2. La ruota automobilistica

2.
La ruota automobilistica
E’ l’organo di sostentazione, propulsione e guida caratteristico di tutti i vettori
stradali per mezzo del quale avviene la rotazione e quindi il movimento.
Nelle autovetture la ruota è costituita solitamente da un disco metallico,
generalmente in lamiera stampata, portante esternamente un cerchio di montaggio
metallico a canale, entro il quale viene applicato il pneumatico (Figura 14). Il disco
porta, nella parte interna, una serie di fori, per il fissaggio al mozzo dal mozzo.
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Figura 13 – ruota automobilistica
2.1
Componenti e funzione e di un pneumatico
Il pneumatico è uno dei componenti fondamentali e più tipici dell'autoveicolo e di quasi
tutti i veicoli stradali in genere. Anche se i pneumatici sono in continua evoluzione, al
momento non sembrano esserci soluzioni costruttive totalmente differenti che ne
mettano in discussione il ruolo svolto fino ad oggi.
Il pneumatico ha la forma di un solido di rotazione (anello toroidale), ed ha la funzione
di sopportare staticamente e dinamicamente un determinato carico, trasmettere al
terreno tutte le forze longitudinali e trasversali necessarie al moto, assicurare la
direzionalità al veicolo permettendone la sterzatura e l’inserimento su una traiettoria
voluta dal guidatore, trasmettere sia la potenza motrice che la forza frenante per
mezzo dell’aderenza con la superficie stradale, migliorare il comfort dei passeggeri
contribuendo alla sospensione del veicolo.
La caratteristica fondamentale del pneumatico è la deformabilità che, accompagnata
ad una relativa leggerezza, rende possibile il mantenimento del contatto ruota-strada
anche in presenza di piccole asperità. La presenza della copertura in gomma permette
inoltre di avere buona aderenza. Mantenimento del contatto ruota strada e aderenza
sono due fattori essenziali per poter avere una adeguata "tenuta di strada" del
veicolo. Inoltre, la deformabilità in senso radiale contribuisce decisamente a
migliorare il comfort di marcia.
Le caratteristiche di deformabilità ed aderenza del pneumatico sono dovute alla sua
struttura fortemente composita, fatta di una carcassa di fibre intrecciate, flessibili
ma molto rigide estensionalmente, immersa in una matrice di gomma molto
deformabile e con elevate caratteristiche di aderenza con il suolo. Altro componente
essenziale è l'aria che conferisce stabilità e rigidezza strutturale all'insieme.
L'utilizzo di aria per irrigidire la struttura permette di mantenerne la massa a valori
molto contenuti.
In presenza di una adeguata pressione di gonfiaggio, il pneumatico è in grado di
trasmettere forze considerevoli al cerchio cui è fissato e quindi al veicolo. La
trasmissione di queste azioni avviene attraverso le zone di contatto pneumaticocerchio, mentre l'aria contribuisce al sostentamento solo in modo indiretto (la
pressione esercitata dall'aria sul cerchio è uniforme e quindi con risultante nulla).
Le prestazioni di un autoveicolo sono largamente influenzate dalle caratteristiche di
aderenza e deformabilità dei pneumatici utilizzati. Le forze che permettono di
guidare un autoveicolo nascono infatti nelle zone di contatto fra pneumatici e strada.
Nel pneumatico stradale si individuano tre parti:
- Carcassa: è formata dalla sovrapposizione di tele impregnate di gomma; all’inizio le
tele erano di cotone, poi sono stati utilizzati materiali sintetici.
- Battistrada
- Fianchi
Figura 14 – Elementi di un pneumatico
- Guida libera: la stabilità in curva è assicurata dall’aderenza trasversale - caso del
pneumatico stradale.
- Guida vincolata: la stabilità in curva è assicurata dall’azione della via sulla ruota (in
particolare sul bordino della ruota) caso della ruota ferroviaria.
2.2
Tipologia di pneumatici
Il pneumatico oggi più usato negli autoveicoli è senza camera d’aria (Tubeless)
composto da copertura e valvola. La copertura presenta nella parete interna un
rivestimento in gomma speciale ancora più impermeabile (il liner).
La copertura consiste in un robusto involucro di forma toroidale aperto
interiormente. Ha la funzione di resistere alla pressione interna dell’aria e di
trasmettere al piano di posa il peso e le eventuali forze tangenziali. Essa è costituita
da (Figura 15):
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− battistrada: è costituito da una mescola in gomma la cui superficie è solcata da
un “disegno” idoneo a garantire una buona aderenza al suolo sia nelle condizioni
di asciutto che di bagnato, nonché buone caratteristiche di silenziosità di
marcia. Il disegno è formato da una particolare disposizione dei pieni (tasselli) e
dei vuoti (incavi, lamelle, ecc.); questi ultimi accolgono l’acqua assicurando un
contatto “asciutto” tra gomma e suolo;
− sottofondo: è lo strato più interno della fascia battistrada a contatto con la
cintura oppure ove questa manchi, con l’ultima tela di carcassa;
− spalla: è la zona estrema del battistrada compreso lo spigolo e l'inizio del
fianco;
− fianco: è la zona compresa tra la spalla ed il cordolo di centratura. E' costituito
da uno strato di gomma più o meno sottile, destinato a proteggere le tele di
carcassa contro urti laterali, come ad esempio gli spigoli dei marciapiedi;
− tallone (Figura 16) elemento di accoppiamento fra copertura e cerchio; in esso
trovano alloggio due cerchietti formati da anelli di fune metallica che hanno la
duplice funzione di calettare il pneumatico sul cerchio metallico, in modo da
impedire una rotazione relativa fra tallone e cerchio;
− carcassa: (Figura 17) costituisce la struttura resistente ed è composta da uno o
più strati di tele gommate poste sotto il battistrada (o sotto la cintura per le
strutture radiali). Ogni singola tela è formata da una serie di cordicelle tra loro
parallele di materiale molto resistente e allo stesso tempo flessibile, immerse
nella mescola vulcanizzata. Ogni tela della carcassa si stende da un tallone
all'altro, risvoltandosi attorno ai cerchietti e scaricando su di essi le tensioni
generate dalla pressione di gonfiaggio.
Figura 15 – pneumatico tubeless
La disposizione delle tele che costituiscono la carcassa dà la denominazione alla
struttura del pneumatico. Oggi la struttura più utilizzata è quella radiale, ove la
carcassa è composta da una o più tele con cordicelle disposte in senso radiale. La
carcassa radiale pura e semplice è resa più stabile, per impedire movimenti parassiti,
da una struttura anulare di rinforzo generalmente chiamata cintura (Figura 18).
In un pneumatico cord, oggi è in disuso (Figura 19) la resistenza costante in tutte le
direzioni
In un pneumatico radiale la resistenza dei fianchi < resistenza battistrada ma l’area
di impronta maggiore (il pneumatico si “appoggia” di più sulla via), comporta maggiore
aderenza.
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1 - Tele di sommità
2 - Battistrada
3 - Architettura
4 - Fianco
5 - Gomma interna
6 - Zona bassa
7 - Cerchietto
Figura 16 - Particolare del tallone
Figura 17 – carcassa del pneumatico
I pneumatici a struttura radiale presentando una migliore aderenza, una più efficace
stabilità ed una maggiore efficienza in frenata, si configurano come pneumatici più
sicuri rispetto ai tipi a struttura convenzionale; inoltre consentono una maggiore
economia di esercizio (maggiore durata nonché risparmio di carburante) e un maggior
livello di confort (più assorbimento delle asperità).
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Figura 18 - Pneumatico con struttura radiale. Orditura delle tele di tipo radiale da tallone a
tallone + cintura stabilizzatrice,
Figura 19 - Pneumatico di struttura “convenzionale” (cord): orditura “incrociata”delle tele.
Il pneumatico è un involucro inestensibile e deformabile, costituito da gomma
vulcanizzata (trattamento a caldo della resina dell’albero di “caucciù” con zolfo). Per
impedire l’azione dei raggi ultravioletti e per migliorare le proprietà meccaniche e
prestazionali del prodotto finale si aggiunge rispettivamente “nerofumo” (da qui
deriva il caratteristico colore) e la silice. Il nerofumo si usa dal 1905. Prima di allora,
i pneumatici avevano una colorazione grigio-giallastra, che è il colore della gomma
dopo il processo di vulcanizzazione (che indurisce e rafforza la gomma naturale
mescolandola con lo zolfo). In «Formula Uno» il tipo di nero fumo e la sua quantità
permettono di variare le prestazioni delle gomme. Un pneumatico normale ha un livello
abbastanza basso di nero fumo a grana grossa; uno da corsa ne ha di più di grani fini. 1
grani fini infatti, hanno una superficie totale maggiore, generano più calore per
frizione interna e. quindi, fanno diventare la gomma molta più calda. Questo serve ai
pneumatici da gara che devono fornire la massima trazione diventando quasi gommosi
quando giungono a temperatura (per questo i piloti compiono violente sterzate nel giro
di prova). L'aderenza maggiore è intorno ai 900 C. Le caratteristiche più importanti
per una gomma da strada sono invece minor resistenza al rotolamento (per
economizzare il carburante) e basso livello di usura: per questo si usa un composto
che si riscalda meno. Negli ultimi anni la tecnologia ha portato alla sostituzione della
mescola del battistrada passando dal nerofumo alla silice, la quale ha la proprietà di
abbassare la resistenza del pneumatico al rotolamento, contribuendo al risparmio di
carburante. Ma il nerofumo viene mantenuto per dare un'omogeneità di colore con
altre parti del pneumatico, che continuano ad averlo nelle mescole.
2.3
27
Caratteristiche prestazionali
Le misure di un pneumatico sono l’altezza indicata in percentuale rispetto alla
larghezza, la corda (larghezza del pneumatico) indicata in cm o mm, il diametro di
calettamento indicato in pollici. Esse sono riportati sul fianco della copertura e
contengono informazioni relative alle:
o caratteristiche dimensionali, quali larghezza nominale di sezione o corda e
diametro nominale di calettamento (Figura 20).
o caratteristiche di costruzione: indicano con R i pneumatici a costruzione
radiale;
o caratteristiche di servizio: indicano la capacità di carico del pneumatico con un
indice di carico massimo sopportabile dal pneumatico e la velocità base del
pneumatico con un codice di velocità.
S
H
Figura 20
Esempio di marcatura
Si riporta di seguito un esempio di marcatura per un pneumatico Pirelli P4 (Figura 21).
I numeri contenuti nella figura corrispondono alle principali notazioni stampate su un
pneumatico. Di seguito tali numeri verranno richiamati specificandone il significato:
1. Marchi di fabbrica e commerciali
2. Caratteristiche dimensionali e di costruzione:
3.
4.
5.
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6.
7.
8.
9.
155: larghezza nominale della sezione del pneumatico gonfiato in mm;
70: altezza del fianco del pneumatico;
R: pneumatico a struttura radiale;
13: diametro nominale di calettamento del cerchio in pollici (1 pollice = 25,40
mm).
Caratteristiche di servizio
72: codice di carico corrispondente al carico massimo sopportabile dal
pneumatico (nel caso specifico è di 355 kg)7;
S: codice di velocità corrispondente alla velocità massima di impiego del
pneumatico (nel caso specifico è 180 km/h);
Radial: E' il termine internazionale adottato che contraddistingue i pneumatici
a struttura radiale.
Tubeless: E' il termine internazionale adottato, che contraddistingue i
pneumatici adatti al montaggio senza camera d'aria.
Reinforced: Indica che il pneumatico è del tipo a struttura irrobustita.
E3 0239504: Sigla che certifica che la copertura è omologata ai sensi del
Regolamento n. 30 della CEE.
Figura 21
7
Il carico del pneumatico moltiplicato per 2 deve coprire il carico totale dell'asse del vostro veicolo
29
Il massimo carico (ad una massima velocità) è comunque un dato di “targa” del
pneumatico.
2.4
fattori influenzanti la durata
Figura 22 - Il consumo di battistrada come conseguenza della temperatura8
8
Ultima revisione: 02 Ott 2006
Figura 23 - Consumo di battistrada come conseguenza della velocità media
30
Figura 24 - Consumo di battistrada come
conseguenza del carico trasportato
9
Fonte: Michelin
Figura 25 - Consumo di battistrada come
conseguenza della pressione di gonfiaggio9