Studio ed ottimizzazione di una distribuzione a catena per un motore turbo-diesel aeronautico di grossa cilindrata

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1 Studio ed ottimizzazione di una distribuzione a catena per un motore turbo-diesel aeronautico di grossa cilindrata CANDIDATO RELATORE Federico Musto Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria A.A. 2007/2008 Sessione II CORRELATORI Dott.Ing. Cristina Renzi Prof. Ing. Gianni Caligiana Prof. Ing. Alfredo Liverani

2 Scopo prefisso Progettazione di una distribuzione a catena per il motore aeronautico VD007 sviluppato dall ingegner Vangelisti e confronto con una distribuzione a ingranaggi Richieste Buona affidabilità e robustezza Masse contenute

3 Fasi del progetto Studio di una distribuzione a catena Dimensionamento di massima Alleggerimento della struttura Verifica agli elementi finiti Confronto finale con la soluzione precedente

4 Organi ausiliari Due alberi a camme Due gruppi di pompe di iniezione ad alta pressione per un totale di 6 pompe Un alternatore Una presa di forza Un sistema di pompaggio per l olio lubrificante e per l acqua di refrigerazione

5 Potenze richieste Potenza richiesta (kw) rpm Alberi a camme Alternatore Presa di forza Pompa acqua Pompa olio Pompe alta pressione common rail 6,6 3030

6 Distribuzione con ruote dentate

7 Masse della vecchia distribuzione RUOTA MASSA (kg) NUMERO MASSA (kg) 148 denti 1,14 2 2, denti 1,7 1 1,7 120 denti 0,93 4 3, denti intermedia 134 denti presa di forza 1,24 1 1,24 1,43 1 1,43 37 denti 0,2 2 0,4 74 denti 0,4 1 0,4 TOTALE 11,17

8 Soluzione scelta Albero a camme Albero a camme Ruota intermedia Presa di forza Pompe alta pressione Common- Rail Pompe alta pressione Common- Rail Tendicatena Alternatore Albero a gomiti Tendicatena Pompe acqua/olio

9 La catena La catena è l organo più sollecitato Deve sostenere una potenza complessiva di 77,6 kw (equivalenti a circa 100 CV) E mossa dall albero motore ruotante alla velocità di 5000 RPM Deve garantire una buona affidabilità e robustezza Deve essere sufficientemente rigida da garantire una buona sincronizzazione

10 La catena La scelta cade su una catena del tipo usato nelle trasmissioni motociclistiche Il modello scelto può sostenere fino a 120 CV di potenza Con due catene avremo perciò anche un buon fattore di sicurezza e una buona rigidezza Le catene verranno sfasate di mezzo passo per ottenere una migliore continuità nell ingranamento

11 La catena

12 Pignoni e corone dentate Obiettivo costante è quello di avere dimensioni e masse ridotte, nel rispetto dell affidabilità E opportuno progettare perciò pignoni e corone con un numero di denti minore possibile, purché realistico Il moto sarà trasmesso tramite profilo scanalato agli alberi Le dentature saranno sfasate di mezzo passo

13 Le scelte effettuate ORGANO NUMERO DENTI SCELTO RPM Alberi a camme Alternatore Presa di forza Pompa acqua/olio Pompe alta pressione common-rail Albero motore

14 Il pignone da 12 denti I pignoni più piccoli adottati hanno solo 12 denti Sono utilizzati per muovere l alternatore e il gruppo di pompaggio Saranno eseguiti di pezzo sui relativi alberi Le due dentature sono sfasate di mezzo passo I denti trasmettono una forza massima di 2,5 kn Hanno una massa di 450 g

15 Pignone da 12 denti - Verifica

16 Ha 18 denti E l unica su cui il profilo scanalato è ricavato di pezzo E la più sollecitata I denti trasmettono una forza di 3,2 kn E eseguita in lega di alluminio 7075-T6 Presenta numerosi alleggerimenti ottenuti con fori passanti e scanalature Ha una massa di 190 g Corona motrice

17 Corona motrice Verifica denti

18 Corona motrice Verifica profilo scanalato

19 Le altre corone trascinate Sono eseguite in Lega di Alluminio 7075-T6 E stata adottata la soluzione mozzo scanalato + corona Muovono alberi a camme, presa di forza e pompe di iniezione Le più sollecitate sono quelle trascinate per prime dalla catena Sostengono sui denti una forza di 3 kn circa Hanno una massa che va da 0,84 a 1,02 kg

20 Le altre corone trascinate

21 Soluzione corona + mozzo

22 Verifica altre corone 36 denti

23 Verifica altre corone 27 denti

24 Verifica altre corone 29 denti

25 Il tendicatena Mantiene la catena in tensione grazie alla spinta di olio in pressione E composto di due parti in acciaio al carbonio Su di esso è montato un pignone da 12 denti in lega di alluminio E dotato di due tenute dinamiche Lubroring per lo scorrimento relativo delle parti Massa complessiva 1,15 kg

26 Valutazione finale ELEMENTO MASSA (kg) NUMERO TOTALE Corona 36 denti 1, kg Corona 27 denti 0,84 2 1,68 kg Corona 29 denti 0,95 2 1,90 kg Corona 18 denti 0,19 1 0,19 kg Pignone 12 denti 0,45 2 0,90 kg Tendicatena 1,15 2 2,30 kg Catene 4,21 2 8,42 kg TOTALE 17,43 kg

27 Conclusioni La massa è aumentata da 11,17 kg a 17,43 kg La soluzione con catena risulta perciò svantaggiosa rispetto a quella ad ingranaggi Ciò è probabilmente da imputare all elevata potenza del motore, e perciò anche della relativa distribuzione Con un motore di minore potenza, tale soluzione potrebbe anche risultare conveniente

28 Fine