Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di analizzare le pressioni di contatto sulle superfici dei dischi del freno a disco in bagno d’olio, montato su un assale industriale prodotto da Comer Industries.
Tale analisi è stata svolta in ambiente FEM, impiegando il software Simcenter 3D, all’interno del quale è stato modellato il gruppo freno completo di pistone, pacco dischi e controdischi. Una prima analisi di tipo lineare ha fornito un picco delle pressioni di contatto tra dischi e controdischi di 10.804 MPa, notevolmente superiore al valore massimo di 5 MPa consentito dal materiale. Si procede quindi a effettuare un’analisi non lineare, che permetta di cogliere anche le non linearità dei contatti tra i componenti. Mantenendo il design invariato, si scende a un picco di pressione di 8.825 MPa; si effettuano quindi una serie di modifiche allo scopo di ridurre ulteriormente la pressione massima, migliorando allo stesso tempo la distribuzione di pressione. Infine, si è deciso di combinare tre delle soluzioni costruttive esplorate, in modo da sfruttare a fondo l’effetto positivo di ognuna di esse:
• Maggiorazione dello spessore del controdisco a diretto contatto con il pistone da 3.5 a 8 mm;
• riduzione del diametro esterno del pistone da 338 a 328 mm;
• drafting di 0.02° della superficie del pistone.
In questo modo, si ottiene una buona distribuzione delle pressioni, con un valore di picco di 4.481 MPa e una pressione media sulle superfici di contatto di circa 2.8 MPa.
Inoltre, risulta necessaria un’analisi FEM non lineare, che tenga conto della non linearità dei contatti tra i componenti e fornisca risultati molto più affidabili rispetto a un’analisi lineare.
Per quanto riguardi i possibili sviluppi futuri di tale lavoro di tesi, sarà indubbiamente necessaria una campagna di test a banco, in modo da ottenere un riscontro sperimentale dei dati ottenuti dalle simulazioni. Inoltre, potrebbe essere utile effettuare simulazioni non statiche del gruppo freno freno con la relativa trasmissione caricata da una coppia, in modo da simulare il funzionamento del sistema: in questo modo, si effettuerebbe una verifica dinamica del freno alla pressione di contatto. Tale analisi mostrerebbe il comportamento del sistema durante la frenata, al progressivo aumentare della coppia e al diminuire della velocità, con un andamento probabilmente non lineare (influenzato da quello del coefficiente d’attrito). Alla fine della frenata, si verificherà strisciamento e agirà una forza tangenziale, quindi sarà necessario un software in grado di cogliere tali aspetti per poterli indagare al meglio.
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