Laboratorio progettuale di disegno assistito dal calcolatore - A.A. 2009/2010
Progettazione braccetti sospensione di una Formula SAE
Configurazione originale: braccetti in acciaio
La configurazione di partenza della vettura prevede braccetti sospensione e giunti realizzati in acciaio C40 (AISI 1018 secondo normativa americana), materiale a bassa temprabilità che possiede caratteristiche intermedie tra quelle degli acciai a medio e alto tenore di carbonio. Considerando il diametro di 12,3 mm, i braccetti originali hanno durezza compresa tra 163 e 211 HB, un Rm compreso tra 650 e 980 MPa e un Rp0,2 minimo di 460 MPa.
I triangoli sospensione, sia inferiore sia superiore, sono composti da due braccetti di diametro 12,3 mm con estremità filettate M6. Nel vertice fissato al portamozzo è presente un giunto in acciaio AISI 1018 con integrata una testa a snodo di diametro 19 mm, mentre nei punti di attacco al telaio sono avvitati due uniball di 15 mm di diametro e filettatura M6.
Render del braccetto superiore originale
Per la verifica del modello abbiamo effettuato un'analisi FEM con il modulo integrato nel software CATIA. La gestione dei vincoli ha richiesto uno studio attento della cinematica del modello, che nella realtà presenta un grado di libertà rotazionale attorno all'asse che unisce gli attacchi al telaio. Tali attacchi sono stati simulati tramite i vincoli "snodo sferico", fissati su vertici virtuali appositamente collocati. L'estremo vincolato al portamozzo è stato lasciato libero e caricato con le forze forniteci dal team Dynamis PRC. L'isostaticità, infine, è stata garantita dal comando "vincolo di isostaticità", che impedisce la traslazione verticale di un punto su cui non agiscono forze. Per l'analisi abbiamo scelto la situazione più gravosa tra quelle proposte, ovvero quella in cui il veicolo curva e frena sfruttando la massima aderenza disponibile, e il trinagolo maggiormente caricato tra i due (vedi tabella forze nella sezione "analisi preliminare").
Stato di sforzo nel braccetto originale inferiore
Dalle analisi abbiamo rilevato uno stato di sforzo sui braccetti abbastanza uniforme, che si attesta su valori nell'ordine dei 20 MPa nelle sezioni maggiormente stressate. I braccetti sono quindi verificati per i carichi massimi, anche tenendo conto di carichi di punta una volta e mezza superiori il coefficiente di sicurezza risulta molto elevato. Le zone maggiormente sollecitate sono nel giunto al portamozzo, dove si trova anche l'attacco del puntone della sospensione, con valori intorno agli 80 MPa.
Deformazioni massime nel braccetto originale
Analizzando la deformata massima in tali condizioni di sforzo, si può notare che il valore più elevato si attesta intorno agli 0,07 mm, un valore decisamente accettabile ma non completamente realistico. Infatti per ottenere l'isostaticità del componente analizzato abbiamo dovuto impedire la traslazione verticale del giunto di collegamento al portamozzo; ciò ha permesso di ottenere buoni valori di sforzo ma ha fuorviato in parte i risultati per gli spostamenti.