La rigidezza dei componenti | Officina

La rigidezza

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Cominciamo dicendo che la rigidezza, ovvero la capacità di assorbire le sollecitazioni deformandosi nella misura minore possibile, è ben diversa dalla resistenza meccanica. Per indicare quest’ultima di norma ci si riferisce a quella a trazione, ossia al carico di rottura, che esprime in MPa (ovvero in N/mm²). La rigidezza viene invece indicata dal modulo elastico, detto anche di Young, che è il rapporto tra la sollecitazione e la corrispondente deformazione all’interno del campo elastico. Insomma, si tratta dello sforzo esercitato (inteso come forza/sezione del provino di materiale sul quale si esegue la prova) diviso per l’allungamento a esso dovuto. Le dimensioni fisiche sono quindi le stesse. Il modulo elastico per i metalli con i quali abbiamo a che fare generalmente si indica in gigapascal (GPa).

La rottura quindi non c’entra. La rigidità torsionale di un componente o di una struttura si esprime invece in N m/grado (coppia divisa per l’angolo di rotazione che essa causa). La rigidità degli alberi a gomiti dipende, oltre che dal modulo elastico, dal loro disegno e dal loro dimensionamento. Le forze in gioco sono quelle continuamente variabili come intensità e direzione, dovute all’inerzia dei componenti mobili (che cresce con il quadrato del regime di rotazione) e alla pressione dei gas. Sono quindi di trazione e di compressione. Esse si susseguono ciclicamente e agiscono sui perni di manovella sollecitando l’albero a flessione e a torsione.

A differenza di quanto accade per la resistenza a trazione, da acciaio ad acciaio il modulo elastico varia ben poco ed è invariabilmente dell’ordine di 200- 210 GPa. Quello delle leghe di titanio è notevolmente minore (circa 110 GPa), mentre la resistenza a trazione può essere analoga. Proprio la minore rigidità, unita alla notevole tendenza all’ingranamento impedisce la realizzazione di alberi a gomiti in titanio. Per le bielle la situazione è diversa. In esse, infatti, le superfici di strisciamento sono assai modeste, limitandosi in genere a quelle laterali della testa, sulle quali è possibile applicare uno strato sottile di materiale in grado di eliminare il problema. In quanto alla minore rigidità, si compensa con un dimensionamento un po’ più generoso (maggiori sezioni e nervature opportune). Nelle bielle per motori ultraveloci (oltre 15.000 giri/min, per intenderci) il modulo elastico relativamente ridotto e il minore coefficiente di dilatazione possono agevolare l’insorgere di problemi di cavitazione nella bronzina. L’occhio, infatti, tende a deformarsi elasticamente in misura maggiore.

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