Riassunto analitico
La presente tesi si concentra sull'analisi, progettazione e ottimizzazione del sistema di frizione di un veicolo Formula sviluppato da Dallara Automobili. Dopo un'introduzione generale sulla storia e le competenze tecniche dell'azienda, viene approfondito il ruolo cruciale del sistema di frizione nel trasferimento della coppia motrice e nella gestione dinamica del veicolo. Lo studio esplora la configurazione specifica della frizione a secco multi-disco a molla diaframma, evidenziandone i vantaggi per applicazioni da competizione e analizzando criticità quali distribuzione non uniforme della pressione e riduzione delle prestazioni a causa di stress termici e meccanici.
Un'attenzione particolare è dedicata al sistema di rilevamento della posizione dell'attuatore, attualmente basato su sensori rotativi touchless. Viene esaminata l'efficacia di questo approccio e le problematiche legate alle condizioni operative avverse, tra cui vibrazioni, alte temperature e difficoltà di manutenzione. Come soluzione alternativa, si propone un sistema basato su sensori di pressione, montati esternamente al carter della frizione, che garantiscono maggiore accessibilità e affidabilità. Viene condotta un'analisi comparativa dettagliata tra i due sistemi in termini di precisione, sensibilità e praticità operativa.
Nel corso del lavoro, si è progettata una nuova molla diaframma con caratteristiche lineari, mantenendo le dimensioni e i vincoli di montaggio esistenti. Attraverso modelli analitici e simulazioni agli elementi finiti (FEM), sono state ottimizzate le prestazioni meccaniche e valutate le sollecitazioni statiche e dinamiche per garantire resistenza e durata nel tempo. L'implementazione di un design lineare ha migliorato la sensibilità del sistema di rilevamento, risolvendo problematiche di ambiguità e ritardi nella risposta. Inoltre, è stata realizzata una simulazione idraulica per analizzare i tempi di risposta del sistema e la dinamica idraulica complessiva, fornendo ulteriori indicazioni sul comportamento del sistema nelle condizioni operative previste.
Infine, il lavoro si conclude con una valutazione dell'impatto delle modifiche proposte sulle prestazioni generali del sistema e con raccomandazioni per ulteriori sviluppi, mirati a ottimizzare la robustezza e la precisione del sistema di frizione per le future applicazioni nei campionati Formula.
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Abstract
This thesis focuses on the analysis, design, and optimization of the Formula car clutch system developed by Dallara. Following a general introduction to the company’s history and technical expertise, the study delves into the crucial role of the clutch system in transmitting engine torque and managing vehicle dynamics. The research explores the specific configuration of the dry multi-disc diaphragm spring clutch, highlighting its advantages for racing applications and analyzing challenges such as non-uniform pressure distribution and performance degradation due to thermal and mechanical stresses.
Particular attention is given to the actuator position detection system, currently based on touchless rotary sensors. The effectiveness of this approach is evaluated alongside the challenges posed by harsh operational conditions, including vibrations, high temperatures, and maintenance difficulties. As an alternative, a pressure-based detection system is proposed, with sensors mounted outside the clutch housing to improve accessibility and reliability. A detailed comparative analysis of the two systems is conducted in terms of precision, sensitivity, and operational practicality.
During the project, a new diaphragm spring with linear characteristics was designed, maintaining the existing dimensions and mounting constraints. Through analytical models and finite element simulations (FEM), mechanical performance was optimized, and static and dynamic stresses were evaluated to ensure durability and resistance over time. The implementation of a linear design improved the sensitivity of the detection system, addressing issues of ambiguity and response delays. Additionally, a hydraulic simulation was carried out to analyse the system’s response times and overall hydraulic dynamics, providing further insights into the system's behaviour under the expected operating conditions.
Finally, the thesis concludes with an assessment of the impact of the proposed modifications on the overall system performance and recommendations for future developments aimed at enhancing the robustness and precision of the clutch system for upcoming Formula championships.
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