Ottimizzazione della trasformazione del motore. Yamaha R al fine di ridurre il numero di componenti

Transcript

1 Ottimizzazione della trasformazione del motore Yamaha R al fine di ridurre il numero di componenti YAMAHA R1 Tesi di laurea di : Carlo Vannucci Relatore : Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatrice : Dott. Ing. Cristina Renzi Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2006/ /10/2007 1

2 Propulsore per velivolo ultraleggero Velivolo ultraleggero Cilindrata 1211,2 cc Alesaggio x corsa 79,5 x 61 mm Rapporto di compressio ne 9,0:1 Potenza massima 73,5 kw ( rpm Max. 5 min.: 84, rpm Coppia massima rpm Rotax 914 UL.F Propulsore Yamaha R1 2002/2003 Cilindrata 998 cc Alesaggio x corsa 74 x 58 mm Rapporto di compressione 11.8 : 1 Potenza massima 111,8 kw ( rpm Coppia massima 107 Nm (10,9 kg-m) a rpm Lubrificazione Carter umido 2

3 Trasmissione: dalla motocicletta all applicazione aeronautica Albero motore Campana frizione Albero primario Albero secondario I Versione Trasmissione Modificata per uso avio (Tesi Ing. Carlini) 3

4 Obiettivi perseguiti nella elaborazione della nuova soluzione progettuale Minimizzare il numero di variazioni dal motore originale YR1 Trasmissione da rpm dell albero a gomiti a 2800 rpm dell elica Ridurre il più possibile la rigidezza torsionale del sistema Affidabilità Leggerezza Compattezza Prolungamento del primario con realizzazione della trasmissione con l albero elica all esterno del basamento del motore 4

5 Trasmissione finale 5

6 Prima soluzione progettuale: Struttura iperstatica: Piano x-y Piano X - Y N1 A D C ,8 B 149 N2 44,88 Momento Taglio ,5 97,3 [N] [KN] -8 22,4 959, ,5 6

7 Prima soluzione progettuale: Struttura iperstatica: Piano x-z Piano X - Z Piano X - Z Piano X - Y N1 T1 T1 T2 T2 + + A D C C 24 B B A D ,8 C N2 X2 D D A X2 X1 A B X1 44,88 44, Momento Momento Taglio Taglio ,6-16, [N] 97,3 [KN] [KN] -8 [N] 22, , ,5 29,2 61,2 7

8 Analisi risultati: Vantaggi : Valori di tensioni più contenuti possibilità di procedere ad un alleggerimento della struttura Difetti : trattandosi di una struttura iperstatica a fronte di eventuali dilatazioni dovute ad azioni termiche nell albero si possono verificare delle distorsioni 8

9 Seconda soluzione progettuale: Mediante l utilizzo di un giunto a denti ci si riporta ad una struttura di tipo isostatica: >> u = rpm motore / rpm elica = / 2800 = 5,18 >> u nell ultima coppia di ingranaggi = 3,76 >> Acciaio da cementazione 38NiCrMo4 σr = 1000 N/mm2 9

10 Dimensionamenti: Verifica di resistenza Piano x - y 10

11 Dimensionamenti: Verifica di resistenza Piano x - z Verifica a Fatica secondo norme Verifica cuscinetti UNI 7670 Raggio di raccordo Cuscinetti impiegati nella precedente soluzione 11

12 Verifica di resistenza Scelta dei cuscinetti A differenza dell applicazione originale del motore ossia motociclistica, ogni componente del propulsore che si andrà a dimensionare dovrà garantire un affidabilità complessiva del 99%. Affidabilità 90% Affidabilità 99% 12

13 Dimensionamento delle ruote dentate Verifica a resistenza Verifica ad usura >> 16NiCrMo2 σr = 1000 N/mm2. >> Trattamenti termici che garantiscono ottimale resistenza ad usura. >> Rapporto di ingranaggio: u = 3,276 13

14 Verifiche di resistenza sull albero elica Piano y - z σ id = σ 2 + 3τ 2 = 170 N/mm 2 < σ amm 14

15 Verifiche di resistenza sull albero elica Piano x - z σ id = σ 2 + 3τ 2 = 170 N/mm 2 < σ amm 15

16 Analisi agli elementi finiti Programma usato: Ansys Workbench 10.0 Numero elementi Numero nodi Impostazione materiale 16

17 Impostazione dei vincoli σ id = σ 2 + 3τ 2 = 178 N/mm2 17

18 Applicazione delle forze 18

19 Analisi risultati: Dall analisi otteniamo valori intorno agli 180 MPa In linea con quanto precedentemente calcolato: σ id = σ 2 + 3τ 2 = 178 N/mm2 19

20 Numero elementi Numero nodi Numero elementi Numero nodi

21 Applicazione delle forze 21

22 Imposizione dei vincoli 22

23 Andamento delle tensioni 23

24 Ulteriore alleggerimento della trasmissione Frizione a dischi con parastrappi Smorzatore Viscoso 24

25 Ulteriore alleggerimento della trasmissione Smorzatore Viscoso 25

26 Conclusioni In seguito alle simulazioni condotte con il programma di analisi agli elementi finiti la trasformazione del motore con l impiego di un riduttore esterno risulta realizzabile L impiego di uno smorzatore viscoso con massa toroidale in tungsteno consente di assorbire adeguatamente le vibrazioni alleggerendo ulteriormente la trasmissione Il motore così rielaborato risulta leggero e affidabile 26

27 Trasmissione finale 27

28 Trasmissione finale 28