Denominato più comunemente come ‘albero motore’, l’albero a gomiti è l’organo meccanico fondamentale per il movimento dei veicoli a motore.
I motori a combustione interna sono un insieme complesso ed articolato di organi meccanici; ciascuno, tramite il proprio funzionamento, realizza una fase specifica, necessaria ad implementare l’intero processo di propulsione. Il ‘cuore pulsante’ è costituito dai pistoni e dal loro moto alternativo che si trasforma in moto rotatorio per mezzo di un altro organo, l’albero a gomiti: vediamo di seguito di cosa si tratta.
Cos’è l’albero a gomiti
Un albero a gomiti (‘cranckshaft‘ in inglese) è un albero motore. È un organo meccanico ottenuto da un semilavorato, realizzato in ghisa o in acciaio (fuso o stampato); deve la sua denominazione al fatto di essere sostanzialmente costituito da una serie di manovelle; all’interno di ciascuna manovella è imperniata una biella, l’organo meccanico che ha la funzione di collegare l’albero motore ai cilindri. I perni delle bielle sono disassati (ossia non sono collocati lungo lo stesso asse) rispetto a quelli delle manovelle: ciò conferisce la caratteristica struttura all’albero a gomiti, detto anche ‘collo d’oca‘.
L’organo è costituito dalle seguenti componenti:
- perni di banco: sono gli elementi ai quali sono solidali le manovelle;
- manovelle: dette anche ‘colli d’oca’, sono gli elementi che connettono i perni di banco ai perni di biella;
- perni di biella: sono gli elementi all’interno dei quali si inserisce la testa della biella;
- contrappesi: servono a bilanciare l’equilibratura dell’albero;
- spalle: sono le manovelle che si trovano alle estremità dell’organo;
- asse della distribuzione: è l’elemento terminale che collega l’albero agli organi della distribuzione;
- flangia di fissaggio del volano: l’elemento che connette l’albero al volano del motore.
Albero a gomiti a cosa serve e come funziona
In estrema sintesi, l’albero motore è l’organo deputato a trasformare il moto alternato dei pistoni all’interno dei cilindri in moto di rotazione. Questi, tramite l’apparato degli organi di trasmissione, viene trasferito alle ruote motrici, facendo in moto che il veicolo possa muoversi.
Il processo di funzionamento dell’albero a gomiti è tutto sommato semplice. Il ciclo termodinamico dell’alimentazione determina il movimento dei pistoni nei rispettivi cilindri; poiché ogni pistone è connesso all’albero motore tramite una biella, il moto alternato del cilindro (o dei cilindri) fa roteare l’albero; questi, a sua volte, imprime lo stesso movimento agli organi della trasmissione che, tramite i differenziali, fanno girare le ruote deputate alla trazione.
Il numero di cilindri incide sulla dinamica con la quale opera l’albero a gomiti. Nello specifico, l’angolo che si forma tra i perni di banco e i perni delle bielle deve essere tale da assicurare la regolare successione del moto dei cilindri. In un propulsore a 4 cilindri, ad esempio, l’angolo è di 180° mentre in un motore a 6 cilindri misura 120°. Quando i perni di banco e di biella si collocano sullo stesso piano, l’albero motore si dice ‘piatto’.
I vari tipi di albero a gomiti
Le caratteristiche dell’albero motore variano a seconda di diversi fattori, anzitutto il numero dei cilindri: per i propulsori monocilindrici, il design e la struttura sono più semplici rispetto ad un albero destinato ad un motore pluricilindrico. In generale, è possibile individuare due tipologie di albero motore:
- monolitico, ossia composto da un unico elemento;
- composito, ossia composto da più elementi.
L’albero monolitico viene ricavato da una singola parte, stampata o fusa e poi lavorata in varie fasi successive. Poiché costituisce un blocco unitario, offre innumerevoli vantaggi dal punto di vista tecnico, in quanto complessivamente più resistente. Gli alberi compositi, invece, sono più difficili da realizzare, a causa dei parametri da rispettare per evitare vibrazioni. Consentono di smontare il perno che si inserisce nella testa della biella ma sono più delicati dei monolitici; nei veicoli destinati all’uso civile, questo tipo di albero trova collocazione principalmente nei motori a due cilindri.
Nei motori a due e quattro tempi per i motori unidirezionali (con il carter umido o a secco), l’interno dell’albero è cavo, così da permettere il passaggio dell’olio che lubrifica i cuscinetti da banco. Per i motori a due tempi con carter pompa, l’albero è spesso strutturato in modo tale da ridurre il volume del carter, oppure essere privo dei fori di equilibratura o un particolare tipo di profilo delle spalle.
Manutenzione dell’albero motore
L’organo, di per sé, non necessita di interventi particolari, benché sia un organo sottoposto a costante sollecitazione meccanica. In linea di massima, la ‘vita’ di un albero a gomiti equivale a quella del propulsore di cui fa parte. I casi in cui l’albero possa cedere sono estremamente rari; ad ogni modo, alcuni fattori, come ad esempio l’utilizzo di un olio di qualità scadente (oppure un ricambio tardivo del lubrificante), possono compromettere l’integrità di alcuni componenti, come i perni o i cuscinetti.
Ad ogni modo, un albero a gomiti, per operare nelle migliori condizioni possibili, deve possedere alcune caratteristiche fondamentali:
- rigidità ottimale, specie nei punti di giunzione delle varie parti; per evitare la rotazione di più parti collegate ad uno stesso perno, vengono utilizzate anche le chiavette di Woodruff, a sezione circolare o cilindrica;
- perfetta equilibratura: ciò è possibile attraverso alcuni accorgimenti, come la taratura dei contrappesi; a tal fine, si possono utilizzare anche i cosiddetti ‘contralberi‘
- corretta disposizione dei perni di manovella.
Qual è la differenza tra albero a camme e albero a gomiti
Quello a gomiti non è l’unico “albero” presente nei motori a combustione interna. Ce n’è anche un altro, l’albero a camme. Per quanto possa capitare di confonderli, si tratta di due organi molto diversi, sia dal punto di vista strutturale sia dal punto di vista funzionale.
L’albero a camme fa parte degli organi meccanici della distribuzione e deve il suo nome alla presenza delle ‘camme’, ossia elementi eccentrici calettati lungo un medesimo perno. Esso ruota grazie all’albero motore, al quale è collegato tramite una cinghia o una catena; la funzione dell’albero a camme è quello di regolare l’apertura e la chiusura delle valvole dei cilindri; se si trova sopra la testata, si parla di ‘albero a camme in testa’; alcuni motori sono dotati di doppio albero.
