Equilibratura del motore

Equilibrare un motore significa ridurre al minimo le vibrazioni interne.

Le vibrazioni, oltre a rendere il motore rumoroso, possono essere causa di rotture.

Il motore a combustione interna è svantaggiato rispetto, per esempio, ai motori elettrici o alle turbine e ciò è dovuto alla particolare forma geometrica degli organi in movimento, che, essendo piuttosto asimmetrici (e quindi non presentando omogenea distribuzione delle masse in movimento) sono soggetti a forze centrifughe che, variando continuamente in intensità, causano parecchie vibrazioni.

Inoltre, poiché in pratica gli organi di un motore non si muovono mai di moto uniforme (cioè con velocità costante), si originano anche le forze di inerzia che non sono solo di tipo centrifugo e che sono, almeno alcune, di difficile o impossibile equilibratura.

L'equilibratura dell'albero motore è di fondamentale importanza perchè si tratta dell'organo in movimento del motore dotato di massa maggiore.

Un albero si dice equilibrato staticamente se, appoggiato orizzontalmente su due appoggi a coltello con coefficiente di attrito trascurabile, si mantiene fermo in qualsiasi posizione angolare venga posto.

L’equilibrio  statico è legato quindi all’omogenea distribuzione di massa rispetto all’asse di rotazione dell’albero, e lo si può ottenere sfalsando opportunamente le varie manovelle, ma anche ponendo opportuni contrappesi dalla parte opposta rispetto all’asse

Come è possibile vedere dalla figura 1, negli alberi dei motori monocilindrici o con cilindri in linea per l'equilibratura si fa uso di contrappesi, mentre nei motori a cilindri contrapposti l'albero non necessita di contrappesi.

Un albero si dice equilibrato  dinamicamente se le forze centrifughe a cui è sottoposto non creano alcun momento rispetto all’asse di rotazione; ciò significa che, ruotando, il motore non dovrebbe trasmettere alcun carico ai supporti se non quello dovuto al proprio peso.

Oltre alle forze centrifughe, durante il moto dei vari organi, si generano forze d'inerzia. Queste vengono generate ogni volta che un organo del motore è sottoposto ad un'accelerazione (una variazione di velocità). 

Va notato che, anche quando l'albero motore ruota con numero di giri costante, il pistone, lo spinotto e la biella subiscono continue variazioni di velocità. Su ognuno di questi organi si genereranno quindi delle forze d'inerzia proporzionali alla massa e all'accelerazione.

Nella tabella seguente è possibile vedere le forze ed i momenti risultanti agenti su varie tipologie di motore. 

In figura 2 è possibile vedere due esempi di albero motore, il primo dinamicamente squilibrato, il secondo equilibrato.
Nel primo caso le due forze centrifughe generano una coppia (o momento) che tende a far ruotare l'albero motore attorno ad un asse perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero.
Nel secondo caso, invece, le coppie generate dalle forze centrifughe sono due e si equilibrano a vicenda.

Equilibratura forze di inerzia alternate

Pistone, spinotto e gran parte della biella sono dotati di moto alternativo e generano quindi forze di inerzia ricavabili semplicemente attraverso la classica formula della dinamica:

F = ma

dove:

F = forza agente sull'organo del motore;

m = massa dell’organo;

a = accelerazione.

Queste forze si generano sempre, anche nel caso che il motore giri a regime costante, in quanto il moto di questi organi non può mai essere uniforme a causa della sua inversione in prossimità dei punti morti; di conseguenza, il pistone e il piede di biella subiranno punto per punto accelerazioni.