Soggetti:
- Gradi di libertà nella guida a ruota
- Cerniere nella guida della ruota
- Guide nella guida della ruota
- Calcolare i gradi di libertà
Gradi di libertà nella guida a ruota:
La sospensione di un'auto contiene una serie di cerniere (anche sui bracci trasversali e sull'ammortizzatore) che forniscono i gradi di libertà dell'intera sospensione. La guida delle ruote garantisce che i possibili gradi di libertà dei possibili movimenti delle ruote siano limitati a solo uno o due. Se una ruota non viene tenuta “fissa”, sarà in grado di ruotare, inclinarsi (nelle direzioni xey), girare, muoversi su e giù liberamente. La ruota è quindi in linea di principio “allentata” dalla sospensione. Può muoversi in qualsiasi direzione senza “guida”. Ogni movimento appena menzionato rappresenta un grado di libertà.
La sospensione della ruota, ovvero la guida della ruota, garantisce che la libertà di movimento sia limitata a 1 grado di libertà. Ciò significa che la ruota può muoversi “liberamente” solo in 1 direzione, senza influenza da parte del conducente. Quel movimento libero è il movimento su e giù di compressione e rimbalzo. La ruota può rimbalzare dentro e fuori senza ostacoli su una superficie stradale irregolare.
La sospensione delle ruote di un'auto è costruita con una serie di cerniere di linea, giunti sferici e cerniere roto-scorrevoli. Queste cerniere si influenzano a vicenda. Una cerniera di troppo crea troppi gradi di libertà (quindi la ruota può muoversi involontariamente in direzioni diverse) o 0 gradi di libertà (la ruota non può muoversi e quindi non può comprimersi e comprimersi).
Cerniere nella guida ruota:
Cerniera della linea:
Questa cerniera di linea può muoversi in una direzione; su e giù. Ciò fornisce 1 grado di libertà.
Giunto sferico:
Con questa cerniera le parti interessate possono compiere 3 movimenti l'una rispetto all'altra; un movimento di annuire, rotolare e girare. Questa cerniera ha 3 gradi di libertà, perché quando la cerniera è “allentata” può compiere 3 movimenti liberi (vedi frecce).
Cerniera rototraslante:
Questa cerniera può effettuare 2 movimenti; un movimento rotatorio e uno scorrimento dentro e fuori. In linea di principio questo è un esempio di ammortizzatore (da un puntone McPherson). Questi 2 movimenti fanno sì che la cerniera roto-scorrevole abbia 2 gradi di libertà.
Guide nella guida della ruota:
Per creare una sospensione della ruota da diversi tipi di cerniere, a volte le cerniere devono essere combinate su 1 oggetto, ad esempio un braccio oscillante. Chiameremo quindi questo braccio di supporto una guida. Di seguito sono riportati alcuni esempi di questi conduttori:
Cerniera Line con snodo sferico:
Questo è un tipico esempio di braccio oscillante, collegato alla carrozzeria (o telaio ausiliario) sul lato cerniera della linea e collegato al fuso a snodo sul lato giunto sferico. Quando l'intera cerniera è allentata, può muoversi sia nella direzione di movimento della cerniera della linea (1 direzione) che nelle 3 direzioni del giunto sferico. Dopotutto, la cerniera della linea ha 1 grado di libertà e il giunto sferico ne ha 3. Poiché questa parte è vista come 1 conduttore, i gradi di libertà possono essere sommati. L'1 e il 3 danno quindi 4 gradi di libertà.
Doppio giunto sferico:
Un esempio di guida con doppio snodo sferico è il tirante con le sfere del tirante interna ed esterna. Ogni giunto sferico ha 3 gradi di libertà, quindi poiché è 1 conduttore, questi devono essere sommati. Tuttavia, hanno la stessa autorotazione, perché se 1 giunto sferico esegue un movimento rotatorio, anche l'altro lo fa. Quindi 1 grado di libertà dell'autorotazione non conta (vedi frecce rosse). I gradi di libertà di questo conduttore sono 6 in totale, ma nel calcolo che segue inserire il numero 1 sotto “autorotazioni r”. Questo 1 viene poi sottratto nel calcolo.
Cerniera rototraslante con snodo sferico:
Come accennato in precedenza, un ammortizzatore è una cerniera roto-scorrevole. Tuttavia, sopra ogni montante McPherson è presente anche un giunto sferico, anche se a prima vista non si direbbe. C'è un'altra gomma nella parte superiore dell'ammortizzatore. Questa gomma offre una certa libertà di movimento all'ammortizzatore e quindi ha anche le proprietà di un giunto sferico. Un ammortizzatore ha quindi sia i 2 gradi di libertà della cerniera roto-scorrevole che i 3 gradi di libertà dello snodo sferico, che insieme fanno 5. Anche in questo caso si ha una rotazione naturale, perché il movimento rotatorio della cerniera roto-scorrevole è lo stesso movimento rotatorio dello snodo sferico. Quindi bisognerà aggiungere 1 alla “r” dell'autorotazione.
Calcolo dei gradi di libertà:
Il numero di gradi di libertà può essere calcolato in base ai dati di sospensione. Per completare correttamente la formula, le cerniere e le guide devono essere suddivise in categorie:
- L per il numero di conduttori
- g per il numero di giunti e cerniere
- r per il numero di rotazioni naturali (come con il doppio snodo in 1 guida)
Inoltre le lettere:
- k per il numero di portaruote (nella maggior parte dei casi 1, perché si tratta del fuso a snodo)
- εfi per il numero di gradi di libertà per il numero totale di giunti e cerniere sommati insieme.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Esempio:
Una sospensione ruota contiene: k 1 supporto ruota (snodo), L 2 guide, g 5 giunti, r 2 autorotazioni, εfi 15 gradi di libertà totali
In forma di formula questo è:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Quindi ora c'è 1 grado di libertà, quindi va bene. La ruota può fare un puro movimento su e giù.
Per chiarire questo, ecco un esempio con l'immagine di una sospensione della ruota:
L'immagine sotto mostra un montante McPherson con la legenda corrispondente. Le lettere A, B e C rappresentano le guide e i numeri da 1 a 6 rappresentano le cerniere/giunti.
εfi sono i gradi di libertà delle cerniere sommati tra loro; quindi 3 gradi di libertà per snodo sferico (quindi 4 x 3), 1 grado di libertà della cerniera di linea e 2 gradi di libertà della cerniera roto-scorrevole.
La formula può essere completata con questo:
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F= 1 grado di libertà
