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CONSIDERAZIONI GENERALI

Per meglio comprendere l’utilità e la funzionalità degli

smorzatori torsionali, sempre più utilizzati e

perfezionati (soprattutto con la diffusione dei motori

diesel, con un numero di cilindri in linea maggiore di

quattro), riteniamo opportuno fare una panoramica sulla

dinamica del motore endotermico, con particolare

riferimento alle sollecitazioni del manovellismo di

spinta.

I motori convenzionali endotermici per trazione si basano sul manovellismo biella – manovella per

trasformare il moto alternato, ascendente e discendente, dei pistoni, generato dalla pressione dei

gas nella camera di combustione, in un movimento rotatorio con un momento torcente utile

all’estremità dell’albero motore.

Durante il funzionamento del motore si vengono a creare :

forze di inerzia centrifughe,

forze di inerzia alternate

fluttazione della forza motrice

che costituiscono le principali cause di vibrazioni del motore.

In sostanza, le forze agenti nel motore variano periodicamente :

le forze alterne variano in intensità ed in verso

le forze centrifughe in direzione

la coppia di reazione varia come la coppia motrice

Il risultato è che il motore acquista un moto vibratorio.

L’albero motore è sollecitato notevolmente, e in maniera complessa, da momenti flettenti e

momenti torcenti, nonché dalle conseguenti oscillazioni, che variano notevolmente in termini di

spazio e di tempo

Le vibrazioni di flessione sono importanti solo nei motori con pochi cilindri, poichè costituiscono

un sistema oscillante a bassa frequenza propria.

Già per motori a tre cilindri le vibrazioni di flessione sono acritiche

Aumentando il numero dei cilindri, diventano, al contrario, pericolose le vibrazioni torsionali del

sistema albero motore-biella-pistone.

Infatti, il momento motore è periodicamente variabile ed è, quindi, origine di vibrazioni torsionali

dell’albero.

SMORZATORI TORSIONALI TREVI

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L’albero motore, configurato come un albero portante, se è sottoposto ad un momento torcente

esterno, si deforma per torsione e le sue sezioni trasversali ruotano l’una rispetto all’altra. ( Fig. 1 e

Fig. 2 ).

Se togliamo bruscamente il momento

torcente esterno, le masse estreme

ripristinano le condizioni iniziali

dando origine ad un moto

oscillatorio che prende il nome di

moto oscillatorio proprio

dell’albero.

Nei motori endotermici, il momento eccitante è dato dalla coppia motrice, generata dalla risultante

della spinta dei gas sui pistoni e delle forze di inerzia .

Ne consegue che l’albero viene soggetto ad oscillare torsionalmente ad ogni accensione

Quando non è possibile modificare l’albero in modo da ottenere un periodo di oscillazione propria

tale da allontanare il pericolo della risonanza, riconducendo così le oscillazioni di torsione

dell’albero motore a valori acritici, è necessario far assorbire l’energia del momento eccitante da

appositi organi smorzanti o anti vibrazionali, calettati sull’albero stesso.

In linea di massima, per i motori a quattro cilindri non si raggiunge la risonanza , neppure agli

alti regimi .

Per i motori con più di quattro cilindri, questa condizione negativa di risonanza, aumentando, per

l’appunto, i cilindri, può essere più facilmente acquisita negativamente. .

Infatti, dal momento che aumenta :

la frequenza del momento eccitante,

la lunghezza dell’albero e, di conseguenza, il periodo T delle oscillazioni proprie,

ne consegue una velocità critica relativamente bassa e, quindi, vicina alla velocità di

utilizzazione del motore.

Per meglio comprendere il concetto di risonanza,in generale, con una esemplificazione più

immediata e visiva, si pensi che una colonna di soldati, che marciano al passo su di un ponte,

possono indurre oscillazioni di tale ampiezza da distruggerlo, se per caso la frequenza del loro

passo è vicina a qualche frequenza naturale (propria ) del ponte. Questa è la ragione della consuetudine di far rompere il passo ai soldati che attraversano un ponte.

Il ponte Tracoma:

il ponte distrutto dal vento che ha generato una forza periodica in risonanza con una

frequenza propria della costruzione

Fig. 1 Fig. 2

3

Ritornando al nostro albero motore, se ruota alla velocità critica di risonanza, può andare in

contro anche a rottura o, più frequentemente, per esercizi prolungati a detta velocità, a gravi

sollecitazioni a fatica, con inevitabile cedimento meccanico a termine.

SMORZATORI TORSIONALI ( DAMPER )

Per ridurre le sollecitazioni dell’albero motore vengono, pertanto, impiegati smorzatori torsionali

e/o antioscillatori.

Generalmente vengono adottati smorzatori torsionali con accoppiamento elastico ( smorzatori in

gomma ) e /o senza accoppiamento elastico (smorzatore viscoso ).

Lo smorzatore torsionale, in base alla rigidezza degli elementi elastici e al momento di inerzia

della sua massa, ha una sua specifica frequenza propria che deve essere sintonizzata con la

frequenza propria dell’albero motore.

Tramite lo smorzatore, abbinato all’albero, vengono modificate le caratteristiche delle vibrazioni

dell’albero stesso.

Dalla Fig. 3, si può notare l’effetto fondamentale di uno smorzatore, con accoppiamento elastico,

sulla curva di risonanza di un albero motore.

Fig. 3

A

B

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Il sistema riceve un ulteriore grado di libertà ; a smorzamento zero, il punto di risonanza originario

scompare del tutto e, in sostituzione, si verificano due nuove risonanze. ( A e B )

In caso di smorzamento molto alto, non si registra alcun effetto, lo smorzatore torsionale è come se

fosse accoppiato all’albero quasi rigidamente : appare approssimativamente la risonanza base

dell’albero.

Con la progettazione corretta dello smorzamento si è in grado di far si che non si verifichino più

risonanze nuove né quelle originarie.

Si comprende, pertanto, come sia importante una corretta progettazione del componente

smorzante e come lo stesso debba essere efficiente ed affidabile per non vanificare il suo

compito o, peggio ancora, renderlo inutile e pericoloso nell’ambito del motore stesso.

Nel settore automobilistico ( in modo particolare per le

autovetture/ veicoli commerciali ), gli smorzatori per alberi

motore sono fissati all’esterno, sull’estremità esterna

dell’albero motore, dalla parte opposta al volano ( Fig. 4 ,

Fig. 5 ), integrati nella puleggia ( Fig.6 ) per il comando

degli ausiliari.

Fig. 2

Fig. 5

anelli in gomma

Fig. 6

Fig. 4

5

Questi smorzatori, nell’ambito della versione assemblata esternamente, a secondo delle

applicazioni, possono essere, come già accennato, in gomma, in viscosa, a frizione.

E’ previsto, pertanto, un volano applicato all’estremità dell’albero motore con l’interposizione, a

secondo delle soluzioni, più frequentemente di un anello in gomma o di un dispositivo a frizione

con anelli di attrito, in alcuni casi un elemento elastico metallico elicoidale.

Le oscillazioni torsionali vengono assorbite dalla deformazione elastica dell’anello in gomma o

dallo slittamento della frizione, trasformando l’energia in eccesso in un lavoro di attrito.

a = massa volanica

b = anelli di attrito frizione

c = molla di pressione

d = mozzo di trascinamento

e = albero motore

a = elemento conduttore

b = massa volanica

c = anello di gomma

d = mozzo di trascinamento

e = albero motore

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Pertanto, da quanto sopra evidenziato ,si comprende come si debba rivolgere la massima

considerazione ed attenzione a questo componente che troppo spesso, a torto, è considerato a

livello di una semplice e banale “puleggia”.

Un damper obsoleto, con i componenti in gomma

“invecchiati, ”e quindi non più efficiente, può causare gravi

danni e cedimenti al sistema alternativo del motore e ai

cuscinetti, indurre rumorosità/vibrazioni anomale alla

trasmissione, non ultimo mettere in centrifugazione

frammenti di gomma che possono incunearsi nel sistema di

circuitazione della cinghia ausiliaria o, peggio, della cinghia

di distribuzione.

Lo stesso dicasi di un prodotto non di qualità.

anello in gomma

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E’ per questo motivo che TreVI riserva ai suoi Damper una particolare attenzione, impiegando

materie prime di qualità , tecnologie e controlli accurati per garantirne la massima affidabilità e

durata.

Una particolare attenzione è risevata all’equilibratura dei vari componenti, al processo di

vulcanizzazione per la realizzazione di quei giunti smorzatori che prevedono questa soluzione in

gomma , contrariamente ad altri tipi che adottano come elemento smorzante una molla elicoidale

( Fig.5 ) e al controllo al 100% di tutti i pezzi per verificarne la corretta vulcanizzazione tramite

una telecamera.Allontanando di alcuni millimetri le parti, si verifica la presenza di criccature o bolle.

Da ultimo, è previsto un controllo dimensionale finale, con particolare riferimento a :

principali quote critiche

oscillazione radiale

oscillazione assiale

parallelismo

concentricità

quota gole

Anche le quote delle gole sono importanti in quanto, generalmente, gli smorzatori torsionali si

abbinano a cinghie Poly V per il trascinamento degli organi ausiliari.

Fig. 5

molla elicoidale