Tecnica: Si fa presto a dire bronzina

di Massimo Clarke

Il disegno, le tipologie e le caratteristiche dei moderni cuscinetti a guscio sottile | <i>M. Clarke</i>

di Massimo Clarke

24 aprile 2015

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Una tipica bronzina bimetallica è costituita da un guscio di acciaio, avente uno spessore dell’ordine di 1-2 mm, sul quale è applicato uno strato di materiale antifrizione che nelle realizzazioni odierne è generalmente costituito da una lega alluminio-stagno.

In particolare nei motori molto sollecitati, vengono largamente impiegate anche le bronzine trimetalliche, nelle quali l’antifrizione è costituito da uno strato “portante” in una lega che in molti casi è a base di rame, sopra il quale è riportato un sottile overlay.

Gli spessori sono rispettivamente di 0,10-0,30 mm e di 10-20 micron (millesimi di millimetro). Tra i due viene frequentemente interposta una barriera di nichel, spessa uno o due micron soltanto.

I tipi di bronzina

Oltre che in una enorme varietà di misure, le bronzine vengono realizzate in diverse tipologie. Quelle anulari sono ad esempio le bussole bimetalliche, o semplicemente in bronzo, che vengono installate con forzamento nel piede di molte bielle. Pure nei supporti di banco di alcuni motori (mono e bicilindrici a V per moto, motori automobilistici con basamento a tunnel) vengono installati cuscinetti a guscio sottile di questo tipo.

: Anche le bussole così spesso impiegate nei piedi delle bielle e in altri punti del motore rientrano nella grande categoria dei cuscinetti a strisciamento; sono infatti bronzine anulari (mono o bimetalliche)

E non mancano certamente esempi di alberi a gomiti compositi (cioè in più parti unite a formare un’unica struttura) con bielle dotate di testa in un sol pezzo, all’interno della quale è montata una grossa bronzina anulare. Basta pensare alle indimenticabili Citroen con motore boxer raffreddato ad aria e alle moto BMW monocilindriche di 650 cm3. Un caso particolare è quello delle bronzine anulari flottanti, ovvero installate con gioco sia sull’albero che nell’alloggiamento; un esempio tipico è costituito dalle bussole sulle quali ruota l’albero dei turbocompressori.

La soluzione ormai da tempo standardizzata in campo automobilistico (e sulle moto a tre e a quattro cilindri) prevede un albero a gomiti in un sol pezzo che lavora su bronzine divise in due metà, che vengono installate con lieve forzamento nei supporti di banco, divisi essi pure in due parti, e nelle teste delle bielle, munite di cappello amovibile.

Queste bronzine sono quindi costituite da due semicuscinetti o “semigusci” ognuno dei quali è dotato di un dentino di posizionamento. Ad assicurare un saldo fissaggio e a impedire quindi la rotazione delle bronzine nelle loro sedi provvede l’interferenza di montaggio. Il dorso, ovvero la superficie esterna, dei semigusci e le pareti degli alloggiamenti hanno una elevata finitura, necessaria per assicurare un intimo contatto tra le parti e per consentire un agevole passaggio del calore.

: In questa bella immagine del basamento di una Ducati 1199 è ben visibile una delle due bronzine di banco anulari, installata con interferenza nel proprio alloggiamento. Gli alberi del cambio ruotano invece su cuscinetti volventi

La lubrificazione

Nelle realizzazioni di serie in genere le bronzine di banco sono dotate di una cava circonferenziale, collocata centralmente, che serve per consentire un ingresso continuo dell’olio nell’albero a gomiti mentre esso ruota. Nei perni di banco vi è un foro radiale di ingresso, dal quale parte una canalizzazione che porta l’olio in pressione al perno di biella adiacente.

Talvolta si impiegano due fori di entrata, diametralmente opposti, e questo consente di avere una mandata continua ai cuscinetti di biella anche se la cava per l’olio è presente solo in uno dei due semicuscinetti che costituiscono la bronzina. In questo caso l’altro ne è privo e ciò gli consente di avere una maggiore superficie di lavoro, a parità di larghezza. È per questa ragione che in diversi motori moderni si impiegano bronzine di banco che hanno la cava solo nella metà meno caricata e non nell’altra.

: Nel motore bicilindrico a V qui mostrato in sezione parziale l’olio destinato alle bronzine di biella entra nell’albero da una estremità, attraverso un condotto assiale. Alle bronzine di banco arriva direttamente dalla canalizzazione principale, posta nel

L'ingresso dell'olio nell'albero viene contrastato dalla forza centrifuga, che deve essere vinta

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L’ingresso dell’olio nell’albero attraverso canalizzazioni radiali praticate nei perni di banco viene contrastato dalla forza centrifuga, che deve essere vinta impartendo all’olio stesso una adeguata pressione. Nei motori delle auto di serie non ci sono problemi, dato che le velocità di rotazione non sono molto elevate. Le moto quadricilindriche sportive girano a regimi molto alti ma i perni dell’albero hanno un diametro abbastanza modesto, il che consente di impiegare pressioni ragionevoli nel circuito di lubrificazione.

: La soluzione adottata quasi universalmente prevede che le bronzine di banco e di biella siano realizzate in due parti, cosa che ne consente l’impiego con alberi a gomiti in un sol pezzo

Diversa è però la situazione per i motori delle vetture da competizione, nei quali i perni di banco hanno un diametro considerevole e le velocità di rotazione sono altissime. Qui per fare arrivare un adeguato flusso di olio alle bronzine di biella, con canalizzazioni di ingresso nell’albero radiali, sarebbero necessarie pressioni di mandata molto alte, cosa che comporterebbe un forte assorbimento di energia da parte della pompa.

Si fa quindi ricorso a un condotto di entrata assiale, praticato in una estremità dell’albero a gomiti. In questo caso i cuscinetti di banco vengono lubrificati in maniera indipendente e ricevono l’olio come sempre dalla canalizzazione principale, posta nel basamento.

In campo motociclistico quella di inviare l’olio al perno di manovella tramite un ingresso assiale, praticato in una estremità dell’albero, è una soluzione che da decenni è ampiamente standardizzata per i mono e i bicilindrici a V. In questo caso il lubrificante in pressione in genere arriva all’albero da una canalizzazione praticata in uno dei due coperchi laterali del basamento.

: In questo disegno al computer di una bronzina di banco Vandervell si nota la cava disposta centralmente. Serve per fornire in maniera continua olio alla canalizzazione dell’albero che lo porterà al cuscinetto di biella

Come si montano?

Le bronzine vengono installate nei loro alloggiamenti con interferenza. Quando esse sono in due parti, ciascun semiguscio ha un lieve “extrasviluppo”. Prima dell’inserimento la distanza tra le due estremità è lievemente maggiore del diametro dell’alloggiamento.

E dopo l’installazione, le estremità sporgono un poco oltre il piano che divide in due parti l’alloggiamento stesso. In questo modo, una volta montato il cappello o uniti i due semicarter che formano il basamento, e dopo avere stretto le viti la bronzina viene ad essere serrata in maniera tale da assicurare un suo saldo fissaggio e una intima unione tra le superfici.

Dopo l’installazione nell’alloggiamento e il serraggio delle viti, in corrispondenza della zona di unione dei due semigusci non deve esserci alcuno scalino. Il cappello deve pertanto essere posizionato con estrema precisione. Inoltre, i semicuscinetti sono leggermente rastremati in corrispondenza delle loro estremità. Alcune bronzine di banco sono dotate di due flange laterali, sulle quali è applicato un riporto antifrizione. Vengono impiegate per regolare il gioco assiale dell’albero (come ovvio, ne basta una per motore) e perché in grado di agire come reggispinta.

: Questa immagine di un albero a gomiti per motore automobilistico a quattro cilindri si possono osservare i fori di ingresso e di uscita dell’olio, praticati rispettivamente nei perni di banco e di biella e dotati di margini accuratamente svasati

Per funzionare correttamente, le bronzine devono ricevere di continuo una adeguata quantità di olio pulito. È pertanto di grande importanza l’adozione di un efficiente sistema di filtraggio. I fori di passaggio olio praticati nei perni dell’albero devono essere correttamente disposti e avere i margini accuratamente svasati o arrotondati.

Se fossero a spigolo vivo le conseguenze sarebbero disastrose. A regime le bronzine lavorano in presenza di lubrificazione idrodinamica, con uno strato di olio che le separa dai perni dell’albero, ma all’avviamento la situazione è molto differente…