Meccanica dello pneumatico

Meccanica dello pneumatico

Appunti

Sommario

1 Nomenclatura di uno pneumatico stradale .............................................................................................. 3

2 La struttura ................................................................................................................................................ 6

2.1 Tallone ............................................................................................................................................... 6

2.2 Carcassa e cinture .............................................................................................................................. 7

2.3 Fianchi ................................................................................................................................................ 8

2.4 Battistrada ......................................................................................................................................... 9

2.5 Liner ................................................................................................................................................... 9

3 La mescola ............................................................................................................................................... 10

3.1 Gomme ............................................................................................................................................ 10

3.2 Plastificanti ...................................................................................................................................... 11

3.3 Vulcanizzanti .................................................................................................................................... 11

3.4 Coadiuvanti di processo .................................................................................................................. 12

3.5 Agenti protettivi .............................................................................................................................. 12

3.6 Cariche rinforzanti ........................................................................................................................... 12

3.7 Influenza della temperatura ............................................................................................................ 13

4 Interazione tra pneumatico e suolo ........................................................................................................ 15

4.1 L’impronta a terra ............................................................................................................................ 15

4.2 Isteresi ............................................................................................................................................. 16

4.3 Resistenza al rotolamento ............................................................................................................... 19

4.4 Generazione del grip ....................................................................................................................... 21

Introduzione

La prestazione di un veicolo è molto sensibile alle caratteristiche dello pneumatico, componente

d’interfaccia per lo scambio di forze tra veicolo e suolo e grazie al quale sono permesse manovre di

accelerazione, frenata e sterzatura, oltre che a contribuire al confort di marcia sui veicoli di serie. La

scelta corretta del tipo di pneumatico e il corretto assetto ruote può risultare determinante per i

tempi sul giro in una competizione; il suo sviluppo dunque necessita molta attenzione, il prodotto

finito è un componente molto complesso sia dal punto di vista strutturale che comportamentale.

L’analisi della formula fondamentale, la “Magic Formula” sviluppata dal Prof. Pacejka mostra come

le forze e i momenti scambiati tra pneumatico e suolo siano complesse funzioni di molteplici

parametri, tra cui la pressione di gonfiaggio, la struttura dello pneumatico, il tipo di mescola, il carico

verticale e altri ancora.

1 Nomenclatura di uno pneumatico stradale

Figura 1.1 - Simboli presenti sui fianchi di un generico pneumatico stradale

Sul fianco dello pneumatico sono impressi alcuni caratteri che forniscono diverse informazioni dalla

loro lettura ed interpretazione; in particolare si riescono a reperire le seguenti informazioni:

1) Larghezza dello pneumatico in mm;

2) Rapporto d’aspetto espresso in percentuale. Nel caso in figura l’altezza del fianco è pari al

65% della larghezza dello pneumatico;

3) Struttura dello pneumatico (R: radiale);

4) Diametro del cerchio in pollici;

5) Indice di carico;

6) Indice di velocità;

7) Marca e nome dello pneumatico;

8) Codice DOT. È una marcatura legale inserita per certificare che lo pneumatico eguaglia o

supera gli standard di fabbricazione del Dipartimento di Trasporti americano. È costituito da

blocchi di sigle. Se per esempio si ha DOT XB FU XJJX 4700 si possono ricavare: il codice di

fabbricazione; codice di misura dello pneumatico; simboli opzionali riferiti al produttore;

data di fabbricazione (settimana/anno);

9) Tubeless, indicato anche con la sigla TL;

10) Il simbolo della montagna con il fiocco di neve (snowflake) indica che lo pneumatico è

invernale;

11) M+S: Mud & snow. Lo pneumatico è adatto a diverse condizioni stradali. A livello legale la

sola marcatura M+S è sufficiente per identificare un pneumatico invernale, ma l’industria

dello pneumatico ha adottato la marcatura Snowflake per differenziare i veri prodotti

invernali dai prodotti All Seasons che presentano invece solo la marcatura M+S;

12) Quando uno pneumatico riporta sul fianco il simbolo ECE, significa che ha ricevuto la

certificazione ECE relativamente alle prove dimensionali e di alta velocità del regolamento

n.30 della Commissione Economica per l'Europa. La marcatura è composta dalla lettera E

che indica l'omologazione europea, il numero 3 che rappresenta il codice del Paese che ha

rilasciato l'omologazione, 02 che indica conformità all'emendamento 02 del citato

regolamento 30 e 41583 rappresenta il numero del certificato di omologazione. La riga

sottostante indica l’omologazione europea sul rumore;

13) Pneumatico Run-flat;

14) Tread Wear Indicator (TWI). Marcatura in corrispondenza della quale, nella fascia battistrada

e all’interno di una scanalatura, è presente un tassello in gomma (testimone di usura) che

indica il limite di usura dello pneumatico. Alcune case costruttrici adottano una marcatura

numerica, con dei numeri sovrapposti che si cancellano durante l’usura della fascia

battistrada. Figura 1.2 - Marcature U.T.Q.G.

Oltre a queste sono presenti altre marcature regolamentate dallo standard U.T.Q.G.

(Uniform Tyre Quality Grading) per garantire le performance dei pneumatici nelle aree di

consumo del battistrada, trazione e resistenza alle alte temperature. Viene applicato solo su

pneumatici auto con diametro del cerchio di 13" o superiore ad esclusione di quelli

invernali.

- Consumo del battistrada: il grado di consumo del battistrada è basato su valutazioni

comparative di consumo quando viene testato sotto il controllo di specifici test governativi.

Per esempio, una gomma valutata 150 dovrebbe consumarsi una volta e mezza in più di una

gomma valutata 100. Le performance relative degli pneumatici dipendono dalle condizioni

di utilizzo, a partire dalle variazioni climatiche e del fondo stradale.

- Trazione: i gradi di trazione, a partire dal più elevato sono AA, A, B e C. Questi rappresentano

la capacità di un pneumatico di fermarsi su un fondo bagnato misurata da controlli su

specifici asfalti o terreni predisposti da test governativi.

Uno pneumatico graduato C avrà poca trazione. Il grado di trazione viene misurato in un test

di frenata in moto rettilineo, in assenza di curve, accelerazioni e aquaplaning.

- Temperatura: rappresenta la capacità di uno pneumatico di resistere e dissipare il calore

generato da uno specifico test condotto in laboratorio. In base alla rapidità di dissipazione

lo pneumatico viene classificato in grado A, B, C. Le alte temperature possono danneggiare

lo pneumatico e ridurre il suo ciclo di vita. I gradi A e B superano il minimo di legge imposto

nei test di laboratorio. Velocità eccessive, sgonfiamento ed eccessivo carico possono

generare un accumulo di calore che può portare al danneggiamento dello pneumatico.

2 La struttura

Se si sezionasse uno pneumatico lungo un suo piano trasversale, si riuscirebbe a distinguere ad

occhio nudo gli elementi elencati di seguito.

Figura 2.1 - Struttura di uno generico pneumatico

2.1 Tallone Ha due funzioni principali: permettere il calettamento sul cerchio e garantire la

tenuta, evitando la fuoriuscita di aria in pressione. In questa zona