Il precarico della molla è una di quelle cose che si fraintendono fin troppo facilmente.
E, a dire il vero, ci sono parecchi motivi per cui si finisce per farsene un’idea sbagliata. Difficile dare la colpa a chi lo fraintende.
Dopotutto, si chiama proprio «precarico».
Eh, insomma… che altro dovrebbe pensare la gente? È il nome stesso a trarre in inganno.
…Capite cosa intendo?
L’altro giorno, mentre facevo qualche ricerca, mi sono imbattuto in un altro articolo che riportava il solito equivoco sul precarico.
La cosa interessante, però, era che a prima vista il ragionamento sembrava molto logico. Leggendolo, mi sono detto: «Questa persona deve essersi impegnata parecchio a documentarsi».
L’articolo spiegava che, a voler essere rigorosi, la rigidezza di una molla non è sempre esattamente la stessa dall’inizio alla fine della corsa.
Quindi, anche se due molle hanno la stessa rigidezza nominale, possono esserci piccole differenze a seconda del produttore o del progetto.
Per esempio, le molle con estremità aperte e quelle con estremità chiuse possono presentare differenze di rigidezza nella parte iniziale della corsa.
Anche verso la fine della corsa, quando le spire sono ormai vicine ad andare a pacco, la rigidezza può variare leggermente a seconda di come è progettata la molla.
Mmm. Ha senso. Fin qui sembra tutto giusto.
«Quindi, aumentando il precarico, la molla finisce per utilizzare una parte maggiore della propria corsa, modificando così la corsa disponibile. Ed è per questo che cambia il comportamento dell’auto!»
Ehi, un momento…
Fin lì filava tutto liscio. Ma come siamo arrivati a una conclusione del genere?
In realtà, penso che chi riesce a scrivere un articolo del genere sia probabilmente una persona molto intelligente.
Proprio per questo, credo che gli basterebbe fare un passo indietro e ragionare sul precarico in sé per accorgersi che qualcosa non torna.
Probabilmente è proprio il nome «precarico» a creare confusione.
Ragioniamoci con calma.
Immaginiamo una molla con una rigidezza di 10 N/mm che arriva a pacco dopo 150 mm di compressione.
Se applichiamo 50 mm di precarico, significa che adesso la molla arriverà a pacco con una forza di 1000 N?
No. Per comprimere una molla da 10 N/mm di 150 mm servono comunque 1500 N.
Aggiungere 50 mm di precarico, equivalenti a una forza di 500 N, non significa che la molla arrivi a pacco già a 1000 N.
Allo stesso modo, se applichiamo 10 mm di precarico, la molla si comprime di 110 mm? E con 20 mm di precarico, si comprime di 120 mm?
Le molle non funzionano così. Provate a comprimere con le dita la molla di una penna a sfera.
Non importa quanto fosse già stata compressa: quello che conta è la forza che le applicate in quel momento.
Detto in un altro modo, il precarico consiste sostanzialmente in questo: è l’ammortizzatore a impedire alla molla di estendersi.
Se la distanza tra l’attacco superiore dell’ammortizzatore e il piattello inferiore su cui poggia la molla è minore della lunghezza libera della molla stessa, questa non può estendersi oltre quella distanza.
Questo, però, non significa che nella molla si sia accumulata chissà quale forza in più. È semplicemente l’ammortizzatore a trattenerla in quella posizione.
Per esempio, se prendiamo un ammortizzatore con parecchio precarico e ne tagliamo lo stelo con una smerigliatrice angolare, la molla scatterà di colpo fino alla sua lunghezza libera, con un bel botto.
Chi ha smontato un ammortizzatore di serie probabilmente riesce a immaginare di cosa parlo.
È l’ammortizzatore a tenere la molla compressa della quantità corrispondente al precarico.
Ma supponiamo che arrivi qualcuno con una forza sovrumana, afferri l’ammortizzatore alle due estremità e riesca a comprimerlo a mani nude. Che succede?
Se l’ammortizzatore viene compresso oltre la quantità corrispondente al precarico, lo stelo non deve più sopportare la forza del precarico.
A quel punto, anche tagliando lo stelo con una smerigliatrice angolare, la molla non scatterà più di colpo. Perché stavolta sono le mani a tenerla compressa.
Che il precarico sia di 20 o di 50 mm, poco importa: non appena la forza esercitata dalle mani supera quella dovuta al precarico, il precarico stesso non ha più alcun effetto sulla molla.
Quando l’ammortizzatore è montato sull’auto, a comprimerlo è il peso del veicolo.
Quindi, a meno che l’auto non sia sollevata da terra con un cric, normalmente l’ammortizzatore è compresso oltre la quantità corrispondente al precarico.
In questa condizione, il precarico non ha alcun effetto sulla molla in sé.
Però c’è una cosa: quando regolate il precarico, qualcosa cambia davvero, no?
A cambiare non è la corsa della molla, ma la posizione dell’ammortizzatore rispetto alla carrozzeria.
Probabilmente è difficile capirlo solo a parole, quindi vediamolo con un’animazione.
Di solito, quando si parla di «aumentare il precarico», si intende ruotare il piattello inferiore della molla mentre l’auto è sollevata con un cric.
Un’auto sui cavalletti si trova in una condizione piuttosto particolare: le ruote sono staccate da terra e la sospensione è completamente estesa.
Ma quando guidate, le ruote non stanno sospese per aria, vero?
…Un momento, siete piloti del WRC? Scusate, non avevo capito di parlare con qualcuno che passa metà del tempo in volo.
(Va bene, va bene, torniamo all’argomento.)
Vediamo allora cosa succede davvero aumentando il precarico nelle normali condizioni di marcia, con tutto il peso del veicolo che grava sulla sospensione. L’animazione ci aiuterà a capirlo.
(Per rendere più chiaro il movimento, immaginiamo di tenere ferma la carrozzeria in aria e di far muovere invece il terreno.)
Ora concentriamoci sull’ammortizzatore: rendiamolo trasparente per vedere cosa succede al suo interno.
Riuscite a capire cosa sta succedendo?
Immaginate di fissare una fotocamera all’interno del passaruota.
Aggiungete 1 mm di precarico, abbassate l’auto dal cric e scattate una foto.
Poi sollevate di nuovo l’auto, aggiungete un altro millimetro di precarico, la riabbassate e scattate un’altra foto dalla stessa posizione.
Ripetete l’operazione, mettete insieme dieci foto e otterrete un’animazione. In pratica, è proprio quello che vedete qui.
Come vedete, la distanza tra l’attacco superiore e il corpo dell’ammortizzatore aumenta.
Di conseguenza, cambia la posizione del pistone all’interno del corpo dell’ammortizzatore. In altre parole, cambia la ripartizione della corsa.
Inoltre, prendendo come riferimento il terreno, il piattello inferiore su cui poggia la molla si sposta verso l’alto, facendo aumentare l’altezza da terra dell’auto.
E basta. Sono queste le uniche cose che cambiano.
Dato che stiamo semplicemente spostando il corpo dell’ammortizzatore, non cambia nient’altro oltre all’altezza da terra e alla ripartizione della corsa.
Il punto importante è che ruotare il piattello inferiore, di per sé, non significa affatto «comprimere la molla».
Con l’auto sollevata sul cric può sembrare proprio così, ma solo perché il peso del veicolo non grava sulla sospensione.
Quando invece l’auto poggia normalmente a terra, con tutto il suo peso sulla sospensione, aumentare il precarico cambia soltanto l’altezza da terra e la ripartizione della corsa.
C’è però un’espressione che rende l’argomento un po’ confuso. A volte, per descrivere un cambiamento nella ripartizione della corsa, si dice: «Cambia il tratto di molla che lavora».
Non è proprio sbagliato. Anzi, non è affatto sbagliato. Ma è un modo di esprimersi che può facilmente creare equivoci. Una piccola trappola.
Un ingegnere del Team Le Mans, squadra che ha gareggiato con successo in categorie come la Super Formula e il Super GT, ha spiegato il precarico in questo modo (fonte: Damper Lecture No. 101).
—
Il precarico influisce sul sistema massa-molla?
Cambiare il precarico non modifica nulla nella molla in sé, a meno che questa non raggiunga la massima estensione o non vada a fondo corsa in compressione, come mostrato nello schema. La molla oscilla semplicemente attorno al punto di equilibrio con il peso del veicolo.
La molla non diventa né più rigida né più morbida. Cambia soltanto il tratto di molla che lavora.
—
Avete visto cosa dice? «Cambia il tratto di molla che lavora».
È proprio qui che molti sembrano confondersi. Interpretano la frase così: «Quindi, se aggiungo 10 mm di precarico, la molla si comprimerà di altri 10 mm? E se ne aggiungo 20 mm, si comprimerà di altri 20 mm?»
Ma non è questo che significa.
La cosa interessante è che, più avanti nello stesso articolo, l’ingegnere lo spiega così:
—
Anche quando il sistema viene sottoposto a sollecitazioni su un banco prova a 7 post, non cambia nulla.
A volte persino persone del mondo delle corse vengono al banco prova a 7 post e chiedono: «Pensavo di aggiungere un po’ di precarico. Che ne dite?»
E noi rispondiamo: «Potete cambiarlo, se volete, ma finché la molla non raggiunge la massima estensione, sul banco non cambierà nulla».
Il precarico non è altro che una regolazione dell’altezza da terra che modifica la ripartizione della corsa. Nient’altro.
—
Esatto. Il punto è proprio questo.
A proposito, un banco prova a 7 post è un sofisticatissimo simulatore stradale che permette di riprodurre e analizzare il comportamento del veicolo in condizioni controllate.
Il precarico è semplicemente una «regolazione dell’altezza da terra che modifica la ripartizione della corsa». Nulla di più.
In realtà, a voler essere ancora più precisi, il precarico in sé non ha necessariamente a che fare con l’altezza da terra. In sostanza, serve soltanto a regolare la ripartizione della corsa dell’ammortizzatore.
Il motivo per cui di solito si associa la regolazione del precarico a una variazione dell’altezza da terra è semplice: ruotare il piattello inferiore è il modo più comodo per effettuare questa regolazione.
Per esempio, potreste smontare l’ammortizzatore, rimuovere un distanziale da 10 mm sotto l’attacco superiore e rimontarlo senza modificare la posizione del piattello inferiore. Avreste aggiunto 10 mm di precarico, ma l’altezza da terra resterebbe invariata.
Quindi, in sostanza, il precarico è semplicemente un modo per regolare la ripartizione della corsa.
Nella pratica, modificare questa ripartizione può influire, per esempio, su quanto viene compresso il tampone di fine corsa. E se cambia l’altezza da terra, cambiano anche parametri come la convergenza e la posizione del centro di rollio.
È quindi del tutto comprensibile pensare: «Accidenti, cambiare il precarico ha fatto una differenza enorme! Tenere la molla già compressa deve avere un effetto potentissimo!»
Se cambia l’altezza da terra, naturalmente il comportamento dell’auto può cambiare parecchio. Del resto, è normale che succeda quando cambiano gli angoli di allineamento delle ruote o la posizione del centro di rollio.
Ma questo non è un effetto del precarico in sé.
La molla non si comporta diversamente solo perché era già stata compressa.
Se siete convinti che aggiungere precarico faccia percorrere alla molla una corsa aggiuntiva pari al precarico stesso, un giorno potreste trovarvi nei guai mettendo a punto un’auto in cui manca davvero poco perché la molla arrivi a pacco.
Il comportamento reale non corrisponderà a quello che vi aspettavate.
Il vero significato del precarico non è tanto «comprimere la molla in anticipo», quanto «cambiare la ripartizione della corsa» oppure «impedire alla molla di estendersi».
È questo che fa il precarico.
Eppure… si chiama «precarico».
Sinceramente, è difficile dare la colpa a chi lo fraintende.
Era proprio questo che intendevo all’inizio, quando ho detto: «…Capite cosa intendo?»
Non c’è molto da fare, ma ho sempre pensato che il nome stesso fosse una specie di trappola: rende questo concetto più difficile da capire del necessario.