Equilibrare un Albero Motore
Pubblicato da bandit400 il 9/12/2004
Sezione: Motoristica
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Dopo le vivaci discussioni seguite alla pubblicazione di articoli su motori preparati
ed elaborati, abbiamo chiesto ed ottenuto il permesso di pubblicare questo interessate
articolo scritto da Gianluca "BaNdit400" Trentadue, collaboratore di True Model e
ModellismoRC...
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| Prima di tutto cerchiamo di capire perché è necessario equilibrare
un albero motore. Il manovellismo di spinta ordinario centrato, così si chiama
l'insieme pistone-biella-albero motore nella nomenclatura, è un cinematismo in grado di
trasformare un moto rettilineo alternato in un moto circolare. La natura di questo
meccanismo è tale che in esso convivano elementi dotati di moto alterno ed altri dotati
di moto rotatorio. In particolare gli elementi dotati di moto alterno sono tutti
elementi ''ovviamente'' discreti, dotati di una massa e sottoposti a continui cambi di
velocità quindi sottoposti a delle accelerazioni. Proprio a causa di questo continuo
perdere ed acquisire velocità ciclico nel tempo questi, per gli effetti inerziali ben
evidenziati dal principio di D'Alembert, tendono a produrre forze che si oppongono al
loro moto. Queste forze, figlie dell'inerzia dei componenti, si scaricano sulla
struttura del basamento del motore, portandolo in vibrazione e scaricandosi su tutto
quanto ad esso sia rigidamente vincolato. Per evitare questo fenomeno si procede
all'equilibratura delle masse rotanti cercando, quando possibile, di contrastare gli
effetti deleteri di queste forze vibranti. Per ottenere questo si procede in due passi
distinti: l'equilibratura delle masse rotanti e l'equilibratura delle masse in moto
alterno (annullamento parziale delle forze del primo ordine).
Nell'immagine di seguito riportata:
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| viene mostrata una biella durante il suo caratteristico moto. E'
immediato riconoscere l'esistenza di una ''porzione'' in rotazione e di un'altra in
moto alterno. Le masse in moto alterno, ovviamente, includono tutto l'equipaggio mobile
del pistone, spinotto, fermi spinotto con in più proprio la porzione in moto alterno
della biella stessa. Ovviamente la parte animata da pura rotazione attorno al perno di
manovella andrà calcolata per eseguire il bilanciamento delle masse rotanti.
Normalmente, con buona approssimazione, si tende ad identificare in 1/3 della massa del
fusto più la massa della testa di biella il totale in rotazione mentre alla massa del
piede di biella più i 2/3 della massa del fusto il totale in moto alterno. In realtà il
metodo per trovare le masse cercate è assai semplice e con due bilancini di precisione
e due sopporti a coltello il calcolo è presto fatto. Più di tante parole, in questo
caso, contano le immagini:
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| sulle due bilance si leggono i pesi della massa posta in rotazione
(la testa di biella e la prima parte del fusto, nell'immagine 85 grammi) e della massa
posta in moto alterno (il piede di biella e la restante parte del fusto, nell'immagine
55 grammi). La pesatura si può anche effettuare con un solo bilancino, alternando i due
estremi in esame, avendo cura di verificare che le due masse rilevate sommate diano
esattamente la massa complessiva della biella. Complessivamente la situazione, quindi,
è la seguente dove sono evidenziate in blu le masse in moto rotatorio ed in arancione
le masse in moto alterno:
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| da notare il c.g., il centro di gravità, non residente sull'asse
di rotazione. La distanza del c.g. dall'asse di rotazione viene chiamata eccentricità
ed è questa a generare lo squilibrio delle masse rotanti. Il perfetto equilibrio,
quindi, lo si ottiene spostando il c.g. sull'asse di rotazione ovvero ad eccentricità
''zero''. Per far questo si lavora direttamente sull'albero motore sospendendolo tra
due sottili fili in nylon fortemente tesi:
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| in questa condizione l'albero è libero di ruotare ed assumerà la
posizione di equilibrio dettata dalla reale posizione del c.g. rispetto all'asse di
rotazione. In seguito si andrà ad applicare sul perno di manovella una boccola avente
massa uguale alla massa complessiva in rotazione precedentemente rilevata. Lavorando
opportunamente la mannaia dell'albero si giungerà all'equilibrio del sistema, evidente
condizione di eccentricità nulla. Si procede, poi, all'annullamento ''parziale'' delle
forze del primo ordine. Perché annullamento parziale?! L'immagine seguente ci aiuta a
capire il perché:
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l'ulteriore contrappesatura necessaria alla neutralizzazione delle
forze del primo ordine (aventi massima intensità in prossimità dei due punti morti)
genera nelle posizioni intermedie dell'albero motore delle componenti orizzontali
indesiderate. Per inciso: gli alberi eccentrici controrotanti (massicciamente impiegati
in ambito motociclistico) servono proprio a questo ovvero a permettere l'adozione di un
coefficiente di equilibratura più spinto abbattendo energicamente le vibrazioni
sull'asse verticale ed annullando l'eccessivo squilibrio dinamico dell'albero motore
sul piano orizzontale. In realtà le vibrazioni orizzontali sono decisamente più
tollerate di quelle verticali, sia per consistenza sia per problemi legati alla
risonanza delle strutture portanti. Si calcola, quindi, il ''fattore di bilanciamento''
che ha formula:
K = (massa di contrappesatura ridotta all'asse del perno di manovella / massa alterna
totale) x 100
e per un monocilindrico verticale si assume sempre un fattore di bilanciamento K
compreso tra il 60% ed il 65%. Inclinando il motore si dovrà ridurre questo fattore
progressivamente (52% - 58% per un'inclinazione di 30°) fino ad arrivare al 30% - 35%
per un monocilindrico orizzontale. In parole povere si aggiungerà peso alla mannaia ad
una distanza pari al raggio di manovella e pari al 60%-65% della massa totale in moto
alterno. Più facile di così!! Ovviamente, poi, saranno le sessioni al banco a fornire i
migliori dati per una corretta messa a punto del sistema equilibrante.
Pubblicato su:www.modellismorc.net
Autore:Gianluca "BaNdit400" Trentadue, tecnica@truemodel.com
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