ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA STUDIO E DIMENSIONAMENTO DI UN BASAMENTO IN LEGA LEGGERA PER UN MOTORE AERONAUTICO AD ACCENSIONE COMANDATA
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1 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica D.I.E.M. Dipartimento di ingegneria delle costruzioni meccaniche, nucleari, aeronautiche e di metallurgia. Tesi di laurea in: DISEGNO TECNICO INDUSTRIALE STUDIO E DIMENSIONAMENTO DI UN BASAMENTO IN LEGA LEGGERA PER UN MOTORE AERONAUTICO AD ACCENSIONE COMANDATA Candidato: Gian Luigi Scarpa Relatore: Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori: Chiar.mo Prof. Ing. Gianni Caligiana Chiar.mo Prof. Ing. Alfredo Liverani Anno accademico Sessione III
2 Contesto: Cilindrata Alesaggio x Corsa Rapporto compressione Potenza max. Coppia max. Lubrificazione 1211 cc 79,5x61 mm 9,0:1 59,6 kw a 5800 rpm 128 Nm a 4900 rpm Carter secco Cilindrata Alesaggio x Corsa Rapporto compressione Potenza max. Coppia max. Lubrificazione 998 cc 74x58 mm 11,8:1 111,8 kw a rpm 107 Nm a 8500 rpm Carter umido
3 Dal motore motociclistico a quello aeronautico Motore Yamaha Motore Aeronautico
4 Basamenti: stato dell arte soluzione ottimale standard: esperienza e fem Architettura Dimensionamento Ghisa - Lega leggera (GD AlSi 9) Closed deck Open deck (canne siamesi: ) Canne integrali Canne riportate D Canne a secco Canne a umido Trattamenti canne: nikasil o laser Coppa olio: a secco a umido i
5 Obiettivo: basamento senza anello Rotax, nuovi attacchi
6 Modifiche al basamento superiore ed inferiore
7 Modifiche al naso e nuova coppa olio
8 Analisi dei carichi 1. momento giroscopico; 2. forza di trazione dell elica; 3. forza di richiamata; 4. peso proprio del propulsore; 5. reazioni sui cuscinetti del riduttore; 6. forze dovute alle pressioni interne al cilindro ed all inerzia del manovellismo.
9 Momento giroscopico M=JB Forza di trazione dell elica 20 N/CV
10 Forza di richiamata e peso proprio F = m(6g)
11 Reazioni sui supporti del riduttore T P 1 C R 1 alb. camme C T3 R N N T n n T N T 1 tg 08 P1 3 0, P N cos sen N T 2 T tg 3 3 N N sen 2 T N 1 T 1 t t T 2T t 3 2 N 3 cos n
12 Forze dovute a pressioni e inerzie cos tan 2 cos cos L M sen r m r m D p p F i br a x cos 2 cos cos r m r m D p p F br a y
13 Premesse all analisi FEM Più simulazioni sullo stesso modello (stessi vincoli diversi carichi); Stato tensionale esterno ed in sezione (tensione equivalente secondo Von Mises); Deformate sedi perni di banco (y, z, totale < 0,04 mm) Caratteristiche reticolatura: elemento: n elementi: n nodi: Precarico viti: tetraedrico a 4 nodi N
14 Prima analisi: caso A max = 80 MPa Caso A_Y [mm] -0,050-0,100-0,150-0,200-0,250 Valori reali -0,014-0,031-0,085-0,133-0,151-0,198 Valori interpolati -0,014-0,051-0,088-0,124-0,161-0,198 Caso A_Z [mm] 0,050-0,050-0,100-0,150-0,200-0,250-0,300 Valori reali 0,012-0,014-0,077-0,171-0,233-0,282 Valori interpolati 0,012-0,047-0,106-0,164-0,223-0,282
15 Prima analisi: caso B max = 98 MPa Caso B_Y [mm] 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020-0,020-0,040 Valori reali -0,004-0,010-0,032-0,033 0,025 0,076 Valori interpolati -0,004 0,012 0,028 0,044 0,060 0,076 Caso B_Z [mm] 0,020-0,020-0,040-0,060-0,080-0,100-0,120 Valori reali 0,006 0,004-0,044-0,081-0,072-0,102 Valori interpolati 0,006-0,015-0,037-0,058-0,080-0,102
16 Prima analisi: caso C max = 113 MPa Caso C_Y [mm] 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020-0,020-0,040 Valori reali -0,002-0,001-0,026-0,024 0,034 0,087 Valori interpolati -0,002 0,016 0,034 0,051 0,069 0,087 Caso C_Z [mm] 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020-0,020-0,040 Valori reali 0,005-0,016 0,018 0,074 0,088 0,089 Valori interpolati 0,005 0,021 0,038 0,055 0,072 0,089
17 Prima analisi: caso D max = 76 MPa -0,050-0,100-0,150-0,200-0,250 Caso D_Y [mm] 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 Caso D_Z [mm] -0,300 Valori reali -0,004-0,014-0,100-0,190-0,220-0,280 Valori interpolati -0,004-0,059-0,115-0,170-0,225-0,280-0,050 Valori reali -0,006 0,014 0,093 0,169 0,225 0,236 Valori interpolati -0,006 0,042 0,091 0,139 0,187 0,236
18 Prima analisi: conclusioni Tensioni: S p 0.2 max ,3 Disallineamento max: 0,08 mm > 0,04 mm Confronto deformazioni relative [mm] 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 Necessario 0,040 0,030 0,020 irrigidire! 0,010 Caso A 0,038 0,029 0,011 0,014 Caso B 0,029 0,061 0,080 0,036 Caso C 0,041 0,063 0,078 0,039 Caso D 0,053 0,015 0,036 0,038
19 Modifiche: basamento superiore ed inferiore
20 Modifiche: coppa olio e naso
21 Seconda analisi: caso A max = 59 MPa Caso A_Y [mm] -0,020-0,040-0,060-0,080-0,100-0,120-0,140-0,160 Valori reali -0,011-0,028-0,058-0,085-0,107-0,138 Valori interpolati -0,011-0,036-0,062-0,087-0,113-0,138 Caso A_Z [mm] 0,050-0,050-0,100-0,150-0,200 Valori reali 0,008-0,016-0,062-0,120-0,162-0,183 Valori interpolati 0,008-0,030-0,068-0,107-0,145-0,183
22 Seconda analisi: caso B max = 62 MPa Caso B_Y [mm] 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010-0,010 Valori reali -0,003-0,004-0,007-0,002 0,021 0,048 Valori interpolati -0,003 0,007 0,017 0,028 0,038 0,048 0,010-0,010-0,020-0,030-0,040-0,050-0,060-0,070-0,080 Caso B_Z [mm] Valori reali 0,006-0,034-0,055-0,051-0,067 Valori interpolati 0,006-0,009-0,023-0,038-0,052-0,067
23 Seconda analisi: caso C max = 68 MPa Caso C_Y [mm] 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010-0,010 Valori reali -0,003 0,001 0,003 0,001 0,030 0,060 Valori interpolati -0,003 0,010 0,022 0,035 0,047 0,060 Caso C_Z [mm] 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010-0,010 Valori reali 0,008-0,006 0,015 0,048 0,057 0,058 Valori interpolati 0,008 0,018 0,028 0,038 0,048 0,058
24 Seconda analisi: caso D max = 69 MPa -0,020-0,040-0,060-0,080-0,100-0,120-0,140-0,160-0,180-0,200 Caso D_Y [mm] Valori reali -0,004-0,029-0,070-0,119-0,152-0,182 Valori interpolati -0,004-0,040-0,075-0,111-0,146-0,182 0,180 0,160 0,140 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020-0,020 Caso D_Z [mm] Valori reali -0,001 0,024 0,075 0,118 0,156 0,161 Valori interpolati -0,001 0,032 0,064 0,096 0,129 0,161
25 Seconda analisi: conclusioni Tensioni: S p 0.2 max Disallineamento max: 0,035 mm< 0,04 mm 2 0,040 Confronto deformazioni relative [mm] 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 Caso A 0,016 0,007 0,014 0,018 Caso B 0,014 0,027 0,034 0,017 Caso C 0,025 0,023 0,035 0,020 Caso D 0,013 0,012 0,023 0,028
26 Conclusioni e sviluppi Scopo: dimensionamento basamento motore AC per uso avio. Propulsore Yamaha YZF R ha caratteristiche favorevoli. Analisi qualitativa: stato dell arte realizzazione basamenti. Nuova tipologia di attacchi sulla base dell anello Rotax: compattezza, leggerezza e flessibilità. Nuovo fissaggio, a sbalzo: verifica necessaria! Prima analisi: tensioni non pericolose, deformate intollerabili! Irrigidite parti basamento eccessivamente snelle. Seconda analisi, soluzione accettabile: coefficiente sicurezza 2; deformata 0,035 mm; Obiettivo raggiunto!
27 Conclusioni e sviluppi Confronto ingombri e pesi Rotax Yamaha: Yamaha - 60 mm, + 2 kg
28 Conclusioni e sviluppi Calcoli approfonditi, con attenta valutazione dei carichi e delle condizioni più sfavorevoli, ma verifica statica: è necessario verifica a fatica ed analisi modale, per una valutazione completa del basamento, anche sotto il profilo delle emissioni acustiche. Grazie per l attenzione.
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