[TECNICA] L'equilibratura di un motore

Equilibrare un motore significa progettarlo e realizzarlo in modo che non produca o cmq riduca al minimo le proprie vibrazioni interne, che, oltre a renderlo fastidiosamente rumoroso, potrrebbe divenire causa di rotture per affaticamento di qualche organo.
Tali vibrazioni, inoltre, tendono a conferire un movimento oscillante al motore stesso sui suoi supporti e seppur ammortizzate da quest'ultimi, si possono trasmettere alla scocca.
sotto questo aspetto, il motore a combustione, è svantaggiato rispetto ai motori elettrici, turbine etc..e ciò è dovuto alla particolare forma geometrica degli organi in movimento, che essendo piuttosto assimetrici, sono soggetti a forze centrifughe che, variando continuamente in intensità, causano parecchie vibrazioni.
inoltre, dato che gli organi di un motore non si muovono mai in moto uniforme, si originano anche le forze di inerzia che non sono solo di tipo centrifugo e che sono (almeno alcune) di difficile o impossibile equilibratura.



EQUILIBRIO DELL'ALBERO MOTORE
Un albero motore si dice equilibrato staticamente se, appoggiato orrizzontalmente su 2 appoggi a coltello con coefficente d'attrito trascurabile, esso si mantiene fermo in qualsiasi posizione angolare venga posto.
L'equilibrio statico è legato quindi all'omogenea distribuzione di massa rispetto all'asse di rotazione dell'albero, e lo si può otterere sfalsando opportunatamente le verie manovelle, ma anche ponendo opportuni contrappesi dalla parte opposta rispetto all'asse. In un albero staticamente equilibrato anche la risultante di tutte le forze centrifughe che si manifestano durante la sua rotazione è nulla.
Un albero staticamente equilibrato può anche non essere equilibrato dinamicamente, infatti un albero si dice equilibrato dinamicamente se le forze centrifughe a cui è sottoposto non creano alcun momento rispetto all'asse di rotazione; ciò significa che, ruotando, il motore non dovrebbe trasmettere alcun carico ai supporti, se non quello dovuto al proprio peso.
Tutti gli alberi con più di due manovelle possono essere dinamicamente equilibrati, purchè si rispettino determinate simmetrie, anche se l'equilibrio dinamico di un albero, specie quello di motori veloci, è molto più difficile da realizzare rispetto a quello statico. L'albero infatti, può risultare dinamicamente equilibrato nel suo complesso, ma può non esserlo all'interno di due supporti qualsiasi.


Ordine di scoppio nei cilindri
Da quanto scritto precedentemente, si capisce come nei motori pluricilindrici, l'ordine di scoppio non possa essere assolutamente casuale, ma debba rispettare determinate regole, sia per dare al motore una coppia il più possibile regolare, ma anche per evitare il piu possibile le vibrazioni, le torsioni dell'albero, il sovraccarico dei cuscinetti e altri effetti indesiderati.
Occorre sapere che nel collettore di aspirazione, in prossimità del cilindro che si è riempito, si crea una certa depressione, se il cilindro contiguo (accanto) cominciasse la propria fase di aspirazione subito dopo, inevitabilmente aspirerebbe una quantità di miscela (aria-benzina) inferiore a quella teoricamente aspirabile, facendo così diminuire la potenza del motore.
E' quindi opportuno evitare il più possibile lo scoppio in sequenza nei vari cilindri, a meno che non si utilizzino, per esempio, colettori di aspirazione separati.
Lo scoppio in 2 cilindri contigui, inoltre, può sovraccaricare il supporto di banco che questi hanno in comune, in quanto lo sforzo e le vibrazioni indotte del primo scoppio possono rompere la continuità del velo d'olio di lubrificazione che si forma tra albero e bronzina; quindi un immediato sforzo prima che cessino completamente o in parte tali vibrazioni sarebbe abbastanza negativo.



ordini di scoppio comuni:
3 cilindri in linea--------- 1-3-2
4 contrapposti -------- 1-3-2-4
5 in linea ------- 1-2-4-5-3
6 a V -------- 1-4-3-6-5-2
8 in linea -------- 1-6-2-5-8-3-7-4
8 a V -------- 1-5-4-8-7-2-6-3



Motore 4 cilindri in linea
Data la forma delle manovelle, visto che gli scoppi devono susseguirsi ogni 180° (cioè 720°/4), in un motore a quattro cilindri in linea vi sono due possibili ordini di scoppio razionali: 1-3-4-2 oppure 1-2-4-3. La stragrande maggioranza di motori utilizza il primo ordine, anche se non ha nessun vantaggio effettivo rispetto al secondo.


Motore 6 cilindri in linea
Gli oridini possibili sono: 1-5-3-6-2-4, 1-2-4-6-5-3, 1-2-3-6-5-4, 1-5-4-6-2-3. Il primo è quello più utilizzato anche percheè rispetto agli altri offre i vantaggi maggiori, per i motivi scritti precedentemente.


Equilibratura forze di inerzia alternate
Pistone, spinotto e gran parte della biella sono dotati di motor alternativo e generano quindi forze di inerzia ricavabili semplicemtnete attraverso la classica formula dinamica:

F=ma

dove:
F è la forza
m la massa dell'organo
a la sua accelerazione

queste forze si generano sempre, anche nel caso che il motore giri a regime costante, in quanto il moto di questi orgnai non può mai essere uniforme a causa della sua inversione in prossimità dei punti morti; di conseguenza, il pistone e il piede di biella subiranno punto per punto accelerazioni calcolabili mediante la formula specifica

a=w²r(cosb+ycos2b)

dove:
w è la velocità angolare dell'albero motore (ricavabile dividendo il fattore 2π (pi greco) per il tempo che l'albero impiega a fare un giro)
r è il raggio della manovella
y è il rapporto tra il raggio della manovella e la lunghezza della biella

la forza di inerzia si trova moltiplicando l'espressione dell'accelezione per la massa del pistonde e del piede di biella.
Dall'espressione precedente si può anche vedere come l'accelertazione, e quindi la forza di inerzia, si può dvidere in 2 componenti. La prima, la cui espressione è:

F¹=w²rmcosb

dipende dall'angolo b e dal raggio r della manovella e viene chiamata forza alterna del primo ordine.
La seconda la cui espressione è:

F²=w²rmycos2b

dipende dal doppio dell'angolo b e dal fattore y e viene chiamata forza alterna del secondo ordine, la cui intensità è circa un quarto rispetto a quella del primo ordine.
Le forze di inerzia, sia del primo sia del secondo ordine, generano anch'esse vibrazioni abbastanza fastidiose e dannose per il motore; devono perciò essere il più possibile attenuate ed eventualmente eliminate.
Le forze del primo ordine possono essere equilibrate con opportuni contrappesi sull'albero motore, i motori pluricilindrici equilibrano naturalmente questo tipo di forze e le coppie da esse generate, quando l'albero motore risulta staticamente e dinamicamente equilibrato.
Le forze del secondo ordine, invece, non possono essere equilibrate mediante i contrappesi, l'unico sistema efficace per poterle attenuare sono i contralberi rotanti. Poichè tale soluzione risulta costosta, buona parte dei motori non la utilizza, rinunciando di fatto a equilibrare queste forze che in ogni caso non producono grandi vibrazioni; utilizzando poi bielle lunghe, si riesce a ridurle, anche se, il rapporto manovella/biella non viene in genere spinto sotto lo 0.22.
Tra tutti i motori, il 4 cilindri in linea è quello in cui l'azione di questi dipi di forze è piu intensa che in ogni altro.
Utilizzando contralberi con massa appropriata e diversa rispetto a quelli usati per le forze del secondo ordine, è possibile bilanciare anche quelle del primo; questa soluzione non viene praticamente mai usata se non in casi eccezionali, dato che esistono metodi molto più semplici e economici per raggiungere tale scopo.


i controalberi
Alcuni motori, in particolare a 4 cilindri in linea e di potenza medio-alta, utilizzano controalberi o alberi equilibratori allo scopo di smorzare alcune vibrazioni prodotte delle parti in movimento (dovute alle forze di inerzia del secondo ordine). In genere i controalberi sono 2 e hanno una forma a gomiti, ruotano in senso contrario l'uno all'altro e vengono trascinati da una cinghia simile a quella di distribuzione. Il loro movimento deve avere un determinato sincronismo rispetto all'albero motore e devono avere un numero di giri doppio rispetto a quest'ultimo.




Edited by dmpmotors - 2/9/2010, 20:08

molto bello

discorso molto bello ed esauriente :-)....c'è da dire che non molti comprendono fino in fondo l'importanza fondamentale dell'argomento....