Sono stati usati a lungo nelle competizioni, anche su motori policilindrici

Officina: alberi a gomiti compositi

Per lunghi anni la scuola motociclistica, a differenza di quella auto, ha previsto l’impiego di alberi a gomiti compositi, anche nel caso dei policilindrici. Questi ultimi erano quasi tutti da competizione e per contenere le perdite per attrito si faceva invariabilmente ricorso a cuscinetti di banco e di biella a rotolamento.
<a href="https://motosprint.corrieredellosport.it/news/rubriche/officina/2022/04/19-5316020/officina_parti_rifinite_e_parti_grezze">Officina: parti rifinite e parti grezze</a>
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<h2>Competizione e moto di serie</h2>
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Soltanto in rari casi gli alberi erano in un sol pezzo e allora venivano adottate bielle con cappello invece che con testa in un pezzo, anche se dovevano lavorare su rullini. Non era la soluzione ideale, ma vista la ridotta durata richiesta andava bene.
La soluzione standard per i quadricilindrici da competizione (come del resto per gli altri motori motociclistici) prevedeva però un albero composito assemblato alla pressa. Se si pensa che i cuscinetti di banco potevano essere addirittura otto (come nel caso della Benelli), ci si può immaginare quanto dovesse essere difficile l’assemblaggio dell’albero. Ottenere un suo perfetto centraggio poi doveva essere addirittura un incubo… Per la produzione di serie la situazione era diversa.
Moto a quattro cilindri per molto tempo non ce ne sono state e il campo delle grosse cilindrate è stato dominato dalle bicilindriche tedesche (BMW, con albero composito) e inglesi.
Queste ultime impiegavano bielle forgiate in lega di alluminio con testa scomponibile; l’albero, che di norma poggiava su due soli supporti di banco (faceva eccezione soltanto la AJS/Matchless), poteva essere in un unico pezzo oppure essere costituito da due parti che si univano centralmente. Niente accoppiamenti con interferenza, però: si usavano flange e viti con dadi. Poi, proprio sul finire degli anni Sessanta, sono entrate in scena la Honda con la CB 750 Four e la BMW con la serie /5 e per i policilindrici la musica è cambiata. In entrambe queste moto l’albero a gomiti era monolitico e lavorava su bronzine.
La Kawasaki e la Suzuki, forti di una straordinaria esperienza duetempistica, per i loro primi quadricilindrici bialbero hanno continuato per qualche anno ad impiegare la tecnologia per loro usale, con alberi compositi lavoranti interamente su cuscinetti a rotolamento.
Abbastanza rapidamente però sono passate alla soluzione con albero in un sol pezzo e bronzine, decisamente più razionale. Le moto da corsa erano tutte a due tempi e quindi l’impiego di cuscinetti volventi e di alberi compositi era d’obbligo. Quando nei GP si è tornati alle moto a quattro tempi, nei primi anni Duemila, nessuno ha pensato di tornare a tale soluzione. Anzi addirittura anche i motori della Moto3 a quanto mi risulta sono dotati di alberi monolitici e non compositi, benché si tratti di monocilindrici.
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<h2>Prestazioni crescenti</h2>
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Naturalmente ogni considerazione in merito a queste due soluzioni costruttive deve essere legata al tipo di impiego al quale la moto è destinata. Come ovvio la situazione è diversa a seconda che si tratti di un motore di serie o da corsa. Differenti sono le sollecitazioni in gioco, le esigenze di durata e i costi di fabbricazione.
Al crescere delle prestazioni la vita per l’albero a gomiti diventa più dura. Aumentano le forze in gioco e la frequenza con la quale esse si scaricano sull’albero, che reagisce deformandosi elasticamente. Al crescere dei regimi di rotazione e delle sollecitazioni (elevatissime nei moderni motori di alta potenza specifica) a un certo punto gli alberi a gomiti compositi mostrano la corda. Del resto, già ai tempi delle ultime MV Agusta da Gran Premio si era visto come fosse pressoché impossibile evitare che al termine delle gare i perni andassero fuori allineamento.
Avevano cioè luogo deformazioni permanenti, dovute al fatto che tra i perni e i fori dei volantini avvenivano dei movimenti, nonostante l’elevata interferenza di montaggio impiegata. Per ovviare a ciò addirittura la Suzuki nel suo DR Big 800 ha fatto ricorso a un cordoncino di saldatura da ciascun lato, in aggiunta alla interferenza! Con gli alberi monolitici questo problema non esiste. Non sono formati da più parti unite tra loro ma sono in un sol pezzo. La fabbricazione è più semplice. Rispetto ai cuscinetti a rotolamento poi le bronzine sono convenienti in termini di peso, ingombro e durata.
Certo, sono più esigenti in fatto di lubrificazione e danno luogo a perdite per attrito leggermente maggiori, ma questi sono gli unici svantaggi, peraltro di entità assai contenuta. Nei motori che adottano lo schema “misto” i cuscinetti di banco sono a rotolamento e le bronzine vengono impiegate per le bielle.
<h2>Deformazioni inevitabili</h2>
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Una analoga situazione si è vista nei motori di Formula Uno nei quali in anni recenti sono stati provati i cuscinetti volventi. Le deformazioni elastiche causate dalle sollecitazioni meccaniche vengono contrastate dalla rigidezza dell’albero ma sono comunque inevitabili. Possono essere ridotte ma non eliminate. Le forze tendono a far flettere l’albero e quindi a mandare fuori allineamento i perni di banco. Inoltre, lo sollecitano anche a torsione, cioè tendono a farlo “avvitare”. Siccome le sollecitazioni si susseguono senza posa entra in gioco anche la resistenza a fatica.
Le caratteristiche del materiale e le modalità del trattamento termico o termochimico assumono qui una importanza fondamentale, come ovviamente il dimensionamento e la geometria del componente. La progettazione al computer oggi risulta assolutamente fondamentale per ottimizzare il disegno di questi critici componenti.
Per i monocilindrici non ci sono dubbi: gli alberi compositi convengono dal punto di vista economico e della razionalità costruttiva. Quando però le sollecitazioni superano determinati valori, come nelle attuali Moto3, è meglio passare agli alberi monolitici. In quanto ai quadricilindrici, un notevole passo in avanti è stato compiuto con lo spostamento dalla catena di distribuzione dalla posizione centrale a quella laterale, cosa che consentiva di ridurre la lunghezza dell’albero e di passare a cinque supporti di banco nei motori che in precedenza ne impiegavano sei. La soluzione è da tempo standardizzata.
<a href="https://motosprint.corrieredellosport.it/news/rubriche/officina/2022/01/19-5089765/officina_il_tensionamento_della_catena">Officina: il tensionamento della catena</a>

Sono stati usati a lungo nelle competizioni, anche su motori policilindrici