1. POLITECNICO DI TORINO
Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Aereospaziale
Corso di Laurea Triennale
in Ingegneria Meccanica
Prova finale
Ottimizzazione di un veicolo elettrico
portatile
Comparazione dei central frame di due prototipi di PAMD: dal
progetto alla produzione
Relatore
Prof.re Stefano Tornincasa
Candidato
Michele Giovanni Massafra
Luglio 2016
2. Indice
1. Introduzione 1!
1.1! Obiettivi ed organizzazione della tesi 2!
2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame 3!
2.1 Requisiti di un PAMD e risultati ottenuti con E7 – Tirke 3!
2.2 Progetto dei telai dei central frame E7 – Trike, E7.1 – Trike 4!
2.2.1 Central frame E7 – Trike 5!
2.3 Analisi FEM dei telai e confronto dei risultati 7!
2.3.1 Analisi FEM del central frame dell’E7 – Trike 8!
2.3.2 Analisi FEM del central frame dell’E7.1 – Trike 11!
3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame 16!
3.1 Sistema di seduta dell’E7 – Trike 16!
3.2 Ingombri in configurazione chiusa del central frame dell’E7 – Trike 17!
3.3 Stima del peso del central frame dell’E7 – Trike 18!
3.4 Sistema di seduta dell’E7.1 – Trike 19!
3.5 Ingombri in configurazione chiusa del central frame dell’E7.1 – Trike 21!
3.6 Stima del peso del central frame dell’E7.1 – Trike 22!
3.7 Confronto degli ingombri dei central frame dell’E7 – Trike e dell’E7.1 – Trike 23!
3.8 Confronto tra i pesi dei central frame dell’E7 – Trike e dell’E7.1 – Trike 24!
4. Cenni sulla tecnologia MBD 25!
5. Conclusioni 27!
Appendice I I!
Appendice II II!
Bibliografia III!
3. 1. Introduzione Michele Giovanni Massafra
Pagina | 1
1. Introduzione
Per far fronte alla impellente necessità di ridurre le emissioni di CO2, fissate per l’Europa alla
quota di 95#
$
%&
'() entro il 2020 [1], il mercato cerca di incrementare la produzione e vendita
di veicoli eco sostenibili. Secondo una ricerca condotta dall'istituto francese di studi e analisi
Xerfi, per cercare di raggiungere l’obbiettivo imposto dal Consiglio di Regolazione Europeo, è
necessario ricorrere a tecnologie che impieghino motori ibridi o motori elettrici. Secondo una
stima dello stesso Xerfi nel 2020 circa l’8% dei veicoli circolanti saranno veicoli “verdi”; nel
particolare la stima parla di una maggioranza sul mercato di veicoli ibridi, circa il 7% del totale,
ed il rimanente 1% di veicoli elettrici [2].
In questo contesto si inserisce la proposta progettuale lanciata dal consorzio PACE1
nel
triennio 2011 – 2014. Lo scopo di questa competizione che vedeva impegnate numerose
università del mondo era la progettazione e produzione di un prototipo di PAMD2
. Il nostro
Politecnico, in collaborazione con Technion Israel Institute of Technology e la Tongji
University hanno preso parte a questa competizione presentando al Global Annual Forum,
Turin 2014 il prototipo E7 – Trike.
Un PAMD è un veicolo elettrico portatile che sostiene la mobilità giornaliera delle persone
aiutandole a percorrere il “primo – ultimo miglio”: un tragitto giornaliero che prevede la
percorrenza di medie distanze che portino da casa alla fermata dei mezzi di trasporto pubblico
al posto di lavoro e ritorno. Affinché possa essere agevole compiere questi spostamenti, i quali
potrebbero prevedere il superamento ostacoli quali gradini, ascensori, utilizzare mezzi di
trasporto pubblico. Per tale ragione le caratteristiche principali di un PAMD devono essere
facilità di trasporto e leggerezza, oltre essere dotato di autonomia sufficiente per permettere di
percorrere i tragitti voluti.
Figura 1.1: Concetto di "primo - ultimo miglio".
1
PACE: Partners for the Advancement Collaborative Engeneering Education, consorzio di aziende che
sponsorizzano e finanziano competizioni accademiche in ambito industriale.
2
PAMD: Portable Assisted Mobility Device, veicolo per la mobilità giornaliera.
4. 1. Introduzione Michele Giovanni Massafra
Pagina | 2
1.1!Obiettivi ed organizzazione della tesi
Al termine del progetto, il futuro del primo prototipo è stato il suo sviluppo nell’intento di
ottimizzare peso del veicolo e le sue dimensioni senza influenzarne le prestazioni ed il concept
di partenza.
Il lavoro al quale mi sono dedicato è stata la rimodellazione della parte centrale (central frame)
del nostro PAMD, in seguito ad una parziale riprogettazione. Si vogliono qui mostrare le
principali novità che riguardano il nuovo frame e paragonarle con il precedente dal punto di
vista della rigidezza strutturale, peso, ingombri e produzione, con uno sguardo al futuro di
quest’ultimo punto affacciandoci a quella che è la tecnologia MBD3
.
Figura 1.2: Primo prototipo dell'E7 – Trike (Central frame).
Il capitolo seguente inizierà con una parte espositiva dei traguardi raggiunti con il primo
prototipo E7 – Trike, focalizzando l’attenzione sulla rigidezza della struttura del central frame.
Questi dati verranno confrontati con i corrispettivi ottenuti dagli studi che ho svolto sul nuovo
central frame.
La trattazione continuerà con le modifiche che sono state apportate al fine di migliorare il
sistema di seduta, gli ingombri ed il peso della struttura del prototipo. Verrà mostrata la
tecnologia utilizzata per la realizzazione del primo prototipo e le modifiche previste dalla
riprogettazione. Verrà mostrato come questo nuovo concept, limitatamente sempre al central
frame, incrementa le qualità del prototipo in termini di facilità di trasporto.
Ultimo argomento della trattazione riguarda la produzione del prototipo. Nel particolare si
vuole porre l’attenzione alle novità che i software CAD 3D propongono per velocizzare e
facilitare la comprensione dei modelli progettati.
Per gli studi sono stati utilizzati gli strumenti messi a disposizione dal software di
modellazione e simulazione CAD 3D utilizzato durante il corso di studi: SolidWorks®
, con i
suoi componenti SolidWorks®
Simulation [3], per l’analisi statica FEM, e SolidWorks®
MBD
[4], per la tecnologia MBD.
3
MBD: Model Based Definition.
5. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 3
2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame
2.1 Requisiti di un PAMD e risultati ottenuti con E7 – Tirke
I requisiti richiesti per la progettazione del prototipo di PAMD erano dei criteri che
permettessero di ottenere un veicolo a basso impatto ambientale, facilmente trasportabile, che
rispetti i limiti di legge per i veicoli che possano circolare senza immatricolazione e la guida
senza casco4
. Per questa categoria di veicoli l’Europa e l’Italia richiedono che vengano rispettati
i seguenti criteri:
•! Potenza massima del motore 250#0;
•! Massimo peso del veicolo 40#23;
•! Velocità massima di 20#
%&
4
;
•! Sistema di auto limitatore di velocità a 6#
%&
4
nelle zone pedonali;
•! Età minima per poter condurre il veicolo di 16 anni;
•! Divieto di circolo in situazioni di scarsa visibilità.
Figura 2.1: E7 – Trike.
In quest’ottica il nostro team ha sviluppato il prototipo di un triciclo elettrico che potesse
essere trasportato, una volta richiuso, come una valigia di medie dimensioni. È stata sviluppata
l’idea di triciclo in quanto questa tipologia di veicolo, poggiando su tre ruote, mantiene una
buona stabilità sia durante la guida e da fermo. Ciò permette una maggiore facilità di guida in
modo da poter essere utilizzato da una ampia gamma di possibili fruitori, dai giovani agli
anziani. Per poter rientrare all’interno della gamma dei green vehicle, quindi essere considerato
un veicolo a basso impatto ambientale, il progetto PACE – PAMD imponeva la trazione di tipo
elettrico per i veicoli sviluppati; si è optato per un motore ruota anteriore da 250#0 capace di
raggiungere una velocità massima non superiore ai 20#
%&
4
. Per quel che riguarda la facilità di
4
Normative EN 1594 e EN 14764.
6. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 4
trasporto, il sistema di chiusura dell’E7 – Trike è costituito da un quadrilatero articolato che
collega central frame con frontal frame; tale meccanismo permette con un semplice gesto di
richiudere il triciclo ottenendo delle dimensioni non molto superiori ad una valigia di medie
dimensioni: 684,41#77##8#446#77#8#500,46#77. In aggiunta il peso complessivo del
veicolo è stato stimato di 23#23, 3#23 superiore rispetto al limite imposto dal target del
progetto. Tuttavia è stato notato che il prototipo dispone una batteria del peso di 3#23 che
garantisce una autonomia di 20#ℎ con un tempo di ricarica di 4#ℎ, leggermente
sovradimensionata per l’utilizzo ultimo del veicolo.
Figura 2.2: Dimensioni dell'E7 - Trike in configurazione chiusa.
Lo scopo principale della riprogettazione è quello di ridurre il peso del veicolo cercando di
farlo rientrare all’interno dei 20#23.
2.2 Progetto dei telai dei central frame E7 – Trike, E7.1 – Trike5
In questo capitolo verranno presentate le due scelte progettuali per i telai dei central frame dei
prototipi. Verranno mostrate le varie parti che compongono li compongono.
Successivamente verranno mostrati i risultati delle analisi FEM eseguite nelle medesime
condizioni di carico e vincoli applicati ai telai in modo da confrontare le due risposte dai telai
alla sollecitazione statica.
5
E7.1 – Trike: con questa dicitura verrà indicato il nuovo prototipo sviluppato, nell’A.A. 2015/2016, dal
precedente prototipo E7 – Trike.
7. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
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2.2.1 Central frame E7 – Trike
Il central frame del’E7 – Trike è costituito da un telaio, due piastre di collegamento,
Supp_lamierades, del telaio al rear frame, l’assieme di seduta. Quest’ultimo verrà discusso nel
capitolo 3.
Il telaio è stato realizzato con un unico tubo di alluminio di diametro 40#77 spesso 2,5#77.
Questo tubo è stato piegato in tre punti con dei raggi di curvatura di 90° in modo da ottenere
una struttura, in vista laterale, al “L”. Sulla parte superiore della struttura è stato saldato un
supporto per canotto circolare di diametro 32#77, spessore 2#77, lunghezza 200#77, sede
del tubolare della seduta del veicolo. Come materiale è stata scelto l’alluminio per poter ottenere
un buon compromesso tra proprietà meccaniche, peso della struttura, costi dei materiali ed in
fine smaltimento una volta arrivato alla fine del ciclo di vita del prodotto; proprio su
quest’ultimo punto vale la pena sottolineare che la maggior parte dell’E7 – Trike è realizzato
in lega di alluminio.
L’impiego della geometria circolare, nel particolare circolare cava, per il telaio del veicolo è
stata effettuata in quanto si è reputato fosse più semplice interfacciarla con le altre parti del
veicolo, frontal e rear frame, ed anche con gli eventuali agganci per la copertura dello stesso.
La sezione cava, confrontata inoltre con una sezione circolare piena, permette di ottenere un
notevole risparmio di peso e risponde meglio alle sollecitazioni a torsione, alla quale la struttura
del veicolo potrebbe risultare sollecitata nel caso in cui si trovi a dover affrontare una curva ed
il preso non sia perfettamente bilanciato sull’intera struttura.
Le piastre di collegamento sono realizzate da due lamiere di alluminio dello spessore di 4#77
unite tra loro da un blocchetto che ha inoltre la funzione di riferire in montaggio i bracci delle
ruote posteriori facenti parte del rear frame. Queste lamiere presentano due fori, il foro superiore
per l’alloggiamento dell’ammortizzatore, impiegato per incrementare il comfort di guida del
veicolo, quello inferiore per l’alloggiamento del silentblock montato sul braccio del rear frame.
Figura 2.3: Bollatura del central frame dell’E7 – Trike.
8. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
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Tabella 2.1: Distinta del base central frame dell’E7 – Trike.
N° articolo Nome parte Descrizione Quantità
1 Telaio Tubo 40#8#2,5#77 – alluminio 6061 1
2 supp_canotto Tubo 32#8#2#77 – alluminio 6061 1
3 Supp_lamierades Lamiera 4#77 – alluminio 6061 2
2.2.3 Central frame E7.1 – Trike
Nel central frame del nuovo prototipo risiedono le modifiche principali apportate al triciclo.
Sostanziale è stata la modifica apportata al telaio che ha permesso l’eliminazione delle piastre
di collegamento. Totalmente rinnovata è anche la seduta del veicolo, verrà discussa e
confrontata con la versione precedente nel capitolo 3. Tuttavia la riprogettazione ha portato ad
ottenere un central frame interamente prodotto in officina con un numero di parti da produrre
molto maggiore rispetto alla versione essenziale proposta nella prima versione del prototipo.
Il telaio, interamente in alluminio come la precedente versione, è costituito da quattro parti
differenti: C_0001, C_0002, C_0003, C_profilato rinforzo. Queste quattro parti vanno a
comporre un telaio ibrido i cui componenti hanno sezioni diverse saldate tra loro. Nel
particolare il componente C_0001 è un tubo di diametro 30#77 e spessore 3#77, realizzato
mediante due piegature con angolazioni differenti. La parte C_0002 è ottenuta da un profilato
a “C”, di dimensioni 35#77#8#35#77#8#3#77, nel quale sono ricavati quattro fori, sulle due
facce parallele. Questi quattro fori corrispondono ai quattro ricavati sulle piastre di
collegamento della versione precedente di prototipo, quindi i due superiori alloggiano gli
ammortizzatori, presenti anche in questa versione, i due inferiori alloggiano i silentblock
montati sui bracci del rear frame. Sia i silentblock che gli ammortizzatori sono montati su perni
di sezioni circolare cave in acciaio che fungono da supporto anche per il sistema di seduta. I
perni sono accoppiati con il telaio per mezzo di quattro boccole in alluminio le quali si
interfacciano con i fori interni del profilato C_0002 aventi dimensioni di 18#77. Questi perni
hanno dimensioni: diametro 12#77, spessore 1#77, lunghezza 338#77. La parte C_0003 è
un tubo di alluminio di diametro 35#77 e spessore 3#77. Il suo scopo è completare la porzione
superiore del telaio, e tramite due sporgenze ricavate superiormente, realizzare il sistema di
bloccaggio e sbloccaggio del sistema di seduta per mezzo di un leveraggio. Il C_profilo rinforzo
è un lamierino ricavato da un profilato ad “L” di dimensioni 15#77#8#10#77#8#2#77, piegato
in due punti per interfacciarsi, ed andare a rinforzare il giunto saldato tra le parti C_0001 e
C_0002.
9. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
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Figura 2.4: Bollatura del central frame dell’E7.1 – Trike.
Tabella 2.2: Distinta del base central frame dell’E7.1 – Trike.
N°
articolo
Nome parte Descrizione Quantità
1 C_0001 Tubo 30#8#3#77 – alluminio 6061 1
2 C_0002
Profilato “C” 35#8#35#8#3#77 – alluminio
6061
2
3 C_0003 Tubo 35#8#3#77 – alluminio 6061 1
4
C_profilato
rinforzo
Profilato “L” 15#8#10#8#2#77 – alluminio
6061
2
5
C_0010 –
Boccola_
Alluminio 6061 4
6
C_0007 –
Perno.inf
Perno 12#8#1#77 – Acciaio A286 generico 1
7
C_0007 –
Perno.sup
Perno 12#8#1#77 – Acciaio A286 generico 1
2.3 Analisi FEM dei telai e confronto dei risultati
Per lo studio statico delle strutture per mezzo dell’analisi FEM, ho utilizzato il sistema di
simulazione presente all’interno della versione professional di SolidWorks®
: SolidWorks®
Simulation.
Ho svolto le simulazioni solamente sui telai dei due central frame: per l’E7 – Trike non è stata
tenuta in conto la presenza delle piastre di collegamento e del sistema di seduta; per l’E7.1 –
Trike non è stata tenuta in conto la presenza del sistema si seduta e la presenza dei perni
superiore ed inferiore e delle boccole del telaio. Ho adottato questa scelta per rendere più
semplice la risoluzione del problema da parte del solver del software. Lo scopo primo di questo
10. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 8
studio è la valutazione delle differenze tra due strutture ugualmente vincolate e sollecitate, ma
aventi l’una geometria fissa ma un processo di lavorazione che ha indotto numerosi stress
sull’intera struttura, l’altra geometria ibrida nella quale le lavorazioni meccaniche sulle singole
parti sono limitate ma il maggior numero di saldature ha introdotto un numero maggiore di
stress localizzati negli intorni di queste ultime.
I telai sono entrambi realizzati interamente in lega di alluminio, nello studio sono quindi stati
impostati gli stessi materiali per le parti che costituiscono il telaio. Il materiale utilizzato
nell’analisi è la lega di alluminio 6061 presente all’interno della libreria dei materiali di
SolidWorks®
. Nella tabella seguente vengono indicate le proprietà del materiale utilizzato.
Tabella 2.3: Proprietà meccaniche dalla libreria SolidWorks®
materials per alluminio Lega 6061.
Proprietà Quantità Unità di misura
Modulo elastico 69000 <=>
Coefficiente di Poisson 0,33 –
Modulo di taglio 26000 <=>
Resistenza alla trazione 124,08 <=>
Snervamento 55,15 <=>
2.3.1 Analisi FEM del central frame dell’E7 – Trike
Essendo il telaio del E7 – Trike ricavato da un unico tubo dove sulla parte superiore è saldato
un supporto per canotto sempre tubolare, dettaglio in Figura 2.2, ho impostato come contatti tra
le parte del central frame un contatto globale unito per l’intera struttura.
La struttura è stata vincolata con una cerniera sul tubolare anteriore, che simula la connessione
con la cerniera che unisce central frame con frontal frame impedendo la traslazione laterale e
verticale della struttura, con un doppio doppio pendolo sulle due parte laterali di raccordo tra
tubolare anteriore e superiore, a simulare la connessione con i bracci del rear frame impedendo
la rotazione della struttura lungo l’asse verticale @. Nella figura seguente in verde verranno
indicati i vincoli imposti alla struttura.
La struttura è stata caricata con una forza concentrata A = 1570#C sul bordo del
supp_canotto della seduta in direzione A = −AE. Ho scelto di sollecitare la struttura con un
carico di questa entità considerando che il veicolo sia guidato da una persona di peso = = 80#23
e sottoposto ad una accelerazione pari a 23, ipotizzando che possa essere la massima
accelerazione alla quale può essere sottoposta la struttura durante il suo utilizzo, in viola verrà
indicato il carico concentrato sulla struttura:
A = = ∗ 23 = 80 ∗ 2 ∗ 9,81 = 1569,6C# ≈ 1570#C
11. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 9
Figura 2.5: Carico e vincoli sulla struttura dell’E7 – Trike.
Il tipo di mesh utilizzata è una mesh standard congruente ad elementi solidi di dimensioni
11,529#77 con una tolleranza di 0,577#77 e 16 punti jacobiani. Con questa mesh la struttura
è stata divisa in 16456 nodi ed un totale di 8310 elementi. Per la semplicità della struttura e
per i pochi contatti tra diversi elementi che la componevano non è stato necessario utilizzare
una mash fine e non è stato necessario eseguire alcun controllo sulla mash.
12. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 10
Figura 2.6: Mesh eseguita sul telaio del central frame dell’E7 – Trike.
Lo studio statico è stato svolto secondo la teoria dell’energia di deformazione massima di Von
Mises. Il risultato ottenuto è congruente con quanto ci si poteva aspettare: la zona maggiormente
sollecitata è la parte dove si ha la curvatura della struttura che porta alla zona superiore del
central frame. Stando ai risultati dell’analisi questa zona è fortemente sollecitata al punto da
raggiungere e superare di circa un ordine di grandezza la tensione di snervamento del materiale,
quindi la struttura dovrebbe cedere se sottoposta ad un carico di 1570#C. La tensione che si
raggiunge risulta essere pari a:
HIJ = 132,30#<=> HKJ = 55,15#<=> ⇒ 'M =
NOP
NQP
=
RR,SR
ST),TU
= 0,417
Le tensioni massime raggiunte, e quindi i coefficienti di sicurezza, sono stati calcolati secondo
la teoria dell’energia massima di deformazione di Von Mises. I valori di tensione di
snervamento e tensione massima di rottura sono stati considerati quelli impostati dalla libreria
dei materiali di SolidWorks®
, come riportato in Tabella 2.3.
13. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 11
Figura 2.7: Diagramma delle sollecitazioni sul central frame dell’E7 – Trike.
Sebbene lo studio effettuato porta a sostenere che la struttura fallisca durante il suo utilizzo,
possono essere fatte diverse considerazioni a favore della rigidezza della struttura. In primo
luogo la struttura è stata progettata con una lamiera di alluminio che copre lo spazio vuoto del
central frame (dettaglio in Figura 1.2) che per questioni di semplicità di risoluzione del
problema da parte del solver del programma è stata omessa. La presenza di questa lamiera da
maggiore continuità alla struttura e quindi potrebbe andare a risolvere il problema della
concentrazione degli sforzi nella zona rossa del grafico. Altra considerazione a favore, il
vincolo del doppio doppio pendolo dovrebbe essere applicato ai fori delle Supp_lamierades che
congiungono il central frame al rear frame, ovvero i fori dove vengono montati i silentblock dei
bracci delle ruote posteriori. Come anticipato all’inizio del paragrafo, le lamiere di supporto
non sono state inserite all’interno del modello per rendere più facile la risoluzione del problema.
Tuttavia è evidente che la struttura presenta delle zone di concentrazione degli sforzi proprio
dove sono state effettuate le lavorazioni meccaniche di piegatura del telaio per ottenere la forma
voluta, quindi proprio dove la struttura risulta maggiormente stressata dalle lavorazioni
meccaniche.
2.3.2 Analisi FEM del central frame dell’E7.1 – Trike
Ciò che caratterizza la nuova versione dell’E7.1 – Trike, come già anticipato nel paragrafo
2.2.3, è la progettazione di un telaio ibrido formato da sei parti saldate tra loro. Essendo il telaio
formato da diverse parti, ed essendo complicato inserire gli effetti indotti sulla struttura dai
processi di saldatura, sono stati impostati come informazioni sui contatti, un contatto globale
unito per le parti C_0001, C_0002, C_0003, e contatti di gruppo di tipo unito tra i profilati di
rinforzo e le parti C_0001 e C_0002.
14. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 12
I vincoli alla quale la struttura è stata sottoposta sono gli stessi dell’analisi svolta sull’E7 –
Trike, una cerniera nella parte anteriore del central frame all’interfaccia con la piastra che
unisce central con frontal frame, e due doppi doppi pendoli sui fori dove vengono alloggiati i
silentblock dei bracci del rear frame. In verde verranno indicati nella figura successiva.
Per quel che riguarda il carico al quale è sottoposta la struttura, è stata impostata sempre una
forza rivolta verso il basso in direzione verticale di modulo A = 1570#C. Questa è l’intensità
totale della forza che è stata inserita sui fori superiori delle parti C_0002, ovvero dove è inserito
il perno C_0007 – Perno.sup supponendo che il peso del guidatore si scarichi, per mezzo del
sistema di seduta, principalmente su questo perno. Nella figura seguente il carico è indicato con
dei vettori di colore viola.
Figura 2.8: Carichi e vincoli sulla struttura dell’E7.1 – Trike.
Il tipo di mesh utilizzata per il telaio dell’E7.1 – Trike è una mesh mista standard con elementi
di dimensioni medie di 10,177#77 e tolleranza di 0, 509#77, con 16 punti jacobiani. I nodi
totali individuati dal tipo di mesh impostata sono 43522 per un totale di 21893 elementi finiti.
Per definire meglio il contatto tra i C_profilato rinforzo, semplificati come travi, ed il
componente C_0001 è stato impostato un controllo sulla mesh del componente tubolare
impostando una mesh i cui elementi hanno dimensioni di 5,089#77 ed un rapporto di 1,5.
Questo perché la piegatura del profilato a contatto con il tubolare non segue il profilo di
quest’ultimo; il modello della piegatura dovrebbe avere un raggio di curvatura di 15#77 che
non è stato modellato, quindi le due parti sono accoppiate con un accoppiamento di tangenza
tra la superficie piana e la curvatura del tubolare.
15. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
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Figura 2.9: Mesh eseguita sul telaio del central frame dell’E7.1 – Trike.
La tipologia di studio statico effettuata sul telaio dell’E7.1 – Trike è la stessa effettuata sulla
versione precedente, lo studio della tensione massima secondo la teoria dell’energia di
deformazione di Von Mises. I risultati ottenuti sono molto confortanti e mostrano come la
progettazione di una struttura ibrida porta ad avere delle tensioni che nella maggior parte della
struttura non raggiungono il limite di snervamento del materiale. Come mostrarà la figura
successiva vi è un unico punto dove si raggiunge un valore di tensione superiore al limite di
snervamento ma ugualmente inferiore alla tensione massima di rottura. Questo punto
corrisponde al contatto tra il C_profilato rinforzo destro e il tubolare C_0001. Possono essere
fatte due considerazioni: questo picco di tensione è stato rilevato unicamente nella parte destra
seppur la struttura risulta sollecitata e vincolata in maniera simmetrica al piano di mezzeria
della struttura, inoltre come ribadito nelle considerazioni di inizio paragrafo il contatto in quella
zona del telaio è poco definibile dato che quella zona è una zona termicamente alterata dalla
saldatura tra i due componenti; per queste due ragioni non vi è motivo di preoccupazione
riguardo il possibile fallimento della rigidezza della struttura in seguito al superamento del
limite di snervamento. I valori ottenuti alla simulazione sono qui sotto riportati:
HIJ = 60,16#<=> HKJ = 55,15#<=> ⇒ 'M =
NOP
NQP
=
RR,SR
VU,SV
= 0,917
16. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 14
Figura 2.10: Diagramma delle sollecitazioni del central frame dell’E7.1 – Trike.
Figura 2.11: Dettaglio della tensione equivalente di Von Mises massima raggiunta sulla struttura.
Di maggiore interesse risulta indagare le tensioni massime raggiunte nella zona dove è stato
impostato il vincolo di doppio doppio pendolo, ovvero dove è presente il C_0007 – Perno.inf.
Attraverso la funzione sonda presente negli strumenti grafici di SolidWorks®
ho studiato
l’andamento delle sollecitazioni della faccia interna del foro inferiore dell’elemento C_0002.
La sollecitazione massima trovata dal solver risulta pari a:
HIJ = 40,61#<=> HKJ = 55,15#<=> ⇒ 'M =
NOP
NQP
=
RR,SR
WU,VS
= 1,358
17. 2. Studio e confronto della rigidezza dei telai dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 15
Figura 2.12: Dettaglio della sollecitazione massima nella zona di interesse applicativo del telaio
dell’E7.1 – Trike.
Solitamente i valori di coefficiente di sicurezza tipici per i materiali duttili sollecitati
staticamente si aggirano intorno al valore 1,5 [5]. Per questa tipologia di materiale utilizzato il
coefficiente di sicurezza ottenuto è leggermente inferiore e sarebbe necessario indagare meglio
i motivi di questi picchi di tensione in questa determinata zona. Probabilmente eseguendo lo
studio con un tipo di mesh più fine e considerando anche la presenza degli elementi C_0010 –
Boccola_ gli andamenti delle tensioni potrebbero scendere ottenendo devi valori di coefficiente
di sicurezza superiori ad 1,5.
Non ostante le considerazioni sopra riportate questi risultati portano a notare un effettivo
beneficio nell’aver progettato una struttura ibrida rispetto ad una ricavata da un unico
componente da dover lavorare per ottenere la forma desiderata. Da notare che in fase di
produzione diverse aziende incaricate della produzione del prototipo, hanno comunicato la
difficoltà di realizzare delle piegature su elementi tubolari. Questo viene maggiormente
confermato dalla forma data al componente C_0001 che in prima fase di progetto era realizzato
con una unica piegatura a 90° avendo una forma ad “U”. Per la difficoltà comunicata
dall’azienda nella realizzazione di quella lavorazione, la forma è stata modificata come la si
vede nelle figure sopra riportate.
18. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 16
3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame
In questo capitolo verranno mostrate le scelte progettuali relative alle sedute delle due versioni
di veicoli e gli ingombri dei central frame una volta richiusi. Si vedrà come la riprogettazione
ha modificato le qualità del prototipo per quel che riguarda il sistema di seduta e la facilità di
trasporto una volta chiuso il veicolo.
3.1 Sistema di seduta dell’E7 – Trike
Nelle prime fasi del progetto sono stati analizzati diversi veicoli che rispettassero i criteri
richiesti per un PAMD [6]. Sono state studiate tecnologie di veicoli a piattaforma auto
bilanciati, come il Robin M1, ed i veicoli a due ruote elettrici Charly MZ e Speed 23.
Figura 3.1: Robin M1 [7]. Figura 3.2: Charly MZ [8]. Figura 3.3: Speed 23 [9].
Il central frame dell’E7 – Trike è una struttura ibrida, ovvero è una struttura costituita da parti
prodotte in officina e parti commerciali. L’assieme di seduta è una delle parti commerciali
presenti sul prototipo, quindi non progettato e non realizzato in officina, ed è costituito una sella
di una bicicletta da città con canotto in alluminio.
19. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 17
Figura 3.4: Bollatura del sistema di seduta dell’E7 – Trike.
Tabella 3.1: Distinta base del central frame dell’E7 – Trike.
N° articolo Nome parte Descrizione Quantità
1 Canotto Tubo 27,20#8#1,6#77 – alluminio 1060 1
2 SEATdes Gomma naturale 1
Per il nostro veicolo è stato scelto di impiegare un sistema del genere principalmente per
contenere i costi di produzione. In questo modo non si sono dovute progettare parti aggiuntive
che andassero a costituire un sistema di seduta complesso, limitandosi a dimensionare in
maniera opportuna unicamente il supp_canotto nella quale il sellino va ad inserirsi. A conferma
della scelta del team sono arrivate le proposte progettuali presentate dai competitors dei veicoli
Charly MZ e Speed 23 i quali entrambi utilizzano dei comuni sellini impiegati sulle biciclette
da città.
Il sellino da bicicletta utilizzato ha la possibilità di essere regolato in altezza in modo da
garantire una comoda guida per persone di stature differenti. La posizione è regolabile tramite
un sistema di chiusura commerciale a camma. Li studi condotti durante il periodo del progetto
[6] rivelano che la regolazione del sistema di seduta dell’E7 – Trike permette di avere una
postura di guida ergonomica per fruitori di statura compresa tra 150#X7 e 180#X7.
3.2 Ingombri in configurazione chiusa del central frame dell’E7 – Trike
Il sistema a camma per la regolazione dell’altezza della seduta risulta particolarmente comodo
anche in fase di chiusura del triciclo. Da richiuso infatti si vogliono avere dimensioni di
ingombro il più piccolo possibile. Mantenere il sellino all’altezza impostata dal guidatore
quando si trasporta il veicolo da richiuso potrebbe portare a manovre poco agevoli in spazzi
angusti quali ascensori o mezzi pubblici affollati. Il sistema a camma permette un rapido
sgancio del sellino che può ridurre lo spessore della parte centrale fino a 130#77, supponendo
che la seduta sia posizionata all’altezza massima.
20. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 18
Le dimensioni del central frame completo del sistema di seduta, in configurazione chiusa
vengono riportate nella figura seguente.
Figura 3.5: Dimensioni del central frame dell’E7 – Trike in configurazione chiusa.
3.3 Stima del peso del central frame dell’E7 – Trike
I componenti che costituiscono il central frame sono sei, come è possibile notare dalle tabelle
2.1 e 3.1. Nella tabella seguente verranno indicate le parti che costituiscono la struttura e i loro
materiali impostati dalla libreria SolidWorks®
materials.
Tabella 3.2: Proprietà dei materiali della libreria di SolidWorks®
materials impiegati per la stima del
peso del central frame dell’E7 – Trike.
Materiale Densità Y =
Z[
]
Nome parte Quantità
Alluminio – lega
6061
2700
Telaio 1
supp_canotto 2
Supp_lamierades 1
Alluminio – lega
1060
2700 Canotto 1
Gomma naturale 960 SEATdes 1
21. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 19
Il calcolo del peso della struttura è stato approssimato utilizzando la funzione proprietà di
massa presente in SolidWorks®
, il quale calcola il volume del modello 3D ed utilizza la densità
presente all’interno della libreria dei materiali del programma per calcolarne e stimare il peso
della struttura modellata. La struttura dell’E7 – Trike, dai calcoli del software, risulta avere un
volume pari a 0 = 1,219 ∗ 10^T
#7T
, quindi un peso pari a = = 2,31#23.
3.4 Sistema di seduta dell’E7.1 – Trike
Una delle principali modifiche dell’intero progetto riguarda il sistema di seduta. A differenza
della versione precedente, la nuova seduta è completamente ottenuta da parti prodotte in
officina ed anche questa, come il telaio, è costituita da parti aventi sezioni differenti tra loro.
La seduta, la parte C_Seduta, è un profilato ad “L” di dimensioni 20#77#8#10#77#8#2#77.
Sulla faccia di dimensione 20#77 sono ricavati i fori al quale si collegano i bracci del
quadrilatero articolato che permette di chiudere il sistema per ridurre le dimensioni del veicolo
in configurazione chiusa. Il quadrilatero articolato è composto da due tipologie di bracci:
C_Barra collegamento e C_Schienale. La C_Barra collegamento è un profilato in acciaio a
sezione rettangolare cava di dimensioni 20#77#8#10#77#8#1#77; è stato progettato in acciaio
dato che su questo elemento del sistema di seduta viene scaricato il peso del passeggiero. A sua
volta la C_Barra collegamento va a collegarsi al telaio per mezzo del C_0007 – Perno.sup. Il
componente C_Schienale è un profilato in alluminio delle stesse dimensioni di C_Barra
collegamento, 20#77#8#10#77#8#1#77. Il carico di questa parte viene scaricato invece sul
C_0007 – Perno.inf. Le due parti destra e sinistra di C_Schienale vengono unite per mezzo di
un tubo in alluminio di diametro 12#77 e spessore 1#77, C_Sedile, che funge da schienale e
soprattutto da appoggio per il triciclo quando questo è in posizione verticale da chiuso.
Il sistema di bloccaggio del sistema di seduta è formato da due piastrine in alluminio calettate
su un perno in alluminio delle stesse dimensioni dei perni C_0007 (12#77 di diametro e 1#77
di spessore). L’azionamento di questo sistema è manuale.
Figura 3.6: C_0014 – Piastrina. Figura 3.7: C_Schienale.
22. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 20
Figura 3.8: Bollatura del sistema di seduta del central frame dell’E7.1 – Trike.
Tabella 3.3: Distinta base del sistema di seduta del central frame dell’E7.1 – Trike.
N°
articolo
Nome parte Descrizione Quantità
1 C_Schienale Profilato “C” – alluminio 6061 2
2 C_Seduta Profilato “L” – alluminio 6061 1
3 C_Sedile Tubo 12#8#1#77 – alluminio 6061 1
4
C_Barra
collegamento
Profilato “C” – Acciaio A286 generico 2
5
C_0007 –
Perno.leva
chiusura
Perno 12#8#1#77 – Alluminio 1060 1
6 C_0014 – Piastrina Alluminio 6061 2
7
C_Boccola leva
chiusura
Alluminio 1060 1
8
C_Perno leva
chiusura
Alluninio 1060 1
23. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 21
Come si può notare dalla figura 3.6, la nuova seduta offre una superficie di seduta maggiore
e quindi una maggiore stabilità durante la guida dato che il peso del guidatore è distribuito su
una superficie maggiore e non unicamente sul centro della struttura come per la versione
precedente di triciclo. Altro particolare che nella versione precedente mancava è la presenza
dell’elemento C_Sedile che permette di poter poggiare la schiena a questo elemento durante la
guida.
Un elemento a sfavore per la nuova versione rispetto alla precedente riguarda la possibilità di
regolazione dell’altezza della seduta. Nella nuova versione si ha un’unica altezza di seduta
necessariamente imposta dal sistema di bloccaggio composto dagli elementi C_0007 –
Perno.leva chiusura, C_0014 – Piastrina, C_Boccola leva chiusura e C_Perno leva chiusura.
Per poter richiudere completamente il veicolo i passaggi da compiere sono aumentati per via
del cinematismo del sistema di bloccaggio, dovendo necessariamente sbloccare il quadrilatero
articolato della seduta per mezzo del C_Perno leva chiusura. Ora i passaggi richiesti per la
chiusura del veicolo sono tre: chiudere il sistema di rientro delle ruote posteriori, non affrontato
in questa trattazione, chiudere il quadrilatero articolato del sistema di seduta e successivamente
il quadrilatero articolato che unisce central frame con frontal frame.
3.5 Ingombri in configurazione chiusa del central frame dell’E7.1 – Trike
Come la figura 3.7 mostra, la riprogettazione ha permesso di ottenere un notevole risparmio
riguardante gli ingombri in versione chiusa del veicolo. Due sono le dimensioni che
principalmente interessa confrontare: la dimensione nella direzione “Y” e nella direzione “Z”.
Nelle foto seguenti vengono mostrate le quote di ingombro del central frame in
configurazione chiusa.
Figura 3.9: Ingombri in configurazione chiusa del central frame dell’E7.1 – Trike.
24. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 22
3.6 Stima del peso del central frame dell’E7.1 – Trike
Il central frame dell’E7.1 – Trike è un sistema complesso formato da numerose parti
principalmente in leghe di alluminio, fatta eccezione per quattro parti in acciaio. Come fatto per
le parti dell’E7 – Trike, nella tabella seguente elencherò tutte le parti che costituiscono il central
frame, i rispettivi materiali e proprietà impostati dalla libreria SolidWorks®
materials.
Tabella 3.2: Proprietà dei materiali della libreria di SolidWorks®
materials impiegati per la stima del
peso del central frame dell’E7.1 – Trike.
Materiale Densità Y =
Z[
]
Nome parte Quantità
Alluminio – lega
6061
2700
C_0001 1
C_0002 2
C_0003 1
C_profilato rinforzo 2
C_0010 – Boccola_ 4
C_Schienale 2
C_Seduta 1
C_Sedile 1
C_0014 – Piastrina 2
Alluminio – lega
1060
2700
C_0007 – Perno.leva
chiusura
1
C_Boccola leva
chiusura
1
C_Perno leva
chiusura
1
Acciao – A286
generico
7920
C_0007 – Perno.inf 1
C_0007 – Perno.sup 1
C_Barra
collegamento
2
Per mezzo della funzione proprietà di massa degli strumenti di valutazione presenti in
SolidWorks®
, ho potuto fare una stima del volume della struttura e del relativo peso. I dati
ottenuti dal software sono i seguenti: volume totale pari a 0_
= 6,898 ∗ 10^`
#7T
per un
corrispettivo peso stimato a =_
= 2,24#23.
25. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 23
3.7 Confronto degli ingombri dei central frame dell’E7 – Trike e dell’E7.1 –
Trike
Dal confronto fra le messe in tavola nelle figure 3.5 e 3.7 si nota che lo spessore del central
frame in configurazione chiusa è passato da una dimensione @ = 296,24#77 ad una
dimensione dopo la riprogettazione di @_
= 247,33#77 con un risparmio di circa 49#77
Altro piccolo guadagno lo si ottiene nella dimensione Z. Questa si riduce dalla dimensione di
a = 351,94#77 del’E7 – Trike alla dimensione di a_
= 335#77 dopo la riprogettazione, con
un risparmio di circa 17#77. Seppur non ho abbia valutato in questo studio gli effetti che si
sono avuti dopo la riprogettazione sul rear frame, è possibile stimare che la diminuzione della
dimensione “Z” possa portare ad un restringimento di circa 10#77 anche la carreggiata delle
ruote posteriori.
Lungo la direzione “X” in prima analisi sembrerebbe che la riprogettazione abbia portato ad
un incremento notevole delle dimensioni della struttura: si passa da un precedente b =
404,59#77 ad una dimensione di b_
= 723,45#77, circa 319#77 in più dalla vecchia alla
nuova versione. Alcune considerazioni vanno effettuate. In configurazione chiusa l’E7 – Trike
per poter restare in posizione verticale poggia sulle ruote posteriori folli e su due travi a sezione
circolare di piccole dimensioni, il motore ruota anteriore resta sollevato dal terreno. Queste travi
sono saldate alla parte superiore del telaio e permettono al veicolo di avere un appoggio sul
terreno su quattro punto garantendo stabilità anche in posizione verticale. La nuova versione
non prevede questi perni. I perni sono stati sostituiti dalla parte C_Sedile che, una volta che il
sistema di seduta viene chiuso, arriva a contatto con il terreno garantendo così un appoggio per
tre punti, le due ruote folli posteriori e la parte orizzontale del C_Sedile. Per tale ragione la
dimensione X’ non va confrontata con quella della versione precedente, ma con le dimensioni
di ingombro totali del veicolo, mostrate nella messa in tavola di figura 2.1: b__
= 684,41#77.
In ogni caso abbiamo un aumento delle dimensioni in altezza ci circa 39#77.
Figura 3.10: E7.1 – Trike in configurazione chiusa.
26. 3. Analisi delle dimensioni e dei pesi dei central frame Michele Giovanni Massafra
Pagina | 24
3.8 Confronto tra i pesi dei central frame dell’E7 – Trike e dell’E7.1 – Trike
Dalla riprogettazione non si è riusciti ad ottenere un gran guadagno di peso della struttura,
poco meno di 100#3 passando dalla vecchia versione alla nuova. Considerando l’intero
progetto, è possibile stimare che il peso dell’intero triciclo non vari dalle due versioni. Ciò
significa che uno degli obiettivi principali dello sviluppo del prototipo, scendere al di sotto dei
20#23 totali di peso dell’intero triciclo sarà difficile da raggiungere rimanendo di pochi chili
sopra il target desiderato.
Figura 3.11: C_Barra collegamento, elemento in acciaio del central frame.
27. 4. Cenni sulla tecnologia MBD Michele Giovanni Massafra
Pagina | 25
4. Cenni sulla tecnologia MBD
Il disegno tecnico ad oggi riveste un ruolo fondamentale nel ciclo di vita del prodotto. Infatti
il disegno tecnico grazie ad un linguaggio standardizzato a livello internazionale permette di
dare informazioni relative le fasi di produzione, il controllo e l’assemblaggio delle parti.
Ad oggi i software CAD 3D permettono eseguire messe in tavola in maniera rapida e
completa, potendo inserire in un disegno in 2D digitale tutte le informazioni che verrebbero
normalmente inserite se la messa in tavola fosse fatta manualmente. In questa maniera il
disegno viene velocizzato minimizzando gli errori che si potrebbero commettere svolgendo la
messa in tavola manualmente.
Ci sono tuttavia delle problematiche riguardanti il disegno in 2D. Un progettista quando
concepisce un progetto, o una parte di esso, lo idealizza con una forma tridimensionale e lo
esprime, grazie ai software in commercio, in 3D. Il passo successivo della progettazione
prevede la messa in tavola 2D tale da mettere in evidenza tutti i dettagli della parte; vanno
quindi eseguite le corrette viste in sezione anche su piani differenti ed inserite le corrette quote.
Il disegno verrà successivamente fornito ad un operaio che dovrà leggerlo ed interpretarlo
immaginando come il modello in 2D possa essere realizzato alle macchine utensili. Leggendo
le quote su diverse viste del disegno l’operaio addetto alle macchine deve immaginare il
prodotto finito nelle tre dimensioni per poter eseguire le diverse lavorazioni sul grezzo di
partenza. Alla fine si ottiene il pezzo in 3D come progettato dal progettista. Per la complessità
delle parti spesso le messe in tavola possono essere fraintendibili e soggette ad un possibile
errore di produzione per un difetto di comunicazione tra progettista e operaio dovuto appunto
al messo di comunicazione: la messa in tavola 2D.
Per poter ovviare a questo ripetuto passaggio da 3D a 2D, gli sviluppatori dei software hanno
ideato delle tecnologie di quotatura tridimensionale. Queste tecnologie permettono di quotare
la parte sul modello 3D con tutti i livelli di dettaglio richiesti, quote dimensionali, tolleranze
dimensionali e geometriche, finiture superficiali, processi di piegatura, saldature. In questa
maniera si ha un modello 3D facilmente indagabile che rispecchia esattamente l’idea di partenza
del progettista, e la quotatura necessaria affinché la parte possa essere prodotta.
Fino a questo punto si ha un modello 3D facilmente comprensibile, ma che per poter essere
letto necessiterebbe del software specifico per l’apertura del file digitale. A tal proposito
interviene la Model Based Definition di SolidWorks®
. Questa funzione del software, che
attualmente è una delle più prestanti in materia di quotatura tridimensionale e pubblicazione
della stessa, permette di ottenere modelli 3D quotati esportabili in formato .pdf. Il formato .pdf
è un formato facilmente consultabile avente la proprietà di non poter essere modificato. Per
poter aprire un file pdf 3D si necessita di leggeri programmi open source che abbiano la
possibilità di leggere un file 3D.
La peculiarità di questa tipologia di file non è solo avere tutte le viste necessarie alla lettura e
comprensione del modello in un unico file che occupa poco spazio in memoria ed eseguibile da
chiunque, fin qui non cambia molto da avere una messa in tavola digitalizzata in un normale
file. La novità sostanziale del pdf 3D risiede nella possibilità di poter visualizzare il modello
quotato all’interno del file stesso come se lo si avesse sul CAD. All’interno del file è possibile
ruotare, traslare, zoommare la vista selezionata in modo da poterla leggere con più facilità.
Le messe in tavola 3D sono provviste di cartiglio come tutti i disegni e prevedono una zona
laterale dove è possibile inserire note riguardanti la parte o le sue lavorazioni o trattamenti
28. 4. Cenni sulla tecnologia MBD Michele Giovanni Massafra
Pagina | 26
superficiali. Inoltre l’ambiente della messa in tavola è facilmente modificabile e
personalizzabile caricando all’interno delle librerie di SolidWorks®
i template personalizzati.
In questa maniera si ottiene un foglio di lavoro personalizzato, proprio come per i cartigli delle
messe in tavola fino ad ora impiegate.
Nelle appendici I e II vi sono gli esempi di due parti prismatiche dell’E7.1 – Trike, facenti
parte dell’assieme della piastra di collegamento del central frame al frontal frame.
Figura 4.1: Cerniera fissa di collegamento central frame con frontal frame.
Figura 4.2: Piastra frontale della cerniera fissa di collegamento central frame con frontal frame.
Questo esempio permette di vedere come la parte può essere facilmente compresa da chi la
legge mentre la si osserva in formato digitale. In questo modo si possono selezionare le viste
preimpostate, oppure una vista particolare, individuata ruotando la parte nell’ambiente di
lavoro, e successivamente si può decidere di stampare le viste necessarie all’addetto alla
produzione.
29. 5. Conclusioni Michele Giovanni Massafra
Pagina | 27
5. Conclusioni
In seguito alla riprogettazione del PAMD sviluppato dal nostro team studentesco si sono
notati diversi aspetti positivi ed altri ancora migliorabili.
Partendo dal presupposto che lo studio svolto si concentra unicamente sulla parte centrale del
veicolo è possibile trarre una stima globale dei benefici ottenuti dalla riprogettazione ricordando
gli obiettivi da voler raggiungere con la stessa.
Lo scopo principale della riprogettazione è stato quello di abbattere il peso del veicolo in
modo da renderlo il più facile possibile da trasportare, prima qualità che un PAMD deve avere.
Dallo studio svolto si può concludere che la parte centrale non ha portato ad un notevole
risparmio di peso, come riportato nel paragrafo 3.8 si è stimato un risparmio di circa 1003.
Analizzando i due prototipi si nota un notevole aumento di parti che compongono il progetto
del central frame: il modello nuovo è composto da ben quindici parti ottenute tutte in officina,
contro le cinque parti del precedente modello, alcune delle quali sono componenti acquistati.
Parte del peso potrebbe essere guadagnato andando a snellire il progetto riducendo il numero
delle parti, ad esempio andando a semplificare il sistema di chiusura del quadrilatero articolato
che compone la seduta del veicolo. Inoltre è da notare come il nuovo central frame abbia le
parti C_Barra collegamento, C_0007 – Perno.inf e C_0007 – Perno.sup di acciaio. Sarebbe
interessante compiere uno studio sulla effettiva necessità di avere questi elementi in acciaio o
se fosse possibile andare a sostituirli con dei corrispettivi in altro materiale a densità inferiore.
Lo studio sulla rigidezza dei telai ha portato a concludere che passare ad un telaio composto
da elementi aventi sezioni differenti porta ad una effettiva riduzione della sollecitazione della
struttura. La risposta alle sollecitazioni statiche che la nuova struttura ha, rispetto alla
precedente, porta a concludere che si migliora la rigidezza andando a minimizzare le lavorazioni
meccaniche sulle parti. Nel particolare si è passati sa un telaio a sezione circolare con tre angoli
di piegatura a 90° su tre piani differenti incrementando notevolmente gli stress residui dal
processo di piegatura. Meno pericoloso per la struttura risulta l’assemblaggio di parti a sezioni
differenti saldate tra loro.
Altro punto focale della riprogettazione è stato l’ottimizzazione delle dimensioni del veicolo
in configurazione chiusa, per rendere più agevole in trasporto manuale. Da questo punto di vista
i cambiamenti hanno portato ottimi risultati. Il veicolo risulta notevolmente più piccolo nello
spessore, questo guadagno è stato possibile introducendo il sistema a quadrilatero articolato del
sistema di chiusura che rende molto compatto lo spessore. Anche la larghezza è stata ridotta
leggermente avendo ridotto la larghezza della struttura centrale ed avendo introdotto un sistema
di chiusura delle ruote posteriori, della quale non si è discusso in questo lavoro. Leggermente
ridotta risulta anche la carreggiata posteriore del veicolo, ciò ha permesso di rendere più
compatta la struttura. Aumentata risulta la dimensione in altezza la quale va ad incidere meno
delle altre sulla facilità di trasporto, infatti l’altezza in configurazione richiusa del veicolo incide
principalmente sull’impugnatura per poter trasportare in veicolo da richiuso.
Durante la progettazione dell’E7 – Trike è stato svolto uno studio sull’ergonomia del veicolo,
andando a vedere come persone di statura diversa trovino confortevole la guida andando a
variare l’altezza della seduta. La possibilità di variare l’altezza della seduta è stata persa
passando alla nuova versione di PAMD, infatti la seduta ha una unica altezza comandata dal
sistema di bloccaggio. Il futuro del progetto potrebbe riguardare l’ottimizzazione
dell’ergonomia del veicolo, andando a progettare un sistema di seduta che unisca la
compattezza in configurazione chiusa del veicolo, la comodità della seduta che distribuisca il
30. 5. Conclusioni Michele Giovanni Massafra
Pagina | 28
peso del guidatore sull’intera struttura del veicolo, a differenza della seduta della versione
precedente costituita da un sellino di bicicletta che concentrava il peso nel puto centrale del
telaio, e la possibilità di regolare la seduta per poter rendere confortevole la guida a persone di
diversa statura.
Per quanto riguarda la tecnologia MBD, potrebbe sembrare in un primo momento che il suo
scopo sia quello di rendere il disegno completamente digitale in un epoca che cerca di ridurre
al minimo ogni spreco come può sembrare quello della carta per i disegni 2D. Lo scopo
principale di questa nuova tecnologia è velocizzare il processo di progettazione bypassando il
disegno bidimensionale andando a riportare le quote direttamente sul modello 3D, per poter
ridurre al minimo i possibili errori di produzione causati da un errore di lettura ed
interpretazione dei disegni fornendo da parte dei progettisti un disegno facilmente
comprensibile.
31. Appendici Michele Giovanni Massafra
Pagina | I
Appendice I
Figura I.1: Messa in tavola 3D, con tecnologia MBD, della cernira di collegamento tra central frame e rear frame, dell’assieme cerniera frontale.
32. Appendici Michele Giovanni Massafra
Pagina | II
Appendice II
Figura II.1: Messa in tavola 3D, con tecnologia MBD, della piastra di collegamento tra central frame e rear frame dell’assieme cerniera frontale.
