Attrezzi fai da te: costruire un estrattore per cuscinetti

In alcuni motori di moto con cui ho avuto a che fare, al momento della separazione dei carter nella fase di smontaggio, uno o anche entrambi i cuscinetti di banco non rimangono nei loro alloggiamenti sui carter, ma restano solidali all'albero motore. Il motore Rotax montato sull'Aprilia MX 250 dell'84 su cui sto trafficando in questo periodo è proprio uno tra questi.
Per cambiare i vecchi cuscinetti con i nuovi occorre un attrezzo che li separi dall'albero motore.
Ho potuto vedere che ci sono due tipi di estrattori per questo scopo. Il primo è un estrattore a false sfere, che funziona incastrando i tiranti muniti di estremità conformate appositamente tra la pista interna ed esterna del cuscinetto. In seguito si estrae il cuscinetto tirandolo verso l'estremità dell'albero motore. Ecco una foto:

Il secondo tipo, che è il più comune, è composto di due parti speculari che funzionano lavorando a tenaglia, insinuandosi tra il cuscinetto e la spalla dell'albero motore. Poi, sempre con l'ausilio di due tiranti (non visibili nella foto qui sotto), lo si estrae dell'albero motore.

Quando qualcuno ha bisogno di attrezzi di questo tipo, non fa altro che andare in una ferramenta ben fornita o un negozio che venda attrezzatura da officina e se lo compera. Quando quel qualcuno sono io, che preferisco sempre il fai da te a costo di fare danni e che ho il portafoglio che spesso piange, si prova ad arrangiarsi con quello che si ha a disposizione.
Tra l'attrezzatura che avevo già a portata di mano c'era il classico estrattore a due griffe. L'estremità ad L delle griffe era però troppo spessa per potersi insinuare tra il cuscinetto di banco e la spalla dell'albero motore. Per poter adoperare questo attrezzo dovevo trovare il sistema di sollevare di circa mezzo centimetro il cuscinetto dalla sua posizione sull'albero motore. Ho scartato subito l'idea di provare a costruire un estrattore a false sfere. Con i mezzi a mia disposizione era praticamente impossibile; troppi pezzi da realizzare e materiale a mia disposizione non adatto allo scopo. Il progetto di costruire un estrattore del tipo a tenaglia invece era sicuramente più fattibile. Rovistando nel cassone del ferrovecchio ho trovato un robusto profilo in ferro ad L, spesso circa 3/4 mm, simile a quelli che si usano come sostegni per le reti di recinzione. Ne ho segati grossolanamente due spezzoni di una dozzina di centimetri circa. La mia idea era di limare un bordo interno di ciascuna "L" a forma di piano inclinato, per avere un estremità abbastanza sottile da infilarsi tra il cuscinetto e la spalla dell'albero. Oltre ad essere sottile doveva essere anche abbastanza robusta da reggere lo sforzo dell'estrazione senza rompersi o deformarsi. In seguito volevo forare in due punti l'altra spalla delle "L" per poter inserire due tiranti (come sulla foto dell'attrezzo sopra) per stringere a tenaglia il cuscinetto ed allo stesso tempo far scorrere il suo bordo arrotondato sul piano inclinato: così facendo (ottimisticamente parlando) si sarebbe sollevato , o (teoricamente parlando) avrebbe quantomeno dovuto farlo.
Mentre lavoravo di mola a disco una delle due L stretta in morsa per dargli il profilo a piano inclinato, ho avuto una intuizione. Invece di usare dei tiranti per stringere il cuscinetto, volevo provare a fissare i profili ad L direttamente alle ganasce della morsa, sfruttando i fori per le viti che le fissano al corpo. In questo modo oltre ad evitare di usare dei tiranti (pezzi in meno da pensare e poi realizzare) avrei avuto la possibilità di sfruttare la maggior forza che secondo me poteva esercitare la morsa. Così ho fatto un foro a ciascuno dei profili a L limati per poterli fissare alle ganasce.

Successivamente ho tolto una vite ad ogni ganascia della morsa e con delle altre viti leggermente più lunghe ho applicato le mie L, che in questo modo facevano corpo unico con la morsa.

La posizione disassata dei profili ad L sulla morsa è intenzionale. Se li avessi fissati centralmente l'estremità di un albero motore particolarmente lungo avrebbe urtato contro la parte scorrevole della morsa rendendo impossibile l'estrazione del cuscinetto. A questo punto potevo mettere l'albero in morsa puntando le estremità delle mie "L" tra cuscinetto ed albero motore ed infine verificare quanto la mia intuizione fosse felice o meno. Ho lubrificato con del grasso il piano inclinato dei profili a L per cercare di facilitare lo scorrimento tra questi ed il bordo arrotondato del cuscinetto. Una leggera scaldata con la pistola termica, qualche giro di morsa...

...ed il cuscinetto inizia a separarsi dall'albero senza grossi sforzi. Considerata la rozzezza con cui ho lavorato i profili ad L, limandoli ad occhio con la mola a disco, direi che ho ottenuto il risultato che volevo con il minimo sforzo indispensabile.

Ora  che avevo separato quanto bastava il cuscinetto dalla spalla dell'albero motore, potevo capovolgere l'albero ed estrarre comodamente il cuscinetto per mezzo dell'estrattore a due griffe:

Nella foto qui sopra il cuscinetto che sto togliendo è quello sull'altra spalla dell'albero motore (lato volano) rispetto alle foto precedenti (lato primaria), ma ero così gongolante per il risultato ottenuto da dimenticarmi di documentare l'estrazione dello stesso cuscinetto in tutte le sue fasi...  

Avendone l'occasione ho testato questo attrezzo anche su un altro albero motore (Husqvarna 125 lato volano) ed ha nuovamente funzionato senza problemi. I profili sembrano abbastanza robusti da non danneggiarsi con l'uso, anche se questa è una valutazione da farsi dopo numerose "estrazioni". 

Ad ogni modo, dal momento che questo rudimentale attrezzo ha comunque funzionato, credo che proverò a realizzarne uno ex-novo, lavorando in modo più accurato e applicando un paio di accorgimenti che potrebbero farlo funzionare in modo migliore. E con i soldini che non ho speso per acquistare un attrezzo serio mi compero qualche ricambio per rimettere in sesto i miei ferrivecchi.

Aprilia APS 1984: le indagini proseguono...

Qualche giorno fa, dopo le varie misure prese e le considerazioni fatte in merito al sistema di leveraggio progressivo Aprilia APS montato sulla MX 250 del 1984, riflettevo sul fatto che la corsa della ruota da me rilevata fosse di qualche centimetro superiore rispetto a quella di una moto moderna. La cosa non mi pareva del tutto normale. Mentre giravo intorno alla moto, all'improvviso mi sono reso conto di aver fatto tutte le mie misurazioni col perno ruota nella sua posizione di massimo arretramento sul forcellone. Come se quella fosse l'unica posizione che il perno ruota può avere! Non avevo minimamente considerato che la sede del perno ruota su ogni forcellone è un asola e non un semplice foro, per l'ovvia ragione di poter registrare la tensione della catena. Questa mia dimenticanza mi ha fatto riflettere. Dovevo riconsiderare tutto considerando la posizione del perno ruota una variabile e mantenendo fissa la lunghezza della bielletta che collega il leveraggio al telaio.
Col perno ruota arretrato al massimo, anche l'arco descritto dallo stesso al muoversi del forcellone è alla sua massima lunghezza: di conseguenza in questa configurazione si ottiene la massima corsa ruota possibile. Se invece il perno ruota si trova nella sua posizione più avanzata, l'arco descritto al muoversi del forcellone sarà il minore possibile e di conseguenza anche la corsa della ruota sarà la minima possibile. In entrambe le posizioni del perno ruota però la corsa dello stelo del mono resta invariata, perchè il movimento del forcellone (e conseguentemente anche del perno ruota) è delimitato dai due punti di massima estensione e massima compressione dell'ammortizzatore. Quindi anche l'angolo compreso tra la posizione del forcellone a sospensione tutta estesa e la posizione del forcellone a sospensione totalmente compressa resta sempre lo stesso.
 Considerato tutto questo, spostando il perno ruota più avanti possibile avrei ottenuto un valore di corsa ruota più allineato a quello di una moto moderna, fermo restando il valore di corsa utile dello stelo del monoammortizzatore. La media del rapporto di leveraggio sarebbe quindi diminuita, avvicinandosi anche se non di molto ai valori di una moto moderna. Però bisognava soprattutto capire che cosa sarebbe cambiato centimetro per centimetro, come fatto in precedenza.
Il diametro del perno ruota su questa moto è di 20 mm, mentre l'asola sul forcellone entro cui lo si può spostare misura 50 mm. La differenza tra la posizione di massimo avanzamento e massimo arretramento del perno ruota sul forcellone è quindi di 30 mm. Quanto sarebbero influiti questi 30 mm nel funzionamento del sistema di leveraggio?

L'avanzamento del perno ruota ne riduce la corsa di 20 mm. Di conseguenza il rapporto medio di leveraggio scende da 3,31:1 a 3,17:1. La curva del rapporto di leveraggio con il perno ruota al massimo avanzamento ricalca l'andamento di quella relativa al perno ruota completamente arretrato, ma rimane quasi sempre al di sotto di quest'ultima. Relativamente al rapporto di leveraggio credo che questo aspetto sia da considerarsi un miglioramento. Allo stesso modo credo sia migliorata anche la curva che descrive l'andamento della corsa dello stelo del mono lungo la corsa della ruota. Col perno ruota avanzato il mono si comprime maggiormente nella prima parte di corsa ruota, mentre lo fa in misura minore nell'ultimo terzo di corsa rispetto alla posizione di perno ruota arretrato. Osservando la "pancia" delle curve relative alla corsa dello stelo del mono ho notato che questa rimane identica; le due curve si incrociano poco oltre la metà della corsa ruota ma il loro profilo resta praticamente identico. Ciò dovrebbe significare che la progressione del leveraggio rimane pressochè invariata. In effetti in questo confronto il sistema di leveraggio è sempre lo stesso, cambia solo la lunghezza del braccio di leva del forcellone. Tirando le somme di quest'ultimo esperimento e tralasciando gli altri aspetti correlati al posizionamento avanzato o arretrato del perno ruota sul forcellone sembrerebbe che l'APS funzioni un po' meglio col perno ruota avanzato.

La bielletta "osso per cani" sull'Aprilia APS 1984

Il sistema di leveraggio APS montato sull'Aprilia MX 250 del 1984 è composto da due particolari. Uno è il leveraggio, costituito da una struttura a traliccio di tondini metallici uniti per saldatura e avente un attacco superiore per il monoammortizzatore e un attacco inferiore per unirlo al telaio. Il collegamento tra leveraggio e telaio avviene per mezzo di una bielletta a forma di "osso per cani" munita di un uniball a ciascuna estremità.

 La particolarità di questa bielletta sta nel fatto che è composta di due pezzi avvitati l'uno nell'altro. Essendo costruita in questo modo è possibile modificarne la lunghezza avvitando o svitando le due parti che la compongono. Il variare della lunghezza della bielletta modifica l'altezza del posteriore della moto. Per avere un idea di altezza posteriore della moto ho preso come riferimento la distanza tra il perno ruota e un punto fisso sul telaio (ad esempio il punto in cui il parafango posteriore è fissato al telaio).
Più la bielletta è corta, maggiore è questa distanza; allungandola invece questa distanza diminuisce e la moto si "siede" sul posteriore. Portando avanti questo mio esperimento ho deciso di provare a vedere che cosa succede al rapporto di progressione del leveraggio modificando la lunghezza della bielletta.
Ho smontato la bielletta, che era nella sua posizione più corta, e svitandola l'ho allungata di 5mm. La prima conseguenza è stata che la distanza tra perno ruota ed il punto di fissaggio del parafango posteriore sul telaio è diminuita (quindi la moto si è abbassata) e la corsa utile della ruota da mono tutto esteso a mono tutto compresso è leggermente diminuita. Di conseguenza il rapporto medio di leveraggio è sceso da 3,41:1 a circa 3,31:1.
A questo punto mi aspettavo una differenza tra le curve relative ai due rapporti di leveraggio. Invece sovrapponendo le due curve relative al rapporto di leveraggio con bielletta a zero e allungata di 5mm si vede che l'andamento è pressochè identico:

In seguito ho fatto un ulteriore step di allungamento della bielletta, svitandola di altri 5mm, quindi 10mm in più rispetto alla sua posizione più corta. Ho scoperto che la distanza tra perno ruota ed il punto di fissaggio del parafango posteriore sul telaio è ulteriormente diminuita (la moto si abbassa ancora di più), ma anche che lo stelo del mono non riesce a completare la sua corsa. Questo inconveniente è causato dal fatto che il forcellone nella sua risalita urta contro la bomboletta del mono fissata al telaio prima che questo arrivi a fine corsa. A questo punto avrei dovuto lasciar perdere e non prendere le misure degli incrementi di corsa dello stelo del mono, ma mi interessava confrontare comunque la curva di progressione anche se monca degli ultimi centimetri di corsa ruota con le precedenti per vedere se c'era una differenza sostanziale:

Nella prima parte di corsa della ruota la differenza tra l'ultima curva (con bielletta più lunga di 10 mm) e le altre è più evidente rispetto alla seconda parte di corsa ruota. In ogni caso l'andamento della curva di progressione di leveraggio rimane molto simile. La bielletta "osso per cani" influisce in modo significativo sull'altezza della parte posteriore della moto, ma non altrettanto sul rapporto di progressione del leveraggio.

Rapporto di leveraggio: Aprilia APS 1984 Vs Kawasaki Uni-Trak 2009

Finalmente a forza di cercare sono riuscito a trovare un grafico che descrive l'andamento della corsa dello stelo del mono rispetto alla corsa della ruota di una moto moderna. La moderna in questione è una Kawasaki KX 450 F del 2009.
Ecco il grafico:

A questo punto ho quanto basta per fare una comparativa tra il sistema di leveraggio Aprilia APS e qualcosa di al passo con i tempi. Purtroppo però questo grafico è una immagine, quindi la cosa non è così semplice. Non avendo a disposizione una tabella con dati certi da utilizzare, sono costretto a prendere "a spanne" i dati dall'immagine e immetterli nel grafico assieme alla curva dell'APS. 

La cosa più lampante che appare dal grafico è che c'è una differenza abissale tra la misura della corsa stelo del mono Aprilia nei confronti di quello montato sulla Kawasaki. Quest'ultima ha una corsa ruota di 315 mm (dato desunto per sicurezza da scheda tecnica e non dal grafico) e una corrispondente corsa dello stelo del mono di 140 mm, a fronte dei 345/104 che ho misurato sull'Aprilia. Di conseguenza il Kawa ha un rapporto medio di leveraggio di 2,25 rispetto a 3,31 rilevato sull'Aprilia.
Osservando l'immagine del rapporto di leveraggio Uni-Trak della Kawasaki ho visto che riporta anche il rapporto della progressione del leveraggio. Avendo anche questi dati volevo fare un ulteriore confronto con l'APS. Per farlo ho calcolato il rapporto di progressione del leveraggio con lo stesso metodo usato dall'autore del grafico. Ho quindi calcolato quanta corsa deve fare la ruota per comprimere lo stelo del mono di un centimetro partendo dalla posizione di tutto esteso. Per la Kawasaki KX 450 F 2009 occorrono 28,6 mm di corsa ruota, mentre per l'Aprilia ne occorrono circa 60...una bella differenza! Successivamente ho misurato la corsa compiuta dello stelo del mono negli ultimi 60 mm di corsa della ruota: in questo intervallo il mono si comprime di circa 24 mm. Ora è possibile calcolare il rapporto della progressione del leveraggio APS:

Nei primi 60 mm di corsa ruota l'ammortizzatore si comprime di 10 mm, quindi : 60/10 = 6 (Kawa 2,86)
Negli ultimi 60 mm di corsa ruota l'ammortizzatore si comprime di 24 mm, quindi: 60/24 = 2,5 (Kawa 1,72)
Rapporto di progressione del leveraggio: 6/2,5 = 2,4. (Kawa 1,7 circa riportato sul primo grafico, a conti fatti 1,66)

Dopo tutti questi calcoli è ora di tirare le somme di questo confronto. Le differenze tra l'APS del 1984 ed un sistema moderno come l'Uni-Trak del 2009 ci sono, e sono davvero evidenti nella prima parte di corsa del mono, mentre verso il fine corsa il comportamento dei due sistemi di leveraggio si assomiglia un po' di più. 
Dalla posizione di tutto esteso (corsa ruota zero) l'APS del 1984 comprime lo stelo nel corpo del mono molto poco rispetto alla corrispondente corsa della ruota. Questa caratteristica è probabilmente dovuta al fatto che mentre la corsa ruota risulta addirittura maggiore rispetto ad una moto attuale, la corsa utile dello stelo del mono è inferiore di quasi il 35% rispetto ad un mono moderno come in questo caso quello montato sulla Kawasaki KX450F 2009. Forse il limite dell'APS del 1984 è il sistema stesso, progettato intorno ad un monoammortizzatore dalla corsa utile eccessivamente ridotta. D'altro canto è opinione diffusa che le prime moto da fuoristrada equipaggiate con il monoammortizzatore funzionassero peggio delle ultime moto biammortizzate e ci è voluto qualche anno per trovare la giusta strada in fatto di leveraggi. Le mie sono le considerazioni di uno che per curiosità e con la scusa di volerci capire qualcosa in più, esplora una materia sconosciuta; per questo motivo, dal momento che non possiedo conoscenze tecniche specifiche, le conclusioni a cui sono arrivato potrebbero anche essere sbagliate.