Le molle di smorzamento sono la metà portante di una coppia molla-ammortizzatore: la molla assorbe l'energia d'impatto proveniente dalla strada, dal carico utile o dall'applicazione del freno e l'ammortizzatore trasforma quell'energia in calore. Rimuovi una delle due metà e il sistema fallisce. Utilizzando solo una molla, un corpo oscilla quasi per sempre con un'ampiezza pressoché costante; con solo uno smorzatore, non c'è alcuna struttura su cui lo smorzatore possa agire. Nelle sospensioni di un'autovettura, l'obiettivo della messa a punto è solitamente un rapporto di smorzamento compreso tra circa 0,2 e 0,4, in modo che la carrozzeria si assesti entro un secondo o due dall'urto invece di fluttuare.
Cosa intende realmente la gente per molle di smorzamento
La maggior parte delle persone che dicono "molle di smorzamento" stanno descrivendo un sistema molla-ammortizzatore piuttosto che un tipo speciale di molla, e questa distinzione è la cosa più utile da correggere prima di qualsiasi decisione di progettazione o acquisto.
La frase appare in tre contesti diversi e mescolarli porta a veri e propri errori di progettazione:
- Un modello con ammortizzatore a molla , il classico modello fisico utilizzato per prevedere come un corpo risponde all'eccitazione della strada.
- Una molla con qualche smorzamento interno , come una molla elicoidale avvolta attorno a un manicotto di smorzamento o un design basato su gomma e attrito.
- Un gruppo molla-ammortizzatore , come un ammortizzatore, un montante o un meccanismo di ritorno del freno, in cui le due parti sono progettate come un unico sistema.
Questo è importante perché molle e ammortizzatori seguono regole di selezione opposte. La rigidità della molla determina la frequenza, ovvero la velocità con cui il corpo rimbalza. Lo smorzamento imposta la velocità con cui si interrompe il rimbalzo. Cambiare la rigidità senza adattare nuovamente lo smorzamento è una causa comune di un'auto che marcia male.
Perché una primavera non può smorzarsi
Una molla elicoidale immagazzina energia; non lo consuma, che è il fatto chiave dietro ogni discussione pratica sullo smorzamento.
In un sistema molla-massa non smorzato, una volta eccitato oscilla indefinitamente alla stessa ampiezza. Le molle reali perdono una piccola quantità di energia a causa dell'attrito del materiale interno e del contatto della bobina terminale, in genere solo dall'1 al 5% dello smorzamento totale del sistema. Per una sospensione che non è neanche lontanamente abbastanza vicina, il compito di controllare le vibrazioni è affidato a un ammortizzatore separato. Un ammortizzatore converte la velocità dell'asta in fluido forzato attraverso le valvole, producendo una forza che aumenta con la velocità quando il corpo si muove rapidamente e lascia passare l'olio più facilmente durante il movimento lento del corpo.
Questo spiega anche perché una molla rigida e corta abbinata a un ammortizzatore debole sembra rotta. La molla non è difettosa; semplicemente non c'è nulla nel sistema responsabile dell'arresto del suo movimento.
I tre regimi di smorzamento e le loro sensazioni
Una sospensione per auto da strada ben calibrata si trova nella gamma poco smorzata, con un margine appena sufficiente per gestire il caso di carico peggiore.
| Regime | Rapporto di smorzamento | Comportamento nel mondo reale |
|---|---|---|
| Sottosmorzato | Inferiore a 1, comunemente da 0,2 a 0,4 sulle auto | Il corpo ritorna velocemente dopo un urto con un leggero superamento; miglior equilibrio tra comfort e controllo |
| Criticamente smorzato | Uguale a 1 | Ritorno allo stato di riposo più rapido possibile senza superamento; tipicamente troppo duro per un'auto stradale |
| Sovrasmorzato | Sopra 1 | Rimbalzo lento, assestamento ritardato e sensazione di pesantezza e insensibilità |
Sistemi di molle di smorzamento nelle sospensioni di automobili
Su un'autovettura, la molla trasporta il carico statico e imposta la frequenza naturale del corpo, mentre l'ammortizzatore imposta la velocità con cui il movimento del corpo decade una volta che tale frequenza viene eccitata.
La divisione del lavoro è la seguente:
- La molla trasporta parte della massa del veicolo in ciascuna curva, ad esempio circa 400 kg all'anteriore con una rigidità prossima a 25 N/mm.
- La frequenza naturale del corpo di solito è compresa tra 1,0 e 1,5 Hz nella parte anteriore, con la parte posteriore leggermente più alta per rimanere al di sopra della frequenza di eccitazione del tono.
- La forza dello smorzatore aumenta con la velocità dell'asta, quindi i piccoli movimenti lenti del corpo incontrano poca resistenza mentre i movimenti veloci della ruota incontrano una forte resistenza.
Questo è anche il motivo per cui un’auto molto caricata o dotata di molle più rigide può sembrare poco smorzata: la molla più rigida aumenta la frequenza, ma gli ammortizzatori erano ancora calibrati sulla vecchia rigidità. Aumenta la rigidità della molla del 20% a fronte di uno smorzamento invariato e il rimbalzo del corpo dopo un urto diventa più forte e più veloce di prima.
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In un sistema frenante, la molla di smorzamento deve affrontare un problema diverso e il fattore decisivo è la stabilità del modulo elastico in base alla temperatura piuttosto che il comfort di guida.
Una molla del freno viene riscaldata dalla vicinanza al motore e al disco del freno, quindi la rigidità di una molla di ritorno cambia tra condizioni fredde e calde. Se il modulo elastico si sposta troppo, la sensibilità del pedale e il rilascio del freno diventano incoerenti. Uno speciale trattamento termico, tempra e rinvenimento seguito da stabilizzazione, viene utilizzato per fissare la microstruttura in modo che il modulo rimanga approssimativamente lineare da -40°C a 150°C.
Gli acquirenti di gruppi di molle freno dovrebbero verificare quattro cose:
- Tolleranza di carico specificata per applicazione anziché ricavata da un valore di catalogo generico.
- Temperatura operativa e limite di rilassamento a temperatura elevata.
- Integrità della superficie, perché qui una rottura da fatica è un evento di sicurezza piuttosto che un problema di rumore.
- Tracciabilità a livello di lotto con allegate registrazioni di deflessione del carico e durezza.
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Abbassare l'altezza da terra o aggiungere la rigidità della molla senza rivalutare lo smorzamento è uno degli errori più comuni a livello di proprietario.
L'abbassamento di un'auto di 30 mm richiede solitamente dal 15 al 25% in più di rigidità della molla per evitare la compressione sui tamponi. La velocità più alta spinge verso l'alto la frequenza corporea e l'ammortizzatore originale non ha più una forza di smorzamento sufficiente a quella frequenza. Il risultato è un'auto che galleggia sulle creste autostradali e si assesta male in rimbalzo.
Tre regole pratiche aiutano qui:
- Le molle progressive mantengono una piccola compressione confortevole e aggiungono supporto nelle curve difficili, il che si adatta a un'auto modificata per la guida quotidiana.
- Le molle lineari rendono la calibrazione degli ammortizzatori più prevedibile e sono più stabili in pista, ma richiedono un adattamento dello smorzamento più accurato.
- Fissare l'obiettivo del rapporto di smorzamento prima della rigidità della molla; la rigidità imposta la frequenza, ma il rapporto imposta la corsa che senti effettivamente.
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Il rischio di acquisto delle molle risiede nella durata a fatica e nella consistenza del lotto, non nel prezzo unitario.
Una molla più economica che si affatica durante il periodo di garanzia costa molto di più della differenza di prezzo risparmiata.
| Controlla | Cosa confermare | Perché è importante |
|---|---|---|
| Materiale e chimica | Grado di acciaio più un rapporto dello spettrometro | Il contenuto di carbonio e leghe determina il limite di fatica e la resistenza all'abbassamento |
| Tolleranza al carico | Tolleranza percentuale ad un'altezza stabilita, ad esempio più o meno 5%. | Una tolleranza allentata produce una mancata corrispondenza dell'altezza da un lato all'altro e una posizione storta |
| Convalida della fatica | Cicli al banco fino al fallimento o ad un obiettivo di sopravvivenza definito | Determina se la molla dura oltre la garanzia o si guasta al suo interno |
| Pallinatura e trattamento termico | Parametri di processo e registrazioni di controllo | La tensione residua di compressione sulla superficie è la principale difesa contro le fessurazioni per fatica |
| Sistema di qualità | Certificazione IATF/TS16949, disciplina 6S, tracciabilità dei lotti | I clienti OEM e di primo livello lo considerano un requisito soglia |
Un'abitudine utile: chiedere la curva carico-deformazione prima del preventivo di produzione, non dopo. La forma di quella curva indica se la coerenza deriva dal controllo del processo o dalla selezione di parti buone da un'ampia diffusione.
Domande frequenti
Le molle di smorzamento sono la stessa cosa degli ammortizzatori?
No. La molla immagazzina energia e l'ammortizzatore la dissipa. Su un'auto i due sono confezionati insieme, motivo per cui i termini si confondono nella conversazione, ma vengono selezionati in base a criteri completamente diversi.
Posso cambiare solo le molle e mantenere gli ammortizzatori originali?
Sì, se il nuovo coefficiente di elasticità è vicino a quello originale. Una volta che la molla è significativamente più rigida o più corta, lo smorzamento originale non corrisponde più e l'auto sembrerà rimbalzante, fluttuante o incline a toccare il fondo.
Quanto dovrebbe durare una molla ammortizzante?
La maggior parte delle molle delle autovetture sono progettate per durare più a lungo del veicolo, ma cedimenti, bobina rotta o corrosione sono motivi per sostituirle. I primi segni di affaticamento includono un'altezza di marcia inferiore, un'altezza laterale irregolare e una sensazione di galleggiamento; questa panoramica di cosa fanno le molle delle sospensioni dell'auto copre la diagnosi in modo più dettagliato.
Il termine molle ammortizzanti copre due componenti e più di una disciplina. Per un ingegnere delle sospensioni, la vera questione non è mai la molla da sola, ma l'abbinamento della frequenza della molla con lo smorzamento in modo che la carrozzeria si assesti in modo prevedibile. Per un acquirente, la prova decisiva è la convalida della fatica, la tolleranza del carico e il controllo del processo piuttosto che il numero su un listino prezzi. Produttori come Zhejiang Zongheng Spring Co., Ltd. costruiscono molle per sospensioni e freni secondo IATF/TS16949 con verifica della fatica e del carico su ogni lotto, quindi se hai bisogno di aiuto per tradurre un obiettivo di smorzamento in una specifica della molla, puoi contattare la squadra direttamente.
