Cuscinetti del mozzo ruota: differenze di progettazione, tenuta e montaggio automobilistico

Un'unità mozzo che misura al banco entro la tolleranza può comunque attivare un guasto dell'ABS entro le prime centinaia di chilometri se l'anello dell'encoder è montato rivolto nella direzione sbagliata o se la distanza del sensore cade fuori dalla finestra prevista dalla centralina. Nelle vetture a trazione anteriore il cuscinetto del mozzo della ruota sostiene la massa del veicolo, fissa la posizione del disco del freno e della ruota e nelle versioni con encoder integrato genera anche il segnale della velocità della ruota. La generazione, l'architettura della tenuta, il tipo di encoder e il metodo di montaggio devono tutti essere allineati prima che la parte venga pressata o imbullonata in posizione.

Quattro generazioni di unità hub e ciò che ognuna cambia durante il montaggio

I cuscinetti del mozzo della ruota sono costruiti in quattro generazioni e la generazione decide come posizionare l'unità nello snodo, dove viene impostato il gioco assiale e quali opzioni di tenuta ed encoder consentono il design.

Le unità di prima generazione sono una coppia abbinata di cuscinetti a contatto angolare a fila singola o un cuscinetto a doppia fila con anelli esterni separati, pressati nello snodo. La flangia del mozzo è una parte separata, il gioco assiale viene impostato durante il montaggio e la guarnizione si trova all'esterno del cuscinetto. Fare manutenzione significa premere, non svitare.

Le unità di seconda generazione saldano o formano la flangia sull'anello esterno. Il disco del freno e la ruota si fissano direttamente al cuscinetto, ma l'unità è ancora inserita con interferenza nello snodo, quindi la tolleranza del foro e gli strumenti di pressatura decidono comunque se l'assemblaggio funziona correttamente.

Le unità di terza generazione aggiungono anche una flangia sull'anello interno e diventano una cartuccia imbullonata. Il gioco è impostato in fabbrica, l'unità è sigillata a vita, l'encoder è integrato e il gruppo completo viene sostituito con nuovi bulloni di montaggio serrati secondo la figura del produttore del veicolo.

Le unità di quarta generazione calettano l'anello interno sul troncone del giunto omocinetico, in modo che il mozzo trasmetta anche la coppia motrice sugli assi motori.

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Rullo a sfera o conico: abbinamento dell'elemento volvente al caso di carico

Le unità a sfere a contatto angolare a doppia fila coprono i carichi sugli assali delle autovetture, mentre le unità a rulli conici sono specificate dove il carico radiale è maggiore e il mozzo deve assorbire anche forze disassate.

Le unità con mozzo a sfera in genere hanno angoli di contatto compresi tra 25 e 35 gradi, il che mantiene bassi l'attrito e il rumore a scapito della capacità assiale. Le unità a rulli conici utilizzano il contatto lineare, sopportano un carico radiale maggiore nello stesso involucro e sono presenti su veicoli commerciali leggeri, SUV, rimorchi e macchine agricole gruppi di assali. Sono anche meno tolleranti: il gioco finale al di fuori della fascia del produttore produce oscillazioni del disco, mentre un precarico eccessivo aumenta la temperatura di esercizio e riduce la durata del grasso.

La durata nominale segue la base ISO281, L10 = (C/P)^p in milioni di giri con un'affidabilità del 90%, con p = 3 per i cuscinetti a sfere e p = 10/3 per i cuscinetti a rulli. Calcolo illustrativo: con una dinamica di 30 kN e un carico equivalente di 6 kN, un'unità a sfera restituisce (30/6)^3 = 125 milioni di giri, mentre le stesse cifre su un'unità a rulli conici restituiscono circa 214 milioni.

In un mozzo sigillato e preimpostato, il grasso e la guarnizione determinano la durata. L'acciaio della pista raramente ha la possibilità di affaticarsi per primo.

Strutture di tenuta: dove iniziano effettivamente i guasti ai cuscinetti del mozzo

L'architettura delle guarnizioni separa un mozzo che dura per tutta la vita del veicolo da uno che si guasta dopo due inverni e la guarnizione dell'encoder è il componente che più spesso viene installato nel modo sbagliato.

Le tenute a labbro di contatto sono la linea di base: un labbro in elastomero incollato che scorre su una superficie rettificata, solitamente supportato da un labbro parapolvere secondario. Le tenute a cassetta aggiungono un'imbracatura in metallo e diversi labbri in un'unità pressata, il che migliora l'esclusione di acqua e sabbia a scapito di una maggiore resistenza. Le guarnizioni a labirinto non sono a contatto e funzionano a freddo, ma offrono una protezione limitata contro l'immersione o la pulizia a vapore. Le guarnizioni dell'encoder combinano la funzione di tenuta con un anello di gomma magnetizzato che viene letto da un sensore ABS attivo.

La scelta dell'elastomero imposta la finestra di temperatura. Il nitrile (NBR) è classificato per il funzionamento continuo da circa meno 40 a più 100 gradi Celsius, il fluoroelastomero (FKM) da circa meno 20 a più 200 gradi Celsius, che acquista margine ad alta temperatura al prezzo della flessibilità a bassa temperatura. Queste sono le valutazioni tipiche delle schede tecniche e variano in base alla composizione e al ciclo di lavoro.

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Controlli di compatibilità prima dell'accensione di un'unità hub

Sei controlli decidono se un'unità mozzo è compatibile: geometria del foro e della flangia, tipo di segnale dell'encoder, specifiche di guarnizione e grasso, metodo di montaggio e coppia di serraggio, eccentricità dell'interfaccia del disco freno e condizioni dello snodo e del giunto di accoppiamento.

• Dimensioni: foro, diametro esterno, larghezza e offset della flangia devono corrispondere all'unità originale, non solo al foro del cuscinetto stampato in un catalogo.
• Encoder: i sensori attivi necessitano di un anello magnetizzato con il numero di poli e la configurazione del segnale previsti dall'unità di controllo, mentre i sistemi induttivi passivi utilizzano invece un anello dentato.
• Guarnizione e grasso: l'intervallo di temperatura, l'esposizione all'acqua e il tipo di addensante devono adattarsi al ciclo di lavoro, poiché la miscelazione di addensanti incompatibili ammorbidisce il grasso.
• Montaggio: le unità di seconda generazione necessitano di un accoppiamento con interferenza controllata e di uno strumento di pressatura che carichi solo l'anello esterno, mentre le unità di terza generazione necessitano di nuovi bulloni e della sequenza di coppia specificata.
• Interfaccia freno: l'eccentricità della faccia della flangia si trasferisce direttamente nella variazione dello spessore del disco e nella pulsazione del pedale.
• Parti accoppiate: un foro dello snodo non rotondo o corroso ridurrà la durata di un nuovo mozzo indipendentemente dalla qualità del cuscinetto.

I requisiti sono specifici della piattaforma e lo stesso foro da 42 mm può apparire in tre diverse configurazioni. Cataloghi basati su applicazioni, come ad esempio gamma di cuscinetti per autoveicoli , rendi il controllo incrociato più veloce di una semplice ricerca dimensionale.

Pratica di installazione che decide la durata

Una corretta installazione del mozzo segue cinque passaggi e nessuno di essi prevede l'uso di un martello.

1. Pulisci il foro dello snodo, rimuovi la corrosione e controlla la rotondità con un micrometro per interni prima di premere qualsiasi cosa.
2. Applicare la forza di pressione all'anello esterno solo sulle unità di seconda generazione; il caricamento dell'anello interno spinge la forza attraverso le piste e le brina.
3. Posizionare completamente l'unità, quindi controllare l'eccentricità della superficie della flangia con un comparatore rispetto al limite del produttore del veicolo anziché a un valore generico.
4. Serrare i bulloni di montaggio o il dado del mozzo con la ruota sollevata da terra, seguendo la sequenza e la figura nei dati di manutenzione.
5. Confermare l'output del sensore con un oscilloscopio o uno strumento di scansione e completare una prova su strada prima di rilasciare il veicolo.

Domande che emergono allo sportello

Qual è la differenza tra un cuscinetto della ruota e un cuscinetto dell'unità mozzo?

Un cuscinetto della ruota è il solo elemento volvente. Un cuscinetto dell'unità mozzo aggiunge la flangia, il gioco impostato in fabbrica, il riempimento di grasso a vita e, dalla seconda generazione in poi, l'encoder. Un cuscinetto ruota di prima generazione può essere sostituito da solo, mentre un'unità di terza generazione viene sostituita come un gruppo completo imbullonato.

È ancora possibile montare un hub con l'encoder sbagliato?

Sì, e questo è il problema. La flangia e il foro si adattano perfettamente, ma un anello con il numero di poli o la direzione di orientamento sbagliata non produce alcun segnale utilizzabile e la spia dell'ABS ritorna entro il primo ciclo di guida. Abbinare l'encoder al tipo di sensore prima di ordinare.

Le unità con mozzo sigillato necessitano di nuova lubrificazione?

No. Le unità sigillate a vita vengono riempite una sola volta durante l'assemblaggio e l'apertura distrugge il sigillo. Solo i cuscinetti riparabili di prima generazione vengono reingrassati, all'intervallo specificato dal produttore del veicolo, utilizzando un grasso con un addensante compatibile e gradazione NLGI.

Quale guarnizione resiste meglio al lavaggio ad alta pressione?

Una guarnizione a cassetta con più labbri e un lanciatore resiste ai getti d'acqua meglio di una guarnizione a labbro singolo, ma nessuna guarnizione a labbro sopravvive a un getto diretto direttamente sul labbro. Tenere l'ugello lontano dallo spazio della guarnizione e dalla faccia dell'encoder.