Progettazione telaio: da dove cominciare?

L’attività di sviluppo di qualsiasi nuovo prodotto inizia, chiaramente, con un lavoro di impostazione. Per esempio? La definizione degli obiettivi da perseguire e la valutazione delle risorse necessarie. Nonché una presa visione di progetti simili già sviluppati o esistenti.

È molto importante infatti, prima di iniziare, fare chiarezza sugli obiettivi. Conoscere in ogni minimo dettaglio le risorse a disposizione. Le tempistiche aziendali sono, poi, un ulteriore aspetto di primaria importanza. Congelare il prima possibile le intere specifiche consente, infatti, di avere un obiettivo unico per tutto il lavoro. In modo da concentrarsi su quello e risparmiare sia tempo che denaro.

Disporre di una panoramica completa

Questo è fondamentale. Poiché le informazioni influenzeranno le scelte del progettista, il quale ovviamente farà anche ricorso a tutto il suo bagaglio di conoscenze, esperienza e creatività. Quest’ultima, una dote che caratterizza la fase di impostazione e ideazione, coniugata con l’esperienza, è determinante per le aspettative sul progetto. Così come vincoli e opportunità inerenti.

La fase di ideazione è infatti estremamente importante. Condizionerà tutto il lavoro futuro, ma occorre anche considerare che i parametri in gioco sono numerosi, per cui non è sempre possibile conoscerli tutti. Il progettista quindi ha un ruolo determinante. Non esiste computer al mondo capace di sostituirsi alle conoscenze e all’esperienza umana.

Come si sviluppa la progettazione di un telaio automotive?

Impostazione iniziale

La struttura portante di un veicolo è denominata telaio. Le funzioni che deve svolgere sono quelle di supportare i gruppi che lo compongono, così da tenerli assieme e resistere alle sollecitazioni trasmesse dai vari elementi. Gli aspetti normativi – regolamento e normative vigenti – sono, chiaramente, la base di partenza di qualunque progetto.

Aspetti tecnici di una progettazione telaio

Un parametro fondamentale da cui il telaio dipende, soprattutto per i telai da corsa, è il layout della vettura. Ovvero, la disposizione dei vari organi e gruppi nell’ingombro globale del veicolo. Questo aspetto condiziona infatti tutti gli altri. In particolare: il peso totale, la distribuzione delle masse, le inerzie e la forma del telaio stesso.

Altre considerazioni riguardano le caratteristiche strutturali del telaio come la rigidezza, la resistenza alle sollecitazioni, la resistenza nel tempo, la resistenza al crash (molto importante per la sicurezza del pilota e passeggeri) e la dinamica della struttura (frequenze, smorzamenti, e così via). Occorre, quindi, gestire al meglio gli ingombri. Così come impostare gli attacchi dei vari gruppi, e compiere le scelte più adeguate riguardo l’affidabilità, la riparabilità e la manutenzione.

Aspetti tecnologici e organizzativi

Impostando la progettazione telaio, occorre ovviamente conoscere e tenere sempre presenti i limiti imposti dalla tecnologia e dai fornitori coinvolti. E, allo stesso modo, i vincoli relativi alle verifiche e al controllo di qualità.

È sempre opportuno poi tenere presente le risorse aziendali, umane e di struttura a disposizione del progetto. Aspetti che si collegano ai livelli di conoscenza ed esperienza presenti in azienda. Le tempistiche che abbiamo a disposizione sono sicuramente il vincolo che più incide sulle nostre scelte.

Aspetti commerciali ed economici

Tra gli input che arrivano al progettista nella fase iniziale ci sono anche, giustamente, le richieste commerciali in termini di aspetti tecnici, estetica, scelte di immagine nel settore ed ogni altra caratteristica che può facilitarne vendita ed utilizzo. È comunque indispensabile, in fase di progettazione telaio, verificare che i costi del progetto – dovuti alle persone, alla struttura, all’investimento per le attrezzature e alle spese di realizzazione – siano compatibili con il budget a disposizione. Può sembrare ovvio, ma sottovalutare questo aspetto può riservare spiacevoli sorprese.

Il progettista, nella fase di impostazione, deve effettuare le scelte di base. Considerando anche l’impatto delle sue decisioni su tutti gli aspetti elencati. Impatto, quindi, in funzione dell’utilizzo, degli obiettivi, delle risorse a disposizione e dell’organizzazione. Cosa passa per la testa di un progettista in questa fase si può ben immaginare. È facilmente intuibile l’ulitità di avere molto tempo a disposizione per le valutazioni del caso.

Ad analisi compiute verrà disegnato uno studio preliminare del telaio con le soluzioni scelte. Il compromesso è inevitabile. Il difficile sarà scegliere il migliore compromesso possibile. Nell’impostazione del progetto preliminare, le conoscenze scientifiche ad un certo punto possono venire a mancare. E il progettista deve fare ricorso alle sue doti di creatività e intuizione per concludere la definizione di massima. Sempre più spesso, infatti, questo lavoro viene affrontato da più persone. La chiave è poter contare su conoscenze eterogenee e complementari, coordinate dal responsabile di progetto.

Considerazioni su un telaio da corsa

Per i telai delle auto da corsa è opportuno iniziare il lavoro dalla lettura e analisi del regolamento vigente nella categoria, e dalle eventuali proposte di modifica. L’attenzione del progettista cadrà, così, sia sul regolamento tecnico che su quello sportivo, nell’ottica di non trascurare i limiti imposti, ma cogliere comunque le varie opportunità.

L’impatto dei carichi esterni sul telaio

Come accennato all’inizio del paragrafo precedente, i carichi presenti sulla vettura vanno a scaricarsi sul telaio che deve, pertanto, essere solido e resistente in ogni sua parte. I carichi a cui è soggetto il telaio, infatti, provengono dalla strada attraverso pneumatici e sospensioni, dalle superfici aerodinamiche e dai fissaggi di tutti gli altri componenti. In particolare fra quelli che trasmettono le forze più importanti possiamo ricordare il motore, il cambio, i paraurti, il piantone e la cremagliera di sterzo, poi la carrozzeria, le portiere, i sedili e le cinture di sicurezza. Il telaio deve essere quindi opportunamente dimensionato per resistere a tutte le sollecitazioni dovute ad un normale utilizzo.

L’importanza della rigidezza

Per poter meglio assolvere a tali compiti, oltre alla resistenza, è altrettanto importante la rigidezza – sia globalmente che in corrispondenza dei vari attacchi. Corretti valori di quest’ultima consentono infatti alla struttura di offrire stabilità, comfort e prestazioni al veicolo. Relativamente all’aspetto strutturale del telaio, riveste grande una importanza un’opportuna resistenza al crash. Il che è, ovviamente, la base della sicurezza del pilota.

La costruzione del telaio

Per quanto riguarda la costruzione del telaio possiamo effettuare varie scelte. In modo schematico si può classificare la tecnologia usata attraverso tre parametri: materiale, costruzione e assemblaggio. Per quanto riguarda i primi, i più utilizzati sono: acciaio, acciaio inox, leghe di alluminio ottenute di estrusione, leghe di alluminio ottenute di fusione, materiali compositi, leghe di magnesio, leghe di titanio. Ad ogni materiale corrispondono diverse caratteristiche strutturali e tecnologiche.

La scelta dei materiali di fabbricazione

Poiché nelle auto da corsa sono indispensabili alti valori di rigidezza del telaio, nella scelta del materiale per la fabbricazione si prediligono quelli con un alto rapporto tra rigidezza e peso in quanto garantiscono i migliori risultati in termini prestazionali. Passando invece alla costruzione del telaio le tipologie più comuni sono: telaio realizzato in tubi, in tubi e pannelli, in piastre o gusci, a gusci in sandwich. Per l’assemblaggio si può adottare la saldatura, la rivettatura o l’incollaggio.

Studio di impostazione

Per gli stessi motivi per cui ci si orienta verso materiali caratterizzati da elevati rapporti tra rigidezza e peso, le scelte costruttive ricadranno su gusci chiusi di pannelli sandwich e incollaggio, a cui vengono aggiunti inserti per rinforzare le zone più critiche. Quando lo studio di impostazione viene infine terminato, realizzato attraverso disegni e supportato da calcoli, simulazioni, analisi tecniche e dati sperimentali, si passa alla fase successiva, costituita dalla progettazione “vera e propria”. Magari, quella del motore a combustione interna.