Forcella (moto)

La forcella di una moto è la parte anteriore della stessa, che collega al telaio la ruota anteriore, permette di sterzare e ha la funzione di sospensione (controllano il movimento del telaio rispetto allo pneumatico) e ammortizzatore (smorzano e rallentano l’oscillazione).

Introduzione

Le caratteristiche di una forcella sono solitamente un compromesso tra le esigenze di tenuta di strada e quelle di comfort, l’obiettivo principale del loro impiego è comunque quello di ottenere, nel complesso e durante i vari percorsi, un’ottimale stabilità del veicolo ed un elevato comfort per il pilota e l’eventuale passeggero/i.

Le forcelle si distinguono in diverso tipi, per via delle varie varianti tra i vari sistemi che assicurano il movimento relativo fra telaio e ruote.

Forcella girder

Questo tipo di forcella è diventato datato e non viene più utilizzato.

È costituito da una forcella formata da tubi saldati, che viene fissata alle piastre di sterzo superiori e inferiori tramite due coppie di bracci (una coppia per piastra) andando a formare un parallelogramma, dove la forcella sale e scende rispetto al telaio sotto l’azione della ruota.

La sospensione in questo tipo di forcella è generalmente costituite da una sola molla che è posizionata tra i due bracci della forcella, agganciata a una piastra presente tra i due bracci e al telaio della moto, l’ammortizzatore è costituito da due frizioni a dischi che generalmente è posizionata sulla coppia di bracci inferiori.

Forcella springer

Questo tipo di forcella è diventato datato, ma viene ancora utilizzato su alcune moto, soprattutto nel caso delle custom artigianali per il suo stile retro.

Questo tipo di forcella ha una forma a parallelogramma, dove c’è una forcella fissa (come nelle biciclette), da cui parte un braccio, al quale è collegato un’altra forcella che va a comprimere o estendere delle molle, ovviamente questa forcella e le molle sono vincolate da un’asta su cui le molle non possono muoversi lateralmente e su cui la forcella scorre, da come si potrà capire la corsa della ruota può benissimo non essere uguale alla corsa della forcella mobile, questo dipende dalle misure del braccio che collega le due forcelle e la ruota.
Questo sistema ha dei limiti funzionali, che sono dati dal breve braccio della forcella, risulta breve anche la corsa della ruota, per questo si ha una sua ridotta diffusione.

Forcella Trailing Link

Questo tipo di forcella è diventato datato, ma viene ancora utilizzato su alcune moto, di basso costo e dedicate ai mercati più poveri, come l’India, una ditta che utilizza ancora questa soluzione è l’Indian.

Questo sistema è costituito da una forcella rigida, come quelle delle biciclette, la quale viene collegata alla ruota tramite due bracci, i quali sono governati nell’oscillazione da una sospensione a balestra tramite un’asta a U, la quale evita che ci sia una flessione della ruota a destra o sinistra, la forcella, la ruota e l’asta ad U sono collegate in tre punti diversi dei due bracci che mettono in comunicazione la forcella con la ruota.

Questo sistema ha la caratteristica d’essere molto semplice, robusto ed economico, il che è l’ideale per paesi poveri o dove i mezzi devono avere come caratteristica fondamentale l’affidabilità.
Questo tipo di forcella ha però lo svantaggio d’avere una ridotta escursione della ruota, la quale escursione è data dalle misure dei bracci che collegano le forcelle alla ruota, inoltre dato che generalmente questa forcella è accoppiata ad un parafango fissato alle forcelle, con l’escursione della ruota verso il pilota, si ha l’avvicinamento della ruota con il parafango, il quale se sposrco nella parte inferiore, può portare a sgradevoli attriti.

Forcella Leading Link

Questo tipo di forcella è diventato datato, ma viene ancora utilizzato su alcune moto, di basso costo e dedicate ai mercati di paesi che non pretendono il massimo della qualità ma dell’affidabilità, come in Russia, questo sistema è utilizzato dalla IMZ-Ural, soprattutto per mezzi muniti di sidecar.

Questo sistema è costituito da una forcella rigida, come quelle delle biciclette, la quale viene collegata alla ruota tramite un’asta a U, la quale evita che ci sia una flessione della ruota a destra o sinistra, quest’asta viene collegata con una coppia di sospensioni (doublecross) come quelle presenti al retrotreno.

Questo sistema pur essendo molto semplice è robusto e permette una certa finezza nel controllo del movimento della ruota anteriore.
Come contro questo tipo di forcella ha la limitazione dell’escursione della ruota, per via dell’utilizzo dell’asta ad U, ma che comunque risulta essere sufficiente, soprattutto per mezzi stradali.

Forcella Earles

Questo tipo di forcella è diventato datato, ma è stato molto apprezzato in passato, questo sistema è una variazione delle forcelle Leading Link, dove in questo caso i componenti formano un triangolo con la ruota, mentre nel sistema Leading Link la ruota era collegata da un prolungamento di un lato del triangolo.

La forcella Earles è stata un sistema di con una forcella rigida, la quale termina dietro la ruota, dalla quale parte un braccio a U che va a finire sul perno della ruota anteriore, la coppia di sospensioni (doublecross) sono collegati a questo braccio ad U, vicino al perno della ruota e alla forcella, questo sistema è molto simile come comportamento a quello di un forcellone per la ruota posteriore.

Questo sistema è stato la base del Earle del brevetto, progettato dall’inglese Ernest Earles, questa forcella anteriore del tipo triangolare, permette d’avere una maggiore rigidità in frenata, questo sistema è stato concepito per moto che devono ospitare sidecar, dal 1955 al 1969 la BMW ha usato queste forcelle anche su moto senza sidecar.

Questa sospensione nel caso veniva utilizzata con un impianto frenante del tipo a tamburo, doveva utilizzare un’asta per far sì che la parte ferma del tamburo, che alloggia le ganasce, non ruotasse.

Il limite di queste forcelle è dato dall’escursione delle due sospensioni adoperate per tale sistema, le quali per via del loro posizionamento devono avere un’escursione elevata, limitando l’utilizzo di questo tipo di sospensione per veicoli stradali.

Forcella a braccetto oscillante/ Monobraccio

Questo sistema viene ancora utilizzato dalla Vespa, che permette di cambiare più velocemente la ruota, quest’esigenza era nata dal fatto che quando è nata la vespa, le forature agli pneumatici erano molto frequenti, per questo la Piaggio ha ideato questo sistema a monobraccio, che permette sostituzioni rapide della ruota.

Il sistema è composto da una forcella a singolo braccio rigido, su cui si snoda un braccio (mazzetta rivolto verso la coda del mezzo) che termina sul perno della ruota, inoltre su questo braccio si aggancia la sospensione, che in questo caso è molto simile alle unità montate al retrotreno e che si aggancia anche alla forcella rigida.

Con la forcella rigida e il braccio oscillante si ha la corretta posizione della ruota e si evita la rotazione lateralmente rispetto alla forcella, mentre con l’elemento sospensione si assorbono le asperità agendo sul braccio oscillante, l’insieme assume la forma di un parallelogramma.

Esattamente come tutte le forcelle che funzionano tramite braccetto oscillante, la limitazione principale rimane la ridotta corsa della forcella, anche se risulta sufficiente per l’utilizzo stradale, soprattutto se accoppiata a pneumatici con una spalla del pneumatico alta.

Forcella telescopica e teleidraulica

La forcella teleidraulica o forcella oleodinamica (munita di regolazioni per l’ammortizzatore) è il tipo di sospensione anteriore più utilizzato, per la sua semplicità di costruzione e montaggio, oltre che per leggerezza e funzionalità, la prima applicazione di questo sistema è della BMW R 12 nel 1935.

La forcella telescopica si differisce per la mancanza del supporto dell’ammortizzatore.

Struttura

Il sistema è costituito da due coppie di due tubi coassiali, che scorrono uno dentro l’altro, dove il tubo di minor diametro viene definito “stelo” o in questo caso anche “tubo di forza”, mentre quello di diametro maggiore viene definito “fodero”, ogni coppia prende il nome di “gambale” e sono collegati al canotto di sterzo con due trapezi (o piastre).

All’interno di questi tubi viene alloggiata la molla (o su un solo gambale o su entrambi i gambali) e nel caso di forcelle teleidrauliche anche il supporto d’ammortizzazione, generalmente di tipo idraulico, contenente olio sintetico di una determinata viscosità.

Accorgimenti

Per migliorare la funzionalità e la vita utile si usano come accorgimenti:

• Boccola di scorrimento, elemento interposto tra i due tubi, per fare in modo che ci sia il minor attrito possibile tra i due steli nel loro scorrere. Ha un basso coefficiente d’attrito (solitamente reca un riporto in teflon) e ridotte tolleranze.
• Cromatura stelo, tubo di diametro minore che scorre dentro al tubo di diametro maggiore. Solitamente i tubi sono cromati per migliorare la loro resistenza all’usura e allo scorrimento.
• Stelo con diametro maggiorato sui punti d’attacco, lo stelo ha un diametro maggiore nei punti in cui questo si collega alle piastre dello sterzo, aumentando la forza che vincola lo stelo alle piastre. Tale soluzione veniva usata sulle moto da fuoristrada da competitzione (enduro e motocross) alla fine dei anni ’80 periodo nel quale venivano ancora usate le forcelle tradizionali.
• Asta interna con testa a fungo, usata allo scopo di evitare che gli steli si sfilino dai foderi (esempio durante un’impennata) e per limitare la loro estensione. Tale asta va dal tubo superiore e si avvita al piedino della forcella; variando la sua lunghezza si varia la corsa degli steli.
• Foderi con attacco pinza, i foderi sono normalmente dotati di attacchi per le pinze dei freni a disco, in modo da avere la maggiore rigidità possibile.
• Valvola di sfiato aria, nel normale utilizzo della forcella, l’olio contenuto al suo interno crea un gas, il quale accumulandosi aumenta la pressione interna e limita la funzionalità della forcella. La valvola quando viene aperta lascia fuoriuscire tale gas, ripristinando la condizione ottimale.
• Valvola/vite di spurgo olio, per velocizzare e facilitare la sostituzione dell’olio. Può essere posta nella parte inferiore e posteriore del fodero o nella parte inferiore, inoltre può essere scoperta e permettere il cambio olio senza complicanze o posto nella sede d’attacco ruota dietro al perno della stessa, richiedendo lo smontaggio della ruota.
• Copristeli è un elemento morbido comprimibile, generalmente formato da tante pliche per conferirgli l’elasticità necessaria. Questo sistema evita che qualsiasi corpo possa andare sullo stelo rovinando lo stesso e i parapolvere con il paraolio, viene usato soprattutto sulle competizioni su sabbia, ma non viene usato su forcelle rovesciate.
• Rivesti steli è un elemento rigido che serve sia a proteggere lo stelo sia a ridurre l’effetto visivo del doppio diametro della forcella, che in questi casi sembra essere un tubo.
• Parasteli il parasteli viene usato principalmente sulle forcelle rovesciate e nei mezzi stradali, dove in questo caso è un tutt’uno con il parafango anteriore, mentre nei mezzi da fuoristrada sono divisi dal parafango, che non è vincolato alla ruota, ma al telaio. Quest’accorgimento è necessario perché con le forcelle rovesciate si ha un’esposizione delle stesse, tale soluzione è comparsa anche su alcune motociclette con forcelle tradizionali, come nel caso della Yamaha XT 125 R, dove sono un tutt’uno con la mascherina portafaro.
• Sistema antiaffondamento/anti dive, è un sistema che aumenta il freno idraulico in frenata, per evitare che il peso della moto si trasferisca troppo velocemente sull’avantreno, permettendo di poter usare sospensioni più morbide e con idraulica meno frenata, in modo da migliorare il comportamento in curva. Questa soluzione è stata usata per la prima volta nel motomondiale inizio anni ’80.
• Gancio partenza, è un sistema che è stato adottato nel motocross per migliorare la partenza e che si sgancia alla prima frenata. È un sistema è costituito da un pulsante metallico (posto sul parasteli) che si aggancia a una fascetta avvitata/stretta sulla forcella (sul fodero).

Forcella USD (rovesciata)

La forcella USD (acronimo di Up Side Down) è stata introdotta per la prima volta nel 1985, anche detta “a steli rovesciati”, è una forcella teleidraulica, ma montata rovesciata, questa forcella è stata adottata, per via della maggiore comodità di effettuare le regolazioni idrauliche, infatti con il modello classico le regolazioni si trovano sotto al fodero della forcella, una zona molto scomoda sia per la regolazione che per la progettazione, infatti ne limitava le combinazioni di collegamento della ruota, questi problemi sono appunto stati risolti rovesciando la forcella, mentre le altre regolazioni non hanno avuto miglioramenti (regolazione del precarico).

La ruota viene vincolata agli steli tramite di un ulteriore elemento chiamato “piedino”, ma che nei sistemi più economici è dato dallo stelo stesso.

Struttura

La struttura di questa forcella non è molto diversa dalla teleidraulica, da cui si differenzia dalla sola presenza del piedino, il quale viene fissato all’estremità dello stelo.

Differenze con la forcella teleidraulica

Questa disposizione delle forcelle, ha qualche svantaggio:

• Rapido consumo dell’olio contenuto nella forcella, sia in condizioni normali, sia con paraoli consumati o rotti.
• Maggiore esposizione dei steli ad agenti esterni (sassi), ciò richiede una protezione per evitare che si rovinino.
• L’attacco per la pinza frenante è meno rigido o piu pesante dato che non si può usufruire del fodero.
• Cambio olio delle forcelle piu articolato, difatti con le forcelle rovesciate non si può avere lo spurgo alla base del gambale, obbligando a sfilare il gambale dalle piastre e lo stelo dal fodero per poter rimuovere l’olio vecchio.
• Aumento delle masse non sospese, anche se si crede l’opposto per via degli ammortizzatori automobilistici e degli ammortizzatori per i forcelloni, dove lo stelo è estremamente sottile rispetto al fodero, nel caso della forcella non è così, questo perché lo stelo oltre ad avere un diametro molto vicino a quello del fodero, ha anche una lunghezza e un peso specifico maggiore rispetto al fodero di una forcella tradizionale equivalente, mentre gli spessori risultano simili.

Questa disposizione delle forcelle, ha come vantaggio:

• Dimensioni piu contenute a parità d’escursione, il che la favorisce nelle applicazioni di mezzi compatti che richiedono escursioni elevate.
• Regolazioni idrauliche diversamente posizionate, in questo caso sono vicino al manubrio per i modelli senza serbatoio separato, mentre nei modelli a serbatoio separato, queste sono sempre posizionate vicino al piedino della forcella.
• Rigidezza torsionale, dato dal fatto che il vincolo alle piastre non è tramite lo stelo, ma tramite il fodero, il quale pur essendo generalmente in alluminio e non in acciaio ha un diametro maggiore, il che favorisce la rigidezza dello stesso che tenderà meno a flettersi, inoltre queste forcelle avendo il fodero più lungo dello stelo e non viceversa hanno una maggiore rigidezza alla torsione.

Accorgimenti caratteristici

Questo tipo di forcella oltre a poter avere quasi tutti gli accorgimenti della forcella tradizionale può avere:

• Piedino integrato nei modelli più economici il piedino è saldato/ricavato sullo stelo

Forcella teleidraulica monobraccio

La forcella teleidraulica monobraccio, viene collegata alla ruota tramite un piedino della forcella, che è a forma di braccio curvo, mettendo in comunicazione la ruota con il singolo stelo della forcella; per evitare la rotazione della ruota rispetto al manubrio, si è adoperato un sistema a leve molto semplice, questo sistema è costituito da due leve snodate tra di loro, le quali sono snodate anche su i supporti dove vengono fissate, che sono il piedino della forcella a forma di braccio curvo (che sorregge la ruota anteriore) e la piastra di sterzo inferiore, che tiene bloccato il fodero dello stelo, per quanto riguarda la piastra superiore, questa ha un unico foro per poter fissare il fodero della forcella.

Questo tipo di forcella è stata utilizzata dalla Gilera CX, una motocicletta con motore da 125 cc due tempi.

Forcella Saxon-Motodd (telelever)

Questo tipo di forcella è stata sviluppata da BMW a partire da un progetto di inizio ‘900 chiamato “Sistema scott”.

Questo sistema è formato dalle forcelle che hanno il compito di ammortizzare (smorzare le oscillazioni) e di sterzare le ruote, la funzione di sospensione viene svolta da un braccio (simile al forcellone) che è agganciato sia al telaio che agli steli inferiori della forcella, questo braccio agisce su una sospensione uguale a quella montata sul forcellone.

Cinematicamente questo tipo di sospensione è simile a quella automobilistica tipo macpherson.

I vantaggi di questa forcella sono:

• Scorrimento più agevole dei tubi, dato che la maggior parte delle forze viene assorbita dal braccio inferiore.
• Aumento dell’avancorsa in compressione durante la frenata la forcella si comprime e aumenta la sua inclinazione, questo è dovuto al fatto che il braccio che è agganciato al fodero ruotando su se stesso, porta lo snodo con cui è vincolato al fodero più in avanti rispetto allo snodo superiore dei steli, questo porta a una riduzione del trasferimento di carico e dell’affondamento.

Gli svantaggi sono:

• Ingombro maggiore
• Complessità il sistema risulta più articolato rispetto alle forcelle telescopiche
• Minore sensibilità di guida

Forcella Hossack/Fior (Duolever)

Tale forcella separa completamente la sospensione dalle forze di governo (sterzo), è stato sviluppato da Norman Hossack e usato da Claude Fior e John Britten su delle moto da corsa, Hossack stesso ha descritto il sistema come un sistema ‘guidato dritto’.

La BMW ha adottato il Duolever a partire dal 2006 su tutti i modelli della serie K con motorizzazione frontemarcia, K1200 S, K1300 S, K1300 R, K1300 GT oltre che, recentemente, sulle nuove K1600.

Tale sistema è formato da una forcella a steli rigidi (come nelle biciclette) la quale è collegata al telaio da due braccetti, formando un quadrilatero articolato, dove la sospensione/ammortizzatore è collegata alla forcella e al telaio della moto, inoltre i due braccetti e la sospensione sono snodati rispetto alla forcella, permettendole di ruotare a destra e sinistra.
Per lo sterzo si hanno due braccetti collegati in serie tra loro, che vanno dalla forcella al manubrio o piastra di sterzo, i quali permettono l’avvicinamento o allontanamento della forcella (richiudendosi) e danno la possibilità di ruotare la forcella a destra e a sinistra.

Forcella a forcellone

La forcella in questo caso è un forcellone oscillante esattamente come per il retrotreno e abbiamo anche in questo caso la sospensione/ammortizzatore identica a quella montata al retrotreno, che può essere fatta lavorare in compressione o in estensione, questo sistema viene denominato sterzo con ruota centrata, dall’inglese “Hub-center steering” (HCS).

Bibraccio

Questo forcellone è molto simile a quello che generalmente viene montato al retrotreno, infatti la forma del forcellone è identica, la differenza la si trova sulla ruota, la quale ruota a destra e sinistra sul perno del forcellone, per poter far questo si utilizza uno snodo sferico che funge da secondo perno (posto all’esterni del perno che fissa la ruota completa e internamente al cuscinetto che la fa rotolare) e una guida (che permette solo la rotazione a destra e sinistra della ruota), dove la parte interna della bronzina dello snodo sferico è fissato al perno che fissa la ruota al forcellone, mentre la parte esterna (di maggiore diametro) che permette la direzionabilità della ruota è fissato internamente al cuscinetto della ruota.
Il perno della ruota e il sistema di sterzo viene tenuto e azionato al forcellone tramite tre bracci ausiliari, di cui due fissate direttamente sul telaio e che agiscono su due leve poste esternamente al forcellone, formando un parallelepipedo snodato con il forcellone, che servono per far ruotare il perno ruota rispetto al forcellone ogni qual volta questo si muova, in modo da evitare che la bussola ruoti (in avanti o indietro) in fase di frenata e permetta che i valori dell’assetto siano costanti, mentre il terzo braccio, che può essere disposto su un qualsiasi lato, serve per far ruotare la bussola in modo da sterzare la ruota, questo terzo braccio è collegato al manubrio tramite un sistema a leve e aste.

Monobraccio

Questo tipo di forcella è stato utilizzato anche su alcune versioni di una moto da competizione, la Honda Rosset-Elf 500 dell’omonimo team, che ha partecipato alle competizioni dal ’78 all’88, arrivando alla sua quinta versione (Elf 5), ma questa moto utilizzava un sistema diverso per il controllo della ruota, molto più simile al sistema usato per le automobili, infatti utilizzava due forcelloni monobraccio (entrambi con il braccio disposto sul medesimo lato) i quali reggevano il portamozzo che era libero di ruotare a destra e sinistra, alla quale era fissato il mozzo con la ruota e la pinza del freno, per poter ruotare questo portamozzo e permettere la sterzata si utilizza anche qui un sistema a leve e bracci.

Caratteristiche

Le caratteristiche di questo tipo di forcella sono:

• Robustezza, questo sistema risulta più rigido e resistente rispetto a una forcella, che è soggetta a flettersi e a creare una grande coppia alla sede d’ancoraggio, richiedono un suo irrobustimento, mentre con questo sistema non sono richiesti irrobustimenti.
• Maggiore costanza dell’interasse, con la compressione della forcella si ha una riduzione dell’iterasse, mentre su questi sistemi, si ha inizialmente un allungamento, poi un accorciamento, questo è dato dall’inclinazione del forcellone.
• Quote costante dell’angolo di sterzo
• Quote costante dell’avancorsa questo è dato dal quadrilatero snodato, che può a seconda delle varie misure delle diverse parti che lo compongono, dare un’avancorsa costante, un’avancorsa crescente o decrescente (caso classico della forcella) all’aumentare della compressione.
• Minore affondamento questo è dato dal fatto che in frenata la coppia che si genera a livello della pinza e quindi del forcellone, contrasta con la maggiore forza data dallo spostamento di carico che normalmente andrebbe a conferire un maggiore affondamento, mentre nelle tradizionali forcelle telescopiche la coppia che si genera dalla frenata porta ad aumentare il trasferimento del carico, dato che questa non contrasta con la normale funzione della sospensione, quindi agendo direttamente sulla moto la fa ruotare in avanti e per questo si ha una maggiore tendenza a far sollevare il retrotreno.

Regolazioni & sensori

Le forcelle sono costituite da un elemento sospensorio e un elemento ammortizzante, di conseguenza possono avere le regolazioni di uno di questi componenti o entrambi:

Regolazioni dell’ammortizzatore: Estensione Compressione

Regolazioni della sospensione: Precarico.