1 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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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.