Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale

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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI SOLUZIONI ALTERNATIVE AL RIDUTTORE AD INGRANAGGI PER UN MOTORE AERONAUTICO DIESEL Tesi di laurea svolta da: Davide Tamburini Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Chiar.mo Prof. Ing. Franco Persiani Chiar.mo Prof. Ing. Gianni Caligiana Dott. Ing. Lorenzo Dardi Anno Accademico

2 OGGETTO DELLO STUDIO Riduttore di velocità per motore diesel aeronautico Riduttore a cinghia o catena Funzionalità del riduttore: Motore di derivazione automobilistica: richiesta una trasmissione del moto tra due alberi non coassiali Riduzione della velocità di rotazione dell albero motore (3800 rpm) alla velocità di rotazione dell elica (2500 rpm) per motivi di efficienza aerodinamica Motore FIAT 1.9 JTD 165 HP Rapporto di trasmissione τ = 2500 = ,658

3 SCELTA ELEMENTO DI TRASMISSIONE Modalità di funzionamento ADERENZA OSTACOLO CINGHIE TRAPEZOIDALI CATENE CINGHIE POLY-V CINGHIE DENTATE

4 CONSIDERAZIONI DI SCELTA (ADERENZA) CINGHIE TRAPEZOIDALI CINGHIE POLY-V Vantaggi: avviamento, spegnimento a cinghia scarica Problematiche emerse: complicazione strutturale: forte precarico pretensionamento (elevato numero di cinghie o nervature) complicazione costruttiva: (tendicinghia, parallelismo-allineamento)

5 CONSIDERAZIONI DI SCELTA (OSTACOLO) CATENA Problematiche emerse: rumorosità peso

6 SOLUZIONE ALTERNATIVA A CINGHIA DENTATA OBIETTIVI PERSEGUITI Massima affidabilità Leggerezza (circa 6 Kg) Semplicità costruttiva RIDUTTORE soluzione ALTERNATIVA CINGHIA-PULEGGE ALBERO SUPPORTO

7 CINGHIA DENTATA VANTAGGI ALTERNATIVA PROPOSTA: 1. elimina lo slittamento e risulta praticamente inestensibile 2. elevato rapporto potenza trasmissibile/peso 3. elevato rendimento meccanico 4. semplicità di installazione 5. caduta necessità di un carter

8 SCELTA PER IL NUOVO PROGETTO Cinghia Goodyear HIGH PERFORMANCE PD PLUS: RIPARTIZIONE UNIFORME TENSIONI usura ridotta ELEVATE POTENZE TRASMISSIBILI alte prestazioni HPPD Plus:14M 115 PARAMETRI PULEGGE: dentatura standard d 129,23[ mm] ; z 29) ( D 196,08[ mm] ; Z = 44) ( = M = M C = C

9 PROGETTAZIONE ALBERO CONDOTTO Azione di tiro Forza scaricata sull albero condotto M T M P = = 305 = 4720 r 0,064 1 [ N ] TAc = TP + TP sen20 = 4720(1 + sen20 ) = 6330 [ N ] Spinta assiale elica: spingente (più gravosa): tramite fattore empirico Momento giroscopico: F a = = 3200 (J momento d inerzia max sperimentale; B rateo di manovra) M G = J B ω2 = 0,7 π 262 = Coppia torcente limite: (secondo normativa) 2 Wm 2 (0, ) Ct = = = 657 2πn 2π [ N] [ Nm] [ Nm]

10 d PROGETTAZIONE ALBERO CONDOTTO Calcoli di DIMENSIONAMENTO 32M ( f M ) + 3( t ) 1 3 min = ( π π ) σ amm a durata corretta per 99,9999% affidabilità L 0 L10 ha1a23 a = SKF: MATERIALE: acciaio bonificato 40NiCrMo4 σ = σ = 800 = s amm 228 C S 3,5 [ Mpa] sec. ISO 355 3DC sec. ISO 355 3DE M24x1,5 OTTIMIZZAZIONE: ALLEGERIMENTO nei LIMITI DEL MATERIALE Calcoli di VERIFICA legame di riferimento: serraggio_esercizio σ vg = σ 2 b + 3( α 0k τ ) t 2 σ bwk F 1, 5 v F B

11 FASI DELL ANALISI ELEMENTI FINITI Pre-processing: Magliatura: generazione del reticolo di elementi finiti per suddividere il dominio geometrico in piccoli elementi Introduzione dei carichi, vincoli, materiale Calcolo Generazione del modello (CAD: Solid Edge) Introduzione del modello (tecnica F.E.M.: Design Space) controllo dei risultati Post-processing: VISUALIZZAZIONE DEI RISULTATI in termini TENSIONALI: σ equivalentevm σ amm

12 REALIZZAZIONE PULEGGE DENTATE ALLEGGERIMENTO: scartare soluzione standard pulegge piene scartare sistemi calettamento tradizionali Idea di REALIZZAZIONE: sfruttare calettamento flangia già esistente

13 TIPO DI MATERIALE ADOTTATO LEGA di MAGNESIO AZ 91 H.P.: Densità: 1,83 [ Kg / dm 3 ] E = [MPa] Carico di rottura R m = 225 [MPa] Carico di scostamento dalla proporzionalità 0,2% R p0,2 = 120 [MPa] Caratteristiche principali: Leggerezza, ottime caratteristiche resistenziali Svantaggi: Costo, infiammabilità-corrosione (risolubile tecnologicamente) Pressofusione in conchiglia

14 TENSIONE AMMISSIBILE Lega di Magnesio AZ 91 H.P. Affidabilità ricercata: applicando al carico di scostamento dalla proporzionalità un fattore di sicurezza S = 3,5 σ R p 0,2 120 adm = = = 34 S 3,5 [ Mpa]

15 VISUALIZZAZIONE CARICHI E VINCOLI P P Pressioni uniformi su denti in presa: Tp Z presa2 = = 4720 / 23 0, 35 h l 5*115 2 = Tp Z presa1 = = 4720 /15 0, 58 h l 5*115 1 = [ MPa] [ Mpa] Cylindrical Support: Vincoli cilindrici tangenzialmente liberi Simulazione di viti mordente: ostacolo Magliatura modello: generazione magliatura automatica: massima precisione del software ( relevance max +100) accurato affinamento zone critiche

16 VISUALIZZAZIONE RISULTATI INTERMEDI ZONE ROSSE:critiche non rispondenti alle caratteristiche resistenziali richieste INTERVENTI: Irrigidimento spessore critico Adozione di formagelle (maggior superficie per l ostacolo)

17 VISUALIZZAZIONE RISULTATI FINALI: PULEGGE DEFINITIVE OTTIMIZZATE σ < σ 34[ ]) ammissibile ( MPa = sollecitaz ione REPORT DESIGNSPACE: Strutture interamente rispondenti al requisito di verifica

18 PROGETTAZIONE DISTANZIALE Idea di REALIZZAZIONE: calettamento sulla testata: mantenimento del profilo (no stravogimenti) utilizzo dello stesso coperchio

19 TIPO DI MATERIALE ADOTTATO LEGA di ALLUMINIO GD-AlSi9: Densità: 2,75 [ Kg / dm 3 ] E = [MPa] Carico di rottura R m = 220 [MPa] Carico di scostamento dalla proporzionalità 0,2% R p0,2 = 120 [MPa] Caratteristiche principali: Leggerezza Colabilità Pressofusione in conchiglia

20 TENSIONE AMMISSIBILE Lega di alluminio GD-AlSi9 Affidabilità ricercata: applicando al carico di scostamento dalla proporzionalità un fattore di sicurezza S = 3,5 σ R p 0,2 120 adm = = = 34 S 3,5 [ Mpa]

21 Pressioni: Ipotesi: ricerca del comportamento reale montaggio di elementi geometrici per simulazione dell interazione simulazione della sola geometria caricata Pa = S π ( Re Ri ) = 3200 π ((85 2) (45 2) ) = 0, 95 P = FA D l = = P = FB D l = = [ MPa] [ MPa] [ MPa] Cylindrical Support: Vincoli cilindrici tangenzialmente liberi Simulazione prigionieri di confine Vincoli cilindrici fissi Simulazione chiusura cappellotti Tesi: forma costruttiva semplice spessori contenuti

22 VISUALIZZAZIONE RISULTATI INTERMEDI INTERVENTI NON RIUSCITI ZONE ROSSE:critiche elementi di irrigidimento insufficienti struttura centrale: peso elevato

23 INTERVENTI RIUSCITI modifiche apportate: nuovi elementi di irrigidimento zone di attacco per cappellotti σ SOLUZIONE PRESENTATA < σ = sollecitaz ione ammissibil e ( 34[ MPa ])

24 OTTIMIZZAZIONE DISTANZIALE REPORT DESIGNSPACE: Struttura interamente rispondente al requisito di verifica

25 SOLUZIONE PROPOSTA DEFINITIVA CARATTERISTICHE: Peso totale 5,5 Kg Sicurezza S 3,5

26 CONCLUSIONI Raggiunti gli obiettivi: (a parità di affidabilità riduttore ingranaggi) leggerezza, semplicità NUOVA IDEA PROGETTUALE: risultati non raggiunti con altre ipotesi al vaglio di modifiche dell attuale riduttore ad ingranaggi POSSIBILI SVILUPPI Nuove idee di calettamento albero condotto

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