Contralbero
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Il contralbero o albero d'equilibratura, è un componente del motore, utile per ridurre le vibrazioni del motore, provocate dallo squilibrio di tale motore, che genera delle forze alterne del secondo ordine e delle forze d'inerzia. Il contralbero, limitando le vibrazioni, riesce ad allungare la vita, migliorare le prestazioni del motore e il comfort del pilota.
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[modifica] Causa delle vibrazioni
Le vibrazioni principali del motore non sono dovute dalla combustione della miscela nei cilindri, anche nel caso in cui il monoblocco del propulsore sia particolarmente rigido e non sono causate neppure dalla rotazione dell'albero motore, che è equilibrato con appositi contrappesi o forme particolari, ma sono determinate invece dal movimento alterno dei pistoni che accelerano sotto la spinta del gas, rallentando bruscamente e riprendendo velocità invertendo il loro senso di marcia.
A ognuno di questi cambiamenti di velocità corrisponde una spinta sull'albero motore che tende a scuotere il blocco: per esempio, nella fase di combustione, il pistone, "sparato" via come un proiettile, viene richiamato indietro dal sistema biella-manovella, che sopporta il conseguente "colpo di frusta" e lo trasmette, sotto forma di spinte (dette forze d'inerzia), al complesso del motore, ecco perché il propulsore viene agganciato al corpo della vettura con supporti elastici che smorzano, ma non annullano, il disturbo delle vibrazioni.
Il pistone provoca le scosse più violente quando inverte il senso di marcia: in ogni istante del suo movimento, però disturba l'equilibrio del sistema perché non è mai fermo o a velocità costante: è infatti sempre in una fase di accelerazione o di rallentamento che genera a sua volta una spinta sul blocco.
Partendo se ad esempio dal Punto Morto Superiore (PMS), cioè dal punto in cui il pistone arresta la sua corsa verso l'alto e supponendo che il motore giri a velocità costante, il pistone ha una fase di accelerazione intensa nel primo tratto, seguita da una fase di rallentamento più lunga, ma meno violenta. Ciò dipende dal rapporto tra le diverse lunghezze della biella e della manovella: se per assurdo, s'immaginasse che fossero di pari lunghezza (ciò che non può essere anche solo per motivi di costruzione), il pistone scenderebbe completamente nel primo quarto di giro del motore, quindi starebbe fermo per mezzo giro per poi risalire nell'ultimo quarto, di fatto il pistone percorre più strada durante il primo quarto di giro.
Questa disparità di velocità e di accelerazioni e la conseguente disuguaglianza delle forze d'inerzia rendono necessario equipaggiare con alberi speciali di equilibratura (detti appunto "controalberi") anche motori ben equilibrati come il diffusissimo "quattro cilindri in linea", in cui due pistoni salgono mentre altri due scendono: se quest'ultimi avessero lo stesso tipo di movimento nella fase di discesa e in quella di salita non vi sarebbe alcun disturbo del blocco motore, esattamente come avviene tra due squadre di tiro alla fune che, equivalendosi in ogni istante negli sforzi, non si spostano di un centimetro. Invece nella prima parte della discesa il pistone "tira" di più di quanto non faccia l'altro nella prima parte della salita, poi le parti si invertono e così il motore viene scosso alternativamente.
Il disturbo è cancellato creandone uno uguale e contrario, per esempio facendo ruotare uno o più alberi di masse eccentriche a velocità di rotazione doppia e in senso opposto a quello dell'albero motore: i contralberi, appunto.
[modifica] Funzionamento
Il contralbero per vincere le forze d'inerzia che generano vibrazioni deve ruotare alla stessa velocità e verso del motore, sfalsato di 180° rispetto alla singola unita del motore, mentre per vincere le forze alterne del 2º ordine, deve ruotare due volte più velocemente e ruotare nel verso opposto all'albero motore.
[modifica] Forma
Il contralbero non è altro che un albero che ruota tra due cuscinetti di supporto (posti alle estremità), munito di una massa eccentrica, la quale gli conferisce la funzione di albero equilibratore.
[modifica] Accorgimenti
Dato che il contralbero è posizionato nel carter e quasi sempre è a bagno nell'olio assieme al cambio, la sua forma fa si che con la rotazione, vada a sbattere e muovere l'olio, creando una dispersione d'energia e mutando la sua azione antivibrante, quindi sarà necessario vestire tale contralbero con un cilindro e chiudere le estremità, facendo rimanere l'olio al di fuori di tale rivestimento, in modo che scivolando sulla superficie del cilindro, l'olio non interferisca nè con il suo ruotare ne sulla sua azione antivibrante.
[modifica] Numero di masse
Il sistema antivibrante, quando è presente, generalmente è formato da un solo elemento, che nel caso dei monocilindrici invece di ruotare nello stesso verso del motore ruota nel senso opposto, in modo da ridurre in parte le forze del second'ordine, ma in alcuni casi, come nei motori per mezzi più costosi e destinati a un acquirente attento alle vibrazioni e comfort di guida, si possono avere anche due contralberi, dove un contralbero vince le forze del 2º ordine, mentre l'altro le vibrazioni date per inerzia dei componenti a movimento lineare (pistone), volendo si possono utilizzare un numero ancora superiore di contralberi, ma risulta essere troppo costoso e con vantaggi troppo limitati.
[modifica] Azionamento
Il contralbero può essere azionato in vari modi:
- Cinghia dentata, è la maggiore silenziosità del sistema
- Catena, si ha un collegamento piu flessibile, il quale permette posizioni piu consone
- Cascata d'ingranaggi, risulta leggermente più complesso da utilizzare, ma garantisce maggiore sicurezza, dato che puo garantire una maggiore resistenza agli sforzi
[modifica] Vantaggi & Svantaggi
La necessità di ricorrere a questo accorgimento, porta ad avere come svantaggio:
- Maggior costoso
- Maggior ingombro
- Maggior peso
Mentre come vantaggi si ha:
- Comfort
- Regolarità e affidabilità all'aumentato regime di rotazione dei motori, infatti queste forze d'inerzia crescono col quadrato della velocità di rotazione del motore.
[modifica] Alternative
Il contralbero perde la sua importanza quando il motore diventa piu frazionato, perché tra un numero maggiore di cilindri e meno c'è necessità di controalberi dove i pistoni sono più piccoli e perché, studiando opportunamente la disposizione e la sequenza dei loro movimenti, si può arrivare a una perfetta compensazione interna, come avviene per il "sei cilindri in linea" che non presenta questi problemi.
