INTRODUZIONE

Come sono affascinati quelle vitine colorate poste sulla sommità della forcella. E non parliamo di quella sul serbatoio del mono. E perché…le ghiere per la regolazione del precarico?? Eccezionali! Chi di noi non si è fatto sopraffare dalla tentazione ed ha cominciato ad avvitarle o a svitarle alla ricerca di un assetto più consono al personale tipo di guida ? E i risultati? Il più delle volte pessimi o se si otteneva un miglioramento nel misto stretto, nei curvoni veloci si ballava il twist e viceversa.

Con questo articolo intendo spiegare, nel modo più semplice possibile, il funzionamento delle sospensioni e quindi come agire sulle singole regolazioni per ottenere ciò che si desidera. Cominciamo.

CONCETTI GENERALI

Il compito di una sospensione è quello di filtrare le asperità del fondo stradale e di mantenere il più possibile costante l’assetto del mezzo, cioè di mantenere costanti le misure di interasse, avancorsa, posizione del baricentro.

Una moderna sospensione è costituita da una molla che collega la ruota al telaio e da un elemento smorzante, detto ammortizzatore, il cui compito è quello di controllare la velocità con cui la molla ritorna alla posizione iniziale. Iniziamo dal primo elemento cioè dalla molla.

LA MOLLA

Analizziamo il sistema in figura.

Supponiamo che tra il corpo di massa m e il piano di appoggio non ci sia attrito. Pensiamo di muovere il corpo in oggetto in modo tale da comprimere (o da estendere) la molla. La forza necessaria per fare ciò è data dalla seguente legge:

dove k è la costante di rigidità della molla e x è la misura dello spostamento dalla posizione di riposo. Tale legge ha un andamento lineare come rappresentato nel seguente grafico.

Posizionando la massa in una posizione diversa da quella di equilibrio si carica la molla di Energia Potenziale. L’Energia Potenziale è data dalla seguente equazione:

Se lasciamo il sistema libero, non sarà in equilibrio pertanto tenderà a tornare nella posizione iniziale, cioè nella posizione che aveva prima che si spostasse la massa. Durante il ritorno nella posizione di equilibrio l’Energia Potenziale si trasforma in Energia Cinetica la cui espressione è la seguente:

dove v è la velocità del corpo. Una volta tornati nella posizione di origine, quindi, tutta l’Energia Potenziale si è trasformata in Energia Cinetica e quindi il sistema non è ancora in equilibrio. Questo è il motivo per cui la molla, se era stata compressa, comincia ad estendersi perdendo Energia Cinetica e riacquistando Energia Potenziale. Questo processo, in condizioni ideali, andrebbe avanti all’infinito seguendo la seguente legge:

Il fenomeno fisico spiegato finora prende il nome di Moto armonico semplice la cui legge è la seguente:

dove x₀ è l’ampiezza di oscillazione e w è la pulsazione propria del sistema. Ricordo che la pulsazione propria del sistema è legata alla costante elastica della molla e alla massa dalla seguente equazione:

L’andamento in funzione del tempo di tale moto è il seguente:

Queste poche considerazioni fanno già capire come una sospensione dotata solo di molla renderebbe impossibile la guida della motocicletta. Ma c’è da fare ancora un’altra considerazione. Supponiamo di sollecitare il sistema con una forza F ripetuta nel tempo con una pulsazione W cioè con la seguente legge:

Una situazione del genere si ha quando si va in moto sul pavè cittadino o su una strada dotata di dossi posti ad uguale distanza fra di loro. Se tale forza ha lo stesso verso dell’accelerazione del moto armonico, si avrà un aumento dell’ampiezza di oscillazione (fig.4-a) altrimenti, se la forza ha segno opposto a quello dell’accelerazione del moto armonico, si avrà una diminuzione dell’ampiezza di oscillazione (fig.4-b).

Quando la pulsazione W coincide con la pulsazione propria del sistema w , si raggiungono le condizioni critiche; quindi si ha un aumento dell’ampiezza che tende all’infinito e il sistema inevitabilmente va in crisi rompendosi.

Quanto detto fin ora si può riassumere nei seguenti punti:

Una massa collegata ad una molla che non si trova nella posizione di riposo si muove, se lasciata libera, di moto armonico semplice indefinitamente nel tempo.

Se applichiamo una forza pulsante al sistema massa-molla si può avere una aumento o una diminuzione dell’ampiezza di oscillazione.

Il problema può essere risolto ricorrendo a qualche accorgimento che faccia tornare il sistema nella posizione di partenza con il minor numero di oscillazioni. Tale accorgimento è proprio l’ammortizzatore che svolge la funzione di smorzatore delle oscillazioni; nel prossimo paragrafo verrà analizzato attentamente il principio su cui si basa il suo funzionamento.

L’AMMORTIZZATORE

L’ammortizzatore serve a dissipare l’energia trasmessa dal fondo stradale alla molla della sospensione impedendo, quindi, all’elemento elastico di oscillare all’infinito o di entrare in risonanza e quindi di rompersi.

Lo schema di un sistema costituito da un corpo di massa m, da una molla e da un ammortizzatore è il seguente:

Sistema massa+molla+smorzatore libero di muoversi nel piano x-z

L’azione smorzante dell’ammortizzatore è proporzionale alla velocità di spostamento del corpo di massa m secondo la legge:

R è la forza di smorzamento, è la velocità con cui si sposta il corpo di massa m ed c è la costante di smorzamento. Con l’introduzione dell’elemento ammortizzante si ottiene un moto armonico smorzato, cioè un moto oscillatorio in cui l’ampiezza di oscillazione tende a diminuire nel tempo. Esiste un valore di c, chiamato smorzamento critico, per il quale il sistema si arresta in una sola oscillazione come mostrato nella seguente figura:

Moto armonico smorzato in condizione di smorzamento critico

Questa è la condizione da raggiungere quando si interviene sul setup della motocicletta.

Queste poche considerazioni sono necessarie e devono essere ben chiare prima di intervenire sui vari registri per la regolazione delle sospensioni.

In un successivo articolo verranno spiegate nei dettagli le procedure da adottare per una corretta taratura delle sospensioni e quindi per migliorare il comportamento della moto sia dal punto di vista delle sospensioni che della sicurezza.