Studio di fattibilità di un motore aeronautico Quadripenne

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1 Studio di fattibilità di un motore aeronautico Quadripenne Tesi di laurea di : MARCO POLETTI Relatore : Ing. LUCA PIANCASTELLI Tesi di laurea in Disegno assistito dal calcolatore Università degli studi di Bologna Facoltà di Ingegneria Meccanica Anno Sessione III

2 Sviluppo tesi: Progettazione di massima dell albero motore e verifica strutturale a torsione e flessione Equilibratura dell albero motore alle forze centrifughe Progettazione e dimensionamento di massima delle bielle mediante prova strutturale Analisi delle frequenze flessionali dell albero motore mediante simulazione agli elementi finiti Conclusioni e sviluppi futuri

3 Materiale utilizzato Per quanto riguarda i materiali, ho pensato di utilizzare: Acciaio 300M per l albero motore Lega di titanio per le bielle (Ti-6Al-4V)

4 Caratteristiche Quadripenne Per quanto riguarda le dimensioni iniziali dei perni di banco e di manovella, ho preso in considerazione quelle dell albero dell Ing. L albero è stato modellato, prendendo in considerazione Grandi alcuni dati provenienti dal motore VD007, oggetto di tesi dell Ing. le forze in gioco Angelini sono Ovviamente le dimensioni saranno modificate poiché aumentate Alesaggio = 142 mm Corsa = 63 mm RaggioManovella = 31,5 mm

5 Componente Maschetta Minor ingombro Caratteristiche: possibile, al fine di alleggerire l albero Massa = 855 g Spessore Prive di =22 contrappeso (mannaia). L albero risulta equilibrato

6 Condizioni di equilibrio delle forze centrifughe Baricentro sull asse di rotazione Disponendo le manovelle in modo EQUILIBRIO tale che esse STATICO risultino simmetriche, per numero e per posizione, rispetto ad un piano perpendicolare all asse di rotazione, è possibile ottenere equilibrio dinamico. Questo si verifica se l albero è già equilibrato staticamente. Situazione che è possibile EQUILIBRIO verificare DINAMICO Somma dei momenti delle forze centrifughe agenti sulle nel masse Quadripenne rotanti pari a zero

7 Dimensionamento perni Per Dimensioni i perni di banco, perno invece, manovella: è stato necessario In particolare, aumentare per il la perno rigidezza di manovella ho mantenuto L=98,5 e quindi la stessa il diametro, rigidezza poiché K dell albero risultavano dell Ing. Grandi. La Più Dsollecitati e lunghezza =78 in è presenza stata trovata dei raccordi mediante verifica Massa=4,7 kg Sapendo che K α D 4 /L 3 Perno banco: L=32 D e =80 Massa=2,5 kg Trovo le dimensioni di manovella

8 Verifica statica dell albero Effettuo una discretizzazione sull intero gruppo Elementi presi in considerazione: gruppo manovella Nelle zone più sollecitate, effettuo la reticolatura più fitta con elementi del valore di 3 mm La parte di albero è sottoposta a flessione e torsione

9 Risultati ottenuti Coefficiente di sicurezza minimo pari 1.3 Sollecitazione massima a torsione e flessione pari a 1110 MPa

10 Bielle : sistema coltello - forchetta Per ogni perno di manovella assemblo 4 bielle secondo il sistema fork-blade I cilindri risultano complanari (evito coppia sul perno) Massa =1,2 kg (ognuna)

11 Bielle : prova strutturale Risultati A compressione: fork1 fork2 fork3 blade Applico il carico in corrispondenza 1,1 1,1 1,1 1,1 Coeff minimo di sicurezza dello spinotto e vincolo la testa di biella Sollecitazione massima ( Mpa )

12 Analisi frequenze flessionali critiche La frequenza critica del modo di vibrare ottenuta è 1650 Hz pari a n c1 = giri/min

13 Per non avere problemi di risonanza, secondo la formula consultata nel Bocchi, deve valere: n c1 1/ n 2 max+ 5/6 n max cioè La prova è stata quindi superata n c giri/min

14 Conclusioni e Sviluppi futuri I componenti dell albero sono stati Si dovrà mirare ad un progettati in modo corretto alleggerimento dell albero mediante introduzione nuovo Le verifiche statiche risultano soddisfatte Non materiale: è stato necessario ghisa sferoidale aggiungere masse equilibratrici progettazione impianto di lubrificazione L analisi di frequenza è stata superata