ANALISI E VERIFICA DI UN RIDUTTORE AERONAUTICO PER AUMENTARNE LA POTENZA TRASMISSIBILE
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- Elena Mancuso
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1 Università degli Studi di Bologna FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Laboratorio di disegno CAD ANALISI E VERIFICA DI UN RIDUTTORE AERONAUTICO PER AUMENTARNE LA POTENZA TRASMISSIBILE Tesi di laurea di: Pavani Filippo Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno Accademico 009/10
2 OGGETTO DELLO STUDIO: riduttore ROTAX 91 Finalità: Aumentare la potenza trasmissibile dai 100 HP attuali a 150 HP Fasi 1) Rilievo delle parti del riduttore ) Modellazione CAD delle parti 3) Verifica del riduttore utilizzando dei materiali e dei trattamenti idonei a migliorare le prestazioni senza penalizzare troppo costo e produzione di serie
3 ALBERO ELICA BLOCCAGGIO ASSIALE A SEMILUNE CUSCINETTI VOLVENTI GIUNTO A DENTI DI CANE
4 Il riduttore è composto da: estremità albero motore nella quale si inseriscono:
5 pignone Il moto rotatorio viene trasmesso tramite il profilo scanalato
6 L ancoraggio assiale è garantito da: Spallamento ricavato sull albero Rosetta con nasello Dado
7 albero elica Lato motore Lato elica
8 ruota dentata con denti di cane su un fianco Trasmissione del moto all albero elica avviene tramite l ingranamento dei denti del pignone secondo un dato rapporto di riduzione
9 Parastrappi a dente di cane trasmette in moto da ingranaggio a albero elica tramite un profilo scanalato Parastrappi a dente di cane Albero elica
10 Distanziali e regolatori vari Mantenere inalterate le posizioni reciproche dei vari elementi Molle a tazza Forniscono la forza assiale utile per l ancoraggio del giunto a dente di cane
11 due semilunette Bloccaggio radiale: anello seeger bloccaggio assiale: intaglio su albero elica
12 Funzionamento : trasmette il moto a ingrana con 3 3 trasmette moto a 4 con denti del cane 4 trasmette a 5 1 Bloccaggio assiale tramite cuscinetto 6 su spallamento albero 5 e semilunette 7 alloggiate in un intaglio di 5
13 Verifiche: 1.ingranaggio (acciaio14nicr18 cementate, temprate).profilo scanalato 3.Albero elica(acciaio 38NiCrMo4 bonificato) 4.Albero pignone (non critico) (acciaio 38NiCrMo4 bonificato)
14 1. Ruote dentate tramite Handbook di Solid Edge V18: Dati materiale: 14NiCr18 Cementato e temperato Rottura = 1130 MPa Resistenza a fatica = 740 MPa Modulo elastico = MPa Dati progetto: Potenza P = 11 kw Velocità rotazione n = 6000 rpm Rapporto riduzione t=.43 Interasse = mm Dati geometrici ruote dentate (ingranaggio rettificato): Pignone Z = 1 x = 0.17 (= 0.45 mm) dp = mm db = 5.9 mm do = 60.8 mm df = 49.9 mm dw = 53.9 mm Classe di tolleranza ISO 6 Ruota Z = 51 x = -1.4 (= mm) dp = mm db = mm do = mm df = mm dw = 19.4 mm
15 Risultati secondo ISO 6336:1996 Potenza P = 11; Rendimento = 0.97 Velocità rotazione n = 6000; rpm Momento torcente Mk = ; 40 Nm Forza tangenziale Ft = 6400 N Forza radiale Fr = 158 N Forza assiale Fa = 0 N Forza normale Fn = 6530 N Velocità circonferenziale v = 17.5 m/s Velocità di risonanza ne1 = 50 rpm ESITO: NEGATIVO Risultati fattori di sicurezza: Fattore di sicurezza Pitting SH = 0.73; 0.73 Fattore di sicurezza rotture denti SF = 3.07;.63 Fattore di sicurezza contatto statico SHst = 1.45; 1.45 Fattore di sicurezza flessione SFst = 6.1; 5.60
16 Non verificate a Pitting: Rifatta verifica su modello originale Sovradimensionato a flessione (n=.6) Esito negativo a pitting (n=0.7) I coefficienti di sicurezza sono gli stessi delle ruote originali. RUOTE VERIFICATE
17 . Profilo scanalato albero elica tramite Handbook di Solid Edge V18 : Dati progetto: P = 11 kw n = 470 rpm T = 433 Nm Dimensioni geometriche: D = 35 mm Z = m = 1.5 mm Lf = 47 mm Risultati: Lunghezza minima denti = mm σ flessione = 46 MPa Pressione di contatto = 39 MPa ESITO: POSITIVO PROFILO VERIFICATO
18 i = mm 6000, M M 3. Verifica sezione Mf max albero elica: Dati progetto: Dp1 = 5.94mm e Dp = 16.99mm P = 150 HP = talberomot ore talberoelica , 5 11 KW Detrminazione forze e momenti: P Nm P Nm R1 T1 N N Determinazione reazioni vincolari e momento flettente critico: R R a b Ra 1 Ra Rb 1 Rb Mcritico = Ra x (99.7/1000) = Rb x (53/1000) = 30.5 Nm Grafico taglio N, N N T tg tg N T 1 1 M D talberoelica 1 p N Grafico momento flettente Fassiale N. M G J B 0, Nm. 3
19 Determinazione della sezione resistente dell albero e sicurezza: Flessionale Flessionalecritico Normale NormaleCri tico torsionale torsionalecritico 1 n vsk Ncritico = 0, 0, =750 N/mm K vskt tcritico = Kt 0, Fcritico = bwk = 0, 3 bwbs b0 kb 0, = 433 N/mm kb bs b0 3 Fcritico = 150 N/mm Sostituendo i valori calcolati nell equazione generale otteniamo un coefficiente di sicurezza n=1.6. Valore non molto elevato ma ammissibile Sezione S = 599 mm Momento resistente a flessione Wb = mm3 Momento resistente a torsione Wt = mm3. N = 5 N/mm F = 89 N/mm t = 57 N/mm SEZIONE VERIFICATA
20 4. Verifica sezione intaglio semilunette Dati progetto: L1 = 5.6mm lato motore L = 17.1mm lato elica Deintaglio = 8.65mm Dialbero = 1.5mm P = 11 KW 470 giri/min = 470 = 59 rad/sec 60 Detrminazione forze, momenti, e reazioni vincolari: R Fassiale R R a b M G N N Ra 1 Ra Rb 1 Rb N J B 0, Nm 3 Mfintaglio = 5507 x 5.6 = Nmm N Determinazione della sezione resistente dell albero e safety factor: Flessionale Flessionalecritico Normale NormaleCri tico Wb = mm3 N = 3 MPa Wt = mm3 t = 160 MPa S = mm F = 33 MPa vsk Ncritico = 0, 0, =750 N/mm K vskt tcritico = Kt 0, Fcritico = bwk = 0, 3 bwbs b0 kb 0, = 433 N/mm = 150 N/mm torsionale torsionalecritico 1 n Il risultato dei calcoli fornisce in fattore di sicurezza n =.5 SEZIONE INTAGLIO VERIFICATA
21 Conclusioni: Il riduttore risulta idoneo a un incremento di potenza trasmissibile di 50 HP a patto di un cambio dei materiali costituenti ruote e albero.
22 Grazie per l attenzione
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