rottura semiasse | Ralph DTE

5 novembre 20225 novembre 2022

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma – Parte 6: Analisi della componentistica al banco

Rubrica: Meccanica Off Limits

Titolo o argomento: La mia follia di utilizzo tra l’estremo conservativo dell’endurance e quello agonistico della prestazione pura, breve, intensa…

Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.

Prima di concludere la lunga galleria fotografica che ha accompagnato l’intero rimontaggio della trasmissione anteriore (con particolare riferimento al lato destro comprensivo del mozzo, portamozzo, cuscinetti, sistema di sterzo a boccia, sistema frenante, ecc.) vorrei per completezza includere degli scatti che mostrano alcuni dettagli secondo me meritevoli di ulteriori attenzioni.

Ricordate la foto in evidenza nel secondo articolo di questa rubrica “Analisi delle cause del guasto”, ricordate la “colata” del semiasse? Nelle foto che seguono è possibile osservare nel dettaglio come si presentava la situazione posteriormente, all’interno dei cuscinetti e della sede dei cuscinetti.

Mi riferisco in particolar modo al campione di smeriglio derivato dalla rottura per torsione del semiasse anteriore destro (e successiva abrasione per il forte attrito generatosi tra le parti separate) costretto a sopportare una coppia motrice eccessiva durante i trasferimenti di carico in piena accelerazione (impiego per il quale il veicolo, giustamente, non è progettato). La polvere metallica raccolta, in sostanza, costituisce buona parte di ciò che prima era la sezione di semiasse integra.

Mi riferisco anche alla devastazione della gabbia dei rulli del primo cuscinetto della coppia (investita dalla polvere di smeriglio), al conseguente violento attrito generatosi tra i rulli con fusione degli stessi deformati e abrasi, fino al cedimento delle zone del mozzo che ospitavano i track dei cuscinetti. Per non parlare poi dell’invasiva azione meccanica richiesta per rimuovere rondella e dado, che fermano il semiasse nella sua precisa posizione, documentata dalle foto in cui si vedono il dado e la rondella separati rispettivamente in 3 e 2 parti (come abbiamo visto nei precedenti articoli, operazioni fondamentali da compiere per separare le parti deformate, ingranate, fuse tra loro a causa del proseguimento di marcia per oltre 50 km).

Foto 1: Lo smeriglio

La notevole quantità di polvere di smeriglio raccolta nel barattolo altro non è che il prodotto dell’attrito tra le due porzioni di semiasse separatesi per torsione, parte della gabbia a rulli del primo cuscinetto (il più esterno dei due, quello vicino al dado) e parte dei rulli disintegrati.
Ci tengo a precisare che in questo specifico caso la rottura non è partita dal cuscinetto, come molti tendono a pensare, per poi propagarsi agli organi circostanti. La rottura è partita dal cedimento per torsione da parte del semiasse (una serie rinforzata) per le enormi sollecitazioni impartite dall’elevata coppia motrice espressa con particolari tecniche di guida. Nei primi chilometri dopo la rottura i cuscinetti stavano funzionando ottimamente, poi la polvere di smeriglio ha provocato i danni che abbiamo visto lungo gli articoli di questa sfiziosa rubrica (sfiziosa per chi ama la meccanica fin dentro le sue viscere).

Foto 2 – 3 – 4: I rulli del cuscinetto esterno

I rulli del primo cuscinetto (il secondo era illeso) hanno incontrato differenti destini. Alcuni si sono letteralmente sbriciolati, altri si sono fusi e uniti tra loro, altri ancora si sono fusi e si sono uniti sia tra loro sia con il track del cuscinetto.

Foto 5: Il cuscinetto esterno (quel che ne rimane)

Dimensionato ottimamente ha sopportato tutto quel che ha potuto per un esubero di chilometri, oltre 50 (a bassissima velocità) dopodiché il cedimento definitivo ha mandato la ruota fuori campanatura. Desidero ricordare che la scelta migliore (nonché economicamente più conveniente) sarebbe stata quella di fermarsi all’istante, caricare il Defender su un carrello e portarselo in officina per sostituire il solo semiasse, i paraoli, le viti e le guarnizioni, nonché i vari grassi e lubrificanti necessari. Tuttavia ho voluto fare un test, come ho sempre fatto anche su auto e moto da corsa, per studiare e conoscere fino in fondo la natura del progetto (deformazione professionale).
Non fatelo mai! Mai in nessun caso! Lo sconsiglio nel modo più rigoroso, assoluto e categorico possibile. Io stesso non ripeterò mai più una prova simile.

Foto 6 – 7: Il dado e la rondellona

Non presentano particolari stress legati alle sollecitazioni che si sono verificate, tuttavia la deformazione del fusello (sotto il carico impresso non vincolato ed il calore generato) e la sua conseguente ovalizzazione hanno impedito il normale svitamento del dado e la normale estrazione della rondellona (anch’essi leggermente ovalizzati ma privi di segni di innesco di rotture).

Foto 8: La sede dei track dei cuscinetti nel mozzo

Il track del cuscinetto in questione, quello esterno, ruotava liberamente nella sua sede all’interno del mozzo. E’ impressionante se si pensa che per inserire un track in un mozzo sono necessari un martello con una buona massa e un attrezzo specifico per guidare l’inserimento reso, necessariamente, difficoltoso dall’interferenza dei diametri (il diametro del track è maggiore di diversi centesimi di millimetro rispetto a quello della sede per assicurarne il bloccaggio).

Continua…

Link correlati

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma

Parte 1: Intro
Parte 2: Analisi delle cause del guasto
Parte 3: Smontaggio dell’assieme
Parte 4: Smontaggio speciale delle parti danneggiate
Parte 5a: Assemblaggio del nuovo assieme a regola d’arte – Distinta materiali
Parte 5b: Assemblaggio del nuovo assieme a regola d’arte – Boccia di sterzo
Parte 5c: Assemblaggio del nuovo assieme a regola d’arte – Fusello
Parte 5d: Assemblaggio del nuovo assieme a regola d’arte – Mozzo e cuscinetti
Parte 5e: Assemblaggio del nuovo assieme a regola d’arte – Assale
Parte 6: Analisi della componentistica al banco
Parte 7: Conclusioni
Parte 8: Curiosità
Parte 9: Sicurezza

23 ottobre 20215 novembre 2022

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma – Parte 4: Smontaggio speciale delle parti danneggiate

Rubrica: Meccanica Off Limits

Titolo o argomento: La mia follia di utilizzo tra l’estremo conservativo dell’endurance e quello agonistico della prestazione pura, breve, intensa…

Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.

Ora viene il bello. L’unità che trasmette il moto alla ruota anteriore destra è finalmente separata dal ponte anteriore e si trova sul banco pronta per un’attenta analisi e una possibilità di intervento molto più articolata. Se si osserva attentamente la prima foto (in basso) si evince che il portamozzo non ha più sezione circolare bensì ovale. Sotto l’azione intensa del calore estremo, che ha sviluppato temperature da fonderia, e della sollecitazione meccanica, il portamozzo ha subito una deformazione non trascurabile. Trattandosi di un pezzo da sostituire il problema non si porrebbe se non fosse che lo smontaggio del mozzo passa per un dado che, ovviamente, non può essere svitato lungo una sezione ellittica.

Dado e rondella

Con punte in acciaio super rapido (hss), quelle al cobalto per intenderci, ho rudemente praticato tre fori su tre vertici del dado così da indurre un importante indebolimento dello stesso. In tal modo esso ha ceduto aprendosi sotto una ridotta azione meccanica, come si può notare nella seconda foto (in basso). Se il dado, piuttosto “tenero” (appositamente siffatto per garantire un’ottima tenuta al serraggio controllato) non ha opposto particolare resistenza all’estrazione, la stessa cosa non può dirsi della rondella, decisamente più tenace e nettamente più dura da penetrare. Forarla in modo corretto è stato possibile solo con punte di alta qualità e, anche quando l’ho suddivisa in due semilune, le difficoltà non sono mancate. La semiluna inferiore era infatti bloccata a causa della deformazione del portamozzo (terza foto in basso nella quale si vede in posizione superiore perché il gruppo del mozzo è ribaltato sul banco), inoltre i fori operati avevano generato delle bave posteriormente che ingranavano leggermente sul cuscinetto. Per non parlare dello smeriglio (aspirato e campionato, sarà visibile nelle foto del seguito di questa rubrica) finito praticamente in ogni interstizio possibile immaginabile che rendeva oltremodo difficoltosa ogni operazione che coinvolgeva la separazione per scorrimento di due parti.

Cuscinetto esterno

Mi riferisco in particolar modo agli anelli interni dei due cuscinetti e, ancor di più, all’anello interno del cuscinetto esterno, ovvero quello dei due gravemente sollecitato e completamente distrutto. Questo era invaso di smeriglio (inteso nella forma gergale come polvere di metallo prodotta dall’abrasione marcata di un organo meccanico, non come corindone, il minerale impiegato nelle officine di rettifica ad esempio per il ripristino delle sedi valvole) proveniente dal semiasse spezzato in prossimità della flangia di trasmissione. L’infiltrazione di questa polvere metallica era tale nel cuscinetto che ho dovuto ricorrere ad un estrattore per la sua rimozione anche se, in questo tipo di mozzo, in una ordinaria manutenzione, i cuscinetti si possono tranquillamente inserire e rimuovere a mano.

Fusione e completa rottura

Sono a mio avviso fantastiche le tre foto finali (in basso) che mostrano alcune particolari curiosità. La gabbia a rulli è completamente devastata e fuorisede. Poco male, era immaginabile, ma i rulli praticamente fusi in un sol pezzo destano una certa impressione. Ma non solo, se si pensa che l’anello esterno del cuscinetto va inserito nella sua sede all’interno del mozzo con un apposito utensile preformato e spinto sotto l’azione del martello, vederlo libero di ruotare e abraso (così come è abrasa la relativa sede nel mozzo, vedi il secondo articolo di questa rubrica, link correlati in basso), lascia intendere che razza di sollecitazione estrema si sia generata quando lo smeriglio ha distrutto il cuscinetto, inchiodando i rulli, fondendoli, saldandoli all’anello esterno e costringendo quest’ultimo ad iniziare a muoversi ruotando all’interno del mozzo… Un disastro. Più probabilmente la ragione per cui sul manuale d’uso e manutenzione è segnalato di arrestare immediatamente il mezzo non appena si verifica un guasto importante. E pensare che dopo 50 km riuscivo ancora a camminare (naturalmente ad una velocità che rasenta il passo d’uomo) portando a destinazione le persone a bordo ed il carico. Super : )

Analisi

Andiamo ora a vedere da vicino tutte le parti prese singolarmente cercando di catturare più dettagli possibili (e di ricordarmi che mai più compirò una prodezza simile pur conservando la consapevolezza che, se dovesse presentarsi una questione d’emergenza inderogabile, potrei anche osare un pelino, magari non così tanto).

Continua…

Link correlati

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma

19 ottobre 20215 novembre 2022

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma – Parte 2: Analisi delle cause del guasto

Rubrica: Meccanica Off Limits

Titolo o argomento: La mia follia di utilizzo tra l’estremo conservativo dell’endurance e quello agonistico della prestazione pura, breve, intensa…

Questo articolo segue da:
Vedi i “link correlati” riportati in basso.

Percorro tanti, tantissimi chilometri all’anno, ultimamente circa 45.000. Li percorro a modo mio, in un modo che è figlio non solo delle esigenze lavorative bensì anche della passione per il Motorsport, dello studio teorico approfondito, di numerose analisi tecniche e casi di studio effettuati nei miei laboratori in oltre 20 anni con ogni tipo di veicolo e motore.

Quando affermo “con ogni tipo di veicolo e motore” intendo con auto, moto, motori 2 tempi, 4 tempi, benzina, diesel, aspirati, sovralimentati, motori in linea, motori a V, trazioni anteriori, posteriori, integrali, veicoli con 10.000 km, con 100.000 km, 300.000 km, 500.000 km e oltre, veicoli acquistati nuovi, usati… Ma anche nelle più svariate condizioni, situazioni, tipologie di percorso, ovvero condizioni di freddo consistente o di caldo torrido, strada, sterrato e pista, veicolo perfettamente funzionante, veicolo con danni conseguenti a rotture per il normale utilizzo o per utilizzo intensivo controllato (tipo endurance), per difettosità di un organo o per impiego severo in condizioni a rapida usura (tipo racing), condizioni quindi che si verificano sporadicamente e che sono brevi ma intense.

Quasi 50.000 km a bordo di un Defender Old Style…
…in poco più di un anno

Con il Land Rover Defender 110 td4 2.4 Puma ho percorso la bellezza di 45.000 chilometri in poco più di un anno. Ho voluto fare una follia per passione, per gusto, per divertimento, per provare, per vedere cosa succede, per analizzare la meccanica se vogliamo e per raccogliere dati che non trovo altrove. Insomma per vivere in prima persona il “veicolo delle costruzioni in scala 1:1 per eterni giovani cresciuti”. Ho risolto l’unico fattore che costituiva per me un problema, quello della rumorosità, con un metodo matematico sottrattivo: anziché silenziare l’abitacolo del veicolo, opera perlopiù impossibile, mi sono procurato dei tappi per le orecchie professionali che tagliano nettamente solo il range di frequenze che mi danno fastidio, ovvero quelle della trasmissione e del rotolamento delle gomme tassellate specifiche per i percorsi sterrati che affronto per raggiungere i miei clienti.

Il livello di comfort che stimola

Sono talmente abituato a guidare un Defender che mi è impossibile scendere e non trovo gusto nel guidare veicoli ordinari, ad eccezione di quelli per la pista che rappresentano la mia prima natura. Con questo non voglio sostenere che il Defender old style sia un veicolo comodo. Assolutamente. Ma non è nemmeno scomodo. Trattasi secondo me di un veicolo particolare fatto appositamente per chi ritiene che un eccesso di comodità intorpidisca la mente, il fisico e le abitudini dell’Uomo. Io vivo “scomodo” da una vita intera, da quando son nato. E’ anche il fatto di non avere nelle mie abitudini un agio considerevole che mi ha portato a sviluppare capacità specializzate utili a realizzare i miei sogni. Non sento la fatica, non mi lamento, vado avanti, salto i pasti, studio continuamente, abbino sforzi fisici a impegno mentale. Non so come, non so perché, il Defender sembra progettato, costruito, aggiornato nei suoi 70 anni di storia esattamente come io avrei voluto il mio veicolo personale dei sogni: un grande gioco delle costruzioni di vera meccanica pura che richiede un impegno nella sua cura paragonabile ad esercizi di allenamento per quanto si è studiato.

Momenti racing intensi

Così a centinaia o migliaia di chilometri in tranquillità (relativamente alla mia persona) mi capita sovente di alternare momenti sportivi, brevi ma agonistici, che stressano il mezzo a dovere. Nel mio caso l’Amore per la tecnica di guida mi porta a cercare delle esasperazioni che mettono sotto stress in particolar modo la trasmissione. Immaginate che ogni tanto io possa dimenticarmi di stare a bordo di un fuoristrada specializzato nel fuoristrada, nel carico e nel traino (definito dagli appassionati “La Regina”) e che adotti quella trazione integrale come si dovrebbe fare invece su un’Alfa Romeo 155 V6 TI DTM. I più appassionati avranno già inteso. La frenata, l’ingresso curva, il trasferimento di carico, l’anticipo di apertura del gas rispetto ad una trazione posteriore e poi giù a fondo per aumentare la presa a terra, grazie alla trazione integrale, con il telaio che va correttamente impostato per prevenire il sottosterzo.

Non si usa così un Defender, è vero. E infatti il 98% della strada lo percorro a velocità da ciclista che gira rotondo, con un carico sul gas esiguo, gustandomi il viaggio, la sua prestanza fisica ed i lavori che mi aiuta a completare tranquillamente, con forza notevole e affidabilità, ovunque vada, come un collega fidato. Ma il richiamo della pista, sapete, ogni tanto…

Un colpo secco

Questa volta mi trovavo a percorrere una curva in discesa verso sinistra mentre, dopo aver fatto scorrere il telaio, stavo aprendo il gas con moderato anticipo, e azione vigorosa, in fase di precoppia ma… proprio nell’istante in cui il carico si era trasferito sull’anteriore destra, un colpo secco, un rumore metallico netto senza rintocchi ed il telaio allarga la traiettoria come in un marcato improvviso, inaspettato, sottosterzo che ti porta ad alzare il piede e correggere. Si era letteralmente spezzato il semiasse anteriore destro (dove e come lo vedremo nel seguito di questa rubrica).

La cosa migliore da fare in questi casi, passata l’adrenalina del momento, è accostare qualche decina di metri dopo e chiamare un carro attrezzi (caricando non trainando, assolutamente). Si dice che chi ha il pane non ha i denti. Io ho un amico che poteva venirmi a prendere con il camion a costo zero e invece ho ascoltato la mia impertinente curiosità ed ho proseguito, come nulla fosse, il mio percorso con il giro di tutti i clienti: circa 50 chilometri o poco più.

Fusione del semiasse

Quando sono tornato ai miei laboratori ho constatato quanto è possibile evincere anche dalle foto sotto: il semiasse destro si è spezzato per torsione in prossimità della flangia che trasmette il moto al mozzo ruota (alcuni diranno che si possa spezzare solo per torsione e, invece, vedremo in seguito come si possa spezzare anche per sollecitazione di taglio). Nulla di più sarebbe accaduto se mi fossi fermato e fatto trasportare in sede (sottolineo nuovamente, non per traino ovviamente). Il proseguimento della marcia, invece, ha indotto le due parti di semiasse separate dalla rottura a generare un attrito reciproco talmente elevato da portare l’organo stesso alla temperatura di fusione, ben oltre i 1.000 gradi centigradi. Rilasciando tra l’altro una colata di metallo fuso spettacolare (spettacolare per gli amanti della Meccanica). L’elevato chilometraggio percorso con questo danno non ha risparmiato di esporre in vetrina tutti i fenomeni della Fisica coinvolti.

Il cedimento del cuscinetto ruota esterno

Si può pensare che una volta spezzato il semiasse, anche se portato a fusione, null’altro possa ormai accadere. La ruota parrebbe libera di girare come una comune ruota libera di una trazione unicamente anteriore o posteriore non motrice. Ma non è così. Una serie di conseguenze fisiche, meccaniche, si susseguono inesorabilmente. Non si è generata solo la fusione delle parti per via dell’enorme attrito che ha indotto temperature da fonderia; si è generata anche una “nuvola” di smeriglio (polvere di metallo) che ha invaso l’intera cavità che si interpone tra il mozzo ed il portamozzo. In questa cavità, ahimé, risiedono i due cuscinetti ruota (che vedremo meglio nelle parti 3, 4, 5 e 6 di questa rubrica) il primo dei quali, quello esterno, ha fatto da scudo al secondo sorbendosi tutta la nuvola di smeriglio. Questo vuol dire che i rulli si sono inchiodati ma la cassa del cuscinetto voleva comunque girare sottoposta al carico della ruota ed al mio proseguire la marcia. La gabbia a rulli è collassata, lo smeriglio fuso ha surriscaldato i rulli che si sono deformati più facilmente sotto il carico (alcuni si sono persino fusi tra loro), il cuscinetto ha ceduto appoggiandosi come meglio poteva sul portamozzo, la ruota anteriore destra si è trovata senza vincolo di sostegno ed è andata fuori campanatura portando il disco freno a strusciare in modo anomalo contro la pinza.

Inizio di un’analisi più approfondita

Il resoconto è impressionante, dell’assieme del finale della trasmissione sulla ruota anteriore destra, si salvano solo la scatola porta boccia (impiegata per sterzare la ruota sotto il comando della relativa asta), la boccia (del sistema di sterzo) e poche altre minuterie. Flangia, mozzo, disco, portamozzo, un cuscinetto ed il semiasse sono a dir poco provati. I paraoli, le viti, le sicurezze hanno tenuto magistralmente (con riferimento a soli organi e parti rigorosamente originali). Il veicolo è stato in grado, sotto sollecitazioni mastodontiche, di portarmi a destinazione. Che bestia… Impressionante.

Continua…

Link correlati

Meccanica Off Limits – Riparazione del finale della catena cinematica della trasmissione del Land Rover Defender 110 2.4 td4 Puma