Sospensione (meccanica)
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La sospensione di un veicolo è l'insieme delle componenti mediante le quali il telaio è collegato alle ruote del veicolo.
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[modifica] Introduzione
Per sospensione di un veicolo si intende l'insieme dei componenti che collegano le ruote e quanto ad esse connesso (freni, mozzi, ecc.), dette masse non sospese, al telaio del veicolo, ovvero la carrozzeria e tutte le parti meccaniche in essa contenute, che appoggiando sugli elementi elastici della sospensione (molle, barre o balestre) viene definito massa sospesa. I componenti della sospensione controllano i movimenti del telaio rispetto alle ruote (c.d. braccetti o puntoni, molla), consentendo la compressione o l'estensione al variare delle forze in gioco, inoltre all'elemento elastico venne quasi subito applicato l'ammortizzatore, un elemento che ne smorza e rallenta l'oscillazione.
Le caratteristiche di un sistema di sospensione/ammortizzatore sono solitamente un compromesso tra le esigenze di tenuta di strada e quelle di comfort. L'obiettivo principale dell'impiego delle sospensioni è comunque quello di ottenere, nel complesso e durante i vari percorsi, un'ottimale stabilità del veicolo ed un elevato comfort per gli occupanti del veicolo.
[modifica] Tipo di sospensione
I sistemi di sospensione si distinguono per il diverso sistema di collegamento al telaio delle masse non sospese e per il tipo di organo elastico che assicura il movimento relativo fra telaio e ruote.
[modifica] Sospensioni a molle elicoidali
Le sospensioni a molle elicoidali sono realizzate da molle a torsione operanti per compressione. In questo caso le molle devono avere una guida che eviti la flessione laterale della stessa. In genere deve essere sempre associato al sistema elastico un ammortizzatore, dato che le molle non hanno una dissipazione di energia sufficiente a smorzare il movimento elastico del sistema in tempi brevi.
[modifica] Struttura
Le sospensioni a molle elicoidali esistono di vario genere, a seconda della cinematica degli elementi di guida:
- Sospensioni a bracci oscillanti longitudinali: sono costituite da due bracci collegati da un lato alla scocca e dall'altro ognuno ad una ruota. I bracci si dicono longitudinali in quanto sono paralleli all'asse longitudinale del veicolo cioè secondo la sua lunghezza. Il collegamento con la scocca e il movimento relativo ad essa sono assicurati da una cerniera. La cerniera permette la rotazione del braccio durante il movimento verticale della ruota. Fra braccio e scocca sono frapposte la molla e l'ammortizzatore. Esempi di veicoli che possiedono questo tipo di sospensione, generalmente utilizzata al retrotreno, sono la Fiat Seicento, la Peugeot 205 e la Citroen 2CV Esempio
- Sospensioni a bracci oscillanti trasversali: la struttura è simile al caso precedente, ma in questo caso i bracci sono incernierati al centro vettura e sono trasversali in quanto sono paralleli alla dimensione della larghezza del veicolo. Un esempio di veicolo che possiede questo tipo di sospensione, generalmente utilizzata al retrotreno, è la Mini (Gruppo BMW) Esempio
- Sospensioni Mac-Pherson: sono generalmente usate per le ruote anteriori, ma non mancano casi di utilizzo per le ruote posteriori (Es. Alfa Romeo 147). Sono caratterizzate dal fatto che l'ammortizzatore è "strutturale" ovvero ha una connessione rigida con il portaruota. Tale vincolo elimina due dei 5 gradi di libertà del portaruota, necessitando quindi di un braccio a tre punti + un'asta di sterzo (ad esempio all'anteriore della maggior parte delle auto di segmento A B C europee), oppure da tre aste semplici (ad esempio su BMW serie 1,3,5 anteriore e Alfa MiTo sempre all'anteriore, oppure Alfa 147 e 156 posteriore), Generalmente ammortizzatore e molla non sono perfettamente coassiali, ma i loro assi formano fra di loro un piccolo angolo non nullo per poter minimizzare le forze di taglio sullo stelo ammortizzatore (così da minimizzare l'isteresi e quindi migliorare il comfort di guida). Sono utilizzate come sospensione anteriore in praticamente tutte le utilitarie per la loro semplicità ed economicità (es: FIAT Punto, Peugeot 207, Toyota Aygo, ecc.) e in varie auto di segmento superiore. (es: Renault Megane, FIAT Bravo, ecc.) Esempio
- Sospensioni a quadrilatero: sono costituite da due elementi trasversali, uno sovrapposto all'altro, generalmente di forma simil-triangolare. Ammortizzatore e molla sono collegati al braccio inferiore. Entrambi i bracci sono collegati al mozzo ruota. Possono essere a quadrilatero alto o basso, in funzione della distanza fra i due bracci. Generalmente le sospensioni a quadrilatero basso sono utilizzate su veicoli sportivi (es. Ferrari) o comunque con connotazione sportiva (es. Alfa Romeo) all'anteriore. Possono essere a quadrilatero alto se sull'asse su cui sono utilizzati le ruote sono motrici: distanziando i due bracci si può alloggiare i semiassi che provengono dal motore e che portano il moto alla ruota. Esempio Quadrilatero basso Esempio Quadrilatero alto
- Sospensioni multilink: sono costituite da più bracci trasversali, al massimo 5, perché 5 sono i moto della ruota da vincolare (solo il moto di oscillazione verticale è permesso). Sono utilizzate al retrotreno e, grazie alla possibilità di decidere le dimensioni di ogni braccio, è possibile ottimizzare il movimento della ruota. Sono però più complesse e costose rispetto alle altre soluzioni. Sono utilizzate maggirmente per veicoli di alta gamma (es. Mercedes Classe E) Esempio, ma cominciano ad essere proposte anche su modelli più popolari, che le propongono come soluzione d'avanguardia (es: Kia cee'd).
[modifica] Tipo di molle
Le molle sono principalmente di due tipi[1]:
- Lineari, queste molle hanno una flessibilità costante, caratterizzate da una compressione direttamente proporzionale alla forza compressione esercitata, generando un grafico lineare sul piano cartesiano
- Flessibilità progressiva, queste molle avendo una flessibilità diversa, ottenuta con un passo diverso (generalmente due) delle spire lungo la molla, dove hanno una compressione sempre piu ridotta al crescere della forza esercitata, generando un grafico esponenziale, con ascissa la compressione e in ordinata la forza
[modifica] Tipo di collegamento
Le molle possono essere utilizzate tramite due diversi sistemi:
- Diretto, è un sistema che trasmette l'energia alla molla, in modo diretto e proporzionale a indirettamente della compressione
- Leveraggi, è un sistema che trasmette l'energia alla molla in modo diverso a seconda della compressione a cui si è giunti, utilizzando delle leve che a secondo della compressione aumentano o diminuiscono la lunghezza dei bracci d'azionamento della molla.
[modifica] Sospensioni a balestra
In questo caso l'organo elastico è una balestra, operante per flessione di foglie di materiale elastico (generalmente acciaio) collegate fra loro da graffe metalliche. Il sistema permette lo spostamento senza necessità di guide, inoltre, dato che le balestre dissipano velocemente l'energia elastica, è possibile realizzare sistemi di sospensione a balestra anche senza l'utilizzo di ammortizzatori.
Il sistema a balestra è stato il primo ad essere usato sui veicoli a motore, e, data la sua notevole rigidezza, viene utilizzato ancora per veicoli particolarmente pesanti, mentre è in disuso per veicoli leggeri come automobili. Il sistema è stato molto usato nel passato, e lo è tuttora, in molti rotabili ferroviari
[modifica] Sospensioni a barre di torsione
In questo tipo di sospensioni, utilizzate principalmente su veicoli con un numero elevato di ruote, il mezzo elastico è una barra che attraversa tutta la larghezza del veicolo ed è fissata al lato opposto a quello in cui si trova la ruota. La ruota stessa è collegata alla barra da una manovella (con movimento limitato ad un certo angolo).
Le sospensioni a barre di torsione sono sempre piuttosto rigide, quindi vengono utilizzate su veicoli di peso molto elevato (per esempio carri armati), in genere accoppiando la manovella su cui è imperniata la ruota ad un ammortizzatore. Una versione che riprende in parte il concetto di sospensione a barra di torsione è quella denominata "a ruote interconnesse" ed è usata al retrotreno di numerosi modelli di auto moderne. Un tubo aperto, con sezione a forma di C, posto trasversalmente al veicolo collega due bracci longitudinali a sua volta collegati alle ruote. Sono comunque presenti anche delle molle oltre ai consueti ammortizzatori, uno per braccio. Tale schema associa la funzione di elemento elastico delle molle a quello (torcente) del tubo, inoltre lo stesso funge anche da interconnessione tra le due ruote con benefici per il comportamento dinamico della vettura durante la guida in velocità, altrimenti penalizzata da ruote a sospensione completamente indipendenti sullo stesso asse. Vista la loro semplicità ed efficacia sono utilizzate sul retrotreno di veicoli economici come le utilitarie (es. FIAT Grande Punto), ma anche su veicoli di gamma superiore (es. FIAT Bravo) Esempio
[modifica] Regolazioni
La sospensione nella maggior parte dei casi è sprovvista di possibilità di regolazione, dove l'unica regolazione esistente è disponibile solo per i sistemi a molla elicoidale.
- Precarico[2], la sospensione è generalmente costituita da una molla, la quale è vincolata su un ammortizzatore o su un sistema di guida telescopica, le quali per evitare che la sospensione si scomponga hanno un limite d'estensione, il precarico serve per determinare la forza minima espressa dall'elemento elastico della sospensione (molla) quando questa è nella condizione d'estensione massima.
Dunque il precarico consiste nel caricare, quindi di portarla in tensione tramite compressione della stessa molla, principalmente tramite l'utilizzo di ghiere, le quali sono poste sul fodero dell'ammortizzatore o dell'eventuale sistema di guida telescopico, mentre altri sistemi sono pneumatici.
Questo tipo di regolazione permette di variare l'intervento minimo della sospensione, in modo che la sospensione si accorci solo se sottoposta a una forza superiore alla forza esercitata dal precarico.
Maggiore è il precarico e minore sarà l'effetto d'oscillazione del mezzo e la necessità dell'ammortizzatore, questo perché la forza del precarico contrasta con l'oscillazione generata dall'inerzia del mezzo dopo la risposta della sospensione. - Interasse, alcuni modelli di sospensione, generalmente per uso sportivo, adottano una regolazione che regola la lunghezza della sospensione, senza modificarne l'escursione
[modifica] Alternative
In caso non ci sia la possibilità di poter utilizzare le regolazioni o si desideri un comportamento non modificabile con le regolazioni, si può:
- Spessori di precarico, nel caso il mezzo ne sia sprovvisto è l'utilizzo di spessori, che nel caso delle motociclette è da interporre tra la molla e il tappo della forcella o nel caso delle autovettura, l'interposizione di elementi tra le spirali della molla, in modo da ottenere lo stesso risultato.
- Rigidezza della sospensione, nel caso invece si desideri una maggiore rigidezza generale della sospensione, è possibile sostituire la molla con una piu rigida o in alcuni modelli di forcelle per motociclette, adottare la seconda molla, nel caso opposto, in cui si desideri piu flessibilità, si può adoperare delle molle piu morbide o nel caso di forcelle a doppia molla, togliere una molla.
[modifica] Parametri
Questa regolazione viene definita anche prendendo in considerazione alcuni parametri:
- Rigidità della molla, definisce la compressione della molla in proporzione dell'energia applicata (mm/kg o kg/mm).
- Peso complessivo, peso del mezzo, del pilota, del/i passeggero/i e dei eventuali bagagli/borse
- Baricentro, a seconda di dove è posizionato può incidere sulle diverso settaggio delle sospensioni, generalmente richiedendo una maggiore rigidità alle sospensioni piu vicine.
- Trasferimenti di carico, maggiore è il trasferimento di carico nei movimenti del telaio di rollio (mezzi con piu di due ruote), come nel caso della compressione delle sospensioni esterne alla linea di percorrenza di una curva e di beccheggio, ovvero di accelerazione o decelerazione del veicolo, maggiore dovrà essere la rigidità della sospensione.
- Tipo di molle, conformazione della molla, progressiva o normale
- Tipo di collegamento, tipo di collegamento, diretto o leveraggi
[modifica] Accorgimenti
Le sospensioni possono essere munite di[3]:
- Contromolla, serve per ridurre la velocità d'estensione, quando la sospensione si avvicina al limite d'estensione massimo.
- Tampone di finecorsa, utile per ridurre l'effetto di fine corsa della sospensione e dell'ammortizzatore, viene utilizzato un tampone comprimibile, che nel caso di sistemi a molla è normalmente alloggiato lungo lo stelo dell'ammortizzatore o anche sul braccio della sospensione o sul telaio, e fornisce una ulteriore resistenza durante le ultime fasi di compressione della sospensione. È parte integrante degli elementi elastici della sospensione.
- Sensore per la compressione, usato principalmente sulle moto della classe 500 del motomondiale, per poter gestire in modo piu corretto l'antispin, difatti con la sospensione completamente scarica si annulla o riduce l'effetto del controllo antispin.
- Sospensioni semiattive, sono sospensioni che tramite un controllo computerizzato e gestito dal pilota regolano lo smorzamento della sospensione variando la resistenza dell'ammortizzatore e la loro rigidezza regolando il carico della sospensione[4]
- Sospensioni attive a discapito delle semiattive queste sono completamente automatizzate e quindi non necessitano di essere regolate dall'esterno dal pilota.[5]
[modifica] Note
- ^ Tipo di molle
- ^ Regolazioni diverse per il precarico
- ^ Schema di una sospensione motociclistica (monoammortizzatore)
- ^ Sospensione semiattiva
- ^ quattroruote: Sospensione attiva
[modifica] Voci correlate
[modifica] Collegamenti esterni
- Mozzo elastico Vista tipo 1 Vista tipo 2 usato sulla TRIUMPH TR 5 TROPHY 500 del 1949 per il forcellone non oscillante
- Sospensione McPherson
- Sospensione a Quadrilateri
- Sospensione BLG
- Sospensione a Ponte Torcente
- Sospensione Multilink
