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CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo. FACOLTA’ DI INGEGNERIA MECCANICA Disegno di Macchine 2 Ing. Ennio.

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1 CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo. FACOLTA’ DI INGEGNERIA MECCANICA Disegno di Macchine 2 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo 14/06/2010

2 SOMMARIO A. Introduzione al CAD 3-d nella progettazione meccanica. B. Aspetti principali dei software CAD 3-d. C. Applicazione all’elaborazione di sospensioni per off-road estremo. 14/06/ A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

3 Generalità  Semplicità d’utilizzo: interfaccia “user- friendly”.  Elevate precisione e personalizzazione del modello  Compatibilità elevata con altri software  Resa grafica elevata, ottenibile solo con hardware adeguato. 14/06/ A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

4 PARTE Struttura file ASSIEME Complessivo 14/06/2010 Contiene tutte le lavorazioni per ottenere il pezzo finito. Contiene tutti gli accoppiamenti tra le varie parti. Costituisce l’assemblaggio finale in cui si posizionano gli assiemi. 4 A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

5 Principali utilizzi ingegneristici 14/06/2010 Progettazione ex-novo  Si parte dalle “specifiche tecniche obiettivo”.  Si procede organizzando e ottimizzando ogni fase.  Si valutano i risultati secondo la coincidenza con gli obiettivi. Ottimizzazione  Si parte dalla comprensione del sistema reale.  Si individuano i fattori influenti sulle “grandezze obiettivo”.  Si scelgono soluzioni di compromesso. 5 A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

6 Pro e contro dei due approcci 14/06/2010 Progettazione ex-novo PRO Maggior libertà progettuale. Soluzione ottima. Progettazione ex-novo CONTRO Molte variabili da considerare. Studio di fattibilità complesso. Ottimizzazione PRO Obiettivi facilmente individuabili. Tempi solitamente più brevi. Ottimizzazione CONTRO Compromessi da rispettare. Minor innovazione. 6 A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

7 Vantaggi della progettazione CAD 14/06/2010 Riduzione costi: errori valutabili virtualmente senza bisogno di utilizzo risorse in modelli sperimentali. Riduzione tempi: eliminazione del “tempo ciclo” per le lavorazioni, eseguite virtualmente. Parametricità delle soluzioni: confronto diretto tra le scelte e valutazioni costi/benefici. Visualizzazione realistica: importanza dell’ osservazione per la comprensione dei meccanismi. 7 A Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

8 Ipotesi semplificative più comuni 14/06/2010 Modellazione e semplificazione delle sole parti necessarie. Corpi rigidi. 8 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

9 PARTE Metodologia di modellazione ASSIEME Complessivo Verifica dimensionale (quote “digitali” vs quote reali) SI NO Verifica posizione relativa tra parti SI NO Verifica ingombri complessivi e posizionamento assoluto 14/06/ B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

10 Modellazione singole Parti 14/06/2010 1) Rilevazione sperimentale delle sole dimensioni necessarie o lettura dei disegni tecnici. 2) Applicazione logica “Cad-Cam” nella modellazione. 3) Possibilità di riprodurre un’ unica parte, ripetuta più volte nel complessivo. 10 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

11 Criticità delle singole Parti 14/06/2010  Misurazioni “funzionali” per gli scopi.  Non riprodurre particolari ininfluenti sugli obbiettivi. 11 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

12 Composizione dell’ Assieme 14/06/2010 1) Analisi delle coppie cinematiche, con eventuali modifiche in “ottica corpi rigidi”. 2) Individuazione assi e centri del moto relativo tra i membri. 3) Simulazioni di verifica per ogni accoppiamento stabilito. 12 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

13 Criticità dell’ Assieme 14/06/2010  Errori causati delle singole parti oppure dagli accoppiamenti stabiliti.  “Sovradefinizione” dell’assieme, reso iperstatico. 13 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

14 Unione di assiemi: “Complessivo” 14/06/2010 1) Comprensione preliminare del meccanismo completo: parti fondamentali e funzionamento. 2) Unione degli assiemi secondo il layout complessivo. 3) Verifica finale della conformità dimensionale, spaziale e cinematica nel riferimento assoluto. 14 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

15 Criticità del “Complessivo” 14/06/2010  Elementi “fissi”: non dimenticare il telaio.  “Vincoli di posizionamento”: influenti sulle simulazioni. 15 B Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

16 Iter di realizzazione modello JK  Studio preliminare teorico dello schema sospensivo.  Campagna di misure sperimentali.  Realizzazione parti ed assiemi.  Verifica della congruenza con la realtà.  Utilizzo del modello per l’ analisi delle performance. 14/06/ C Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

17 Studio teorico dello schema sospensivo È importante per: Conoscere la natura del problema. Impostare misurazioni con logica CAD-CAM. Ipotizzare successive soluzioni realizzative. 17 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

18 “Ponte rigido a 5 punti di ancoraggio” Upper arms e lower arms Panhard bar Sway bar Drag link Tie rod 18 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

19 Rilevazione sperimentale Logica CAD - CAM Le misurazioni delle grandezze di interesse vengono effettuate in funzione della successiva riproduzione CAD 3D 19 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

20 Rilevazione sperimentale Modalità Sessioni consecutive parallelamente alla realizzazione. Misure essenziali ma “funzionali”. Maggiore attenzione a particolari di ingombro esterni. 20 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

21 Rilevazione sperimentale Individuazione piani e punti di riferimento (misura angoli, disposizione spaziale elementi, orientazione elementi ecc.). Utilizzo degli attacchi al telaio come riferimento (punti fissi in CAD 3D). Individuazione dei piani di simmetria. Misure effettuate considerando “corpi rigidi”. 21 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

22 Singoli pezzi arms; bars; links… Metodologia di modellazione Sistemi sospensivi front susp.; rear susp.; chassis Complessivo front + chassis + rear Verifica dimensionale (quote “digitali” vs quote reali) SI NO Verifica posizione relativa tra parti SI NO Verifica ingombri complessivi e posizionamento assoluto 22 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

23 Metodologia di modellazione Distanza dal suolo (asse ponte – suolo; attacco lower – suolo) Distanze relative attacchi lower – attacchi upper 23 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

24 Realizzazione parti Semplificazione geometrie 24 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

25 Revisione vincoli Barra anti-rollio Realizzazione parti 25 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

26 Realizzazione parti Revisione vincoli: ripristino rigidezza dei sistemi. La sostituzione di cilindriche con sferiche incrementa il numero di g.d.l. del sistema. L’imposizione di vincoli di perpendicolarità tra superfici e/o piani ripristina la rigidezza della sospensione. 26 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

27 Realizzazione parti Modellazione di elementi a geometria complessa: “immagine dello schizzo” 27 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

28 Realizzazione parti Elementi di ancoraggio longitudinale e trasversale Ponte Organi di sterzo Barra anti-rollio 28 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

29 Assemblaggio parti realizzato dopo la misurazione di: “punti guida” (distanze relative tra le parti e degli attacchi al telaio rispetto al suolo); “punti guida” (distanze relative tra le parti e degli attacchi al telaio rispetto al suolo); “distanze equivalenti” (distanza verticale telaio-ponte lungo l’asse della molla per simularne l’ estensione a riposo); “distanze equivalenti” (distanza verticale telaio-ponte lungo l’asse della molla per simularne l’ estensione a riposo); Realizzazione assiemi Ipotesi di base: Telaio “virtuale” (non modellato) h h 29 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

30 Realizzazione assiemi Il telaio Il telaio deve essere realizzato in funzione del suo impiego nel modello 3D. In altri termini è fondamentale che: sia realizzato in forma semplificata (riduzione tempi di riproduzione); mantenga i sistemi sospensivi alla distanza reale (passo della vettura); non sia fonte di interferenza al moto delle diverse parti mobili (elementi delle sospensioni, ruote, ecc.) sia possibile collocare su di esso, in maniera equivalente, altre parti essenziali del veicolo (motore, cambio, paraurti, ecc.). N.b. I corpi non hanno proprietà elastiche (corpi rigidi). La geometria approssimata del telaio non altera le performance del veicolo, in termini di “twist cinematico”, nei diversi assetti sospensivi. 30 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

31 Realizzazione assiemi Verifica coincidenza posizioni assolute e relative delle parti modellate tramite il confronto con gli elementi reali. Verifica fedeltà modello In caso di errori (es. impossibilità accoppiamenti causa lunghezze arms incongruenti con distanze att. ponte – att. telaio, ecc.) OTTIMIZZAZIONE Modifica componenti in funzione della cinematica del sistema (es. distanze ancoraggi telaio - ponte più importanti di lunghezza assoluta arms) 31 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

32 Realizzazione assiemi Verifica fedeltà modello: angoli caratteristici 32 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo (www.Project-JK.com)

33 Realizzazione “complessivo” Assemblaggio assiemi 33 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

34 Realizzazione complessivo Potenzialità di “rendering” 34 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

35 Validazione del “complessivo” Necessità di verifiche cinematiche preliminari SolidWorks file “parasolid” ADAMS Solo informazioni su geometrie parametricità parametricità semplici modellazioni semplici modellazioni geometriche geometriche potenzialità CAD potenzialità CAD limitate limitate elevata precisione di elevata precisione di analisi analisi 35 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

36 Analisi modello: definizione angoli caratteristici della sospensione Assetto del veicolo: Assetto del veicolo: Angolo Camber Angolo Caster Angolo Kingpin Angolo Toe Grandezze off-road: Grandezze off-road: Angolo di attacco, di uscita e di rampa Angolo di twist 36 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

37 Angolo di attacco, di uscita e di rampa Originale Modificato  Angolo attacco38°46°21% Angolo uscita31°43°39% Angolo rampa10°15°50% Angolo di uscita Angolo di rampa Angolo di attacco Analisi modello: rilevazione angoli caratteristici nell’ off-road 37 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

38 Angolo di twist Originale Modificato  Sospensione anteriore 5.3°8.7°64% Sospensione posteriore 5.2°10.9°109% Analisi modello: rilevazione angoli caratteristici nell’ off-road 38 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

39 Variazione rispetto alla “condizione neutra (-0,8°)” Bump (su): maggiore motricità in per aumento impronta battistrada Bump (su): maggiore motricità in per aumento impronta battistrada  layout originale  layout modificato  layout originale  layout modificato Analisi modello: Camber Rebound (giù): la massima impronta a terra (Δcam.=+0,8°) si raggiunge prima con il sistema modificato. Rebound (giù): la massima impronta a terra (Δcam.=+0,8°) si raggiunge prima con il sistema modificato. 39 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

40 Bump (su): evidente differenza di variazione tra i due assetti. Bump (su): evidente differenza di variazione tra i due assetti. Variazioni di convergenza non influiscono molto a basse velocità: non è un problema in off-road. Variazioni di convergenza non influiscono molto a basse velocità: non è un problema in off-road.  layout originale  layout modificato  layout originale  layout modificato Analisi modello: Toe 40 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo Variazione rispetto alla “condizione neutra (in 0,5°)”

41 Bump (su): aumento minore nel layout modificato rispetto al layout originale Bump (su): aumento minore nel layout modificato rispetto al layout originale Migliore direzionalità in curve lente Migliore direzionalità in curve lente Minore coppia autoallineante, quindi maggior agilità in cambi di direzione Minore coppia autoallineante, quindi maggior agilità in cambi di direzione  layout originale  layout modificato  layout originale  layout modificato Analisi modello: Caster Variazione rispetto alla “condizione neutra (+4,2°)” 41 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

42 Bump (su): Variazioni non eccessive: mantenimento dell’ equilibrio globale. Bump (su): Variazioni non eccessive: mantenimento dell’ equilibrio globale. Rebound (giù): Accentuate variazioni in rebound non influiscono su handling. Rebound (giù): Accentuate variazioni in rebound non influiscono su handling.  layout originale  layout modificato  layout originale  layout modificato Analisi modello: Kingpin Variazione rispetto alla “condizione neutra (+12°)” 42 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo

43  Realizzazione di uno strumento per lo studio del comportamento cinematico della sospensione.  Analisi atte alla previsione e all’ ottimizzazione delle prestazioni del veicolo.  Verificato il miglioramento complessivo nell’ assetto del veicolo e nell’utilizzo off-road. Conclusioni Applicazione JK 43 C 14/06/2010 Ing. Ennio Salvati CAD 3-d nella progettazione meccanica: elaborazione di sospensioni per off-road estremo


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