Le sollecitazioni che trasformano | Officina

Sollecitazioni, dilatazioni, deformazioni e rotture

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L’albero a gomiti, se di una certa lunghezza, tende a flettersi in corrispondenza delle campate e ad “avvitarsi” quando una biella esercita su una manovella la forza pressoché impulsiva dovuta all’espansione dei gas mentre la massa volanica (ovvero il resto dell’albero) si oppone alla conseguente variazione di velocità. Inoltre ci sono gli sforzi di trazione (massimo al PMS di incrocio) e di compressione dovuti alle forze di inerzia che alternativamente agiscono sulle manovelle dell’albero, sempre tramite le bielle. I supporti di banco tendono ad “aprirsi” e “chiudersi” e gli alloggiamenti dei cuscinetti a ovalizzarsi. Le sollecitazioni che li interessano sono particolarmente intense nei grossi monocilindrici.

Negli anni Ottanta ci furono alcune Enduro nelle quali il cuscinetto non si usurava ma prendeva gioco all’interno del suo alloggiamento, le cui pareti avevano ceduto plasticamente. E infatti in almeno una di esse gli alloggiamenti non vennero più lavorati nella lega di alluminio ma in inserti di acciaio incorporati di fusione. In alcuni motori molto veloci (MotoGP o F1, per intenderci) ci sono stati casi di cavitazione delle bronzine dovute al fatto che la rigidità della testa di biella oltre un certo livello di sollecitazione diventava insufficiente. Attorno al PMS di fine corsa di scarico lo sforzo di trazione causava una deformazione elastica della testa stessa, di entità tale da dar luogo a un aumento repentino dello spazio al di sopra del perno di manovella. Nell’olio di conseguenza si formavano piccole bolle che in seguito implodevano dando luogo alla cavitazione.

In un motore di altissime prestazioni che, come i 1000 delle MotoGP, ha un alesaggio di 81 mm e ruota a un regime superiore a 16.000 giri/min, le forze dovute ai gas che premono sul cielo del pistone raggiungono valori dell’ordine di 5000 kg (impiego le vecchie unità di misura perché forse rendono meglio l’idea) e quelle d’inerzia sono dello stesso ordine di grandezza. Anche lo spinotto è dunque fortemente sollecitato. La recente evoluzione della tecnica dei motori di altissima potenza specifica ha visto una sensibile crescita delle sollecitazioni meccaniche e termiche, e un certo cambiamento di alcuni dimensionamenti. Per contenere le forze d’inerzia e limitare le perdite per attrito il mantello dei pistoni è stato fortemente ridotto come estensione e sono state ravvicinate le portate per lo spinotto.

Di conseguenza quest’ultimo è diventato più corto e, per evitare che durante il funzionamento si possa deformare eccessivamente (ovalizzandosi in seguito allo schiacciamento che subisce), è stato necessario aumentare lo spessore delle sue pareti.

Non si può avere tutto, dal motore | Officina