Accademia del pneumatico

Vibrazioni e squilibri causati da forze radiali e laterali degli pneumatici by Massimo Cassano

Mag. 26, 2020

Cause molto frequenti di vibrazioni delle autovetture e squilibri delle ruote, possono essere le variazioni di rigidità dello pneumatico, costituite essenzialmente dalla forza radiale e laterale. Lo pneumatico ideale dovrebbe avere la forma perfettamente rotonda. Tuttavia, a seguito di piccole disomogeneità dello spessore di elementi della struttura, in pratica può essere caratterizzato da gobbette sulla circonferenza o avere la forma leggermente ovale o conica. Su strada, questo crea una situazione in cui l’asse del giro della ruota non si muove sulla linea retta ma si sposta verso la direzione verticale, il che sotto carico, causa le variazioni della forza radiale. 

Forza radiale FR:La variazione della Forza radiale FR (fig.1) è sostanzialmente una quantità di cambiamento della rigidità sul battistrada (particolare A nel disegno di fig.1), quando viene ad es. esercitato un determinato carico sullo pneumatico. Tale variazione è causata principalmente quando una determinata area della mescola di gomma è troppo rigida o troppo indebolita (per eccessivi Km. percorsi), oppure quando vi è una certa disomogeneità di lavorazione meccanica (particolare B nel disegno di fig.2) in fase di costruzione della carcassa, in fabbrica.

Fig.1     

                Fig.2

Gli inconvenienti più frequenti e i disturbi di guida in utilizzazione e collaudo, causati dalla variazione della forza radiale (fig.3) sono essenzialmente: vibrazioni allo sterzo, oscillazioni al telaio/chassis e non raramente anche alla leva del cambio. Le case costruttrici indicano una tolleranza ben precisa su questo parametro, infatti uno pneumatico con forza radiale fino a 100 Newton (equivalente a ~ 10 kg.) è considerato di primo equipaggiamento, fino a 120 Newton (equivalente a ~ 12 kg.) di secondo equipaggiamento. Superato tale limite, viene rettificato e classificato come terza scelta. Quest’ultima opzione non viene certamente applicata a pneumatici in esercizio. Difetti costruttivi di grande entità, vengono quindi scartati a priori dal fabbricante e non messi in commercio. Difetti di lieve entità o comunque dovuti a piccole imperfezioni d’aspetto in generale, sono classificati con la marcatura DA (pneumatici declassati o degradati). La forza radiale può essere generalmente compensata o attenuata con l’operazione pratica-manuale denominata matchingconsistente nel far coincidere il più basso punto di squilibrio della gomma (indicato con un bollino colorato) con il più alto punto di squilibrio del cerchio, cioè la valvola di gonfiaggio(ottimizzazione eccentricità radiale).

Fig.3

Forza laterale FL:La variazione della forzalaterale FL può generarsi quando vi è un’anomalia all’interno dello pneumatico stesso, vale a dire un intrecciamento delle tele interne, causato o per difetti costruttivi (imprecisa disposizione e ordine delle tele-ply steer) o per problematiche sorte in esercizio(marcia prolungata con pressione di gonfiaggio scorretta, stallonatura errata, cattivo montaggio,deformazioni elastiche-strutturali). La forza laterale genera nello pneumatico il cosiddetto effetto cono (o conicità), che produce una spinta di deriva angolare o causa vibrazioni all’auto. L’effetto cono di uno pneumatico, quindi genera una forza laterale all’interno di esso, dovuta proprio alla conicità della sua superficie esterna. Effetto cono significa tendenza al rotolamento nel modo simile al cono, ossia deviare sempre in una direzione. Il valore della conicità può essere positivo o negativo (lo pneumatico devia a dx o a sx). Ciò può verificarsi per imprecisioni di lavorazione, pieghe asimmetriche del battistrada o delle cinture in acciaio, battistrada asimmetrico durante il processo di fabbricazione della carcassa in gomma. La direzione della conicità è di tipo casuale, e può variare da pneumatico a pneumatico e da modello a modello. Pertanto si consiglia, in fase di montaggio di quattro pneumatici nuovi, di selezionare e installare sul veicolo carcasse aventi la medesima matricola di produzione (lo stesso DOT oppure E). Lo sviluppo di una forza laterale può altresì dipendere dalla tipologia di design del battistrada. Solitamente gli pneumatici aventi una scultura-battistrada che predilige il comfort di marcia (mescola di gomma morbida), sono i più soggetti ai fenomeni di deriva, poiché favoriscono maggiormente l’insorgenza di tensioni anomale e forze perturbatrici. Un’imperfetta simmetria di uno pneumaticoè altresì dipendente dall’angolazione delle varie tele ed al loro ordine. Se ad es. uno pneumatico viene ruotato di 180° (½ giro) sul cerchio, la direzione della forza, dovuta alla disposizione disuniforme delle tele, non cambia così come avviene per il fenomeno della conicità. Tuttavia, se l’auto devia a sx o a dx, questo non vuol dire necessariamente che uno degli pneumatici è soggetto all’effetto del cono, il che significherebbe la necessità di fare il reclamo. La deviazione può risultare anche dall’azione oppure dalla combinazione simultanea o singola di altri elementi come: incorretta geometria delle ruote (incidenza e camber), asimmetria dell’autovettura (passo) o il sovrapporsi negativo della somma dei valori della conicità degli pneumatici montati. Quindi, ad es. gli pneumatici dell’asse anteriore possono avere conicità negativa, deviando in una direzione, mentre le gomme posteriori essere soggette a conicità positiva, deviando in un’altra direzione. In tal caso, la soluzione pratica-manuale è quella di cambiare la posizione degli pneumatici sotto il veicolo, affinché le forze vettoriali in gioco siano il più possibile equilibrate e si compensino. Le equilibratici di alta gamma disponibili sul mercato hanno funzionalità che aiutano a risolvere tali problemi. A concludere questo complesso discorso, l’annullamento o compensazione dell’effetto cono degli pneumatici radiali, montati anteriormente, può essere in teoria risolta anche girando sul cerchio le due gomme (rispettando obblighi di montaggio e direzione), sperando che le stesse coperture abbiano due forze laterali interne più o meno uguali come entità, ma opposte come verso, tanto da annullare o per lo meno ridurre il tiro e l’instabilità direzionale dell’auto. Quello della deriva è comunque una problematica abbastanza complessa da risolvere a livello pratico in Service, pertanto per ogni singolo caso si fa sempre ricorso a una sommatoria e ad una valutazione di diverse componenti (esperienza tecnica dell’operatore, struttura e Km. del veicolo, tipologia di sospensioni e pneumatici).Le eccentricità radiali e/o laterali dello pneumatico vanno misurate con uno strumento indicatore, ben posizionato su battistrada e carcassa come in fig.4.

 Fig.4

Fenomeni vibrazionali non causati dalle ruote by Massimo Cassano

Mag. 26, 2020

Nei centri dei gommisti e nella pratica quotidiana si è sempre parlato di vibrazioni e oscillazioni causate da pneumatici e ruote, con particolare riferimento alle cause interne ed esterne che li generano durante l’utilizzazione ed in corso di dinamica. In fig.1 sono schematizzate le potenziali fonti di vibrazioni di un autoveicolo, ovvero: motore-propulsore; organi di trasmissione; organi del sistema sterzante; ruote e pneumatici. In un veicolo, tutto ciò che ruota può dare origine a vibrazioni.

Fig.1

Si esamineranno ora le problematiche e le dinamiche che producono vibrazioni parassite del tipo meccanico, dipendenti dai sottoelencati fattori. Giochi meccanici irregolari dell’avantreno (assale anteriore):Giochi meccanici ampi dell’avantreno (rilevabili come in fig.2), come ad es. escursioni irregolari di mozzi-fuselli (per usura di parti costruttive o allentamenti di organi di accoppiamento),cuscinetti volventi e snodi sferici, producono degli spostamenti laterali e/o verticali delle ruote o continui saltellamenti, quando rotolano sul fondo stradale. Come sopra detto sono causati spesso da usura dei componenti montati e in casi più rari (comunque possibili) da allentamento di dadi, bulloni e viti delle parti costruttive assemblate.

Altresì, oscillazioni eccessive che si sviluppano attorno ai fusi a snodo delle ruote sterzanti, provocano un effetto shimmy (scuotimenti e sbandamenti incontrollabili del veicolo, a ~ 70÷80 km/h), oltre che sensibili variazioni dell’assetto ruote anteriore (convergenza/divergenza). Inoltre l’eccentricità radiale/laterale del mozzo-ruota, può comportare fenomeni vibratori molto difficili da individuare e diagnosticare nella pratica di officina dal personale del Service, se non installando un preciso comparatore con regolazione micrometrica, correttamente posizionato come mostrato nelle figg.3÷4. La base è di tipo magnetico e viene utilizzata soprattutto allo scopo di posizionare senza errori il comparatore sui rotanti. In Service e nella metrologia d’officina in generale, il comparatore è utilizzato per molti scopi:

• rilevare errori di parallelismo;
• verificare planarità o perpendicolarità di una superficie rispetto ad un piano di riferimento;
• verificare cilindricità e linearità di una circonferenza rispetto ad un asse;
• controllare deformazioni di un pezzo (nello specifico trattasi di rotanti).

Elasticità di ammortizzatori e molle elicoidali: Un inefficiente smorzamento elastico di ammortizzatori anteriori e/o posteriori e una staratura/snervamento delle spire dei molloni ad elica (fig.5), producono sul veicolo una sensibilità eccessiva alle dure asperità e irregolarità del fondo stradale, causando di conseguenza saltelli verticali e fenomeni vibratori che si ripercuotono su autotelaio e sterzo attraverso le varie catene cinematiche del veicolo stesso.Altresì i dadi dibloccaggio dell’attacco superiore/inferiore del montante-molleggiato (fig.5) devono essere integri e serrati secondo le coppie prescritte dal costruttore del veicolo, o dal fabbricante degli ammortizzatori.            

Fig.5

Gruppo motore-propulsore e organi rotanti di trasmissione:Un rotore è perfettamente equilibrato, quando il suo asse di rotazione coincide con l’asse principale di inerzia. Il motopropulsore, gli organi ditrasmissione e le ruote hanno differenti velocità angolari ω e quindi le eccitazioni dovute a eventuali squilibri (statici o dinamici), producono delle frequenze di valori diversi.  Il gruppo motore-propulsore è certamente una potenziale fonte di vibrazioni e quindi tutti gli organi rotanti (albero motore, volano magnete) che lo compongono devono esserebenallineati edequilibrati. Per eliminare fenomeni vibratori a monte, si adottano generalmente degli smorzatoriapplicati sull’albero. Nella pratica quotidiana ed in ambito Service però, con gli eventuali smontaggi di tali organi o con interventi di manutenzione ordinaria periodica o con usure delle parti costruttive, l’equilibratura iniziale effettuata dai fabbricanti viene persa. Si sviluppano così effetti oscillatori che si ripercuotono e trasmettono sull’intero autoveicolo. Nel caso si effettuasse lo smontaggio del volano magnete dalla sua sede di alloggio, si dovranno a priori marcare dei segni diriferimento tra albero motore e volano stesso, affinché non si producano delle forti vibrazioni del motore, al rimontaggio dell’organo. Analoga cosa per lo smontaggio dell’albero di trasmissione, il cui riferimento per il rimontaggio deve essere marcato come in fig.6.

Fig.6

Altresì, una coppia motrice irregolare, generata dai movimenti dovuti al complessivo motore-cambio, può produrre oscillazioni al veicolo, ma ciò può accadere solo a basse velocità (~ 30÷40 km/h), in quanto le vibrazioni vere e proprie vengono attenuate e contenute dall’elasticità delle sospensioni. Se in utilizzazione o collaudo si evidenziano scosse/vibrazioni all’auto, a velocità di ~70÷80 km/h, ma verificabili solo in fase di accelerazione o spinta motrice, allora l’anomalia può essere causata da rottura o all’allentamento dei bulloni dei supporti meccanici del motore. Organi rotanti di trasmissione usurati o squilibrati (semiassi eccentrici, alberi rotanti, giunti omocinetici) accentuano ancor di più il disturbo.