Antivibranti per settore automotive

Isolamento vibrazionale nell’automotive: la fisica dello smorzamento nei sistemi gomma-metallo

La progettazione di veicoli moderni richiede un controllo rigoroso dei fenomeni oscillatori. Mentre le macro-sollecitazioni generate dalle asperità stradali vengono assorbite dalle sospensioni primarie, esiste uno spettro di micro-vibrazioni ad alta frequenza che si propaga attraverso la carrozzeria e i lamierati del telaio. Queste sollecitazioni residue, causate dal moto alternativo e rotatorio di organi meccanici, motori e compressori, generano forze alterne che si traducono in usura precoce delle strutture di supporto, affaticamento dei materiali metallici e perdita di precisione nei sistemi elettronici di bordo. L’abbattimento di queste emissioni si ottiene applicando i principi dell’isolamento elastico e dello smorzamento attraverso l’uso di accoppiamenti gomma-metallo.

Il principio fisico si basa sulla viscoelasticità degli elastomeri. Sostituendo un collegamento rigido con un supporto antivibrante in gomma, l’energia cinetica oscillante viene parzialmente riflessa (isolamento elastico) e parzialmente dissipata sotto forma di calore attraverso l’isteresi interna della mescola (smorzamento). L’integrazione mirata di antivibranti per il settore automotive permette di isolare elasticamente le lamiere, i lamierati di protezione, le carene, i portatarghe e i bauletti dal telaio portante, prevenendo l’insorgere di cricche da fatica e scongiurando l’allentamento delle connessioni filettate sottoposte a vibrazione continua.

Supporti antivibranti per powertrain: soluzioni per motori endotermici, ibridi ed elettrici (EV)

La sorgente di vibrazioni principale in un veicolo è rappresentata dal propulsore. Nei motori endotermici (ICE, *Internal Combustion Engine*), le forze alterne del manovellismo e i momenti di rollio generano sollecitazioni a bassa frequenza e ad alta ampiezza. Nei veicoli elettrici (EV, *Electric Vehicle*) e nei sistemi ibridi (HEV/PHEV), la trazione elettrica introduce invece frequenze di eccitazione molto più elevate, legate al ripple di coppia del motore elettrico e alle frequenze di commutazione degli inverter di potenza. Questa evoluzione richiede uno studio accurato dei fenomeni di NVH (*Noise, Vibration, and Harshness* – Rumore, Vibrazione e Ruvidezza).

DAB opera da oltre 40 anni nella progettazione e stampaggio di antivibranti e articoli tecnici in gomma. Grazie a un laboratorio interno attrezzato, l’azienda progetta e fornisce supporti gomma-metallo capaci di rispondere con precisione ai requisiti termomeccanici delle motorizzazioni di ultima generazione, garantendo stabilità e controllo dello spettro vibrazionale.

Sistemi ausiliari e fluidica: l’impiego di antivibranti cilindrici e collarini nel vano motore

Il vano motore ospita numerosi dispositivi ausiliari soggetti a oscillazioni costanti: pompe di circolazione dell’acqua, compressori dell’impianto di condizionamento (HVAC – *Heating, Ventilation, and Air Conditioning*), radiatori e centraline elettroniche di controllo (ECU). Ciascuno di questi componenti costituisce una sorgente di rumore strutturale pronto a trasmettersi alla scocca del veicolo. L’installazione di antivibranti cilindrici (disponibili in gomma naturale o mescole speciali, con perni filettati in acciaio zincato o acciaio inox) fornisce un vincolo elastico ideale per spazi di montaggio ridotti.</p

Altrettanto critica è la gestione delle tubazioni adibite al trasporto dei fluidi sotto pressione (circuiti di alimentazione carburante, olio idraulico, liquidi di raffreddamento). La pulsazione interna del fluido genera vibrazioni lungo le linee di distribuzione, innescando risonanze armoniche con i punti di ancoraggio alla carrozzeria. L’applicazione di collarini e barre antivibranti forniti da DAB interrompe la continuità fisica del metallo, assicurando il corretto fissaggio meccanico e bloccando sul nascere il propagarsi di rumori e vibrazioni nocive lungo la scocca.

Veicoli industriali, commerciali e speciali: sollecitazioni gravose e grandi carichi

Nei veicoli commerciali pesanti, nei mezzi agricoli, negli autobus e nelle applicazioni per la difesa, le masse complessive e i carichi statici sui supporti del telaio richiedono soluzioni strutturali ad altissima resistenza. In questi contesti gravosi trovano applicazione gli antivibranti a flange per grandi carichi e i supporti della linea SURMAC. Questi sistemi garantiscono un’elevata rigidezza in senso radiale accoppiata a una flessibilità controllata in direzione assiale, limitando i movimenti del powertrain durante le brusche decelerazioni o i transitori di coppia elevati.

Nei pianali di carico, nei furgoni attrezzati come officine mobili e nei vani tecnici dei veicoli speciali, l’integrazione di lastre antivibranti in elastomero o tappetini tacchettati permette di smorzare i sobbalzi continui indotti dal fondo stradale. Questi elementi in elastomero riducono l’energia cinetica accumulata dalle attrezzature e dai macchinari pesanti installati a bordo, impedendo che le sollecitazioni dinamiche creino deformazioni localizzate sul pianale del veicolo e riducendo il rumore complessivo all’interno della cabina di guida, in conformità con le esigenze di protezione degli operatori.

Anche nell’ambito di veicoli speciali per la difesa e UAV (droni), soggetti a fortissime sollecitazioni e shock meccanici derivanti da dinamiche operative estreme, l’uso di supporti elastomerici su misura è vitale per preservare l’integrità di sensori ottici e sistemi di comunicazione di bordo, assorbendo l’energia cinetica generata durante il moto su terreni impervi.

Parametri di calcolo per il progettista automotive: frequenza propria, carico statico e durezza Shore

La selezione di un supporto antivibrante per impieghi industriali e automotive richiede un’analisi quantitativa accurata basata su precisi parametri fisici, evitando scelte puramente empiriche o dimensionali. Un corretto layout di isolamento deve considerare:

• Carico statico: la forza costante esercitata sul supporto dovuta al peso del componente a riposo, espressa in Newton (N) o chilogrammi (kg). Determina la deflessione statica dell’elastomero.
• Carico dinamico: la variazione di forza indotta dalle accelerazioni, dalle frenate o dal funzionamento ciclico del componente durante il moto del veicolo.
• Frequenza propria (o di risonanza): la frequenza naturale a cui il sistema isolato tende a oscillare se disturbato. Dipende direttamente dalla rigidezza del supporto e dalla massa sospesa.
• Durezza Shore: l’unità di misura (espressa in Sh) utilizzata per quantificare la resistenza alla penetrazione dell’elastomero, correlata direttamente alla rigidezza elastica della mescola.

1. Determinazione della frequenza di disturbo principale (Hz) generata dal componente (es. legata ai giri al minuto del motore o alla frequenza di lavoro di una pompa).
2. Calcolo della frequenza propria del sistema isolato, che deve essere inferiore rispetto alla frequenza di disturbo di almeno il 41% (rapporto frequenza di disturbo/frequenza propria > 1,4142) per attivare l’attenuazione dinamica ed evitare il fenomeno distruttivo della risonanza.
3. Selezione della mescola con durezza Shore calibrata (solitamente compresa fra 40 Sh e 70 Sh ) per ottenere il cedimento elastico ideale sotto il carico statico di progetto.

Per valutare correttamente la rigidezza dinamica e definire il layout di isolamento ottimale per ogni applicazione, è fondamentale interfacciarsi con il supporto tecnico di DAB prima di finalizzare la scelta dei componenti.

Resistenza ambientale nel vano motore: temperature operative, fluidi aggressivi e scelta dell’elastomero

L’ambiente nel vano motore presenta condizioni termochimiche particolarmente gravose. I supporti antivibranti devono garantire stabilità prestazionale a fronte di temperature di esercizio comprese tra -40 °C (fasi di stazionamento invernale) e punte superiori a +120 °C in prossimità del propulsore o delle linee di scarico. A questo si aggiunge la necessaria tolleranza all’azione degradante di agenti atmosferici, ozono e fluidi chimicamente aggressivi quali oli lubrificanti, carburanti, soluzioni glicoliche dei circuiti di raffreddamento e detergenti.

Mentre la gomma naturale (NR) si distingue per le eccellenti proprietà dinamiche, la resilienza e la bassa isteresi ideale per l’abbattimento acustico generale, la sua resistenza chimica agli idrocarburi è limitata. In presenza di oli e grassi è necessario ricorrere a elastomeri sintetici come il nitrile (NBR) o il cloroprene (CR). Per applicazioni soggette ad alte temperature costanti o per l’isolamento di sensori elettronici e cablaggi, il silicone (VMQ) o l’EPDM rappresentano la scelta d’elezione per via della loro inerzia all’invecchiamento termico e ossidativo.

Errori comuni nella progettazione del layout antivibrante e come evitarli

Un errore frequente nella progettazione del sistema di isolamento è l’impiego di supporti eccessivamente rigidi, ipotizzando erroneamente che una maggiore durezza Shore equivalga a una superiore sicurezza meccanica. Al contrario, un supporto sovradimensionato in rigidezza innalza la frequenza propria del sistema, rischiando di farla coincidere con la frequenza di lavoro del componente, amplificando così le ampiezze vibrazionali anziché ridurle. Un altro errore strutturale risiede nell’errato orientamento del carico: sottoporre a trazione o a eccessivo taglio un antivibrante cilindrico progettato per lavorare principalmente a compressione sollecita la giunzione gomma-metallo oltre i limiti prestazionali, provocando il distacco precoce dell’elastomero dalla parte metallica.

Infine, occorre prestare attenzione ai fenomeni di bypass acustico. Se si interpone un ottimo elemento elastico ma si mantiene un collegamento rigido passante (ad esempio una vite metallica non isolata o una staffa di sicurezza a contatto), le vibrazioni ad alta frequenza utilizzeranno quel canale solido per propagarsi, vanificando l’azione del supporto.