Cos'è l'albero motore (albero a gomiti): definizione e funzionamento
Scopri cos'è l'albero motore (albero a gomiti): definizione, funzionamento, componenti, contrappesi e come trasforma il moto dei pistoni in rotazione efficiente.
L'albero motore (spesso chiamato anche albero a gomiti o talvolta, in modo colloquiale, manovella) è l'elemento del motore che trasforma il moto alternato su e giù dei pistoni in rotazione. I pistoni sono collegati all'albero motore tramite le bielle: il moto lineare del pistone viene trasferito alla biella, che agisce sul perno del gomito dell'albero motore, generando coppia. Ogni perno sfalsato (detto anche "gomito" o "manovella") riceve il movimento di un singolo pistone e contribuisce alla rotazione complessiva dell'albero.
Funzionamento e comportamento dinamico
Quando i pistoni compiono i loro colpi (cicli di combustione), producono spinte pulsanti che si traducono in variazioni istantanee di coppia sull'albero motore. Per smorzare queste pulsazioni e ottenere una rotazione più uniforme, l'albero motore è normalmente accoppiato a un volano, che accumula energia cinetica e la rilascia tra un colpo e l'altro. All'altro estremo dell'albero può essere montato uno smorzatore di torsione o di vibrazioni per attenuare ulteriormente le oscillazioni torsionali e ridurre le vibrazioni trasmesse al resto della vettura o della macchina.
Componenti principali
- Gomiti (crankpins): i punti di attacco delle bielle, sfalsati rispetto all'asse principale.
- Supporti principali (cuscinetti principali): sedi dove l'albero è supportato nel blocco motore e che consentono la rotazione fluida.
- Contrappesi: masse sagomate sull'albero che compensano il peso delle bielle e dei pistoni per migliorare l'equilibrio dinamico.
- Flangia di collegamento al volano e spesso la puleggia o l'ingranaggio per la distribuzione o gli accessori.
- Passaggi olio: canali forati all'interno dell'albero per alimentare i cuscinetti e lubrificare i punti critici.
Equilibratura e contrappesi
Motori con più cilindri e disposizioni diverse (in linea, a V, boxer) richiedono un'attenta progettazione dell'equilibrio. I contrappesi sull'albero motore riducono le forze di sbilanciamento causate dalla massa dei pistoni e delle bielle. Sebbene aumentino la massa dell'albero, permettono al motore di girare più dolcemente, raggiungere regimi più elevati e produrre più potenza senza vibrazioni dannose.
Materiali e processi di fabbricazione
Gli alberi motore sono generalmente realizzati in acciai legati ad alta resistenza, spesso forgiati per garantire robustezza. Dopo la forgiatura si eseguono lavorazioni meccaniche di tornitura, rettifica e trattamento termico superficiale (es. cementazione, nitrurazione) per aumentare la durezza dei cuscinetti e la resistenza all'usura. In alcuni casi si usano anche fusioni di alta qualità o acciai da bonifica per applicazioni meno sollecitate.
Lubrificazione e cuscinetti
Il corretto funzionamento dell'albero motore dipende dalla lubrificazione continua dei cuscinetti principali e dei cuscinetti di biella. L'olio motore, spinto dalla pompa, passa attraverso i passaggi interni dell'albero e arriva alle superfici di scorrimento. I cuscinetti sono progettati per creare un sottile film d'olio che separa l'albero dal suo supporto; la perdita di pressione d'olio o la contaminazione possono portare a usura rapida o grippaggio.
Tipologie e disposizioni
- Albero motore per motori in linea: solitamente con tanti gomiti quanti sono i cilindri, disposti lungo un'unica linea.
- Albero per motori a V: spesso realizzati con una configurazione che equilibra le fasi dei due banchi di cilindri.
- Alberi per motori boxer/flat: progettati per fornire un equilibrio naturale dovuto alla disposizione opposta dei pistoni.
Segnali di guasto e usura
I principali sintomi di problemi all'albero motore o ai cuscinetti includono:
- Rumori metallici o "knock" (tonfi) provenienti dal basamento motore.
- Perdita o calo della pressione d'olio.
- Presenza di trucioli o particelle metalliche nell'olio.
- Vibrazioni eccessive o aumento della rumorosità alle alte velocità.
- Gioco assiale (end float) eccessivo rilevabile durante interventi di manutenzione.
Manutenzione e riparazione
La prevenzione include il mantenimento di un livello e di una qualità d'olio corretti, la sostituzione dei filtri e il rispetto degli intervalli di manutenzione. In caso di usura o danneggiamento, le opzioni variano da rettifica della superficie dei cuscinetti (con utilizzo di bronzine oversize) alla sostituzione dell'albero motore. Controlli non distruttivi (magnetoscopici, ultrasuoni) sono utilizzati per individuare cricche prima che causino rotture catastrofiche.
In sintesi, l'albero motore è un componente critico che unisce la parte termica del motore alla trasmissione della potenza: la sua progettazione, fabbricazione e manutenzione influiscono direttamente sull'efficienza, sull'affidabilità e sulla durata complessiva del motore.
Albero motore (rosso), pistoni (grigio) nei loro cilindri (blu), e volano (nero)
Domande e risposte
D: Che cos'è un albero a gomito?
R: L'albero a gomiti è la parte di un motore che converte il movimento di salita e discesa dei pistoni in rotazione.
D: Come fa un albero a gomiti a convertire il movimento dei pistoni in rotazione?
R: L'albero a gomiti ha uno o più alberi sfalsati che si collegano ai pistoni. Quando il pistone si muove verso l'alto e verso il basso, spinge l'albero offset, che a sua volta ruota l'albero a gomiti.
D: Qual è lo scopo di un volano?
R: Il volano è solitamente collegato all'albero a gomiti per rendere più fluida la sua rotazione.
D: Che cos'è uno smorzatore di vibrazioni su un albero a gomiti?
R: Uno smorzatore di vibrazioni è un dispositivo che a volte viene montato sull'altra estremità di un albero a gomiti per ridurre le vibrazioni dell'albero a gomiti.
D: Perché i motori di grandi dimensioni hanno solitamente diversi cilindri?
R: I motori di grandi dimensioni hanno solitamente diversi cilindri per ridurre le pulsazioni dei singoli colpi di accensione.
D: Cosa sono i contrappesi su un albero a gomiti?
R: I contrappesi sono utilizzati per sfalsare il pistone e migliorare l'equilibrio. Ciò consente di raggiungere un numero di giri più elevato e di produrre più potenza, anche se aggiunge peso all'albero motore.
D: Perché i contrappesi sono importanti in alcuni motori?
R: I contrappesi sono importanti nei motori per ottenere un funzionamento più fluido a regimi più elevati e per produrre più potenza.
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