Dead axle e axleless trasmission

Nelle sospensioni di tipo Dead Axle le ruote motrici sono reciprocamente connesse attraverso un assale, mentre il moto è trasmesso attraverso elementi non appartenenti all’assale stesso. Il layout di tipo axleless trasmission prevede, invece, l’assenza dell’assale e quindi la realizzazione di sistemi di sospensione indipendenti.

Un vantaggio del layout dead-axle è la considerevole riduzione di peso delle masse non sospese, che incrementa l’aderenza e il comfort del veicolo. La suggestione che un assale rigido permetta sempre di mantenere le ruote perpendicolari alla strada è chiaramente mendace: l’effetto di un dosso sotto una ruota è la generazione di una uguale inclinazione, relativamente alla strada, di entrambe le ruote.

La trasmissione a catena, oggi raramente utilizzata, è un esempio di dead axle. Il layout dei veicoli con trasmissione a catena è simile a quelli con transaxle unit, in cui il cambio e il final drive sono in un unico alloggiamento. Dal sottosistema motore-frizione il moto è trasmesso al cambio attraverso un albero ed infine nella final drive G è invertito di 90° e diviso equamente tra i due semiassi J. All’estremità dei semiassi si trovano i rocchetti K, mentre solidali alle ruote si trovano i rocchetti M; tali elementi sono reciprocamente

connessi dalla catena L. Le due ruote sono rigidamente connesse alle estremità del dead axle D. Un altro e più comune layout di tipo dead axle è basato sul modello

adottato dalla De Dion Company nelle ultime vetture. Adatto per autovetture basse con sospensioni rigide, è favorito nelle applicazioni sportive al posto delle più performanti sospensioni posteriori indipendenti.

In linea di massima il layout della trasmissione di tipo De Dion o di tipo axleless hanno caratteristiche simili. Dal sottosistema motore-frizione-cambio il moto è trasmesso, attraverso un albero di trasmissione, alla final drive unit A che è installata sul telaio del veicolo invece di essere contenuta nell’assale stesso. Il moto, invertito di 90° è suddiviso equamente tra i due semiassi C e trasmesso alle ruote che sono vincolate al dead axle E o direttamente al meccanismo di sospensione se è utilizzato un sistema di sospensioni indipendenti. I movimenti delle ruote rispetto al veicolo sono permessi dai giunti universali B alle estremità dei semiassi C mentre le corrispondenti variazioni di lunghezza sono ottenute dalla scorrimento relativo di due differenti elementi vincolati attraverso coppie prismatiche.

I vantaggi principali del layout De Dion in comparazione con il layout di tipo live axle consistono nell’alleggerimento dell’assale posteriore dal peso del differenziale e della final drive unit e dalla maggiore indipendenza delle due ruote.

Le prestazioni dinamiche offerte dai sistemi di sospensioni indipendenti, principalmente impiegati nei veicoli ad alte prestazioni,

hanno portato ad un utilizzo sempre più diffuso anche nelle vetture di media categoria14_{; la crescente diffusione dei relativi layout di trasmissione di tipo axleless ci} induce, quindi, ad affrontare con particolare attenzione tale descrizione.

Un layout con motore anteriore e trazione posteriore è rappresentato schematicamente nella fig. 4.5. Sebbene i sottosistemi motore-frizione-cambio e final drive siano

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Per l’approfondimento vedi, ad esempio, [1].

Fig 4.3 - Chain transmission.

supportati direttamente dal telaio o da strutture supplementari, risulta comunque necessario utilizzare giunti universali e flessibili alle estremità dell’albero di trasmissione. Le deformazioni dei telai di supporto generano, infatti, uno spostamento relativo che deve essere compensato per salvaguardare la funzionalità dell’intero sistema.

Le forze agenti sul supporto del differenziale, dovute principalmente alla coppia motrice trasmessa, rappresentano l’inconveniente principale per lo stesso elemento strutturale; i carichi associati alle vibrazioni ed all’oscillazione dinamica della massa del sistema, non risultano altrettanto critici, ma tuttavia richiedono l’adozione di specifici collegamenti elastici.

Fig 4.5 - Front engine rear wheel drive layout.

Un layout per trazione e motore anteriore è illustrato nella fig. 4.6. La rappresentazione si riferisce ad una delle più diffuse varianti di tale schema. Relativamente alle ruote anteriori, il motore è installato anteriormente in posizione longitudinale, il cambio è installato posteriormente e la final unit si trova interposta tra i due sottosistemi. In questo caso il cambio è del tipo all-indirect 15 _{con albero d’uscita posizionato al di sotto} dell’albero d’ingresso. Il pignone della final drive unit è posizionato sulla parte finale dell’albero d’uscita del cambio ed ingrana direttamente con il solare16 _{del differenziale.} Il sistema differenziale trova alloggiamento all’interno della scatola del sottosistema motore-frizione-cambio, mentre i corti semiassi sono direttamente collegati alle ruote attraverso il classico schema cinematico con giunto universale e coppia prismatica collegati in serie. I principali svantaggi di tale layout sono rappresentati dall’elevato

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Vedi [1].

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ingombro longitudinale e dal necessario utilizzo di un hypoid drive (accoppiamento di ruote coniche) per l’inversione del moto di 90°.

Fig 4.6 - Front engine front wheel drive layout.

Il layout utilizzato nella Austin-Rover Mini (così come progettato da Sir Alec Issigonis) e mostrato schematicamente in fig. 4.7, permette invece di ovviare a tali inconvenienti. Motore, frizione e cambio sono installati con una disposizione trasversale degli alberi rispetto all’asse longitudinale del veicolo; in tal modo è possibile utilizzare solo ruote dentate cilindriche per la trasmissione del moto attraverso motore, frizione e cambio. In modo analogo il moto è trasmesso dal cambio alla final drive unit posizionata virtualmente nella mezzeria del veicolo.

Le tre unità, formando in pratica un unico sottosistema possono condividere lo stesso telaio e quindi lo stesso lubrificante; il cambio e la final drive unit vengono installati praticamente all’interno della coppa dell’olio motore.

I due layout appena descritti sono applicabili ad autovetture di piccole dimensioni con trazione anteriore, sebbene il layout della Mini risulti comunque il migliore garantendo un maggiore spazio per l’abitacolo.

L’estrema compattezza di tale schema genera però, per altri aspetti, inconvenienti non trascurabili. Una drive line con alberi di trasmissione così corti tra frizione e final drive è, infatti, caratterizzata da una troppa elevata rigidezza torsionale che può portare all’adozione di elementi flessibili aggiuntivi all’interno della frizione stessa; tali elementi agevolano lo smorzamento delle brusche sollecitazioni che si generano nelle operazioni di ingaggio. Allo stesso tempo la presenza della final drive unit all’interno dello stesso telaio del motore, comporta un incremento considerevole delle sollecitazioni torsionali agenti sui supporti elastici; per ovviare a tali inconvenienti è necessario rivedere l’intero schema d’ancoraggio analizzandone il layout e le caratteristiche di smorzamento dei singoli supporti.

I diversi layout che prevedono il posizionamento del motore dietro o sopra l’assale posteriore sono invece caratterizzati da un eccessivo ingombro e da una cattiva distribuzione dei pesi con forte arretramento del baricentro del veicolo. Tali caratteristiche generano un comportamento dinamico molto instabile e limitano fortemente lo sviluppo della sospensione posteriore.

L’installazione del motore in posizione centrale è invece molto diffusa nelle autovetture sportive grazie agli incrementi di stabilità e di trazione (con quattro ruote motrici) garantiti dall’ottima distribuzione dei pesi sulle quattro ruote. Tale schema può essere utilizzato con entrambi i layout precedentemente descritti per trazione anteriore. I maggiori svantaggi sono rappresentati dall’eccessivo rumore all’interno dell’abitacolo, dalle difficoltà d’accesso per gli interventi di manutenzione e dall’utilizzo di spazio altrimenti disponibile per i passeggeri.

Nel confronto diretto tra la trazione anteriore e posteriore, nella gran parte delle applicazioni la prima risulta preferita soprattutto per il miglior comportamento dinamico garantito sui terreni a bassa aderenza come ghiaccio e neve. Tale comportamento può essere spiegato principalmente dal fatto che la forza di trazione, in tutte le circostanze, è applicata lungo la direzione longitudinale delle ruote anteriori; allo stesso tempo un posizionamento anteriore del motore garantirebbe una distribuzione dei pesi più sbilanciata verso l’anteriore con conseguente miglioramento delle condizioni d’aderenza.

Inoltre, mentre la trazione anteriore agevola le ruote anteriori stesse nel superamento di un ostacolo come una buca o un avvallamento, la trazione posteriore tende invece a peggiorare tale situazione spingendole sempre più in basso o comunque non necessariamente nella direzione verso la quale sono orientate.