Quanti giunti sferici ci sono su unauto

Cuscinetto sferico più comunemente usato nei meccanismi di sterzo delle automobili

Questo articolo riguarda i giunti delle automobili. Per la struttura anatomica, vedere Giunto sferico.

In un'automobile, i giunti sferici sono cuscinetti sferici che collegano i bracci di controllo ai fusi a snodo e sono utilizzati praticamente su tutte le automobili prodotte. ^[1] Assomigliano bionicamente ai giunti sferici che si trovano nella maggior parte degli animali tetrapodi. ^[2]

Un giunto sferico è costituito da un perno del cuscinetto e da una presa racchiusi in un involucro; Tutte queste parti sono realizzate in acciaio. Il perno del cuscinetto è conico e filettato e si inserisce in un foro conico nel fuso a snodo. Un involucro protettivo impedisce allo sporco di penetrare nel gruppo giunto. Di solito, si tratta di uno stivale simile alla gomma che consente il movimento e l'espansione del lubrificante. I giunti sferici con controllo del movimento tendono ad essere trattenuti con una molla interna, che aiuta a prevenire problemi di vibrazione nel collegamento.

Il giunto sferico "offset" fornisce mezzi di movimento in sistemi in cui sono presenti dilatazione e contrazione termica, urto, movimento sismico e movimenti torsionali e forze. ^[3]

Teoria

Un giunto sferico viene utilizzato per consentire la rotazione libera su due piani contemporaneamente impedendo la traslazione in qualsiasi direzione, ^[1] compresa la rotazione in tali piani. La combinazione di due di questi giunti con i bracci di controllo consente il movimento in tutti e tre i piani, consentendo di sterzare la parte anteriore di un'automobile e una sospensione a molla e ammortizzatore (ammortizzatore) per rendere la guida confortevole.

Una semplice sospensione a perno di sterzo richiede che i bracci di controllo superiore e inferiore (bracci trasversali) abbiano assi di rotazione paralleli e in La relazione geometrica con il perno di sterzo, o i perni superiore e inferiore, che collegano il perno di sterzo ai bracci di controllo, sarebbero fortemente sollecitati e i cuscinetti subirebbero una forte usura. In pratica, molti veicoli avevano cuscinetti elastomerici nei perni orizzontali dei perni, che consentivano una piccola flessibilità, tuttavia questa era insufficiente per consentire molte regolazioni dell'incisore, e introducevano anche la conformità dove il progettista delle sospensioni potrebbe non averlo desiderato nella sua ricerca di una maneggevolezza ottimale. L'angolo di campanatura può essere generalmente regolato spostando entrambi i perni interni del braccio di controllo superiore o inferiore verso l'interno o verso l'esterno di una quantità esattamente uguale. Ma la cedevolezza dei perni interni del braccio di controllo, tipicamente dovuta all'uso di cuscinetti elastomerici, causerebbe nuovamente sollecitazioni ai perni. La libertà del progettista delle sospensioni era limitata, era necessario avere una certa conformità dove poteva non essere desiderata, e molto poco dove di più sarebbe stato utile per assorbire il carico d'impatto di prua e di poppa dai dossi.

L'introduzione dei giunti sferici superiore e inferiore ha permesso l'articolazione a 3 assi e quindi ha rimosso tutti i vincoli sugli assi del braccio di controllo esattamente paralleli, in modo che il caster potesse essere regolato liberamente, tipicamente mediante regolazione asimmetrica della posizione dei perni interni del braccio di controllo, mentre il camber era regolato dalla regolazione simmetrica di questi stessi perni.

Le disposizioni per la regolazione dell'angolo di convergenza non vengono modificate introducendo giunti sferici nelle sospensioni, anche se il tiranteria dello sterzo stesso deve utilizzare 4 o più perni, di solito anche giunti sferici, e in quasi tutti i veicoli mai realizzati, alcuni di questi sono stati regolabili con un'estremità filettata e un controdado, per consentire di regolare con precisione la convergenza.

Questa capacità di mettere a punto le sospensioni sferiche consente ai produttori di rendere l'automobile più stabile e Più facile da guidare, rispetto alle vecchie sospensioni in stile Kingpin. Può anche essere più silenzioso e confortevole, perché la conformità laterale e anteriore e posteriore nelle sospensioni può essere introdotta in quantità controllate ai perni interni del braccio di controllo senza compromettere l'integrità dei perni dell'asse di sterzo, che ora sono giunti sferici invece di un perno di sterzo e perni. La guida più fluida può anche aumentare la durata del battistrada del pneumatico, poiché la sospensione con giunto sferico consente un migliore controllo della geometria delle sospensioni e quindi può fornire un migliore contatto pneumatico-strada.

Scopo

Sui veicoli moderni, i giunti sono il perno tra le ruote e le sospensioni di un'automobile. Oggi sono quasi universalmente utilizzati nelle sospensioni anteriori, avendo sostituito la disposizione perno di sterzo/perno di collegamento o perno di sterzo/perno, ma possono anche essere trovati nelle sospensioni posteriori di alcune auto ad alte prestazioni. ^[4] Palla I giunti svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento sicuro dello sterzo e delle sospensioni di un'automobile.

Molte automobili attualmente prodotte in tutto il mondo utilizzano sospensioni MacPherson, che utilizzano un giunto sferico per lato, tra l'estremità inferiore del montante e il braccio di controllo, con la piccola quantità necessaria di articolazione nella parte superiore del montante che è solitamente fornita da un cuscinetto elastomerico, all'interno del quale è un cuscinetto a sfere per consentire la libera rotazione attorno all'asse dello sterzo. Quindi, ci sono comunemente solo due giunti sferici nelle sospensioni, tuttavia ce ne saranno almeno quattro (estremità delle aste dei cingoli e estremità della cremagliera) nel leveraggio dello sterzo.

Nelle sospensioni delle automobili con montante non MacPherson, i due giunti sferici sono chiamati "giunto sferico superiore" e "giunto sferico inferiore". I giunti sferici inferiori sono talvolta più grandi e possono usurarsi più rapidamente, perché i carichi anteriori e posteriori, principalmente dovuti alla frenata, sono più elevati in corrispondenza del giunto sferico inferiore. (Reazione di coppia e trascinare Aggiungi in corrispondenza del giunto inferiore e Annulla parzialmente in corrispondenza del giunto superiore.) Inoltre, i carichi laterali in curva sono più elevati in corrispondenza del giunto inferiore. A seconda del design della sospensione, il carico verticale della molla della sospensione può essere gestito interamente dal giunto sferico superiore o interamente dal giunto sferico inferiore. Il carico dell'ammortizzatore (che è basso in condizioni normali, nullo quando è fermo, ma in caso di picco di urto o di rimbalzo può essere quasi pari al carico della molla) viene di solito, ma non sempre, preso sullo stesso giunto sferico del carico della molla. Il carico della barra antirollio viene spesso, ma non sempre, effettuato sul giunto sferico inferiore. Può essere preso dal giunto sferico superiore o direttamente dal fuso a snodo tramite collegamenti di derivazione sferici.

Se uno dei giunti sferici non sopporta il carico della molla, può essere dotato di una molla interna anti-rumore per mantenere la sfera preferenzialmente a contatto con una sede. Questo è stato il caso della BMC Mini del 1959 e delle sue numerose derivati, dove il braccio di controllo inferiore non portava alcun carico verticale, quindi il giunto necessitava di una molla anti-rumore, mentre il giunto superiore, comprendente parti identiche, era sempre in compressione a causa dei carichi della molla (cono di gomma) e dell'ammortizzatore, e quindi non era dotato di una molla.

Altri veicoli dell'era degli anni '60, tra cui alcune Vauxhall, avevano giunti sferici più bassi con un notevole flottante finale, perché il giunto era sempre in tensione poiché i carichi della molla e dell'ammortizzatore venivano applicati tramite il braccio di controllo inferiore ed erano sempre diversi da zero.

Un altro esempio è la Ford Focus, che utilizza montanti MacPherson e la barra antirollio è collegata direttamente al montante, quindi il giunto sferico inferiore trasporta solo carichi di trazione/frenata avanti e indietro e in curva laterale.

Trazione anteriore

A differenza di un perno di sterzo, che richiede un montaggio al centro della ruota per ruotare, i giunti si collegano all'estremità superiore e inferiore del perno (fuso a snodo), ai bracci di controllo. Questo lascia la sezione centrale aperta per consentire l'uso della trazione anteriore. I vecchi modelli di kingpin possono essere utilizzati solo in una configurazione a trazione posteriore.

Lubrificazione

I giunti sferici sigillati non necessitano di lubrificazione in quanto sono "lubrificati a vita". In precedenza, la maggior parte dei giunti sferici aveva un ingrassatore (a volte chiamato grasso zero ) ed era progettata per l'aggiunta periodica di un lubrificante, tuttavia quasi tutte le auto moderne utilizzano giunti sferici sigillati per ridurre al minimo i requisiti di manutenzione. Il lubrificante era solitamente un lubrificante ad altissima viscosità. Si ritiene comunemente che i giunti sferici standard sopravvivano a quelli sigillati perché alla fine il sigillo si romperà, causando l'essiccazione e la ruggine del giunto. ^[4] Inoltre, l'atto di aggiungere nuovo lubrificante espelle il lubrificante vecchio e secco, prolungando la durata del giunto. Questo doveva essere fatto ad intervalli di Da 1000 a 2000 miglia su molti veicoli, il che è incompatibile con l'intervallo di manutenzione sulle auto moderne, spesso 12000 miglia o più, e in ogni caso è stato raramente curato dai proprietari, con conseguente grave usura e possibile guasto del giunto sferico, che può provocare gravi incidenti. Per questo motivo, quasi tutti gli snodi sferici delle moderne auto europee o dell'Estremo Oriente sono del tipo sigillato a vita. La nuova tecnologia, in particolare applicata al design del cuscinetto interno, ha permesso ai giunti sferici di soddisfare questi intervalli di manutenzione più lunghi. I design speciali incorporano cuscinetti in metallo sinterizzato che sostituiscono la versione in polimero/plastica sigillata OEM e guarnizioni antipolvere migliorate che lavorano molto meglio nel trattenere il grasso.

Giunto

volvente sferico

Un giunto volvente sferico è un giunto sferico di alta precisione costituito da un anello esterno e interno sferico separati da cuscinetti a sfera. I cuscinetti a sfera sono alloggiati in un fermo sferico e rotolare lungo entrambe le superfici interne ed esterne. Questo design consente al giunto di avere un attrito molto basso pur mantenendo un'ampia gamma di movimento e un gioco fino a 1 μm. Gli SRJ sono spesso utilizzati in applicazioni di robotica parallela come una piattaforma Stewart, dove un'elevata rigidità e un gioco ridotto sono essenziali. ^{[5] [6]}

La maggior parte degli SRJ sono progettati con un alloggiamento sfalsato, che consente carichi di compressione più elevati in uno spazio più piccolo. In alternativa, il giunto può essere assemblato all'indietro per una maggiore capacità di carico di trazione ma una minore gamma di movimento.

Un'alternativa all'SRJ è il giunto cardanico, che consiste in due giunti a rivoluzione. ^[7] Utilizzando giunti rotanti sferici invece di quelli universali, i progettisti possono ridurre il numero di giunti per ottenere lo stesso risultato. L'utilizzo di un giunto sferico rispetto a un giunto cardanico elimina anche la possibilità problematica di un singolarità. ^[8] Gli snodi sferici a strisciamento possono essere utilizzati al posto degli SRJ al costo di un maggiore attrito, ma offrono l'opportunità di precaricare ulteriormente il giunto.

Guasto

Sebbene non esista una durata esatta che possa essere applicata ai giunti sferici sigillati, possono guastarsi già a 80.000 miglia (130.000 km) nei veicoli moderni e molto prima nei veicoli più vecchi. I segni di un giunto sferico ^difettoso possono iniziare con un improvviso suono di scoppio a causa dello smantellamento del giunto sferico. Quindi continua con un clic, uno schiocco o uno schiocco quando si gira la ruota e alla fine si trasforma in un cigolio alla fine di una fermata, quando si utilizza il pedale dell'acceleratore e/o anche quando si colpiscono dossi. Un altro sintomo potrebbe essere il rumore di "tonfo" proveniente dalla sospensione anteriore quando si superano i dossi. I giunti sferici asciutti hanno un notevole aumento dell'attrito e possono causare l'inceppamento o l'inceppamento dello sterzo più difficile.

Se un giunto sferico si guasta, i risultati possono essere pericolosi poiché l'angolo della ruota diventa libero, causando la perdita di controllo. Poiché il pneumatico si troverà con un'angolazione involontaria, il veicolo si fermerà bruscamente, danneggiando i pneumatici. Inoltre, durante il guasto, i detriti possono danneggiare altre parti del veicolo. ^[4]

Altri usi

Mentre nel gergo automobilistico il termine "giunto sferico" di solito si riferisce alle connessioni primarie del giunto sferico alle estremità dei bracci di controllo, questo tipo di giunto viene utilizzato anche in altre parti, comprese le estremità dei tiranti. In queste altre applicazioni, sono tipicamente chiamate estremità dei tiranti o, quando sono un'estremità del tirante interno su un sistema di sterzo a pignone e cremagliera, sono chiamate gruppi di prese interne. Questi giunti sono utilizzati anche in una serie di altre applicazioni non automobilistiche, dai giunti delle bambole ad altri collegamenti meccanici per una varietà di applicazioni di dispositivi, o qualsiasi luogo in cui si desidera un grado di rotazione in movimento.

Vedi anche

Riferimenti