Equilibratura e contralbero. Finalmente!

[mauro]

Finalmente, dopo notti insonni passate sulla bibbia del perfetto motorista (“Motori endotermici” del Giacosa), ho capito il sistema di bilanciatura adottato sui motori XR e Dominator! Fatica sprecata direte voi, ma così non è e vi spiego perchè. Da ora in poi parleremo di bilanciatura XR con cognizione di causa e non per sentito dire. Al contrario di quello che avevo inizialmente pensato prima di vedere il comando del contralbero, quest’ultimo non serve affatto a controbilanciare le forze alterne del secondo ordine, serve a smorzare quelle del primo! Perché? Perché albero e contralbero girano alla stessa velocità! E allora? Allora si rileva una cosa fondamentale: le forze alterne del secondo ordine sono appena il 20-30% di quelle del primo e solitamente i progettisti se ne fregano, per quello pensavo si potesse eliminare il contralbero!. Viceversa le forze del primo ordine devono essere bilanciate per forza, almeno parzialmente, pena distruzione dei supporti. Quest’ultima bilanciatura non può essere eseguita perfettamente senza un albero ausiliario che giri alla stessa velocità. Però, diranno i più attenti di voi, pochi mono e pochissimi bicilindrici a 360° hanno un contralbero, come mai? Perché la bilanciatura in questi casi viene fatta solo parzialmente distribuendo le sollecitazioni tra il 50% e l’80% sull’asse del cilindro ed il 50% ed il 20% sull’asse ortogonale tramite contrappesi aggiunti sulle mannaie (anche di fusione). In altri termini si distribuiscono le sollecitazioni e le relative vibrazioni su due assi ortogonali con riduzione proporzionale dei valori assoluti. Bene, a questo punto cosa si può ancora fare? Si può fare una cosa importantissima, è ancora possibile eliminare il contralbero, con evidenti vantaggi in accelerazione e potenza a tutti i regimi, avendo l’accortezza di eliminare dall’albero motore (per la precisione dalle mannaie) una massa pari alla metà del peso complessivo del pistone completo sommato a due terzi del peso della biella. Si otterrà una bilanciatura pari al 50%, il max possibile con questo sistema, con un albero più leggero ed un motore che accelera con una velocità eccezionale al prezzo di vibrazioni tutto sommato accettabili (le stesse dei vecchi norton e simili). Quello che mi premeva dire è che non è possibile eliminare tout-court il contralbero, ma lo diventa se si lavora anche l’albero motore sapendo ciò che va fatto. Non fidatevi di quello che potrebbe consigliare una rettifica qualunque perché non è detto che sappiano fare dei calcoli, spesso si limitano solo a far girare una equilibratice, ma soprattutto non è detto che conoscano alla perfezione il motore di partenza e la sua filosofia costruttiva. Tutto questo perché se non ci mettiamo le mani, a che servono i motori?
Saluti e auguri di buon anno!
Mauro

[Fred Krueger]

...eliminare dall’albero motore (per la precisione dalle mannaie) una massa pari alla metà del peso complessivo del pistone completo sommato a due terzi del peso della biella...

Ma in che punto delle mannaie? Bisognerebbe rimuovere materiale dalla periferia o forare indiscriminatamente?

[Stefano80]

Grande!! continua cosi!!
molto molto molto interessante..
anche io pensavo servisse per le forze di secondo ordine...

secondo me il peso lo togli più o meno equamente dalle mannaie (lato opposto al bottone di manovella) poi in fase di equilibratura le cose si "aggiustano" da se..

non capisco perchè si considera solo metà del peso del pistone + 2/3 della biella..  io sapevo peso pistone + 2/3 biella
..ma questa parte non mi è mai stata chiare, non ho mai trovato informazioni attendibili..

[mauro]

La massa da eliminare deve avere il valore della metà del peso (pistone+2/3 biella) delle forze alterne I° ordine perchè si effettua, per l'appunto, l'equilibratura del 50% delle forze alterne. Il 100% non è possibile perchè, senza contralbero, nascerebbe una nuova forza centrifuga, non equilibrabile, di valore pari alla forza che si intendeva eliminare ma ruotata di 90° sull'asse del cilindro. Per questo motivo l'albero di serie è particolarmente pesante, tanto è il contralbero che equilibra, a 90°, la nuova forza centrifuga! La massa che si elimina deve avere il momento rispetto all'albero pari al prodotto della massa teorica calcolata per il raggio di manovella. Sarebbe a dire che se fosse puntiforme la dovresti togliere dal lato opposto al bottone di manovella alla distanza del raggio di manovella. Nella realtà diventa più complicato perchè devi lavorare su tutte le due mannaie (dunque un quarto della massa  (pistone+2/3 biella) su ciascuna mannaia), in modo tale che il momento sia equivalente.  Un esempio: se devo togliere 100 gr.  con un raggio di manovella (metà corsa) pari a 50mm. significa che il momento rispetto all'albero sarà 0,1*0,05=0,005 kgm. Per ottenere questo risultato toglierai una massa distribuita attorno al punto opposto al bottone di manovella, simmetrico, avendo cura che il baricentro della massa eliminata, o della sua area immaginando lo spessore costante, sia esattamente centrato a 50 mm.  Per esempio si può limare le estremità laterali delle mannaie, calcolandone la distanza dall'asse di rotazione, verificando il momento risultante che si crea (comunque sempre in modo simmetrico sia rispetto alla singola mannaia che alla coppia di mannaie). In ogni caso non è roba semplice, ma è possibile! Se il WM si decide a spedirmi l'albero che mi ha promesso farò degli esperimenti! Quello che mi premeva capire e dimostrare agli amici è che non è igienico eliminare tout-court il contralbero perchè è l'albero stesso che è stato progettato per funzionare accoppiato al primo. Il tutto si può fare se si "ricostruisce" un albero che non ha bisogno di contralbero! E la cosa si può fare...immaginando anche la diminuzione di inerzia volanica si dovrebbe ottenere un deciso incremento della velocità di accelerazione. Facendo dei calcoli molto molto grossolani, tra eliminazione contralbero, diminuzione peso albero ed incremento di potenza, si può ipotizzare una risposta all'acceleratore come se si eliminassero almeno una trentina di chili  complessivi dal mezzo! Non vi tenta nemmeno un pochino? Magari quelli che usano il mezzo in pista?

[Stefano80]

..ok, ora è chiarissimo, mi era sfugito il perchè del 50%..

mi è anche venuto in mente che il metodo che ho detto io è usato sui 4 cilindri in linea.. ecco perchè si usa il peso totale, poi ci pensano gli altri cilindri a completare la bilanciatura! ..

Facendo dei calcoli molto molto grossolani .. / / ..  come se si eliminassero almeno una trentina di chili  complessivi dal mezzo!

moltiplichi il peso tolto per il rapporto totale di trasmissione giusto? .. io avevo fatto un ragionamento simile per il volano.. finche si parla di accelerazione non dovrebbe essere così sbagliata come considerazione...

Ciao..
e facci sapere come procedono gli esperimenti...  

[giovanni]

Scusami Mauro, ma ho qualche perplessità.
Se il tuo ragionamento è corretto, ne dovresti avere riprova sperimentale senza bisogno di limare materiale:
prendi l'albero motore imbiellato, vincola con del fil di ferro la biella all'albero in posizione di PMS ed attacca all'occhiello un contrappeso pari a 2 volte il pistone più 3/4 di biella.
Se è come dici, l'albero così zavorrato, posizionato su "v" di bilanciamento, dovrebbe risultare bilanciato (in pratica dovrebbe stare in tendenziale equilibrio con la biella in orizzontale): ho qualche dubbio!

[GIANT SQUID]

Signori...........i miei complimenti,ottima relazione sull'argomento !
Anch'io,confesso,avevo erroneamente interpretato la funzione del controalbero.....................nn si finisce mai di imparare

[mauro]

Intervengo a proposito dell'osservazione che fa Giovanni che mi sembra offrire buoni spunti, ma incorre, a mio avviso in alcuni errori successivi. Dunque: è vero che un metodo per confermare la validità dell'assunto iniziale è quello di verificare l'equilibrio dell'albero imbiellato posto su degli appoggi di riscontro, ma i pesi da aggiungere e verificare sono tutt'altri. Mettiamo l'albero con il bottone di manovella posto sull'asse orizzontale passante per il centro (come se l'albero fosse a 90° prima del PMS), blocchiamo la biella in posizione verticale per assicurarci che il suo baricentro passi per il centro del bottone di manovella, aggiungiamo sul piede di biella il peso del pistone. In questo modo abbiamo un momento di manovella pari al peso totale di biella (1/3 + 2/3 cioè tutta) più il pistone, entrambi alla distanza r (raggio di manovella). Questo è il momento che dovrebbe essere equilibrato dalle mannaie in posizione orizzontale. Non ho capito il perchè dei valori dei pesi di cui parlava Giovanni e neanche il perchè dei posizionamenti, però lo spunto era valido. Ovviamente un albero così equilibrato, senza contralbero, avrebbe delle sollecitazioni enormi sull'asse  orizzontale perchè su tale asse mancherebbero le forze bilancianti del pistone e biella che scorrono solo su un asse verticale!
Ribadisco la validità del ragionamento esposto all'inizio della discussione per il semplice motivo che gli alberi girano alla stessa velocità, quindi nessun equilibramento di forze del secondo ordine! Semmai è possibile che il contralbero non equilibri tutte le forze del primo ordine perchè, da progetto, si è voluto tenere un albero ed un contralbero più leggero in assoluto. L'unico modo per rendersene conto è pesarli. Del resto l'albero dell'xr sembra più leggero di quello del Dominator. Certo prendersi la briga di montare un contralbero e non approfittarne totalmente (bilanciatura totale) mi sembrerebbe poco Honda. Comunque appena avrò un albero tra le mani ne riparleremo. Ne approfitto per rispondere, molto brevemente, a Stefano al quale prometto una esauriente disquisizione teorica-pratica sugli effetti degli alleggerimenti volanici che non sono così semplici da calcolare come riteneva. Solo per incuriosirlo gli ricordo che la potenza istantanea che assorbono è proporzionale al momento di massa per il quadrato della variazione di velocità angolare, non al peso per la velocità. Il risultato è che il calcolo si complica assai...
Buona Befana
Mauro

[Stefano80]

la potenza istantanea che assorbono è proporzionale al momento di massa per il quadrato della variazione di velocità angolare, non al peso per la velocità.

  sono un po arrugginito in fisica..
ora come ora non saprei da che parte iniziare a fare i calcoli, però a naso direi che man mano che si aumenta la velocità l'effetto benefico dell'alleggerimento si sende maggiormente..

bello bello!!  mi sento molto stuzzicato!!  

Ciao..

[^GoGo^]

Salve a tutti, sono nuovo del forum. Intervengo in materia sollecitandovi a calcolare quanto prima possibile la massa da asportare ed il relativo posizionamento: già, non ho mai approfondito accuratamente il rendimento organico di un motore, quindi non saprei da dove cominciare con i calcoli... tuttavia le operazioni di asportazione sono alla mia mano, essendo un metalmeccanico (tornitore-fresatore cnc).
Vi metto fretta (vogliate scusarmi per questo) poichè fra una settimana riavrò fra le mie mani la mia vecchia XR 600, dopo due anni di mancanza. Avendo il motore aperto potete ben immaginare quanto stia fremendo nell'attesa di modificarlo/riassemblarlo  
Tornando in argomento, avevo intuito (cosa peraltro facile) che l'asportazione doveva essere posta dal lato opposto del bottone: ma se le mannaie hanno spessori differenti non ci complichiamo un pò troppo la vita? Ovviamente parlo senza avere riscontro reale (non ho l'albero per le mani), tuttavia se qualche buon anima mi può consigliare sui materiali con i quali ricostruirlo interamente potrei avventurarmi nell'impresa: i micron sono la mia specialità.
Attendo ragguagli  

[Stefano80]

consigliare sui materiali con i quali ricostruirlo interamente

e poi docono a me di effere pazzo quando mi rifaccio le "plastiche" in carbonio...

forse stiamo un po esagerando...  anche un eventuale alleggerimento non è così facile, infatti anche chi lo ha proposto aspetta di provarlo su un altro albero!! ..
il discorso è molto interessante, ma da li a realizzarlo nepassa!!
lo vedo più come discorso filosofico..  che pratico..

viste le possibilità io mi rifare il volano più leggero..  e già così basta e avanza..  inoltre potresti fare varie prove senza dover rieprire tutto il motore e senza buttare via un albero che vale quanto la moto!!!!

[mauro]

Un cordiale saluto a ^gogo^ al quale chiedo di farci a tutti la cortesia di pesare l'albero motore, il momento equilibrante (come ho spiegato sopra), il peso del contralbero ed il momento equilibrante. Per quest'ultimo deve porre il contralbero su due guide orizzontali parallele e, con la massa di bilanciatura posta con il baricentro a 90°rispetto alla verticale, pesare con una bilancia di precisione il peso scaricato per rimanere in quella posizione. Il momento sarà la forza per la distanza tra punto di contatto con la bilancia e la  proiezione dell'asse di rotazione. Contraccambio spiegando che se anche le mannaie dovessero avere spessore diverso (del che però al momento non saprei spiegarmene il motivo) quello che conta è il peso da togliere e quest'ultimo sarà uguale, tra le due mannaie, a parità di materiale eliminato! Quindi nessun problema a garantire la precisione, basta uguagliare lo spessore eliminato.
Mauro

[teppo]

Mi rifaccio ad una domanda sommessamente posta fra le righe: ma se l' equilibrio è raggiungibile con una distribuzione appropriata dei pesi dell' albero motore, cosa peraltro non troppo complicata (pare) da eseguire sul prodotto finito e perciò ancor più facile in sede di progettazione dell' albero, in che modo i superprogettisti Honda si affidano alla complicazione del contralbero per risolvere i problemi di equilibrio ? non c' è forse qualche imprevisto motivo che i motoristi Honda conoscono e non dicono ?

[Stefano80]

..perchè con i pesi bilanci l'albero solo staticamente, dinamicamente un mono non lo sarà mai! ..

[mauro]

Ciao Teppo, questa discussione motoristico-filosofica sta prendendo in parecchi e confesso che questo era proprio lo scopo iniziale! Tornando alla tua domanda devo dire che forse non hai letto attentamente il post iniziale, oppure non sono stato sufficientemente chiaro...Comunque la questione è che non è possibile bilanciare al 100% un mono senza contralbero. Però è possibile farlo al 50%, come si è sempre fatto e si continua a fare in altri campi (vedi macchine da competizione) con ovvi vantaggi in termini di leggerezza totale, sforzi sui supporti, minore inerzia in accelerazione, maggior potenza effettiva per miglior rendimento meccanico. E' solo una faccenda di gusti... e si sa "...de gustibus..."
Mauro