STUDIO OTTIMIZZAZIONE DELLA TRASMISSIONE DI POTENZA PER UN BI-DIESEL FAN SU UN VELIVOLO DELLA CLASSE CITATION-X

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1 Università degli studi di Bologna Facoltà di Ingegneria ELABORATO FINALE DI LAUREA in Disegno tecnico industriale STUDIO OTTIMIZZAZIONE DELLA TRASMISSIONE DI POTENZA PER UN BI-DIESEL FAN SU UN VELIVOLO DELLA CLASSE CITATION-X Tesi di Laurea di: Emanuele Minardi Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno Accademico 2007/2008 Sessione II 1

2 Il punto di partenza FAN Rinvio angolare centrale Albero di trasmissione in carbonio Rinvii ai fan Moltiplicatore - Riduttore VD cilindri Turbocompound 2

3 Il punto di partenza Moltiplicatore - Riduttore 3

4 Il punto di partenza Rinvio angolare centrale 4

5 Il punto di partenza Albero di trasmissione in carbonio 5

6 Il punto di partenza Rinvii ai fan 6

7 Il punto di partenza FAN 7

8 Obiettivi della tesi Adattare la trasmissione per un bi-diesel 6 cilindri Boxer (che sostituisce il 12 cilindri a V ) Ottenere un sistema leggero e silenzioso Garantire una affidabilità del 99,9% per 3000 ore di funzionamento Predisporre un dispositivo per permettere il funzionamento indipendente dei fan in caso di guasto di uno dei due motori 8

9 Il Motore Il motore VD cilindri a V Turbocompound Potenza = 4000 Cv Peso a secco = 350 kg Regime di rotazione = 3800 rpm Il motorevx007 Boxer 6 cilindri Potenza = 3000 Cv Peso a secco = 216 kg Regime di rotazione = 5600 rpm 9

10 Il Motore Disallineamento 10

11 Il Moltiplicatore Nasce dalla necessità di ottenere il minimo momento torcente possibile agente sull albero di trasmissione in carbonio: essendo P=M ω a parità di P, se ω M Osservazioni: 16800rpm 5600 rpm (motore) rpm (in uscita dal moltiplicatore) Eliminazione ruote cilindriche: Rapporto di trasmissione affidato direttamente ai rinvii conici a denti spiroidali leggerezza 5600rpm Funzionamento indipendente dei due sistemi di trasmissione grazie al disallineamento tra i due motori sicurezza MOTORI 11

12 Il Moltiplicatore Profilo scanalato Boccola Anello elastico 12

13 Le ruote coniche spiroidali Riprogettate per una potenza di 3000Cv minori dimensioni a parità di resistenza (Dpm=244mm e Dpc=80mm) leggerezza Alta resistenza a pitting (principale causa di guasto viste le alte velocità di rotazione) Rapporto di trasmissione = 3 Angolo d elica = 35 silenziosità Inclinazione assi = 90 Acciaio 300M: acciaio ad alta resistenza (σr=2070 MPa,σS=1700MPa) 13

14 Le ruote coniche spiroidali 14

15 Verifica Piastre Programma utilizzato: COSMOSWorks (FEM) Analisi STATICA (Von Mises) Procedimento: 1. Vincoli e Forze 2. MESH 3. Calcolo e Risultati finali CS=2.5 15

16 Il CARTER Struttura SEMPLICE e profilo ESSENZIALE Lega di Alluminio : - LEGGEREZZA - SCARSA RESISTENZA Nervature 16

17 Il CARTER CARATTERISTICHE: 1. Sede GETTI di lubrificazione degli ingranaggi 17

18 Il CARTER CARATTERISTICHE: 1. Sede GETTI di lubrificazione degli ingranaggi 2. Sede ruote condotte 18

19 Il CARTER CARATTERISTICHE: 1. Sede GETTI di lubrificazione degli ingranaggi 2. Sede ruote condotte 3. Vaschetta di raccolta lubrificante 19

20 Il CARTER CARATTERISTICHE: 1. Sede GETTI di lubrificazione degli ingranaggi 2. Sede ruote condotte 3. Vaschetta di raccolta lubrificante 4. Permettere la congiunzione dei motori disallineati 20

21 I Coperchi Alluminio 21

22 I Coperchi Alluminio FUNZIONI: GETTI BOCCOLA 1. Sede per i GETTI di lubrificazione delle BOCCOLE 22

23 I Coperchi Alluminio GETTI FUNZIONI: BOCCOLA 1. Sede per i GETTI di lubrificazione delle BOCCOLE 2. Sede per le TENUTE MECCANICHE(necessarie per evitare il trafilamento esterno dell olio lubrificante) ANGUS DPSM Φ35 23

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25 Albero Trasmissione Trasmettono la potenza dai motori ai FAN Fibra di carbonio ad alta resistenza: Densità 1800 kg/m³ Modulo Elastico 230 GPa Resistenza a trazione 1000 Mpa DATI: - Diametro esterno = 160 mm - Spessore = 2 mm - Lunghezza = 1650 mm - Massa= 2,95 kg RIDUZIONE DI MASSA DEL 25

26 Albero Trasmissione 26

27 Instabilità elastica Sotto l effetto del proprio peso l albero, posto in rotazione, tende a deformarsi descrivendo un arco di cerchio. 27

28 Instabilità elastica Sotto l effetto del proprio peso l albero, posto in rotazione, tende a deformarsi descrivendo un arco di cerchio. Freccia statica 5 fp = 384 m g 4 L L D4 d 4 E π nc = fp 28

29 Montaggio Giunti Robustezza Rotazione tra assi incidenti 300 M 29

30 Montaggio Giunti 30

31 Montaggio Giunti Incollaggio Albero Collegamento mediante bulloni Smorzatore Viscoso 31

32 Montaggio Giunti Incollaggio Collegamento mediante bulloni Albero Smorzatore Viscoso Assorbe l energia delle vibrazioni torsionali mediante l effetto tagliante di un fluido di silicone altamente viscoso. 32

33 Montaggio Giunti 33

34 Il RIDUTTORE τ Boccole = 0,6 Compattezza Leggerezza Dpm = 65 mm Dpc= 110 mm Massa ruote = 3,3 kg Angolo d elica = 35 Silenziosità 34

35 Il CARTER Lega di Alluminio + Struttura Compatta ed Essenziale - Leggerezza (2,7 kg) - Ingombri ridotti Facilmente Smontabile 35

36 Il CARTER Lega di Alluminio + Struttura Compatta ed Essenziale - Leggerezza (2,7 kg) - Ingombri ridotti Facilmente Smontabile - Sostegno motrice - Pozzetto raccolta lubrificante - Sede Getti 36

37 Il CARTER Lega di Alluminio + Struttura Compatta ed Essenziale - Leggerezza (2,7 kg) - Ingombri ridotti Facilmente Smontabile - Sostegno Condotta - Sede Getti e Tenute Meccaniche 37

38 Il CARTER Lega di Alluminio + Struttura Compatta ed Essenziale - Leggerezza (2,7 kg) - Ingombri ridotti Facilmente Smontabile - Sede Getto e Tenute Meccaniche 38

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41 Assemblaggio Moltiplicatore-Albero di Trasmissione 41

42 Assemblaggio Moltiplicatore-Albero di Trasmissione Centraggio - Semigiunti con profilo scanalato - Anello intermedio Centraggio Antisvitamento 42

43 Assemblaggio Moltiplicatore-Albero di Trasmissione Ghiere di serraggio 43

44 Assemblaggio Albero-Riduttore 44

45 Assemblaggio Albero-Riduttore 45

46 Assemblaggio Albero-Riduttore Il giunto deve permettere lo scorrimento Scorrimento albero maschio entro l albero femmina Immergere l innesto in GRASSO ad ALTO POTERE LUBRIFICANTE 46

47 Assemblaggio Albero-Riduttore 47

48 Assemblaggio Albero-Riduttore 48

49 Assemblaggio Albero-Riduttore 49

50 OGIVA del Fan 50

51 - Sistema leggero e poco ingombrante - Elevata Affidabilità e - Sicurezza - Facilità di smontaggio in ogni sua parte in caso di manutenzione - Studiare un efficiente impianto di lubrificazione - Progettare il sistema di giunzione Riduttore-Fan - Sistema di disaccoppiamento Motore-Fan 51

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