Relazione geometria-caratteristica elastica di un disco elemento in frizioni a secco automotive

I sistemi di trasmissione dà sempre ricoprono un ruolo chiave nel settore automotive. Essi, infatti, garantiscono il trasferimento della coppia erogata dal motore alle ruote motrici, assicurando la trazione all’autoveicolo. La maggior parte dei sistemi di trasmissione automotive sono costituiti da una frizione che, per attrito, trasferisce il moto dal motore alla scatola del cambio. Nel tempo le frizioni hanno subito un notevole sviluppo assicurando così maggiori performance e migliorando la sicurezza del sistema. L’esigenza di migliorare le performance dei sistemi di trasmissione è legato anche a motivi ambientali. Migliorando l’efficienza della trasmissione ed assicurando condizioni di esercizio ottimali al motore si garantisce, infatti, un minor consumo di carburante e, di conseguenza, una minore produzione di gas inquinanti. Quest’aspetto non è secondario se si pensa che un minor inquinamento assicura una migliore qualità dell’aria, soprattutto in ambienti urbani dove l’eccessiva concentrazione di autoveicoli può causare danni alla salute delle persone. L’immissione degli autoveicoli sul mercato, inoltre, è oggigiorno subordinata al rispetto di normative sull’inquinamento che regolano i quantitativi massimi di particolato emettibili in atmosfera.
Le aziende costruttrici di autoveicoli, per tali motivi, hanno messo a punto dei sistemi di trasmissione sempre più efficienti al fine di pervenire al miglioramento delle performance e della sicurezza oltre che alla riduzione dell’impatto ambientale. Per questo motivo, si punta sempre più sulla produzione di cambi automatici in sostituzione di quelli manuali. Le aziende produttrici di frizioni, nell’ambito di un mercato estremamente concorrenziale, devono fronteggiare, quindi, una domanda sempre più variegata ed esigente. Una delle loro priorità consiste nel mettere a disposizione della clientela frizioni con elevate prestazioni, al fine di assicurare sufficiente comfort di manovra nelle fasi di cambio marcia.
A tal fine è importante evitare l’esclusivo ricorso alla sperimentazione che, oltre ad essere dispendiosa, è anche improponibile per un’azienda che intende soddisfare le numerose e contrastanti esigenze della clientela. Si ricorre, invece, ad opportuni modelli matematici, che simulando il comportamento dei vari componenti della frizione durante le varie condizioni di esercizio, consentono di pervenire alla comprensione delle modalità con cui i vari componenti sono sollecitati e delle modifiche da introdurre (nella geometria, nella disposizione, nel fissaggio, etc.) per ottimizzarne la vita utile, le prestazioni, la gestione mediante sistemi elettronici, etc.
La presente Tesi Specialistica è stata svolta con la finalità di mettere a disposizione dei progettisti delle macroindicazioni geometriche che consentano di comprendere quali modifiche vadano apportate ai disco elementi studiati per far assumere loro una desiderata caratteristica forza-deformazioni.
A tal fine è stato necessario acquisire la geometria di un disco elemento mediante tecniche di Reverse-Engineering. I risultati dell’acquisizione sono stati utilizzati per la realizzazione del modello con tecniche agli Elementi Finiti e la relativa validazione. Lo scopo di tali procedure è quello di generare un modello FE che simuli il comportamento del disco elemento interposto tra le guarnizioni di attrito di una frizione a secco automotive. È necessario confrontare i risultati dell’analisi FE con dei dati sperimentali per poter tarare i parametri del modello ed ottenere corrispondenza tra i risultati delle simulazioni ed i valori reali. Sono state eseguite, perciò, una serie di prove sperimentali su varie configurazioni di disco elementi. Al termine delle fasi di acquisizione e di sperimentazione si è passato alla formulazione del modello FE in ANSYS® ed al confronto dei risultati ottenuti con quelli sperimentali.
Grazie al lavoro svolto si è compreso quali sono i fattori geometrici che maggiormente influenzano l’andamento della caratteristica elastica.