Tecnica

Motori e questione di tolleranze

- Tra teoria e pratica le differenze possono essere sottili ma sono comunque significative. La perfezione nei motori da moto non può essere raggiunta. Ci si può solo andare vicino

I componenti di quegli autentici concentrati di tecnologia che sono i moderni motori di alte prestazioni devono essere lavorati con grande accuratezza.
Se così non fosse non sarebbe possibile ottenere gli straordinari risultati oggi raggiunti dalle supersportive e ancor più dalle moto da competizione.

Solo lavorazioni estremamente precise consentono di ottenere pezzi con geometria e dimensioni il più vicino possibile a quelle ideali. Ovvero a quelle che dovrebbero avere se le lavorazioni fossero assolutamente perfette, cosa impossibile.
La perfezione non può essere raggiunta. Ci si può solo andare vicino. E non è possibile realizzare due pezzi perfettamente uguali. Talvolta può sembrare che lo siano, ma spingendo sempre più l’accuratezza di misura si può constatare che non è così.

E’ chiaro che occorrono quote e forme di riferimento, cioè appunto ideali.

Il concetto di tolleranza dimensionale dovrebbe essere familiare per tutti gli appassionati. Si tratta degli scostamenti dalla misura nominale (cioè ideale). Per quanto un pezzo sia lavorato con cura ci sono sempre ed è quindi necessario che siano ridotti al minimo.

Se ad esempio il perno di un albero ha un diametro nominale di 35 mm e viene lavorato con una tolleranza di più o meno 0,01 mm rispetto a tale valore ideale, tutti i pezzi prodotti hanno un diametro compreso tra 34,99 mm e 35,01 mm. Il campo di tolleranza è 0,02 mm.

In fase di progetto i tecnici, dopo avere definito i valori ideali per quanto riguarda le dimensioni e la geometria dei diversi organi meccanici, stabiliscono i massimi scostamenti da tali valori che si possono accettare senza che si verifichino problemi in termini di prestazioni, affidabilità e durata. In altre parole, indicano le tolleranze che si devono adottare durante la produzione.

Le quote di ogni componente prodotto devono dunque risultare all’interno del campo definito dai valori massimo e minimo ammissibili per ciascuna di esse. Tutti i componenti che rientrano in tale campo possono essere montati e naturalmente sono intercambiabili.

Le tolleranze interessano tutti i componenti, quindi influenzano direttamente gli accoppiamenti. Ovvero i giochi e le interferenze. Ecco perché i costruttori non indicano un valore preciso per il gioco tra due organi meccanici ma dicono che al montaggio esso deve essere compreso tra un certo valore minimo e un dato valore massimo. Basta consultare qualunque manuale d’officina per constatarlo.

Talvolta sarebbe possibile restringere il campo di tolleranza ma all’atto pratico ciò comporterebbe un aumento dei costi di fabbricazione non accettabile per una produzione di serie.

In questi casi si fa in genere ricorso alle selezioni. Dopo le lavorazioni gli organi in oggetto vengono misurati e sono poi suddivisi in varie classi dimensionali, ciascuna delle quali viene contraddistinta da una lettera (o meno frequentemente da un numero). Ciò rende possibile un accoppiamento selettivo tra i componenti.
Mettiamo che ad esempio i cilindri con diametro nominale di 67 mm vengano prodotti con una tolleranza di 0,02 mm e che lo stesso accada per i pistoni. In tal caso quelli con diametro compreso tra 67,00 e 67,01 mm vengono indicati con una A e quelli da 67,01 a 67,02 mm con una B. Per i pistoni si procede in maniera analoga. In fase di montaggio basta allora montare i pistoni A nei cilindri contraddistinti dalla stessa lettera; la tolleranza per quanto riguarda il gioco sarà di 0,02 mm. In pratica si ottiene lo stesso risultato che si avrebbe impiegando tolleranze di lavorazione più ristrette.

Perfino il rapporto di compressione viene influenzato dalle tolleranze. O meglio, dalla somma di quelle dei vari componenti che determinano la posizione del cielo del pistone ai due punti morti.

Anche se le lavorazioni vengono effettuate rispettando le tolleranze prescritte, le bielle di un determinato tipo di motore non hanno tutte esattamente la stessa lunghezza, i pistoni non hanno tutti esattamente la stessa altezza di compressione, etc…

In due monocilindrici uguali il cielo del pistone può dunque arrivare ad altezze leggermente diverse una volta al punto morto superiore; possono quindi essere differenti la capacità della camera di combustione e l’altezza di squish. Nei plurifrazionati per quanto riguarda il rapporto di compressione si possono avere differenze tra i diversi cilindri che, se accettabili per i motori di serie, non lo sono per quelli da competizione.

Alcuni costruttori per i loro motori indicano gli scostamenti ammessi rispetto al rapporto di compressione nominale (ad esempio, più o meno 0,3).

Nei motori di prestazioni molto elevate si adottano tolleranze molto ristrette. In quelli da corsa si cerca il massimo sotto tutti gli aspetti e ciò che è adeguato per la produzione di serie non è sufficiente.
Inoltre i costi hanno una importanza molto relativa (anzi spesso non ne hanno affatto) e quindi si possono effettuare lavorazioni di maggiore precisione.

Adottando tolleranze molto ristrette in molti casi è possibile ridurre le perdite per attrito e quindi migliorare il rendimento meccanico. Piccoli contributi, magari, la cui somma però può essere decisamente significativa, quando tutto è al limite.
Si cerca di ridurre al minimo possibile gli scostamenti rispetto alle dimensioni ideali in modo da poter ottenere i giochi ottimali e da annullare (o quasi) le differenze tra cilindro e cilindro a livello di rapporto di compressione e di altezza di squish. I preparatori lavorano intensamente con questo obiettivo, che richiede tempo e accuratezza.
E nei reparti corse…

  • mouche, Perugia (PG)

    Spettacolo.. questi articoli sono sempre molto interessanti.. Per avere un'idea: nella MotoGP le tolleranze sono effettivamente dell'ordine del centesimo di millimetro?
    In ogni caso, faccio una battuta: bisognerebbe che questi livelli di controllo e precisione si raggiungessero anche con gli pneumatici!! Non è possibile che ci sono ingegneri e tecnici che progettano e realizzano moto così performanti e costose, e poi tutto il lavoro venga guastato da una gomma fallata!
  • Katana05, Reggio nell'Emilia (RE)

    Credo sia opportuno distinguere la posizione della tolleranza (che determina il gioco fra le parti) e il suo grado (ovvero la qualità della precisione). Un mio professore di metallurgia una volta mi disse che benchè i motori da competizione siano ovviamente realizzati con gradi di tolleranza raffinatissimi prevedono altresì giochi superiori alla media per consentire escursioni termiche maggiori, superiori sollecitazioni e non richiedendo usure e durate elevate. Ma non avendo mai lavorato in un reparto corse non so quanto ci sia di vero in questa ipotesi.
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