Il costruttore di componenti per autoveicoli GKN e la SKF hanno presentato un nuovo prodotto basato su un’
innovativa integrazione fra unità mozzo ruota e giunto omocinetico. È la risposta alla richiesta di modularità e di riduzione dei pesi.Le automobili hanno ruote, sospensioni, ammortizzatori, mozzi con cuscinetti e, nella parte motrice, semiassi articolati. Nel settore di questi ultimi è azienda leader assoluto la GKN, che ha al suo attivo la realizzazione della maggior parte dei giunti omocinetici delle vetture moderne. Dal canto suo, la SKF fin dagli anni ‘
30 è stata leader nella tecnica dei cuscinetti mozzo ruota.

   L’
intima relazione fra il giunto omocinetico lato ruota del semiasse e il gruppo integrato mozzo ruota-cuscinetto (l’
unità mozzo) non è mai sfuggita all’
attenzione dei progettisti. L’
Automotive Driveline Division della GKN e la Automotive Division della SKF hanno impostato un progetto congiunto per studiare le possibilità di integrazione dell’
unità mozzo e del semiasse per dare vita a un modulo unico. Il risultato di questo lavoro – il modulo Compact HHM – è stato presentato per la prima volta all’
IAA Motorshow del 1999 a Francoforte, in Germania.

Modularità

Lo sviluppo di sottosistemi e di moduli e la ricerca continua della riduzione dei pesi hanno fornito gli obiettivi del progetto. Mentre moduli e sottosistemi erano stati già da molti anni preconizzati nelle pubblicazioni specializzate, solo recentemente questi si sono realmente concretizzati su larga scala presso i costruttori di autoveicoli. Queste innovazioni, grazie alla flessibilità che offrono, hanno proposto nuovi aspetti da esplorare.

   Il problema della riduzione dei pesi ha impegnato i progettisti per anni. Poiché nei veicoli l’
economia e i livelli delle emissioni sono diventati sempre più importanti, questo impegno si è intensificato. Anche se conta il peso complessivo del veicolo, è la riduzione delle masse non sospese che risulta di vitale importanza ai fini della maneggevolezza e delle caratteristiche di marcia della vettura.

   La maggior parte delle vetture odierne è a trazione anteriore. Il mettere insieme sospensioni, sterzo e trasmissione del moto è un compito complesso. Ogni contributo alla flessibilità in questo campo è benvenuto.

   Il lavoro di sviluppo è partito dall’
esigenza di ridurre i pesi, di trarre vantaggio dalle nuove tecniche di assemblaggio e dalle opportunità di ottenere maggiore flessibilità nei sistemi a trazione anteriore.

Riduzione dei pesi

Tra il giunto omocinetico lato ruota del semiasse e l’
unità mozzo ruota è stato previsto un nuovo tipo di interfaccia. Con il collegamento tradizionale, che è ottenuto tramite l’
accoppiamento di un albero scanalato integrale con il giunto e il corrispondente foro del mozzo ruota, il tutto tenuto fermo da un dado, ci sono problemi di peso nelle parti non sospese. Il modulo Compact HHM elimina il problema, migliorando il collegamento, che avviene invece per mezzo di un accoppiamento scanalato più corto e di diametro maggiore. La chiusura si ottiene con un anello elastico o permanentemente a mezzo di una rollatura orbitale.
   
La maneggevolezza e la dinamica globale del veicolo sono fortemente influenzate da quello che sembra essere una semplice riduzione delle masse non sospese. Con l’
applicazione del Compact HHM su una vettura a trazione anteriore di classe media si sono risparmiati più di 1.5 kg sull’
asse anteriore. Su una grossa vettura a trazione posteriore i risparmi di peso sono stati anche più consistenti – quasi cinque chilogrammi in meno solo nell’
integrazione tra unità mozzo ruota e semiasse.

   L’
insieme completo, costituito da unità mozzo ruota, giunto omocinetico lato ruota, albero di interconnesione e giunto omocinetico lato cambio, è disponibile nella versione a connessione permanente ed in quella a connessione scollegabile. Il Compact HHM è stato sottoposto a prove rigorose, sfruttando le attrezzature disponibili presso entrambe le aziende. Entrambe le versioni sono state inoltre provate su strada su un gran numero di tipi di veicoli, valutandone inoltre livelli di rumorosità, vibrazioni e fenomeni di risonanza in esercizio. Mentre il collegamento fra il giunto omocinetico e il mozzo è una novità, la tecnologia impiegata per i giunti, albero e unità mozzo è quella già ben sperimentata, frutto dell’
esperienza e delle conoscenze tecniche di entrambe le aziende.

Un angolo di articolazione minore

Poche delle attuali sospensioni per trazione anteriore permettono di collocare il giunto omocinetico in una posizione ottimale all’
interno della geometria della sospensione e in riferimento alla posizione dell’
asse di sterzata. Ogni millimetro di avvicinamento alla posizione ottimale concede maggiore libertà di progettazione. La possibilità si può sfruttare in uno di questi tre modi:

• scelta di un giunto omocinetico con un angolo di articolazione minore, senza penalizzare il raggio minimo di sterzata.
• ottimizzazione totale della lunghezza del semiasse e della corsa del giunto omocinetico del cambio.
• riduzione del minimo raggio di sterzata (purché la sospensione e lo sterzo lo consentano.)

I sistemi che possono prevedere giunti omocinetici con angolo di articolazione ridotto offrono anche la possibilità di ulteriori risparmi di peso, dato che il giunto risulta assai compatto.

   La durata di esercizio di un’
unità mozzo è fortemente influenzata dalla possibilità che il precarico iniziale si mantenga costante in esercizio. Il Compact HHM lo mantiene con una maggiore precisione di quella consentita dal bloccaggio con dado di estremità dell’
albero che costituisce il prolungamento del giunto omocinetico. La chiusura sull’
unità mozzo mediante rollatura orbitale libera il giunto omocinetico dal suo tradizionale ruolo di elemento di fissaggio.
   Il nuovo sistema di ancoraggio, unitamente all’
ottimizzazione della struttura interna dell’
unità mozzo offre significativi incrementi di rigidezza e garantisce che quest’
ultima rimanga costante durante il ciclo operativo del veicolo.

   Con le consolidate procedure attuali di fabbricazione, lubrificazione e tenuta delle unità mozzo e dei giunti del semiasse, il Compact HHM assicura normalmente durate superiori a quella del veicolo stesso su cui è installato.

Ottimizzazione totale

Nella produzione attuale dei veicoli, per installare i vari sottoinsiemi si seguono procedure diverse. La variante a connessione scollegabile del Compact HHM offre la flessibilità richiesta dalle operazioni di assemblaggio e manutenzione, mantenendo le favorevoli caratteristiche di riduzione di peso e ingombro.
   
L’
esecuzione a connessione permanente, in cui il giunto omocinetico è permanentemente fissato al mozzo ruota, offre ulteriori possibilità di ottimizzazione. La possibilità di riduzione dei pesi è massima, mentre si può rendere ottimale la posizione del giunto omocinetico rispetto all’
asse di sterzata e all’
asse di contatto del pneumatico. Entrambi i tipi di connessione sono stati sperimentati in modo completo su veicolo.
   
Dal momento che diventa sempre più serrata la corsa verso soluzioni modulari, il lavoro di re-ingegnerizzazione interessa non solo il progetto dei veicoli, ma anche le tecniche di produzione e assemblaggio. I vantaggi offerti dalla versione a connessione permanente del Compact HHM non si limitano al semplice gruppo semiasse- unità mozzo.

Maggiore libertà

L’
interazione fra ruote motrici, sospensione e sterzo è assai complessa. Il progettista deve stare attento al sistema nel suo complesso per rendere minime le variazioni dinamiche delle forze sulle articolazioni dello sterzo. Il Compact HHM è in grado di ridurre le condizioni sfavorevoli offrendo maggiore libertà di integrazione.

   La GKN e la SKF detengono diversi brevetti su semiassi, giunti omocinetici e unità mozzo. Alcuni di essi riguardano il metodo di collegamento e il sistema con anello elastico tipico del Compact HHM.

David Worth,SKF Automotive Division, Gran Bretagna