La chiave dinamometrica: uno strumento veramente indispensabile?

La chiave dinamometrica: uno strumento veramente indispensabile?

07/09/2011
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07/09/2011

di Daniel Naftali

Bentrovati al consueto appuntamento settimanale con il tech corner!

La chiave dinamometrica è uno strumento molto utile per il montaggio delle nostre biciclette, tanto che in molti la considerano uno strumento indispensabile, che ogni meccanico, professionista o amatoriale, dovrebbe possedere. Vedremo in questo articolo di comprendere il perché di questa affermazione e quali sono gli inconvenienti che si possono incontrare se non la si utilizza.

L’importanza della coppia di serraggio.

La coppia di serraggio sui componenti da mountain bike di alta gamma è un parametro critico. Una bici leggera è più performante, lo sappiamo tutti, e per questo motivo i produttori cercano di realizzare componenti sempre più leggeri. Componenti leggeri sono però molto più delicati, sia perché utilizzano meno materiale, sia perché utilizzano materiali più duttili e meno resistenti.

Per questi motivi è estremamente importante che quando si monta un qualsiasi componente, vengano rispettate delle precise prescrizioni in quanto alle modalità di montaggio, in particolar modo riguardo alla forza con cui vengono serrate le viti. Viti troppo strette, come vedremo in seguito, possono causare eccessivo stress nel materiale, con il rischio di rotture o di danneggiamento.

Vediamo però di capire che cosa si intende con coppia di serraggio.

Quando stringiamo una vite, questa girando oppone una certa resistenza. Lo strumento che utilizziamo per avvitare la vite (chiave a brugola, Torx, ecc) è sottoposto quindi ad una sollecitazione di torsione. Quando la vite è arrivata in battuta, il filetto esercita una certa resistenza all’avvitamento, in quanto la testa è arrivata a contatto con la superficie da unire e la vite non è quindi in grado di avvitarsi ulteriormente.

La vite è un elemento che ha il compito di unire due superfici schiacciandole l’una contro l’altra. Sappiamo tutti benissimo infatti che per garantire un fissaggio ottimale, una vite non va avvitata solo fino a battuta (ovvero fino a quando la testa va a contatto con la superficie su cui è ricavato il foro), ma va stretta ulteriormente in modo che mantenga costantemente premute le due facce l’una contro l’altra. In questo modo il fissaggio avviene per attrito.

Quando serriamo la vite e questa è già arrivata a battuta infatti, essa subisce una deformazione elastica di allungamento. La vite diventa una specie di molla che, stirata, esercita una forza costante sulle due superfici da unire tenendole schiacciate l’una contro l’altra ed impedendo ogni movimento o rotazione delle stesse.

La nostra esperienza quotidiana ci insegna che più si stringe una vite, più bisogna esercitare forza sulla chiave. Questo è dovuto al fatto che più si stringe, più la vite si tende e si allunga, schiacciando sempre con più forza le due superfici le une contro le altre. In parole povere la forza con cui serriamo la vite determina la forza con cui la vite “tira” le superfici da unire. Una vite molto stretta garantirà un’unione più solidale, ma incrementa lo stress a cui è sottoposto tutto il materiale, a cominciare da quello della vite per arrivare a quello che costituisce il filetto ed il componente.

Risulta quindi logico che a seconda di quanto serriamo, la vite indurremo nel materiale delle sollecitazioni più o meno intense. Per questo motivo se vogliamo evitare di sovraccaricare il materiale dovremo limitare la forza con cui serriamo la vite.

Per misurare la forza di serraggio di una vite, bisogna misurare la coppia che si applica durante l’operazione di chiusura.

Sappiamo tutti che, se possediamo una chiave con un manico molto lungo potremo applicare una forza di serraggio maggiore con poco sforzo. Infatti la coppia di serraggio è il prodotto tra la forza tangenziale (Fa ed Fb in figura) espressa in N e il braccio di applicazione (distanza OA e OB). A parità di forza (Fa=Fb) se raddoppiamo il braccio, raddoppieremo la coppia di serraggio.

Per questo motivo si è deciso di considerare come unità di misura della coppia il N·m (newton metro). Con 1N·m si intende una forza tangenziale di 1 newton applicata con un braccio di 1 metro di lunghezza. La coppia di chiusura delle viti e dei bulloni quindi si misura in N·m ed i produttori riportano in tale unità di misura la coppia consigliata.

Sebbene il N·m sia l’unità di misura della coppia meccanica adottata dal sistema internazionale, nei paesi anglosassoni spesso questa si esprime in Ft·Lbs (piede per libbra).
Nessun problema comunque, anche se i valori di coppia dovessero essere espressi in tale unità di misura. La conversione si ottiene semplicemente moltiplicano per 0,737 la misura espressa in Ft·Lbs. In parole povere: 1 N·m = 0,737 Ft·Lbs

Molte chiavi dinamometriche comunque riportano una scala graduata con entrambe le unità di misura.

Le conseguenze di un serraggio sbagliato

Un serraggio sbagliato di una vite può comportare conseguenze piuttosto pericolose. E’ quindi importante rispettare le coppie previste dal produttore.

Una vite stretta con troppa forza può causare diversi tipi di problemi.

Innanzitutto ci sono problemi legati alla resistenza della vite o del filetto. La vite eccessivamente stretta infatti può non essere in grado di resistere alla forte sollecitazione di trazione a cui è sottoposta e quindi spezzarsi durante l’operazione di chiusura.

Se la rottura avviene durante il montaggio si tratta di un problema di poco conto. Diverso è il discorso è se la rottura avviene durante l’utilizzo. Pensiamo ad esempio alle viti di una pinza Post Mount. Le viti di queste pinze sono soggette a trazione durante il normale utilizzo. Nel caso di una brusca frenata, queste, se strette eccessivamente e quindi già sottoposte ad una forte sollecitazione di trazione, potrebbero non resistere all’ulteriore carico, rompendosi. Immaginiamo le conseguenze per il rider…
C’è però da dire che le viti in acciaio posseggono elevate risorse plastiche prima di arrivare a rottura. La vite prima di rompersi si allunga plasticamente, riducendo il carico di trazione e difficilmente si perviene a rottura. Le viti in ergal invece posseggono poche risorse plastiche e la rottura avviene in maniera improvvisa.


Rottura di una vite per trazione. Si noti come nella zona di rottura la vite si assottigli (strizione), segno che la causa di rottura è stata un eccessivo sforzo di trazione. La vite (in acciaio) ha subito inoltre un notevole allungamento (basta vedere il passo del filetto) prima di rompersi,dimostrazione di come l’acciaio possiede elevate risorse plastiche prima di arrivare a rottura.

Non dimentichiamoci poi che spesso, sulle nostre biciclette, le viti sono in acciaio e si avvitano in filetti di alluminio. In questo caso la resistenza della vite è nettamente superiore a quella del filetto, in quanto l’alluminio è un materiale molto più duttile. Nell’eventualità di un eccessivo serraggio, l’elemento che cede per primo è quindi il filetto in alluminio, che si spana. Poiché spesso i filetti sono ricavati direttamente nel componente (pensiamo ad esempio ai foderi di una forcella) il danneggiamento dello stesso può rendere inutilizzabile l’intero componente. Se si danneggia una vite basta sostituirla, ma se si danneggia il filetto, spesso bisogna cambiare tutto il componente.

In secondo luogo non è bisogna neppure trascurare il rischio che un eccessivo serraggio può comportare su altri componenti secondari. Tipico è il caso dei collarini di fissaggio dei manettini cambio o dei freni sul manubrio. Se si serra eccessivamente la vite del collarino, quest’ultimo andrà a stringere con forza sul manubrio. Specialmente nel caso di manubri in carbonio, l’eccessiva “stretta” del collarino può non essere sopportata dal manubrio, che può danneggiarsi, spesso internamente ed in maniera invisibile dall’esterno. In manubrio danneggiato può quindi cedere di schianto durante l’utilizzo, con conseguenze estremamente pericolose per il rider.

Manubrio spezzato nella zona di fissaggio dei manettini. Una rottura di questo genere è estremamente pericolosa.
Per questo motivo su componenti in carbonio è estremamente importante rispettare le coppie di serraggio massime previste dal produttore.

Nel caso invece che la coppia di serraggio sia insufficiente, il rischio riguarda un possibile allentamento accidentale della vite durante l’utilizzo. Se spesso questo non è un grosso problema (basta stringere la vite), in alcuni casi può comportare dei rischi per la sicurezza. Basta pensare alle viti che fissano le pinze ed i dischi, oppure a quelle che fissano il manubrio all’attacco manubrio. L’utilizzo di frenafiletti riduce comunque questo rischio.

Le chiavi dinamometriche

La chiave dinamometrica è uno strumento in grado di misurare la coppia di serraggio di una vite. Si utilizza come una normale chiave a cricchetto. Solitamente sono presenti delle bussole o delle teste intercambiabili che permettono alla chiave di essere utilizzata con tipi di vite differente.

Ogni chiave ha un range di coppie che è in grado di misurare. Esistono chiavi per coppie piccole, particolarmente precise ed indicate per parti estremamente delicate, come possono essere i componenti delle sospensioni. Esistono poi chiavi per coppie intermedie che solitamente si utilizzano per le altre viti. Sulle biciclette non si raggiungono comunque coppie di serraggio particolarmente elevate, il massimo sono i 40-50 N m della cassetta o di alcune guarniture.

Essendo queste chiavi degli strumenti di precisione, è molto importante la qualità con cui sono realizzate. Chiavi scandenti sono imprecise e non assicurano un risultato ottimale. Purtroppo l’unico modo per avere una chiave di qualità è comprare prodotti professionali, spesso molto costosi.

A differenza delle chiavi tradizionali abbiamo detto che le chiavi dinamometriche sono in grado di rilevare la coppia di serraggio. Esistono in realtà due tipi di chiavi dinamometriche, diverse come funzionamento e praticità.

CHIAVI A SCATTO

Si tratta delle chiavi più comunemente utilizzate, soprattutto per la loro praticità.

La chiave utilizza un meccanismo che una volta raggiunta la corretta coppia di serraggio, produce uno scatto della chiave che avvisa l’utente che la vite è correttamente stretta. Volendo è comunque spesso è possibile continuare ad avvitare in quanto il meccanismo produce un singolo scatto e non funziona come una frizione.

L’utilizzo è molto semplice. Una volta applicata la corretta testa e scelto il verso di rotazione, si agisce (solitamente girando un pomello sull’impugnatura) regolando la chiave sulla coppia desiderata. Una scala graduata aiuta a capire quale sia il valore impostato. A questo punto si avvita semplicemente la vite fino a che non si sente lo scatto. La vite è quindi serrata correttamente.

Il vantaggio di questo tipo di chiave è essenzialmente la praticità. Si può utilizzare la chiave anche senza vedere la scala graduata ed è estremamente precisa in quanto non ci sono particolari errori legati alla lettura della scala graduata o all’imprecisione dell’operatore. Di contro il meccanismo interno di queste chiavi è complesso e con il tempo tende a stararsi. E’ quindi importante dopo un certo numero di utilizzi tarare nuovamente la chiave.

CHIAVI A QUADRANTE

Le chiavi a quadrante vengono molto utilizzate negli stati uniti, in quanto tendono a perdere la taratura con maggiore difficoltà.

La chiave è sostituita da due aste. Una più grossa collegata al manico e su cui è fissata la scala graduata ed una, più corta, su cui è fissato l’indicatore. Il principio di funzionamento è semplice. Stringendo, l’asta principale subisce una flessione, quella secondaria invece no, in quanto svincolata dal manico. In base allo scostamento tra le due aste è possibile determinare la coppia di serraggio.

Da un punto di vista pratico l’operatore deve costantemente tenere sott’occhio la scala graduata. Quando l’indicatore raggiunge il valore stabilito deve smettere di stringere in quanto significa che si è raggiunta la coppia desiderata.

I vantaggi di questo tipo di chiavi riguardano la semplicità delle stesse e l’assenza di meccanismi che possano stararsi. Di contro il loro utilizzo è più difficoltoso. Serve una certa mano per non andare oltre la coppia massima prevista, bisogna sempre tenere d’occhio la scala graduata e si rischia di commettere errori di lettura.

CHIAVI DI PRECISIONE

Le chiavi dinamometriche di precisione sono particolarmente indicate nei casi in cui la coppia di serraggio assuma valori particolarmente piccoli.

Un tipico utilizzo di queste chiavi riguarda l’interno delle sospensioni, dove le coppie di serraggio spesso sono dell’ordine di pochi N m, a causa dei componenti molto piccoli realizzati spesso in delicato alluminio.

Valori così piccoli sono difficilmente individuabili a mano e per questo motivo queste chiavi di precisione sono un utilissimo strumento per prevenire il danneggiamento della viteria. Serve molta sensibilità per “sentire” filetti così piccoli ed errori di chiusura possono causare gravi danni alla sospensione.

Abbiamo quindi visto che le chiavi dinamometriche non sono uno strumento per gente fissata o eccessivamente pignola, ma si tratta di un’importante strumento per garantire un montaggio di qualità della bicicletta. Una chiave dinamometrica assicura infatti che tutte le viti siano strette correttamente, garantendo la sicurezza dell’utilizzatore e la durata dei componenti.

Voi cosa ne pensate? Utilizzate la chiave dinamometrica o stringete tutto a mano? Nella vostra officina avete la chiave dinamometrica? Vi è mai capitato di rompere qualcosa perché non serrato correttamente? Dite la vostra!