Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA DIEM Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia TESI DI LAUREA in DISEGNO ASSISTITO AL CALCOLATORE STUDIO ED OTTIMIZZAZIONE DI UN SEDILE AMMORTIZZATO PER VETTURE SPORTIVE CANDIDATO Matteo Ballanti RELATORE Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli

2 PREMESSA. Lo scopo di questo progetto è quello di studiare ed ottimizzare un sistema ammortizzato in grado di regalare quel confort che normalmente un normale sedile per autovettura sportiva non in grado di conferire. Sebbene altri studenti si siano cimentati nello sviluppo di questa soluzione, sono emersi nel corso dello svolgimento problematiche che hanno obbligato a rivedere il progetto iniziale, andando a modificarlo in alcune sue parti lasciando invariata la struttura base di partenza. Andremmo quindi a mostrare le problematiche inerenti allo studio e alla progettazione di un sedile ammortizzato per autovettura sportiva, illustrando i vari step evolutivi intrapresi durante lo studio e mostrando l ultima evoluzione del progetto.

3 COMPONENTI ELASTICI PER SEDILI AMMORTIZZATI Gli elementi elastici più comunemente utilizzati nella produzione di sedili ammortizzati sono: Molle meccaniche Molle ad aria Molle in gomma Molle a gas

4 L IDEA SVILUPPATA La maggior parte dei sedili ammortizzati presenti in commercio sfrutta, come elemento elastico, molle meccaniche o a gas; sono sistemi molto validi che però richiedono ingombri importanti e non compatibili con gli spazi presenti su di un autovettura sportiva. Si è quindi scelto fin dall inizio un sistema di ammortizzazione di tipo pneumatico il quale presenta, a differenza dei sistemi già presenti sul mercato, una regolazione automatica della rigidezza. La regolazione sarà eseguita mediante l utilizzo di un relè, il quale bloccherà l afflusso dell aria in ingresso una volta raggiunta la corsa massima della molla (pistone).

5 LE SOLUZIONE PROPOSTE Le configurazioni prese in considerazione dai precedenti candidati che si sono cimentati in questo lavoro sono state principalmente due: SISTEMA A QUATTRO MOLLE SISTEMA A SINGOLA MOLLA

6 In fase di collaudo, il sistema a quattro molle ha presentato i seguenti svantaggi: l attrito prodotto dalle guarnizioni è risultato superiore a quello previsto, facendo così manifestare un comportamento non lineare del sedile con problemi d impuntamento le molle non garantiscono un effetto guida non soddisfacente per l interno sistema, facendo così insorgere fenomeni di rollio piuttosto marcati In fase di collaudo, il sistema a molla singola ha presentato i seguenti vantaggi: riducendo il numero di molle, i problemi d impuntamento sono scomparsi, ottenendo così anche un molleggio più fluido le pressioni di esercizio sono risultate più facilmente gestibili con i mezzi a nostra disposizione È stato quindi deciso di portare avanti il progetto sfruttando una molla singola, integrando il tutto con un sistema a guida verticale opportunamente progettato.

7 SISTEMI A GUIDA VERTICALE Sono stati presi in considerazione i seguenti sistemi: sistema perno boccola sistema con cuscinetti sistema con rotelle sistema a pantografo

8 Provando i vari sistemi di guida e valutando di ognuno pregi e difetti, la scelta è ricaduta sul sistema a pantografo per i seguenti pregi: miglioramento del movimento dell intero sistema fase di molleggio completamente guidata assenza di fenomeni d impuntamento Sono anche emersi i seguenti difetti: rollio del sedile non del tutto compensato perdita d aria nella molla causa carichi applicati in posizione non centrale

9 Un primo step evolutivo (operato da uno studente prima di me) è stato quello di portare un miglioramento nel sistema a singolo pistone con guida verticale a pantografo. Gli interventi effettuati sono stati: sostituzione delle boccole in teflon del pantografo con cuscinetti a sfera ciò ha consentito di avere un movimento più fluido e preciso, portando anche un aumento della rigidezza del sistema guida antirollio montata lateralmente al meccanismo, con l obbiettivo di limitare tale fenomeno aste ad U di irrigidimento per conferire maggior rigidità all interno sistema

10 Si sono così stati conseguiti i seguenti risultati: ottima fluidità di funzionamento elevata rigidità strutturale del sistema fenomeno del rollio attenuato, ma ancora presente Bisogna sottolineare però che, nonostante gli sforzi profusi, sono continuati a perdurare i seguenti problemi: perdita d aria nella molla sensibile fenomeno di rollio L obbiettivo del mio lavoro è dunque quello di ottimizzare le idee fin ora presentate, cercando di trovare una soluzione ai problemi emersi.

11 OTTIMIZZAZZIONE DEL PROGETTO La strada da me seguita è stata quella di utilizzare la soluzione a quattro molle in luogo di quella a molla singola; ciò ha comportato il dover ripensare al collocamento di alcuni componenti precedentemente installati (es. barre ad U di irrigidimento). I pistoni utilizzati per questo secondo step evolutivo sono stati realizzati ex-novo, con diametro minore rispetto alla soluzione a molla singola e con la collocazione della guarnizione di tenuta sulla camicia del pistone anziché sul pistone stesso.

12 Anziché installare le molle su apposite piastre (da fissare mediante viti sulla piastra base), si è pensato di incassarle direttamente nella piastra stessa e fissarle mediante processo di saldatura; Ciò ha consentito di guadagnare 8 mm da conferire alla corsa del pistone, guadagnando così una extracorsa che ha permesso di migliorare la fase di molleggio.

13 Il sistema finale assume quindi la seguente configurazione: Disegno CAD Foto modello reale

14 MONTAGGIO, INSTALLAZIONE E COLLAUDO Dopo aver fatto produrre i vari pezzi, è stato eseguito il montaggio presso l officina Original Lorenzini. In una prima sessione di test (svoltasi all interno dell officina), rivolta a verificare il corretto funzionamento di ogni parte del sistema, si sono da subito riscontrate: un ottima fluidità di scorrimento assenza di fenomeni d impuntamento da parte dei pistoni accennato rollio, ma notevolmente minore rispetto ai sistemi precedenti Sono stati inoltre rilevati i seguenti aspetti da dover migliorare prima del collaudo finale: perdite d aria nel circuito pneumatico (eliminabili mediante il miglior isolamento delle componenti del circuito) ritorno ammortizzato brusco (migliorabile/eliminabile mediante l inserimento di molle di trazione) residuo fenomeno di rollio

15 In un successivo test, siamo riusciti a risolvere: le perdite d aria nel circuito pneumatico il ritorno ammortizzato brusco Risolto mediante l introduzione di O-Ring e il fasciaggio delle varie raccordature mediate teflon Risolto tramite l adozione di quattro molle di trazione che hanno permesso di addolcire il ritorno ammortizzato del sedile Il sistema pronto per il montaggio presenta quindi la seguente configurazione:

16 Ultimati i test ed assemblato insieme al sistema ammortizzato lo schienale e la seduta, abbiamo installato il tutto sulla vettura per eseguire il collaudo su strada. Per raccogliere i feedback derivanti dai vari tester che si sono alternati durante il collaudo, è stato redatto un questionario con un sistema di valutazione con scala di giudizi da 1 a 10.

17 I dati raccolti ed interpolati hanno permesso di evidenziare i significativi miglioramenti su più fronti che il sistema a quattro pistoni con molle di trazione ha portato sia rispetto al sedile originale Porsche, sia rispetto al sistema con singolo pistone centrale. Interpolazione dei risultati mediante una media pesata. Si può vedere come la soluzione a quattro pistoni abbia ottenuto un significativo indice di valutazione superiore, frutto della media pesata dei parametri valutati interpolati con i feedback raccolti.

18 CONCLUSIONI Dai dati acquisiti mediante le prove di collaudo, è possibile notare un marcato miglioramento delle prestazioni fornite dalla configurazione a quattro cilindri con molle di trazione, sia rispetto alla soluzione con singolo cilindro centrale sia rispetto al sedile originale Porsche. Le difficoltà inizialmente incontrate (perdite d aria nei cilindri ed impuntamento, perdite d aria nella rete pneumatica, molleggio brusco) sono state completamente risolte; bisogna però sottolineare come il fenomeno del rollio, ancora presente anche in questa versione del prototipo, sia stato notevolmente limitato e ridotto hai minimi termini rispetto alla versione iniziale del sistema. È dunque possibile ritenersi soddisfatti del lavoro e dei risultati raggiunti, essendo riusciti ad ottenere un sistema ammortizzato ben funzionante e con una buona capacità ammortizzante.