UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno Tecnico Industriale STUDIO DI FATTIBILITA DEL BASAMENTO BOXER 6 CILINDRI PER IL MOTORE VD007 Tesi di laurea di : Filippo Dellabartola Relatore : Prof. Ing. Luca Piancastelli Correlatori : Dott. Ing. Cristina Renzi
Lo Scopo della Tesi Valutazione delle reali possibilità di conversione del motore VD007 da V60 a boxer Progettazione del basamento motore Verifica resistenza del basamento attraverso FEA Assemblaggio di tutti gli organi che realizzano il blocco motore
Le Specifiche Richieste Potenza uguale o superiore a 1200 CV Alesaggio 142mm e corsa 108mm (dati ottenuti dal VD007) Rapporto di compressione 15.5 Ottenere un rendimento superiore al 35% Riduzione della massa
Scelta disposizione cilindri Per la realizzazione di questo nuovo motore a sei cilindri, in grado di sviluppare una potenza di 1200 CV, si è subito optato per la disposizione a cilindri contrapposti meglio detto BOXER. La scelta è motivata dal fatto che si avrà un motore particolarmente equilibrato per quanto riguarda le forze e momenti liberi del primo e secondo ordine. Come mostra la tabella accanto, tale disposizione darà il miglior compromesso tra equilibratura e minor ingombro assiale.
Acquisizione dati iniziali dal VD007 Il pistone (progettato dall ing.vangelisti) bimetallico (cofusione di leghe di Al e Acciaio) La biella a coltello e a forchetta (progettata dall ing.renzi) in lega di titanio L albero a gomito (progettato dall ing.renzi) realizzato in acciaio 300M La testata (progettata dall ing.zaccaria) a due valvole e a doppia iniezione
Progettazione del basamento Il basamento è realizzato in ACCIAIO 300M (bonificato e nitrurato) Resistenza a trazione=1600mpa Carico di snervamento=2000mpa Ottenuto dal pieno attraverso lavorazione alle macchine utensili STRUTTURA LEGGERA, MA RESISTENTE
Progettazione del basamento motore Il dimensionamento di massima del basamento è vincolato dalle dimensioni assiali e radiali dell albero a gomito Lunghezza assiale = 520mm Raggio di manovella = 54mm Distanza tra i supporti di banco = 156mm
Progettazione del basamento motore SUPPORTO BRONZINE E CONDOTTO LUBRIFICANTE Le frecce in rosso mostrano il percorso dell olio lubrificante
Verifica basamento motore STUDIO STATICO: Nel cilindro tra la testa e il pistone si ha, al momento della combustione, una pressione di 19MPa andrà a scaricarsi sul basamento Per ottenere la pressione che agisce sulla superficie d appoggio dei cilindri (basamento) è necessario eseguire alcuni calcoli: pressione=190 bar alesaggio=142 mm=0.142 m Area_pistone=alesaggio^2*pi/4=0.0159 m 2 N prigionieri=8
Calcolo della pressione che agisce sulla superficie d appoggio dei cilindri: Forza_sui_prigionieri=2.5*Area_pistone*pressione/4=19 kn Forza_total_prigionieri=N prigionieri*forza_sui_prigionieri=1504 kn Superficie_appoggio_prigionieri=0.058 m 2 PressioneSullaSuperfAppoggCilind=Forza_totale_prigionieri/Sup_app_prig= =25.7 MPa
Verifica basamento motore Utilizzando COSMOSworks REALIZZO LA MESH Inserisco: LE PRESSIONI I VINCOLI IL MATERIALE L'analisi agli elementi finiti (FEA) è una tecnica numerica.
Verifica basamento motore eseguo STUDIO STATICO Si calcolano: gli spostamenti le forze di reazione le deformazioni le sollecitazioni il coefficiente di sicurezza COEFFICIENTE DI SICUREZZA = 2.5 Il criterio di Von Mises
Verifica basamento motore ANALISI DELLE FREQUENZE PROPRIE: L'analisi della frequenza può aiutare a evitare il cedimento a causa delle eccessive sollecitazioni provocate dalla risonanza Fornisce informazioni preziose per risolvere i problemi legati alla risposta dinamica I FREQUENZA CRITICA A 550 Hz
Assemblaggio blocco motore IL BLOCCO CILINDRI È realizzato in LEGA DI ALLUMINIO 7075 DOPPIO TRATTAMENTO INIZIALE T4 (di indurimento) TRATTAMENTO FINALE T6 (di invecchiamento)
Assemblaggio blocco motore IL MANOVELLISMO DI SPINTA PISTONE BIELLA A COLTELLO ALBERO A GOMITO BIELLA A FORCHETTA
Assemblaggio blocco motore IL SISTEMA DI DISTRIBUZIONE trasmette il moto rotatorio dall albero motore all albero camme dimezza la velocità dell albero camme rispetto all albero motore
Assemblaggio blocco motore LA TESTATA (progettata dall ing.zaccaria) 2 INIETTORI 2 VALVOLE
Assemblaggio blocco motore LA POMPA DELL OLIO E DELL ACQUA POMPA OLIO POMPA ACQUA
Complessivo
Conclusioni e sviluppi futuri Lo studio di fattibilità del basamento motore sei cilindri in versione boxer ha portato a una riduzione di dimensioni e quindi di massa della versione a V del propulsore, ma soprattutto si è realizzato un motore particolarmente equilibrato per quanto riguarda le forze e momenti liberi del primo e secondo ordine. Al fine di ottenere un buon motore diesel, sicuro ed affidabile. Peso a secco: 216 kg Altezza: 412 mm Larghezza: 687 mm Lunghezza: 1072 mm POTENZA OTTENIBILE DAL 6 CILINDRI BOXER = 1200 CV
Conclusioni e sviluppi futuri I futuri passi da svolgere verso il completamento di questo lavoro saranno la riprogettazione di alcuni punti: ridefinire l ubicazione ottimale della pompa olio e acqua ottimizzare la disposizione degli accessori riprogettare il sistema di distribuzione