Soggetti:
- Funzionamento generale del sistema di sospensione
- McPherson
- Sospensione della bobina
- Costante della primavera
- Sospensione a foglia
- sospensione aerea
- Molla di torsione
- Sospensione idropneumatica
Funzionamento generale del sistema di sospensione:
Lo scopo del sistema di sospensione è quello di assorbire al meglio i movimenti della guida su irregolarità del fondo stradale, in modo da mantenere il massimo comfort di guida. La tenuta di strada influisce anche sulle sospensioni. Se le sospensioni sono molto flessibili (pensate alle vecchie auto americane), la tenuta di strada sarà decisamente peggiore rispetto ad un'auto con sospensioni rigide. Questo perché un'auto molto flessibile perde aderenza quando rimbalza (ad esempio quando si frena bruscamente o si affrontano curve strette). La pressione dei pneumatici sul manto stradale con una ruota ammortizzata è molto inferiore rispetto a una ruota compressa e quindi scorreranno molto più velocemente. Anche quando si affrontano curve strette ad alta velocità, la possibilità di scoppiare sarà molto alta, perché l'aderenza dei pneumatici all'interno della curva è minima.
Quando un'auto con sospensioni molto morbide guida su una superficie stradale collinare e asfaltata, l'auto oscillerà molto quando rimbalza. Quando l'auto è sospesa, la pressione sui pneumatici è inferiore e in quel momento è possibile frenare o sterzare poco o niente.
Con un'auto con sospensioni rigide, soprattutto auto sportive o ribassate, l'aderenza su tutte e 4 le ruote sarà la massima possibile nelle curve strette. Anche la barra stabilizzatrice e le dimensioni dei pneumatici influiscono notevolmente su questo. Quando un'auto abbassata percorre una superficie stradale collinare e asfaltata, l'auto rimarrà saldamente sulla strada e quindi non avrà problemi con frenate improvvise e brusche in posizione estesa.
La sospensione flessibile e rigida (nelle auto con molle elicoidali) è correlata alla rigidità della molla. Per ottimizzare la sospensione di un'auto (a seconda della costruzione), è possibile installare molle flessibili per il comfort (molle lineari) o molle più rigide per la sportività (molle progressive). Maggiori informazioni su questo nel capitolo Costante di primavera, più in basso nella pagina.
McPherson:
Il grande vantaggio delle sospensioni McPherson è che la molla e l'ammortizzatore sono combinati. Ciò consente di risparmiare molto spazio ed è anche facile da costruire durante la progettazione dell'auto. Di conseguenza, anche i costi di produzione sono bassi.
La sospensione McPherson è un ulteriore sviluppo della sospensione con due bracci trasversali (chiamata anche costruzione a doppio braccio oscillante). Il braccio oscillante superiore viene sostituito dall'asta del pistone dell'ammortizzatore, che ora assorbe anche le forze laterali. Pertanto, in caso di collisione con la ruota (da parte di un altro veicolo o urtando un marciapiede), di solito si verifica un danno immediato allo stelo del pistone. Questo si deforma molto velocemente e risulta quindi storto. Successivamente è necessario sostituire l'ammortizzatore completo.
La sospensione McPherson viene sempre utilizzata nella parte anteriore della vettura. Talvolta vengono utilizzati puntoni anche sull'asse posteriore, ma questi non sono del tipo McPerson. Nella sospensione posteriore, le molle elicoidali e gli ammortizzatori sono spesso progettati separatamente.
Il cuscinetto superiore si trova sopra il montante. Il cuscinetto superiore rende possibili i movimenti dello sterzo. Il puntone è spesso fissato alla carrozzeria sotto il cofano tramite collegamenti a vite. Quindi questo è un punto fermo. Il cuscinetto superiore, situato sotto, assicura che l'intero montante possa ruotare senza intoppi rispetto al punto fisso superiore. Questo sistema con funzione portante e punto di articolazione con cuscinetto superiore è chiamato sistema McPherson.
Sospensione della bobina:
Il funzionamento di una molla elicoidale non si basa sulla flessione come si potrebbe pensare a prima vista, ma sulla torsione (torsione). Quando si preme la molla, l'asta elicoidale verrà attorcigliata. L'intero peso del veicolo è sostenuto dalle molle elicoidali. La molla elicoidale è racchiusa tra il cuscinetto superiore e la sede inferiore della molla. Quando il veicolo si comprime, il cuscinetto superiore spingerà verso il basso la molla elicoidale. Poiché si attorciglia, viene generata una forza contraria. Questa controforza è in definitiva l'effetto elastico. Maggiore è la forza contraria esercitata dalla molla, più potente è la molla.
Costante della primavera:
La flessibilità di una molla è indicata dalla costante elastica. La rigidità della molla elicoidale lineare è diversa da quella di una molla elicoidale progressiva. Con una molla lineare, la distanza tra tutte le spire è la stessa. Con una molla progressiva queste distanze non sono uguali; nella parte superiore o inferiore della molla gli avvolgimenti saranno posizionati più vicini che altrove. La differenza tra questi due tipi di molle può essere vista nell'immagine:
Con una molla lineare, la molla collassa sempre ad una certa distanza con un certo peso. Di seguito è riportato un esempio della corsa di una molla lineare:
- +100 kg di carico extra, l'auto affonda di 2 cm.
- +200 kg di carico extra, l'auto affonda di 4 cm.
- +300 kg di carico extra, l'auto affonda di 6 cm.
Ora esiste una relazione tra peso e distanza con questa molla lineare. Di seguito è mostrata la compressione di una molla lineare; maggiore è la forza sulla molla, maggiore è la corsa della sospensione. Le linee sono dritte perché la distanza tra tutte le spire della molla è uguale.
Con una molla progressiva non c'è relazione tra peso e distanza. Questa molla diventa sempre più rigida mentre si comprime ulteriormente. La prima parte è facile, ma man mano che il carico aumenta, balza sempre meno lontano. Questo perché gli avvolgimenti sono più vicini nella parte superiore. Di seguito è riportato un esempio della corsa di una molla progressiva:
- +100 kg di carico extra, l'auto affonda di 2 cm.
- +200 kg di carico extra, l'auto affonda di 3 cm.
- +300 kg di carico extra, l'auto affonda di 3,5 cm.
Di seguito è riportato il grafico di una molla progressiva. Inizialmente, la corsa della molla aumenterà man mano che aumenta la forza della molla. La linea non è dritta, ma è inclinata verso l'alto. Ciò significa che man mano che la forza sulla molla aumenta ulteriormente, la corsa della molla diventa sempre minore. L'auto quindi fletterà sempre meno all'aumentare della forza sulla molla.
Le case automobilistiche sono sempre alla ricerca del miglior rapporto tra comfort e caratteristiche di guida del veicolo. La corsa della molla può essere regolata regolando la progressività della molla (avvicinando più o meno avvolgimenti). Anche il diametro dell'avvolgimento stesso ha una grande influenza sulla quantità di torsione possibile. Questo sarà diverso per ogni macchina. Esistono anche diversi tipi di molle per lo stesso tipo di auto con diversa cilindrata, tipo di motore (benzina o diesel), pacchetto sportivo, ecc.
Le molle di abbassamento spesso collassano molto nella prima parte, tanto che l'auto si trova già più in basso sopra la superficie stradale in posizione neutra. Ciò dovrebbe rendere più difficile la compressione dell'auto, quindi le molle sono rese extra progressive. Altrimenti il veicolo colpirebbe il fondo stradale troppo velocemente. Poiché le molle si comprimono meno facilmente, il veicolo diventa più rigido; Ciò viene vissuto come spiacevole da alcune persone.
Sospensione a balestra:
Le molle a balestra sono costituite da più foglie montate una sopra l'altra. Il foglio superiore è chiamato foglio principale. Più foglie ha una molla, più forte e rigida diventa. In passato venivano talvolta montati sotto le autovetture. La molla fogliare allora era composta solo da poche foglie, a volte anche solo dalla foglia principale. Sono ancora utilizzati nei veicoli commerciali, anche se ovviamente sono molto più spessi. La parte centrale delle molle a balestra è fissata all'asse e le estremità alla carrozzeria o al telaio. Il movimento elastico è ottenuto piegando le molteplici ante a metà della lunghezza totale.
Esistono 2 diversi tipi di molle a balestra:
- Molla trapezoidale: le foglie della primavera sono diverse in lunghezza e hanno ovunque lo stesso spessore.
- Molla parabolica: le foglie della molla hanno tutte la stessa lunghezza e sono più spesse al centro che alle estremità. C'è spazio anche tra le foglie primaverili. Le molle paraboliche sono più flessibili delle molle trapezoidali e hanno una massa minore.
Sospensione aerea:
Le sospensioni pneumatiche vengono utilizzate meno spesso delle molle elicoidali sulle autovetture. Le sospensioni pneumatiche si trovano, ad esempio, su un'Audi A8, una BMW serie 7 o una X5. Queste auto hanno spesso sospensioni pneumatiche su tutte e quattro le ruote. Alcune auto sono dotate di montanti con molle elicoidali nella parte anteriore e sospensioni pneumatiche nella parte posteriore.
La figura mostra una sospensione posteriore con molle ad aria. All'interno dell'auto (spesso nella parte inferiore del bagagliaio) è presente una pompa che pompa aria nelle molle ad aria. Le molle ad aria si espandono longitudinalmente, in modo che il peso dell'auto possa poggiare su di esse. Spesso è presente un sensore su un braccio oscillante che registra la distanza in cui l'auto è sospesa dal carico (persone sedute dietro o un rimorchio pesante). Sulla base di questi dati di misurazione, la pompa dell'aria può gonfiare i soffietti un po' più forte, in modo che l'auto non si inclini all'indietro.
Sospensione a torsione:
Torsione è un'altra parola per "torsione". Le molle di torsione venivano utilizzate (principalmente) sulle auto americane. Il braccio oscillante inferiore di questa costruzione è collegato alla carrozzeria tramite una barra di torsione. Quando il veicolo si comprime, i punti di articolazione superiore e inferiore si sposteranno. Il braccio di supporto in cui è inserita la barra di torsione dovrà imperniarsi attorno alla barra di torsione. Ciò però non è possibile perché la barra di torsione ha un collegamento fisso nel braccio portante. L'altro lato della barra di torsione (nell'immagine in basso) è saldamente collegato alla carrozzeria.
Ciò significa che quando la ruota si comprime, l'asta è soggetta a carico di torsione. Questa torsione crea resistenza (più la ruota si comprime, più la barra di torsione viene ruotata). La compressione diventa quindi sempre più pesante all'aumentare della torsione. L'intera sospensione dell'asse anteriore dell'auto funziona secondo questo principio. Questo è anche uno dei motivi per cui le vecchie auto americane si comprimono e rimbalzano così facilmente e senza intoppi.
Sospensione idropneumatica:
L’idropneumatica è una combinazione di idraulica e pneumatica. Questo sistema è stato utilizzato da Citroën fin dagli anni '50 e lo si può trovare ancora oggi nei modelli.
La sfera elastica contiene gas compresso (blu nell'immagine) che è comprimibile. Il fluido idraulico (giallo) no. Durante la compressione, il pistone rosso verrà spinto verso l'alto dal braccio di supporto e lo spazio del gas verrà compresso. Di conseguenza lo spazio blu diventa più piccolo. Quando la ruota rimbalza ed il pistone si sposta verso il basso il sistema ritorna alla situazione precedente. L'effetto elastico e smorzante si ottiene comprimendo questo gas compresso.
Il sistema può essere controllato regolando la quantità di olio (giallo). Aggiungendo olio extra al sistema in caso di carico pesante, operazione che avviene automaticamente grazie alla pompa idraulica, l'altezza di marcia aumenterà. Il veicolo si posizionerà quindi più in alto sulle molle. Quando il carico viene nuovamente rimosso (o i passeggeri scendono), l'olio nel sistema ritornerà al serbatoio di stoccaggio tramite una valvola di pressione. L'altezza da terra diminuirà nuovamente.
