Tecnica
Di cosa sono fatti i telai
Scritto da Giola - Pubblicato 18/10/2010 08:27
Lo scheletro del nostro amore a motore può essere fatto con mille e più materiali, ognuno con una certa caratteristica, qui di seguito 2 parole in croce sull'argomento

Il telaio, lo scheletro che regge tutto quello che è la nostra amata moto, svolge una funzione strutturale, ossia di collegamento tra motore, forcellone, forcella e tutti gli arti organi che fanno della moto un mezzo di trasporto (compreso il pilota) e svolge anche una funzione geometrica, ossia la sua forma e le sue quote fan si che il mezzo sia in grado di soddisfare le richieste necessarie per creare quel determinato tipo di veicolo.

Un aspetto di vitale importanza è con cosa vengono fatti questi scheletri, i materiali. Partendo dal più reperibile, l'acciaio, lo si può trovare in tutte le forme e dimensioni ed è piuttosto malleabile. Lo si usa in tubi rotondi o rettangolari, i primi sono più facili da piegare mentre i rettangolari se disposti come si deve si possono accoppiare creando un telaio estremamente rigido e stabile. L’ acciaio può dar vita anche a telai scatolati, stampando e saldando tra loro delle sottili lamiere, il tutto poi porterà ad avere una rigidezza molto elevata.
Gli acciai a loro volta si possono suddividere a seconda delle loro caratteristiche meccaniche, si va quelli più comuni da carpenteria alle superleghe ad alta tensione di rottura; quindi a seconda dello impiego che si dovrà fare del futuro mezzo, si dovrà scegliere quale acciaio utilizzare.

Altro materiale è l'alluminio, molto utile in quanto permette strutture più rigide e più leggere rispetto all'acciaio a parità di telaio; tuttavia realizzare un telaio in alluminio è più costoso perché il metodo di saldatura è molto più complesso, difatti l'alluminio a contatto con l'aria si ossida piuttosto facilmente e per evitare che le saldature diventino col tempo fragili, bisogna operare in atmosfera controllata da gas inerti (saldatura TIG oppure MIG, che grossomodo differiscono tra loro per la presenza nella prima di un materiale d’apporto). Una peculiarità di questo materiale è che si presta bene a essere trasformato in estruso, pressofuso, laminati e forgiati, il che poi può rendere facilmente fattibile la creazione di strutture resistenti a sollecitazioni di un certo livello.

Confrontando direttamente acciaio ed alluminio, per costruire un dato telaio con un certo peso, col l'acciaio si utilizzano lamiere di 0.8 mm di spessore, mentre con l'alluminio si usano lamiere con 2.5 mm di spessore, con ovvi vantaggi di rigidità torsionale.

Un altro materiale che si può definire il logico successore dell'alluminio è il magnesio, difatti negli ultimi modelli di moto2 il telaio era in alluminio; tuttavia è molto improbabile che nel recente futuro ci siano delle moto di serie con telaio in alluminio: questo materiale ha scarsa resistenza alla ossidazione (a meno che non venga trattato superficialmente, operazione piuttosto costosa), inoltre le sue caratteristiche “utili” decadono facilmente all’aumentare della temperatura, fin al punto che nelle massime competizioni automobilistiche alcune federazioni hanno vietato l'uso di carter motore in magnesio dato che prendono fuoco facilmente, senza tener conto che il magnesio di per sé è costosissimo e si salda con difficoltà.

Il titanio invece lo si può definire come il cugino prestigioso e costoso dell'acciaio, perché facilmente reperibile sotto forma di tubi, inoltre la sua resistenza meccanica simile a quella dello acciaio fa si che venga utilizzato nella bulloneria speciale delle moto da corsa.

Altra categoria di materiali utilizzati sono i cosiddetti materiali compositi, provenienti dalle recenti tecnologie aeronautiche; questi si definiscono anisotropi, ossia trattasi di materiali che a seconda delle sollecitazioni ricevute si comportano in un dato modo. Per progettare un telaio in fibra composita si devono tener conto diversi fattori, come ad esempio il tipo di materiale e l'orientamento delle fibre.

Il materiale composito è costituito principalmente da filamenti di carbonio, vetro, kevlar e boro disposti all'interno di una resina. Alcuni di questi hanno particolari capacità di sopportare urti ed abrasioni, oppure divenire particolarmente rigidi e resistenti, quindi adatti a creare strutture portanti. Un vantaggio a differenza degli altri materiali sopra citati, è la possibilità di disporre le singole fibre in modo tale da privilegiare certe caratteristiche. Ad esempio se si va a creare un materiale monodirezionale, ossia con le singole fibre tutte orientate in una singola direzione, questo avrà ottime caratteristiche meccaniche se usato rispettando l'orientamento di quelle fibre.

I materiali compositi son principalmente usati per sostituire delle strutture di acciaio, magnesio e alluminio (come cerchi, forcelloni, dischi freno) oppure come alternativa a strutture plastiche come le carenature.
 

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Commento di: Neretinodoc il 19-10-2010 17:46
complimenti bell'articolo! credo tu abbia chiarito abbastanza dubbi!
Commento di: Giola il 19-10-2010 18:29
grazie mille davvero
Commento di: DiaNouS il 19-10-2010 20:24
sempre preciso giola ;) complimentoni
Commento di: Peppe77k il 21-10-2010 08:19
Buon articolo, ma credo che in questo passsaggio
Un altro materiale che si può definire il logico successore dell'alluminio è il magnesio, difatti negli ultimi modelli di moto2 il telaio era in alluminio; tuttavia è molto improbabile che nel recente futuro ci siano delle moto di serie con telaio in alluminio....
tu abbia fatto un po' di confuzione tra alluminio e magnesio... ;-) Ciao. Peppe
Commento di: Giola il 21-10-2010 09:18
ops...
Commento di: rb1205 il 21-10-2010 09:30
Ottimo articolo. Un solo appunto per quanto riguarda la saldatura TIG/MIG. In realtà il materiale d'apporto viene usato in entrambi i sistemi. La differenza sta nell'elettrodo: il primo usa un elettrodo in tungsteno per creare l'arco e non fonde, il materiale d'apporto viene inserito separatamente (TIG=Tungsten inert gas). Nel MIG, invece, è l'elettrodo stesso ad essere il materiale d'apporto, che si fonde durante la saldatura (MIG=Metal inert gas).
Commento di: birbo il 21-10-2010 09:36
"Altro materiale è l'alluminio, molto utile in quanto permette strutture più rigide e più leggere rispetto all'acciaio a parità di telaio"
non mi pare corretto: tra due telai con forma identica è più rigido e più resistente quello in acciaio.
Le cose cambiano a parità di peso perchè in questa condizione l'alluminio, che a parità di volume è molto più leggero dell'acciaio, consente di utilizzare maggiori quantità di materiale da spendere nella realizzazione di forme più complesse.
C'è da dire che l'impiego dell'alluminio oltre ad alleggerire i telai (ma non sempre) alleggerisce (sempre!) il portafogli del motociclista.
Ai telai di alluminio e monobraccio, continuo a preferire telai in acciaio e forcelloni tradizionali.
Questo, per ragioni di sicurezza, costi e prestazioni a parità di costo, ricordando che nelle produzioni seriali è proprio l'uso di materiali e procedure delicate a determinare costi più elevati.
Commento di: pavi il 21-10-2010 10:21
Senza addentrarsi in valutazioni che non avrebbero senso in questa sede, direi che certamente un telaio in acciaio è più rigido rispetto ad uno identico in alluminio. Nell'articolo sembrerebbe che il confronto debba porsi tra elementi resistenti di tipo scatolare, in cui a parità di dimensioni esterne si presenta la possibilità di variare lo spessore. Il questo caso la differenza di peso specifico, circa 3:1, "recupera" sullo scarto tra le caratteristiche meccaniche dei materiali, che certamente esiste, ma è di ordine inferiore.
Nelle sezioni piene, se ci si affidasse solo al criterio (assai improbabile) di mantenere costante il peso della struttura si potrebbero attingere caratteristiche delle sezioni (tipicamente il momento d'inerzia, che appare particolarmente significativo nel regolare azioni che hanno una componente flessionale importante) molto più rigide nel passaggio dall'acciaio all'alluminio.
Bella discussione, complimenti. Ciao
Commento di: Ralph-DTE il 21-10-2010 10:38
Posso permettermi di precisare delle cose con tutta l'umiltà possibile?

In un punto viene detto "...alluminio, molto utile in quanto permette strutture più rigide e più leggere rispetto all'acciaio a parità di telaio..." mentre l'alluminio permette strutture ugualmente rigide o poco più rigide a scapito di un sovradimensionamento delle sezioni. Se fosse a parità di telaio inteso come a parità di sezioni delle travi o dei tubolari, la resistenza e la rigidezza ottenuta sarebbe inferiore.

Seconda cosa, il magnesio non è un'alternativa all'alluminio ma un elemento di alligazione da aggiungere all'alluminio. Il materiale corretto è: lega di alluminio e magnesio. Il magnesio da solo non ha le caratteristiche meccaniche necessarie. Stesso vale per i cerchi in lega e la componentistica. Quando si trova scritto "in magnesio" o si sente dire "in magnesio" si intende in lega di alluminio e magnesio. I componenti cosìdetti in magnesio che non sono ritenuti affidabili sono i componenti ad alto tenore di magnesio, ossia con percentuali troppo elevate di magnesio nella lega.

Anche l'alluminio ha un comportamento anisotropo delle fibre ossia resiste bene a compressione ma molto male a trazione. Non è importante solo il tipo di sollecitazione che si verifica ma anche dove si verifica e in che direzione, ragione per cui infatti dicevi dell'importanza dell'orientamento delle fibre specie nei materiali compositi.

Spero di non passare da antipatico, ci tenevo a precisare alcune cosette perchè è un tema che mi appassiona molto, si tratta comunque di un bell'articolo di rilevante importanza tecnica. Raffaele
Commento di: Giola il 21-10-2010 11:56
tranquillo raffaele non ci sono problemi, si fanno anche questi articoli per mettere in mostra le conoscenze che una persona ha, e se sono incomplete, pazienza, si impara ancora
Commento di: pavi il 21-10-2010 13:32
D'accordo sul comportamento anisotropo dell'alluminio, meno sulla possibilità effettiva di "far lavorare" il materiale secondo modalità che ne sfruttino le migliori potenzialità. E di conseguenza sull'importanza rivestita da questo aspetto, cui bisogna, sostanzialmente, rassegnarsi.
Il telaio è un assemblato di travi, in molti casi difficilmente riconducibile ad un singolo piano. L'ambito strutturale che gli compete è quello dei telai spaziali, la condizione di vincolo tra le aste quello dell'incastro elastico. Assai difficile prevedere un vincolo a cerniera, fatta eccezione ovviamente per l'attacco del forcellone o del canotto di sterzo. Un esempio eclatante di quanto affermato è il caso delle Ducati. In queste condizioni, la scelta strutturale è asservita ad un'esigenza di carattere, diciamo così, funzionale; un pò come quando gli ingegneri smadonnano perchè l'architetto non vuole pilastri che gli limitino la distribuzione in pianta. Come aste di un telaio spaziale le azioni preponderanti cui sono sottoposte sono di carattere flessionale, spesso la geometria delle sezioni è doppiamente simmetrica. Impossibile sottrarsi alla componente di trazione, che diviene complementare a quella della compressione sul piano della sezione. Ciao.
Commento di: birbo il 27-10-2010 07:58
e allora, ce la fai una conclusioncina?
Commento di: pavi il 01-11-2010 23:42
Il mio commento era rivolto a queste affermazioni di Ralph:

Anche l'alluminio ha un comportamento anisotropo delle fibre ossia resiste bene a compressione ma molto male a trazione. Non è importante solo il tipo di sollecitazione che si verifica ma anche dove si verifica e in che direzione, ragione per cui infatti dicevi dell'importanza dell'orientamento delle fibre specie nei materiali compositi.


Mi trovo perfettamente d'accordo sulla prima, quella relativa al comportamento anisotropo dell'alluminio, meno sulla seconda, che, se ho ben capito, pone il problema della corretta progettazione dell'alluminio per quanto concerne l'opportunità di far lavorare gli elementi del telaio nella maniera più congeniale alla natura del materiale.
In effetti questa possibilità è molto modesta, se non irrealizzabile. Gli elementi strutturali che compongono i telai risultano sempre assoggettati alla trazione, visto che appartengono al modello a telaio spaziale e che lavorano in maniera significativa, se non prevalentemente, a flessione. Esistono strutture prevalentemente compresse, gli archi, ad esempio, ma la vedo dura progettare un telaio di una moto ricorrendo a questo modello strutturale. Forse il mio ti sembrerà un atteggiamento troppo rivolto al particolare, ma io sono del parere che Ralph abbia competenze idonee per riflettere sul problema sollevato e la mia obiezione non aveva carattere generale, era rivolta a lui. Ciao