Equilibratura motore

[bulldog]

Qualcuno mi spiega, o mi indica un link dove lo spiegano, quali sono i motori che equilibrano strutturalmente le vibrazioni? Sapevo del V di 90? ma volevo approfondire l'argomento.
Grazie

[Ultrone]

Il concetto è piuttosto tecnico e devi conoscere un pò di fondamenti di fisica o elettrotecnica.

In pratica vengono generate delle vibrazioni che a loro volta generano sotto o sopravibrazioni multiple della prima o che interagiscono tra di loro generando altre vibrazioni pari alla somma delle 2 o alla sottrazione.

In pratica un sistema "vibratorio" equilibrato è quello in cui la differenza tra le varie armoniche (multipli della vibrazione iniziale portante) fuori fase sono pari a 0 (zero).

Immagina il gioco del tiro alla fune: l'equlibrio si ha quando c'è uno stesso numero di uomini che tirano con la stessa forza E SINCRONIZZATI nel tira-molla. Un pò di quà - un pò di là, con le stesse forze, in equilibrio.

[bulldog]

Grazie per la risposta.
Qualcosa di fisica, oltre che di elettronica e naturalmente meccanica, lo mastico e il concetto di vibrazioni di primo e secondo ordine lo capisco abbastanza bene.
Mi interessava capire quali tipi di frazionamento sono equilibrati fisiologicamente e perch?(nel caso dei motori a V esaminando le varie angolature tra i cilindri) oltre all'influenza della disposizione del manovellismo.
Se avete link o voglia di parlarne, sono tutt'occhi.

[bulldog]

Niente allora?

[Ultrone]

Sono le strutture simmetriche quelle ad aver meno vibrazioni e la configurazione che garanisce simmetria e contemporaneità di generazioni vibratorie dovrebbe essere sulla carta un 4 cilindri a 180° o almeno a 90°.

Un bicilindrico, al contrario, per sua natura supervibratorio, deve avere almeno un albero controrotante di equilibratura.

[bulldog]

Per? il bicilindrico a V90? ? equilibrato fisiologicamente....
Il V stretto invece no, pur essendo simmetrico... Quindi ci deve essere dell'altro da considerare.

[picavi]

A memoria l'unico motore 4 tempi naturalmente equilibrato ? il 6 cil. in linea.
Il 4 in linea no, ma ? comunque accettabile. Ricordo che una delle prime versioni della Lancia Thema era nata con un quattro in linea con contralbero.
Veniva mosso da cinghia dentata che si rompeva se non era tensionata esattamente come diceva Lancia.
Ma non fidatevi.
Saluti, Piero.

[picavi]

Alt, ha ragione Bulldog, il bicilindrico a 90 ? equilibrato.

[Ultrone]

No, non è equilibrato perchè quando il pistone "batte" da un lato non c'è una euguale forza che batte dall'altro e viceversa. Quindi le vibrazioni, mentre l'altro pistone è in basso e sta salendo hanno il tempo di propagarsi.

Per questo è necessario un controalbero che "penda" di 180° gradi rispetto alla fase dei pistoni.

[JOSKA]

interessante....il motore boxer non è equilibrato?? visto che ha i cilindri contrapposti....

[elio]

Le vibrazioni sono forze d’inerzia e coppie generate da masse in moto alterno (pistone, spinotto e parte della biella) non equilibrabili mediante contrappesatura dell’albero a gomiti.

Durante il funzionamento del motore la biella si inclina; di conseguenza, scendendo dal PMS verso il PMI, nei primi 90° di rotazione dell’albero il pistone percorre più di metà della corsa, mentre nei secondi 90° compie uno spostamento minore: questo genera le forze del secondo ordine, che hanno una intensità nettamente minore di quelle del primo ordine ma una frequenza doppia.
Anche le coppie queste possono essere del primo o del secondo ordine e sono dovute al fatto che le forze agiscono in punti del manovellismo non allineati o distanti tra di loro.
Il principio in base al quale funzionano gli alberi ausiliari di equilibratura è quello di abbattere le forze (o le coppie) generando forze (o coppie) aventi una intensità eguale e una direzione opposta (e, ovviamente, una “fasatura” adeguata).

Monocilindrici
Dato che per equilibrarlo perfettamente servirebbero 4 alberi ausiliari si scende ad un compromesso per abbattere una quota prevalente delle sole vibrazioni dovute alle forze d’inerzia del primo ordine per una percentuale K “fattore di equilibratura” che varia da 0,3 a 0,6 secondo il motore utilizzando generalmente un solo albero ausiliario di equilibratura

Bicilindrico parallelo
L’albero a gomiti può avere le manovelle a 360° (ossia allineate) oppure a 180°. Nel primo caso i pistoni si muovono “appaiati”, ovvero vanno insieme verso lo stesso punto morto quindi si torna a grandi linee sull’equilibratura dei monocilindrici.
Quando le manovelle dell’albero a gomiti sono disposte a 180° (un pistone sale al PMS mentre l’altro scende al PMI), le forze del primo ordine risultano equilibrate. Quelle del secondo ordine non lo sono ma vengono di norma trascurate, data la loro modesta entità. Esiste però una coppia, dovuta alla distanza tra i due cilindri (ossia ai punti nei quali agiscono le forze del primo ordine). Se si vuole equilibrarla, occorre impiegare un contralbero con due masse eccentriche.

Nel bicilindrico a V di 90° (ducati) le forze d’inerzia del primo ordine sono automaticamente equilibrate.
Posto che ci sia un unico perno di manovella, i pistoni arrivano ai punti morti a 90° l’uno dopo l’altro, per cui è chiaro come il contrappeso “serve” alternativamente un cilindro e poi l’altro, perché quando uno dei due ha la manovella a 90° dall’asse, il contrappeso sta bilanciando l’altro cilindro che è al punto morto, e così via.
Permane uno squilibrio “di coppia” per il fatto che gli assi dei cilindri non giacciono sullo stesso piano: quando due forze non sono complanari né equiverse nasce sempre un momento.
Se la V è diversa da 90°, manca la compartecipazione delle forze bilancianti, sempre nell’ipotesi di avere le manovelle su un unico perno (come Rotax-Aprilia). Difatti quando la manovella è a 90° dall’asse di uno dei cilindri, l’altro non è ancora al punto morto e, quindi, permane una aliquota di forza del primo ordine non equilibrata. Per risolvere questo problema si devono usare due perni di manovella, sfalsati tra loro (bicilindrici a V stretto di alcune Honda).
Una volta scelto di utilizzare un unico perno di manovella (aprilia) per equilibrare la componente residua delle inerzie del primo ordine è necessario utilizzare un albero controrotante opportunamente fasato che, come di consueto, ha la massa eccentrica che passa in mezzo ai due contrappesi dell’albero motore. Però nasce un momento squilibrante che tenderebbe a far oscillare il motore per il fatto che l’albero a gomiti ed il contralbero di equilibratura non sono coassiali. Per annullare questo momento i progettisti Rotax installarono un secondo contralbero, nella testata del cilindro posteriore, che ruota nello stesso senso ed alla medesima velocità del motore perché il rapporto di trasmissione con l’albero a camme che lo aziona vale 2 sempre opportunamente fasato.

Nei tricilindrici in linea le forze alterne d’inerzia del primo e del secondo ordine sono equilibrate. La funzione di un eventuale albero ausiliario è quella di equilibrare la coppia del primo ordine.


Nei quadricilindrici in linea due pistoni salgono al PMS mentre gli altri due scendono al PMI. L’albero a gomiti si può considerare il risultato della unione di due alberi per bicilindrici con manovelle a 180°. Risultano equilibrate quindi sia le forze del primo ordine che le coppie del primo e del secondo ordine. Rimangono le forze del secondo ordine equilibrabili con 2 alberi ausiliari. I due (perché quando non equilibrano le forze del secondo ordine devono equilibrarsi tra loro) alberi con masse eccentriche devono ruotare con una velocità doppia rispetto a quella dell’albero a gomiti (le forze del secondo ordine hanno una frequenza pari a due volte quella delle forze del primo ordine) e in senso opposto l’uno rispetto all’altro.

Nei sei cilindri in linea le forze alterne d’inerzia del primo e del secondo ordine sono equilibrate e sono equilibrate anche le coppie del primo ordine. La funzione di un eventuale albero ausiliario è quella di equilibrare le coppie del secondo ordine.

[bulldog]

Grandissimo Elio!!!
Grazie della spiegazione. Adesso cerco di assimilarla nel miglior modo possibile e se non capisco chiedo

[cosimo]

grazie anche da parte mia Elio, molto chiaro e comprensibile.

[bulldog]

Durante il funzionamento del motore la biella si inclina; di conseguenza, scendendo dal PMS verso il PMI, nei primi 90? di rotazione dell?albero il pistone percorre pi? di met? della corsa, mentre nei secondi 90? compie uno spostamento minore...

elio mi spiegheresti meglio questa??? non riesco a visualizzare il pistone che nei secondi 90? percorre una corsa inferiore ai primi.

[gianluca78]

Le vibrazioni sono forze d’inerzia e coppie generate da masse in moto alterno (pistone, spinotto e parte della biella) non equilibrabili mediante contrappesatura dell’albero a gomiti.

Durante il funzionamento del motore la biella si inclina; di conseguenza, scendendo dal PMS verso il PMI, nei primi 90° di rotazione dell’albero il pistone percorre più di metà della corsa, mentre nei secondi 90° compie uno spostamento minore: questo genera le forze del secondo ordine, che hanno una intensità nettamente minore di quelle del primo ordine ma una frequenza doppia.
Anche le coppie queste possono essere del primo o del secondo ordine e sono dovute al fatto che le forze agiscono in punti del manovellismo non allineati o distanti tra di loro.
Il principio in base al quale funzionano gli alberi ausiliari di equilibratura è quello di abbattere le forze (o le coppie) generando forze (o coppie) aventi una intensità eguale e una direzione opposta (e, ovviamente, una “fasatura” adeguata).

Monocilindrici
Dato che per equilibrarlo perfettamente servirebbero 4 alberi ausiliari si scende ad un compromesso per abbattere una quota prevalente delle sole vibrazioni dovute alle forze d’inerzia del primo ordine per una percentuale K “fattore di equilibratura” che varia da 0,3 a 0,6 secondo il motore utilizzando generalmente un solo albero ausiliario di equilibratura

Bicilindrico parallelo
L’albero a gomiti può avere le manovelle a 360° (ossia allineate) oppure a 180°. Nel primo caso i pistoni si muovono “appaiati”, ovvero vanno insieme verso lo stesso punto morto quindi si torna a grandi linee sull’equilibratura dei monocilindrici.
Quando le manovelle dell’albero a gomiti sono disposte a 180° (un pistone sale al PMS mentre l’altro scende al PMI), le forze del primo ordine risultano equilibrate. Quelle del secondo ordine non lo sono ma vengono di norma trascurate, data la loro modesta entità. Esiste però una coppia, dovuta alla distanza tra i due cilindri (ossia ai punti nei quali agiscono le forze del primo ordine). Se si vuole equilibrarla, occorre impiegare un contralbero con due masse eccentriche.

Nel bicilindrico a V di 90° (ducati) le forze d’inerzia del primo ordine sono automaticamente equilibrate.
Posto che ci sia un unico perno di manovella, i pistoni arrivano ai punti morti a 90° l’uno dopo l’altro, per cui è chiaro come il contrappeso “serve” alternativamente un cilindro e poi l’altro, perché quando uno dei due ha la manovella a 90° dall’asse, il contrappeso sta bilanciando l’altro cilindro che è al punto morto, e così via.
Permane uno squilibrio “di coppia” per il fatto che gli assi dei cilindri non giacciono sullo stesso piano: quando due forze non sono complanari né equiverse nasce sempre un momento.
Se la V è diversa da 90°, manca la compartecipazione delle forze bilancianti, sempre nell’ipotesi di avere le manovelle su un unico perno (come Rotax-Aprilia). Difatti quando la manovella è a 90° dall’asse di uno dei cilindri, l’altro non è ancora al punto morto e, quindi, permane una aliquota di forza del primo ordine non equilibrata. Per risolvere questo problema si devono usare due perni di manovella, sfalsati tra loro (bicilindrici a V stretto di alcune Honda).
Una volta scelto di utilizzare un unico perno di manovella (aprilia) per equilibrare la componente residua delle inerzie del primo ordine è necessario utilizzare un albero controrotante opportunamente fasato che, come di consueto, ha la massa eccentrica che passa in mezzo ai due contrappesi dell’albero motore. Però nasce un momento squilibrante che tenderebbe a far oscillare il motore per il fatto che l’albero a gomiti ed il contralbero di equilibratura non sono coassiali. Per annullare questo momento i progettisti Rotax installarono un secondo contralbero, nella testata del cilindro posteriore, che ruota nello stesso senso ed alla medesima velocità del motore perché il rapporto di trasmissione con l’albero a camme che lo aziona vale 2 sempre opportunamente fasato.

Nei tricilindrici in linea le forze alterne d’inerzia del primo e del secondo ordine sono equilibrate. La funzione di un eventuale albero ausiliario è quella di equilibrare la coppia del primo ordine.


Nei quadricilindrici in linea due pistoni salgono al PMS mentre gli altri due scendono al PMI. L’albero a gomiti si può considerare il risultato della unione di due alberi per bicilindrici con manovelle a 180°. Risultano equilibrate quindi sia le forze del primo ordine che le coppie del primo e del secondo ordine. Rimangono le forze del secondo ordine equilibrabili con 2 alberi ausiliari. I due (perché quando non equilibrano le forze del secondo ordine devono equilibrarsi tra loro) alberi con masse eccentriche devono ruotare con una velocità doppia rispetto a quella dell’albero a gomiti (le forze del secondo ordine hanno una frequenza pari a due volte quella delle forze del primo ordine) e in senso opposto l’uno rispetto all’altro.

Nei sei cilindri in linea le forze alterne d’inerzia del primo e del secondo ordine sono equilibrate e sono equilibrate anche le coppie del primo ordine. La funzione di un eventuale albero ausiliario è quella di equilibrare le coppie del secondo ordine.

senza fare il pigonolo su alcune inesattezze di forma e senza essere noioso con rappresentazioni geometriche, vorrei fare un paio di precisazioni anche se essere sintetici e comprensibili non è molto facile.
le forze di inerzia sono forze dovute alle masse in moto alterno nel motore.
l'accelerazione di queste masse ha due componenti, una direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del motore (forze di inerzie del primo ordine) ed una proporzionale al doppio di questa (forze di inerzia del secondo ordine).
come hai spiegato tu, determinate configurazioni nell'architettura dei motori possono bilanciare in percentauali maggiori o minori le forze del primo ordine ma quelle del secondo ordine non possono essere bilanciate perchè necessiterebbero di una albero controrotante che giri al doppio della velocità dell'albero.
tra l'altro queste ultime sono di entità nettamente inferiore alle prime.

la sequenza di accensione dei bicilindrici a V90 come ducati ed honda (vtr) è 270°-450°, questi tipi di motori si chiamano appunto per questo "galoppanti".
hanno quindi uno sfasamento angolare di 180° e non di 90°.