MECCANICA e DINTORNI

Carissimi appassionati di 4 ruote, tecnici del materiali futuristici, esperti di lavorazioni, o semplicemente curiosoni, ci siamo!

E' venuto il momento di progettare (e costruire, ma il difficile è pensarlo prima) un nuovo bob-car, visto che come vi ho già accennato, da quest'anno sono permesse le sospensioni, con indubbi vantaggi sulle prestazioni in curva.

La cosa potrebbe sembrare facile, ma non lo è, perchè nel poco spazio di un bob-car devono pure starci due persone.
Per avere un'idea la larghezza è di 1000 mm. Da regolamento si potrebbe arrivare a 1200 mm, ma oltre a non entrarmi nel furgoncino (problema non irrilevante) con quelle larghezze si è penalizzati in certe curve strette e chicane che sono presenti in certi tracciati. La lunghezza può arrivare a 2500 mm, anche qui abbastanza esagerata, diciamo che sui 2100-2200 si è più che sufficienti. Il passo, dopo lunghe sperimentazioni, si attesta sui 1300 mm.

L'altezza massima del bob-car è di 650 mm dal suolo. Di fatto le careanture, cupolino escluso, sono alte circa 400 mm dal fondo piatto del mezzo. Quindi questi sono gli ingombri in cui dovrei stare.

Il mezzo attuale ha una altezza dal suolo di circa 40 mm, che dovrò necessariamente aumentare per evitare di spanciare quando le sospensioni lavoreranno. Ho ipotizzato una escursione massima di 40 mm (forse anche troppi), e per questo il fondo piatto andrà sollevato di circa 20-30 mm rispetto alla quota attuale.

Metto un po' di foto del telaio attuale, a cui vorrei ispirarmi. Si tratta di un telaio rigido, o per lo meno sprovvisto di sospensioni nel senso stretto del termine. E' però studiato con una forma tale da permettere un certo effetto molleggio, come già realizzato da altri equipaggi europei.
I due ponti (anteriore e posteriore) sono infatti fissati al telaio (che consiste in un semplice rettangolo di tubolari 30x30x2) mediante dei lunghi e sottili piatti di acciaio armonico, che permettono una certa flessione. Di fatto si ha una corsa di molleggio di 10-12 mm, limitata ma di indubbia utilità rispetto a un telaio completamente rigido.

Vorrei mantenere lo schema a ponti rigidi (semplice, robusto ed efficace), ovviamente montando i necessari snodi e ammortizzatori. Non vorrei impelagarmi in schemi a quadrilateri trasversali, specialmente per problemi di messa a punto (basta sbagliare la lunghezza o l'inclinazione di un braccetto per avere un sacco di problemi) e di spazio. Il bob è largo 1000 mm, che fanno quindi meno di 800 mm tra le ruote. Considerando che tra le ruote posteriori siede il copilota, e tra quelle anteriori devono passarmi le gambe, oltre ad alloggiare la scatola dello sterzo, si capisce che il puzzle è abbastanza difficile da risolvere. Qualcuno c'è riuscito, ma ha dovuto sacrificare molto gli spazi interni e la lunghezza dei bracci.

Dunque lo schema che avrei scelto è quello a ponti rigidi (chiamarlo Ponte de Dion a rigor di logica sarebbe inappropriato, non esistendo trasmissione motrice), con parallelogramma di Watt. Questo mi garantisce l'invarianza della carreggiata e della campanatura anche in presenza di rollio e scuotimento verticale. Resta la variazione della carreggiata con lo scuotimento differenziale, ma è poca cosa, e con prenumatici di forma arrotondata non credo sia un grosso problema. Inoltre è uno schema molto robusto.

Per adesso ecco le foto di quello attuale, così vi fate un'idea.
Poi metterò i primi bozzetti del nuovo telaio, si accettano suggerimenti.

domanda , ma come ammortizza?

Questo telaio in teoria non è dotato di sospensioni, è solo un effetto delle flessioni degli elementi che lo compongono. Si può vedere dalla seconda foto: il telaio vero e proprio è quello rettangolare centrale. Il ponte (quello che congiunge le ruote) è fissato al telaio solamente mediante i due piatti laterali, lunghi una trentina di cm. Nella foto se ne vede uno in primo piano. Questi piatti hanno una discreta flessibilità e fanno un effetto ammortizzante.

Praticamente tutto il trave che congiunge le ruote (posteriori in questa foto, ma all'anteriore è uguale), può sollevarsi di 10-12 mm sotto carico.

Ecco un primo abbozzo del nuovo telaio. Si vedono i due ponti, simili a quelli del vecchio telaio, ma stavolta incernierati, e la cella centrale.
I due ponti dovranno essere collegati al telaio mediante uno snodo centrale (non è disegnato, ma andrà in quella forcellina rossa che si vede), e vincolati mediante parallelogramma di Watt posto tra il ponte e il telaio stesso.

I problemi vengono fuori per farci stare tutto il resto. Gli ammortizzatori pensavo di montarli longitudinalmente, orizzontali sopra il telaio, montando ovviamente un rinvio push-rod. Però devo tenere conto che all'anteriore, sopra al telaio, devono passare i tiranti dello sterzo, e che in quanche modo il telaio deve scavalcare il ponte anteriore (o passarci all'interno) per supportare la pedaliera....

Mi viene un dubbio filosofico-meccanico. Nell'ottica di ottenere la massima rigidezza con il minor peso, conviene utilizzare acciaio o alluminio? A primo acchito, osservando l'andamento delle strutture più all'avanguardia sembrerebbe ovvio utilizzare l'alluminio, ma ci sono alcune cose che non mi quadrano.
Le leghe di acciaio hanno un modulo di elesticità di circa 210.000 N/mm^2
Quelle di alluminio si attestano intorno a 70.000 N/mm^2, quindi con un rapporto di circa 1:3.
Ora anche i rispettivi pesi specifici (7800 kg/m^3 per l'acciaio, 2600 Kg/mì£ per l'alluminio) stanno tra loro nello stesso rapporto.
Da questo si deduce che il rapporto rigidezza/massa delle due leghe è lo stesso per i carichi a pura trazione-compressione e di conseguenza anche per i carichi a flessione di strutture vuote avendo pari ingombro.
Si può lavorare aumentando le dimensioni esterne, ma questo vale per entrambi i materiali. E' vero che nelle strutture in alluminio gli spessori sono 3 volte maggiori, e quindi sono più facilmente lavorabili, ma questo vale solo nel caso di strutture veramente sottili, che in acciaio avrebbero spessori veramente esigui.

Nel dimensionamento dei vari pezzi ho solitamente utilizzato scatolati in acciaio di spessore 2 mm, variando ovviamente le dimensioni esterne a seconda delle necessità e delle disponibilità di spazio (spesso alquanto sacrificato).
Praricamente non avrei nessun vantaggio nel passare a scatolati in alluminio di spessore 6 mm...

Diverso è il caso di pezzi pieni che lavorano a flessione, ma nella mia struttura sono veramente pochi...

Che ne pensate?

cerca di farli lavorare a trazione e compressione elimina la flessione , se guardi il telaio di una bici c'è la canna sotto che lavora a trazione e quella superiore a compressione non c'è flessione , cosi potrai ridurre notevolmente gli spessori .
nello scarabocchio sotto con due tiranti la trave sotto lavora anche a trazione , non puoi fare un telaio in alluminio pensandolo come se fosse in acciaio , con qualche tirante risolvi .

Bit79 , visto che parliamo di pochi kg , e' possibile usare il titanio?.
e' piu' leggero e resistente dell'alluminio.
oltre al prezzo pero' ce' il discorso saldatura .

se posso , dal disegno , hai unito i telai delle sospensioni al telaio centrale con un perno centrale .
sia davanti che dietro .
ma cosi' chi ti tiene in piano il telaio?
non sarebbe meglio che i due bracci longitudinali siano fissati uno per lato al telaio centrale con dei snodi sferici ?.

Per onorino: le considerazioni delle triangolazioni sono valide, ma valgono anche per l'acciaio, quindi otterrei gli stessi vantaggi anche adottandole su un telaio in acciaio... o no?

Per 320ise30: titanio? Mi sembra eccessivo...
Nel disegno che ho fatto mancano i vincoli degli ammortizzatori, che ovviamente terranno in piano il telaio. Considerando che ogni ponte riceverà 2 vincoli dagli ammortizzatori, il cinematismo di guida ne deve prevedere 4. Il parallelogramma di Watt che metterò tra telaio e ponte ne fornisce 1, quindi ne restano 3. Lo snodo sferico messo al centro ne realizza appunto 3. Se metto 2 snodi sferici ai lati sono 6 vincoli teorici. In realtà un vincolo risulta doppio, quindi in realtà sarebbero 5, con un solo grado di libertà, insufficiente per 2 ruote ammortizzate.

In parole semplici, con 2 vincoli sferici ai lati avrei realizzato solo una grande cerniera. Le 2 ruote potrebbero ammortizzare solo insieme...

giusto , non tenevo in considerazione gli ammortizzatori ed i punti di fissaggio .

perfetto adesso mi e' piu' chiaro quello che vuoi realizzare .

si magari il titanio e' eccessivo , ma il risparmio di peso e' notevole !
considerando quanta peso in piu' dovrai usare , schema watt , ammortizzatori , puntoni spingi ammo punti di fissaggio bulloneria ecc.

e' un bel progetto , non ho mai visto una di queste gare , ma se questa estate ne trovo una dalle mie parti , la vado a vedere .

www.fics.it
www.speeddown-ceccas.com
Trovi calendario e regolamenti.
Comunque mi pare che anche con il titanio il rapporto massa/rigidezza sia grossomodo lo stesso di acciaio e alluminio...

Ciao forse mi sbaglio ma te per caso hai corso a corsanico diciamo tre o quattro anni fa .... Io ero con degli amici e io guidavo un carretto con tre ruote da taiphoon perche vedendo le foto mi ricordo che parlai con uno che aveva reso tubless i cerchi di una vespa ...... Se non sei te complimenti uguale per il carretto e per i freni dell altro post come hai risolto?