La coppia motrice è una grandezza fisica che esprime il momento meccanico generato da un motore, da un riduttore o da un cilindro idraulico lungo un asse di rotazione. Si tratta di un momento torcente, risultato del prodotto tra una forza applicata e il braccio di leva su cui essa agisce, e non di una forza semplice. L'unità di misura corretta è il newtonmetro (Nm) o, per valori elevati, il kilonewtonmetro (kNm). Nella tecnica delle macchine da costruzione la coppia motrice caratterizza la capacità di un organo meccanico di vincere resistenze rotazionali, ad esempio durante lo scavo, il sollevamento o la rotazione della torretta.
Definizione e principio fisico
Il momento torcente si genera quando una forza agisce a una certa distanza dall'asse di rotazione, generando una tendenza alla rotazione attorno a quell'asse. Nei motori a combustione interna la coppia deriva dalla pressione dei gas di combustione che agisce sui pistoni e viene trasmessa, tramite la biella, all'albero motore. Nei sistemi idraulici la coppia nasce dalla pressione del fluido che agisce sulla superficie di un pistone o sulle palette di un motore idraulico rotativo, generando un momento torcente sull'albero di uscita.
Coppia e regime di rotazione
La coppia motrice non è una grandezza costante, ma varia in funzione del regime di rotazione del motore. Ogni motore presenta una curva caratteristica che mette in relazione la coppia disponibile con il numero di giri. Questa curva determina il comportamento della macchina sotto carico: un motore con una curva di coppia ampia e piatta mantiene prestazioni costanti anche al variare del regime, mentre un motore con un picco di coppia stretto richiede un controllo più preciso del regime per sfruttarne appieno le capacità.
Rilevanza nelle macchine da cantiere
Negli escavatori la coppia motrice determina la forza di scavo disponibile al dente del cucchiaio e la capacità di rotazione della torretta superiore. Nei caricatori e nelle pale gommate influisce sulla forza di strappo e sulla capacità di trazione alle ruote. Nelle gru e negli argani la coppia trasmessa al tamburo di avvolgimento condiziona la capacità di sollevamento. In tutti questi casi la coppia non agisce da sola, ma viene trasformata tramite riduttori, cambi e catene cinematiche che ne modificano il valore in funzione del rapporto di trasmissione.
Distinzione dalla coppia di serraggio
La coppia motrice va distinta dalla coppia di serraggio, utilizzata nell'assemblaggio e nella manutenzione per il fissaggio di viti e bulloni. Entrambe sono momenti torcenti espressi nella stessa unità di misura, ma descrivono fenomeni diversi: la coppia motrice riguarda la trasmissione di potenza durante il funzionamento della macchina, mentre la coppia di serraggio riguarda la forza di bloccaggio applicata a un collegamento filettato per garantirne la tenuta meccanica.
Influenza sul dimensionamento dei componenti
Il valore di coppia che un organo meccanico deve trasmettere condiziona il dimensionamento di alberi, giunti, riduttori epicicloidali e catene cinematiche. Componenti sottodimensionati rispetto alla coppia effettivamente generata sono soggetti a usura accelerata, deformazioni permanenti o rottura per fatica. Per questo motivo la coppia motrice rappresenta un parametro di riferimento nella scelta di motori, pompe idrauliche, motori idraulici e riduttori in fase di progettazione e selezione delle macchine da cantiere.