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sospensióne (trasporti)

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dispositivo meccanico che nei veicoli collega elasticamente la carrozzeria agli assali delle ruote.

Tecnica: generalità

Le sospensioni adottate per tutti i veicoli su strada e su binario hanno essenzialmente la funzione di distribuire sugli assali il carico nel modo più uniforme possibile, di compensare le spinte longitudinali, verticali e trasversali del veicolo in movimento in modo da garantire la massima aderenza dei pneumatici al suolo o delle ruote ai binari, di assorbire le oscillazioni provocate dal terreno o dalle asperità delle rotaie così da ottenere maggiori comodità per i passeggeri; poiché queste tre condizioni non sono sempre compatibili fra loro (per esempio sospensioni rigide assicurano una migliore tenuta di strada ma non il comfort; oppure la flessibilità verticale contrasta con quella trasversale) le soluzioni tecniche rappresentano sempre un compromesso studiato di volta in volta secondo il tipo di veicolo. Nei rotabili ferroviari, la sospensione deve tener conto del rilevante peso del veicolo e delle condizioni in cui esso deve muoversi lungo una guida rigida e fissa, il binario, che presenta asperità, dislivelli, curve, deviazioni, scambi; allo scopo la sospensione è sempre costituita da un insieme di elementi propri del sistema carrello-assi-ruote (sospensione primaria) e da altri elementi portati dal telaio del veicolo che sostengono la cassa (sospensione secondaria): la prima deve garantire, nel moto reciproco fra assi del carrello e telaio, la possibilità di adattamento sghembo di questi, una buona libertà di moto verticale, piccola libertà trasversale e ridottissima libertà longitudinale; la seconda deve consentire un'elevata rigidità longitudinale e libertà d'oscillazione verticale e di pendolamento trasversale. Negli autoveicoli, le sospensioni sono sempre del tipo elastico, costituite da più elementi metallici accoppiati fra loro secondo i criteri geometrici che variano in base al tipo di vettura e alla scelta della casa costruttrice; in ogni caso si ricerca il compromesso ideale per garantire comfort e sicurezza e impedire la trasmissione delle sollecitazioni fra assali anteriore e posteriore, cosa che si ottiene con un'accurata scelta dei rapporti di flessibilità verticale delle sospensioni di questi due organi; gli elementi fondamentali usati sono rappresentati, oltre che dagli ammortizzatori, essenzialmente da molle (a balestra o a elica), barre di torsione, reazione e stabilizzatrici, bracci, puntoni, tiranti, perni a snodo, guide, biellette, silent bloc.

Tecnica: tipi di sospensioni

I tipi di sospensioni più usati sono quelli a balestra, a molle elicoidali, a barre di torsione; tipi particolari sono le sospensioni pneumatiche, oleopneumatiche e le cosiddette “sospensioni attive”. Schematicamente, le sospensioni a balestra comprendono molle a balestra o a mezza balestra assicurate tramite biellette oscillanti (biscottini) alla scocca o al telaio; sono poco adatte per le ruote anteriori direttrici per cui vengono preferite per gli assali rigidi; vengono fissate alla struttura portante per le estremità mentre la parte centrale è collegata all'assale o al ponte; in questo tipo la sospensione scarica il peso del veicolo sulla molla la quale agisce per flessione. Le sospensioni con molle a elica operano per compressione e vengono inserite tra coppie di bracci oscillanti trasversali (superiore e inferiore) collegate alle singole ruote; nelle sospensioni per assali rigidi il braccio superiore è fissato alla struttura portante tramite perni con boccole elastiche. La sospensione a barre di torsione e bracci oscillanti è quella generalmente adottata per le ruote direttrici anteriori; è costituita da elementi a sezione circolare che agiscono per torsione, ma a volte sono anche presenti molle a elica. Nei veicoli pesanti, la sospensione è di norma del tipo a balestre, anche rovesce, e appoggia sempre su assali rigidi anche per l'avantreno; è sempre presente una particolare traversa detta “triangolo di reazione” e spesso vengono montate sopra le altre delle piccole balestre ausiliarie (balestrini) che agiscono quando il veicolo è a pieno carico; il collegamento delle balestre al telaio avviene tramite mensole con superfici di contatto a pattini oppure tramite fulcro fisso e biscottino; quando sono presenti anche delle molle, queste vengono montate tra assale e telaio o tra puntoni a snodo; i veicoli più pesanti adottano spesso sospensioni pneumatiche, sostanzialmente delle molle racchiuse in un involucro elastico flessibile a tenuta d'aria in pressione alimentatrice regolata da compressore; una valvola limitatrice regola la molla in funzione del carico e delle condizioni di marcia; la sospensione viene completata da due barre di reazione, longitudinale e trasversale, che collegano anche gli assali al telaio e sopportano le sollecitazioni di frenatura, spinta d'avanzamento e forza centrifuga. Le sospensioni oleopneumatiche permettono alle quattro ruote escursioni verticali indipendenti a seconda delle asperità del suolo, tanto da consentire di non montare ammortizzatori, e contemporaneamente permettono di regolare l'altezza del pianale della vettura rispetto al suolo in funzione del carico; sono montate come delle molle a elica e sono schematicamente costituite da un cilindro pieno d'olio sovrastato da una sfera, divisa in due parti da una membrana elastica, nella cui parte superiore si trova un gas inerte; fra i due elementi si trova una sorta di ammortizzatore a valvole che regola il passaggio dell'olio dal cilindro nella sfera e viceversa; quando la ruota incontra una buca il pistone del cilindro scende, per cui il gas si espande comprimendo l'olio; quando la ruota incontra un ostacolo il pistone sale e spinge l'olio contro la membrana che comprime il gas; in tal modo si evitano colpi bruschi alla carrozzeria e, regolando la pressione del gas tramite un comando posto nel cruscotto e collegato al motore, si può variare l'altezza della vettura rispetto al suolo; la pressione viene mantenuta mediante una pompa azionata dal motore. Le sospensioni attive sono dei dispositivi oleopneumatici a controllo elettronico che servono a regolare la compressione (rigidità e flessibilità) degli elementi costituenti la sospensione in rapporto alle spinte verticali, trasversali e longitudinali; vengono usate solo su vetture per competizione e i loro criteri costruttivi variano a seconda del progetto del costruttore.

Tecnica: le sospensioni per motoveicoli

Le sospensioni per motoveicoli differiscono tra quelle per le ruote anteriori e quelle per le ruote posteriori: le prime sono basate sulla “forcella elastica telescopica”, schematicamente costituita da due foderi per un estremo fissati all'asse della ruota anteriore, in ciascuno dei quali scorre un'asta cava (canna) in cui è alloggiata una molla cilindrica; le due canne sono fissate al perno di sterzo tramite due piastre di forma subtrapezoidale; nella parte inferiore del fodero si trova un pistone, la cui asta s'inserisce nella canna, che contiene olio viscoso la cui fuoriuscita dal fodero è impedita da organi di tenuta; spostandosi il fodero secondo le asperità della strada, il pistone comprime l'olio che agisce sulla molla della canna smorzandone le oscillazioni. La sospensione posteriore è generalmente costituita da un forcellone oscillante, a volte formato da un solo braccio, collegato alla parte posteriore del telaio o al basamento del motore mediante bussole e perno che ne consentono gli spostamenti verticali, a seconda del movimento della ruota motrice sostenuta dal forcellone stesso; la funzione molleggiante è assicurata da ammortizzatori e molle elicoidali (a volte anche da molle pneumatiche) interposte fra telaio superiore del veicolo e forcellone. Nei motoscooter i sistemi di sospensione sono analoghi a quelli della moto, ma poiché le ruote sono montate a sbalzo, la forcella ha i due foderi affiancati collegati all'asse della ruota mediante un elemento a molla; il forcellone a un solo braccio è collegato al telaio da un mollone, dato che spesso questi veicoli sono privi di ammortizzatore.

Tecnica: Le sospensioni per autoveicoli

Le sospensioni delle automobili contribuiscono in maniera determinante al comfort e alla tenuta di strada – quindi alla sicurezza – e sono oggetto di continui perfezionamenti. Per tutte le soluzioni viene di norma usato l'acciaio ad alta resistenza alla torsione e alla flessione, in grado di sopportare sollecitazioni le più gravose in ogni condizione d'impiego; alcuni costruttori utilizzano, insieme con quelli in acciaio, componenti in leghe leggere realizzati per tixo-formatura, uno speciale procedimento di pressofusione a bassa temperatura il quale consente di far acquisire delle caratteristiche meccaniche particolarmente elevate al prodotto; tuttavia, allo scopo di ridurre il peso dei vari componenti, è allo studio la possibilità di utilizzare, per alcuni di essi, materiali alternativi che ne garantiscano comunque efficienza e affidabilità. Su alcune vetture leggere, sono state sperimentate con un discreto successo aste di collegamento delle sospensioni alle barre stabilizzatrici in materiale plastico con elevato indice di resistenza; per le sospensioni MacPherson, che sono di gran lunga le più usate, data la crescente diffusione delle sospensioni a ruote indipendenti, per di più indispensabili nella trazione anteriore, vengono anche impiegate biellette in materiale composito (plastica e fibra di vetro); lo stesso materiale composito ha dato prove soddisfacenti per i bracci oscillanti delle sospensioni posteriori; per gli elementi elastici del retrotreno sono state introdotte con buoni risultati balestre trasversali in fibra di vetro. Per quanto riguarda gli schemi di realizzazione, in alcuni tipi di sospensioni a bracci oscillanti, al fine di correggere il comportamento delle ruote sotto carico e garantire una migliore sicurezza anche in curva, un notevole vantaggio si è ottenuto sfalsando la posizione degli attacchi dei bracci così da far variare automaticamente in modo ottimale la convergenza e la divergenza delle ruote stesse a seconda delle condizioni di marcia; per questo tipo di sospensioni, che utilizza di norma la barra Panhard, la quale potrebbe provocare anomale oscillazioni della carrozzeria a causa dello spostamento laterale dell'assale posteriore, è stato proposto uno schema, denominato Scott-Russell (dai suoi ideatori), che si è dimostrato assai efficiente. Schematicamente, in questo la barra trasversale viene ancorata al ponte in due punti, tramite un braccio di controllo e una boccola elastica flessibile solo lateralmente, per cui la sospensione può effettuare solo movimenti verticali, il che evita che la vettura si corichi troppo di lato quando esegue una curva, con il rischio di un eccessivo derapamento delle ruote che può provocare una sbandata. I più importanti miglioramenti si sono registrati però per le cosiddette sospensioni multilink: sono queste delle sospensioni costituite da più bracci (negli schemi più raffinati vi sono almeno cinque bielle) che guidano la ruota in movimento verticale in modo da farne variare l'assetto a seconda delle sollecitazioni imposte dalle condizioni della strada, garantendo un'ottima tenuta dei pneumatici anche con guida sportiva: in tutte queste sospensioni esiste un grosso braccio trasversale inferiore con funzione di appoggio, un braccio superiore trasversale di tenuta, un braccio longitudinale e una biella di reazione. Il sistema viene completato dal collegamento a snodo con la ruota e dalla barra antirollio. Per assicurare la migliore tenuta laterale, soprattutto in curva e durante i sorpassi, le varie configurazioni ricercano un effetto autosterzante delle ruote posteriori studiando le più idonee forme dei vari bracci e posizionandoli in modo da trasferire un maggior carico sulle ruote esterne allo scopo di provocare uno schiacciamento della sospensione il quale determini una lieve sterzatura in fase della ruota posteriore esterna, contribuendo così a mantenere la vettura in traiettoria. In alcuni schemi la sospensione viene vincolata alla scocca con l'interposizione di un telaietto ausiliario, soluzione che consente di recuperare convergenza in frenata e di limitare i trasferimenti di carico tra i due assali sia in frenata, sia in accelerazione (effetti antisquad e antidive) dando quindi una maggiore stabilità al veicolo. Si prevedono, anche per le sospensioni, sistemi informatizzati: per esempio., nelle trazioni integrali in cui sono utilizzate sospensioni a quadrilateri deformabili è possibile regolare la rigidità delle boccole e degli ammortizzatori in funzione delle condizioni di marcia, segnalate da appositi sensori al computer di bordo, il quale interviene tramite delle idonee elettrovalvole collegate a quegli elementi. Sono già utilizzate con successo le cosiddette “sospensioni idroattive”, ideate dalla Citroën, le quali migliorano stabilità, tenuta di strada e quindi sicurezza della vettura: schematicamente il sistema è costituito dalle classiche sospensioni idropneumatiche utilizzate da questa azienda, ma in più comprende due sfere addizionali di compensazione per il liquido, due martinetti idraulici collegati direttamente alle barre antirollio e due regolatori di rigidità. Completano l'impianto i sensori di sterzata, velocità, accelerazione e frenata, i quali fanno capo al computer di bordo; in base alle informazioni che riceve, in quattro centesimi di secondo decide quale rigidità devono assumere le sospensioni in modo che l'inclinazione della carrozzeria non superi il valore del 5% in curva e che le ruote mantengano sempre la direzionalità in ogni condizione di marcia; questo viene ottenuto grazie all'elettrovalvola di cui sono dotati i regolatori di rigidità che comandano il passaggio e la pressione dei fluidi nei martinetti e nelle sfere di compensazione.