UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BOLOGNA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica OTTIMIZZAZIONE DI UNA TRASMISSIONE FINALE A CATENA PER UN VELIVOLO Tesi di Laurea di: Renzo Sermenghi
Dimensionamento di massima di un gruppo riduttore con catena Affidabilità 99% Peso contenuto Durata minima: 25 ore (cambio olio) Semplicità costruttiva
Motore derivato dall Alfa 1,9 JTD per autotrazione Potenza massima: 122 kw a 3800 giri/min Coppia massima: 390 Nm a 2500 giri/min
Attacco al motore Anteriormente Posteriormente Catena interna Catena esterna
Catene motociclistiche Honda CBR 1100 XX 112 a 9.500 rpm 119 a 7.250 rpm 17 / 44 295 26 Costruttore Suzuki Modello GSX 1300 Hyabusa Potenza massima [kw] 129 a 9.800 rpm Coppia massima [Nm] 138 a 7.000 rpm Numero di denti (pignone/corona) 17 / 40 Velocità massima [km/ora] 298 Velocità della catena [m/sec] 26,5
Dalla verifica di rottura: k : costante dovuta al tipo di verifica (statica o dinamica) Tr T Ti : carico di rottura della catena : carico dovuto alla potenza trasmessa : carico dovuto alle forze d inerzia W : potenza da trasmettere n : numero di giri m : massa della catena p : passo della catena z : numero di denti della ruota
Catena motociclistica Ditta produttrice: Modello: Passo: Carico di rottura: Massa: Regina Industria s.p.a. 136 ZRP 15,875 mm (⅝ in.) 41.500 N 1,43 kg/m (2,28 kg/100 maglie) Numero di denti z 1 : 25 28 Velocità: 25,13 28,15 [m/s]
Dati di progetto: Pignone: Corona: Catena: 25 denti 38 denti 72 maglie Interasse: 315 mm Velocità: Peso: 25,13 m/sec 3,13 kg
Momento giroscopico: Mg = J B ω = 192 [Nm] J = momento d inerzia dell elica, 0,7 [kg m] B = rateo di manovra, si assume π/3 [rad/sec] ω = velocità angolare di rotazione dell elica 262 [rad/sec] Spinta assiale: F assiale = 27 [N/kW] 122 [kw] = 3294 [N] Elica traente: trazione Elica spingente: compressione
Carichi agenti sull albero elica Tiro catena Momento giroscopico Tiro dell elica T c = 6160 N M g = ±192 Nm F = ±3294 N Nelle condizioni peggiori, si avranno le seguenti reazioni sui cuscinetti: 4442 N per RA 1691 N per RB
Si è cercato di contenere il peso, raggruppando distribuzione e trasmissione di potenza.
La soluzione anteriore, implica le seguenti problematiche: 1. Occorrono due catene in parallelo per garantire le tolleranze sulla fase (cedevolezza) 2. L usura della catena incrementa il passo, possibile sfasamento nella distribuzione 3. Riduzione del numero di giri dell elica (da 2500 a 1900 rpm)
La soluzione anteriore, implica le seguenti problematiche: 4. Elevato numero di componenti (pericolo sull affidabilità) 5. Elevati oneri per la manutenzione 6. Peso elevato (oltre 10 kg)
Per risolvere il problema dell elevate tensioni all altezza degli attacchi, si utilizzano dei supporti laterali, con i seguenti vantaggi 1. La struttura e monoblocco, formano delle figure triangolari che sfruttano meglio i materiali 2. Sfruttando meglio i materiale, il riduttore risulta più leggero 3. Basta cambiare i supporti laterali per montare il riduttore su altri motori
Acciao bonificato 34 Ni Cr Mo 16: Densità: 7,85 Kg/dm 3 E = 200.000 MPa Resistenza R m = 1130 MPa Carico di scostamento dalla proporzionalità 0,2% R p0,2 = 880 MPa Caratteristiche principali: Elevata resistenza
Lega d alluminio G Al Cu 4,5 : Densità: 2,75 Kg/dm 3 E = 70.000 MPa Resistenza R m = 245 MPa Carico di scostamento dalla proporzionalità 0,2% R p0,2 = 195 MPa Caratteristiche principali: Leggerezza Buona colabilità
Cercando l affidabilità del 99 %, per il tipo di materiale adottato, si applica al carico di scostamento dalla proporzionalità dello 0,2 % un fattore di sicurezza S = 4 (certificazione) Per comodità nella visualizzazione dei risultati dell analisi si riporteranno gli andamenti dei coefficienti di sicurezza
L intera struttura risulta verificata con un coefficiente di sicurezza pari a 4
Anche l albero risulta verificata con un coefficiente di sicurezza pari a 4
Ingranaggi Catena Cinghia dentata Peso [kg] 14 8,5 7 Lubrificazione forzata a gravità assente Variazioni al montaggio nessuna nessuna coperchio testata Ispezioni minime frequenti periodiche Manutenzione alla revisione cadenzata minima
Vantaggi della soluzione Istallazione senza modifiche al motore Maggiore silenziosità Non richiede lubrificazione Non richiede tenditori Peso inferiore (circa 6,5 kg)
Il peso del riduttore a catena è contenuto, ma comunque superiore a quello con cinghia dentata L installazione non richiede modifiche Il riduttore a catena accetta una lubrificazione indipendente dal motore Svantaggio della soluzione: Soluzione poco vantaggiosa rispetto a quella con cinghia dentata