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TECNICA - La forcella: steli rovesciati Vs steli tradizionali

Un confronto sulle due tipologie di forcella maggiormente diffuse sul mercato per evidenziare caratteristiche, pregi e difetti

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Di Stefano Agliano

La forcella è uno degli elementi della moto che nel corso dei vari decenni ha subito numerosi affinamenti, ma che sostanzialmente ha mantenuto immutate le sue caratteristiche principali. Il funzionamento si basa sul modello telescopico: n-corpi concentrici con dimensioni crescenti (o decrescenti) che si muovono scorrendo l’uno dentro l’altro. Parafrasando il concetto in ambito motociclistico, il gambale della forcella è composto da due corpi cilindrici di diametro differente (il più grande detto fodero, l’altro stelo) che si muovono reciprocamente l’uno dentro l’altro. Il movimento, coadiuvato dai vari componenti interni sia meccanici che idraulici, è necessario per assorbire l’energia che le asperità del terreno e la dinamica della guida trasmettono alla motocicletta.

Due tipi di steli

Per classificare i due principali tipi di forcella (tralasciando altri sistemi sospensivi meno diffusi quali il telelever/duolever bavarese piuttosto che il braccetto oscillante della Vespa, etc...) si utilizza come riferimento la posizione del fodero rispetto allo stelo. Nel tipo a steli tradizionali, il gambale è composto nella parte alta dal tubo di diametro inferiore, lo stelo, mentre nella parte bassa sarà posizionato il fodero. La forcella è rigidamente vincolata al telaio attraverso le piastre di sterzo le quali andranno a serrare tramite apposite sedi gli steli. La ruota, attraverso un perno passante, sarà vincolata al fodero. Nella forcella a steli rovesciati (in inglese USD, upside down), come si intuisce dal nome la disposizione degli elementi è ribaltata: in alto vincolati alle piastre di sterzo si trovano i foderi, in basso gli steli che tramite i piedini sorreggono il perno e la ruota.

Questione di... massa

La prima domanda che viene in mente è perché si sia sentita la necessità nel corso degli anni di andare a reingegnizzare la forcella adottando il sistema “ribaltato” e quali vantaggi siano stati ottenuti. Per rispondere è opportuno prima spendere due parole sulla differenza tra masse sospese e masse non sospese.

Le masse non sospese sono tutte quelle che si trovano a valle del sistema sospensivo ossia quelle che non subiscono variazione di quota (distanza) prendendo come sistema di riferimento il terreno. Quindi saranno ruota, perno, pinze e dischi dei freni e nel caso della forcella tradizionale i foderi che come abbiamo detto si trovano nella parte inferiore collegati con la ruota tramite il perno. Nella forcella USD invece tra le masse non sospese fanno parte gli steli e non i foderi.

Le masse sospese si trovano a monte del sistema sospensivo e quindi varieranno la loro distanza dal suolo in maniera proporzionale all’entità della sollecitazione. In altre parole ad ogni sollecitazione subita la forcella si comprimerà/estenderà facendo avvicinare/allontanare il telaio e tutti gli altri componenti ad esso collegati al suolo. Nelle specifico delle forcelle tradizionali gli steli fanno parte della masse non sospese viceversa nelle USD sono i foderi.

Un esempio per capire meglio

Chiarito il concetto occorre porre l’attenzione sul modo in cui i due tipi di masse entrano in gioco. Una diminuzione delle masse non sospese migliorerà la risposta delle sospensioni ed in generale la dinamica di guida in quanto la moto riuscirà a copiare meglio le asperità del terreno. Facciamo un esempio per capire. Si immagini la ruota che impatta contro un ostacolo presente sul suolo: se la sua massa è elevata, lo sarà anche la sua inerzia, quindi la ruota impiegherà più tempo a tornare nel suo stato di equilibrio una volta che è stato alterato. In altre parole all’aumentare delle masse non sospese la sospensione sarà più “pigra” nel comprimersi / estendersi non riuscendo a copiare in modo rapido ed efficace il profilo stradale con conseguente perdita di aderenza e direzionalità (basti pensare ad una ruota che saltella su delle asperità ravvicinate senza riuscire ad avere un contatto continuo con il suolo per esprimere un adeguato grip meccanico). Di contro una diminuzione delle masse non sospese consente di migliorare la risposta della sospensione assicurando allo pneumatico un maggior contatto con il suolo. Una diminuzione del peso delle masse sospese ha meno effetto sulla guida perché essendo a monte della sospensione vengono “mitigate” dall’effetto ammortizzante della forcella.

Appurato che minori sono le masse non sospese, migliore è la dinamica di guida è importante soffermarsi sul fatto che le masse non sospese della forcella USD sono minori in quanto lo stelo rispetto al fodero avendo un diametro ed una lunghezza minore avrà anche un peso minore. Questo rappresenta uno dei vantaggi della forcella USD rispetto alla STD. Per completezza della trattazione è bene ricordare che la parte della forcella in oggetto rappresenta una minima parte delle complessive masse non sospese della motocicletta costituita principalmente da ruote, dischi e pinze freno. Motivo per cui nelle applicazioni racing si ricorre all’utilizzo di questi componenti in costosi ma leggeri materiali quali carbonio e magnesio.

USD=maggior rigidezza

L’altro vantaggio della USD, che probabilmente rappresenta il maggiore, è la sua maggior rigidezza. Per comprendere ciò si può idealizzare il gambale della forcella come una trave incastrata ad una estremità (il vincolo è rappresentato dalla piastra di sterzo), libera e sottoposta a carichi all’altra estremità (sollecitazione che la ruota riceve dal suolo). La parte più sollecitata della trave, come insegna la “scienza delle costruzioni”, è quella prossima all’incastro. Nella forcella, quindi, la zona più sollecitata è quella in prossimità delle piastre di sterzo e nelle specifico delle USD, è rappresentata dal fodero che avendo un diametro maggiore è caratterizzato da una maggiore rigidezza, ossia fletterà di meno rispetto allo stelo che invece risulta vincolato nella forcella tradizionale.

Una maggior rigidezza della forcella permetterà di avere un miglior feeling dall’avantreno, riuscendo a trasmettere al pilota in maniera più precisa quello che accade sotto la ruota. Ovviamente per poter sentire queste differenze occorre avere la giusta sensibilità e soprattutto, bisogna guidare in maniera sportiva. Ecco spiegato il perché su alcune moto, specie quelle di bassa gamma, si adotta ancora la forcella a steli tradizionali, così da contenere i costi di produzione, assicurando al contempo un comportamento dinamico adeguato alla guida stradale. Ciò non toglie che, per mere questioni di marketing, siano commercializzate moto con prestazioni modeste ed equipaggiate con forcelle USD in grado di esprimere un look più accattivante.

Comparando visivamente le due tipologie di forcella si nota che il fodero nelle USD è più lungo. Questo permette di avere un doppio vantaggio a favore dell’incremento della rigidezza. A parità di lunghezza del gambale (fodero + stelo) il fodero che è più rigido rappresenta la percentuale maggiore rispetto all’intera lunghezza della forcella. Questa caratteristica permette inoltre di avere un maggior “overlap” (termine inglese per indicare la lunghezza della sovrapposizione tra fodero e stelo) rispetto a quella tradizionale. Intuitivamente la zona di overlap risulterà più rigida poiché contribuiscono alla resistenza meccanica sia lo spessore del fodero che dello stelo. Inoltre le USD sono equipaggiate con della boccole (materiale interposto tra fodero e stelo con lo scopo di ridurre l’attrito dinamico) più lunghe che garantiscono una maggiore scorrevolezza e una minor flessione che si traduce in minori “impuntamenti” dello stelo contro il fodero durante il funzionamento della forcella. Questo perché le forze generate esternamente e trasmesse alla forcella possono essere applicate su una maggior superficie offerta dalle boccole, con conseguente diminuzione della pressione esercitata sul fodero dallo stelo. Di contro, boccole più lunghe comportano un piccolo ritardo nella risposta alle lievi sollecitazioni in quanto il maggior materiale comporta un maggior attrito statico. In altre parole è necessaria una forza maggiore per mettere in movimento le due parti ossia a far scorrere lo stelo nel fodero. Tra i contro delle USD c’è anche una maggior esposizione degli steli a urti, sporco e impatto con detriti. Essendo la parte più delicata della forcella nel fuoristrada si utilizzano dei copri-steli per poter attenuare il fenomeno.

Si conclude il confronto con breve accenno alla manutenzione nel caso si manifesti un trasudo d’olio si riscontra una maggior pericolosità nella USD in quanto il liquido è contenuto nella parte alta della forcella e colerà per gravità direttamente sui freni e sulla gomma. Nella forcella a steli tradizionali l’olio, contenuto al di sotto del paraolio, scenderà meno copiosamente non per gravità, ma per pompaggio, consentendo un tempo di ripristino meno urgente. Essendo un confronto i vantaggi di un tipo di forcella rappresentano gli svantaggi dell’altro e viceversa:

Vantaggi USD

- Diminuzione masse non sospese

- Maggior rigidezza

- Miglior feeling e precisione di guida

Svantaggi USD

- Maggior costo e complessità costruttiva

- Meno adatta ad urti impieghi gravosi

 -Maggior manutenzione

 

Vantaggi steli Tradizionali

- Minor costo e semplicità costruttiva

- Struttura più adatta a resistere ad impatti e all’utilizzo in terreni fangosi/polverosi

- Manutenzione più semplice

Svantaggi steli Tradizionali

- Minori prestazioni dinamiche

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