Università degli Studi di Forlì Seconda Facoltà di Ingegneria con sede a Cesena Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Disegno assistito dal Calcolatore STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI UN RIDUTTORE ELICA PER UTILIZZO AERONAUTICO Tesi di laurea di: Luca Strada Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli Anno Accademico 2010/2011
OGGETTO DELLO STUDIO Riduttore di velocità ordinario a due ruote dentate per motore diesel aeronautico Motore FIAT 1.3 Multijet Principali Linee Guida: Potenza trasmissibile 150 HP Velocità angolare albero motore 4400 rpm Rapporto di trasmissione τ = 0,606 Sviluppo verticale inferiore a 200 Massa inferiore ai 2,5 kg
PRIMO STUDIO RIDUTTORE CON RUOTE A DENTI DIRITTI
RISPETTA IL VINCOLO DI PROGETTO RIGUARDANTE LO SVILUPPO VERTICALE 20 cm NON RISPETTA IL VINCOLO DI PROGETTO RIGUARDANTE LA MASSA 5 kg SPECIFICHE NON SODDISFATTE
SECONDO STUDIO RIDUTTORE CON RUOTE A DENTI ELICOIDALI
RISPETTA IL VINCOLO DI PROGETTO RIGUARDANTE LO SVILUPPO VERTICALE 16,5 cm RISPETTA IL VINCOLO DI PROGETTO RIGUARDANTE LA MASSA 2,5 kg STUDIO CORRETTO
COMPONENTI ALBERO PRIMARIO (MOVENTE) Lato destro: presenza di scanalatura per inserimento giunto Giubo Ruota dentata di pezzo con l albero primario, per risparmiare peso e aumentarne la resistenza Larghezza di fascia ruota dentata 24 mm Diametro esterno albero 30 mm foro di 20 mm Materiale: 14 NiCr 18
ALBERO ELICA (CEDENTE) Lato destro: presenza di scanalatura per alloggiamento ruota dentata e sede per seeger Lato sinistro: presenza di scanalatura per alloggiamento flangia di collegamento elica Dimensioni di massima: O30, O35 mm con foro di O20 Materiale: 14 NiCr 18 cementato e temperato
RUOTA ALBERO ELICA Foro centrale scanalato per alloggiamento su albero elica di 35 mm Angolo d elica: 30 Materiale: 14 NiCr 18 Cementato e temperato. Profondità di cementazione 1.
CUSCINETTI Cuscinetto radiale serie 61906 RS1 sull albero primario (non verificato, sarebbe auspicabile utilizzare il cuscinetto serie 6006 RS 1) Cuscinetto obliquo serie 7206 BE, utilizzato invece sull albero elica
SEMICARTER LATO MOTORE Sedi circolari per alloggiamento cuscinetti: superiore cuscinetto obliquo inferiore cuscinetto radiale Presenza nella parte inferiore di tasca per l olio di lubrificazione 9 fori per il collegamento dei due semicarter con viti M6 dotate di helicoil Appendici nella parte inferiore per collegamento con telaietto tramite due viti M6 (foro passante) Materiale: AlSi9Mg (Silafont 30)
SEMICARTER LATO ELICA Sedi circolari per alloggiamento cuscinetti: obliquo inserito nel cono Presenza nella parte inferiore di due fori ai lati per alloggiamento sensore livello olio e tappo per sostituzione/rabbocco olio 9 fori per unione con semicarter lato motore Materiale: AlSi9Mg (Silafont 30)
TENUTE Tenuta albero primario serie CR 30X47X6 HMS5 V Tenuta albero elica serie CR 30X62X7 HMS5 V
RIDUTTORE COMPLETO
INTERFACCIA MOTORE RIDUTTORE GIUNTO GIUBO Doppio giunto Giubo con relativa flangia per collegamento con albero primario riduttore Utilizzo di 6 viti M12 per unione dei due giunti e della flangia Giunto Giubo direttamente preso dal catalogo Ortlinghaus Presenza di 6 fori M12 filettati con interasse 100 mm Coppia massima trasmissibile 400 Nm
RIDUTTORE GIUNTO CAMPANA FRIZIONE Campana frizione collegata direttamente al giunto Giubo tramite l utilizzo di 3 viti M12 per diminuire il più possibile gli ingombri Il giunto viene collegato, tramite la flangia, al riduttore attraverso il profilo scanalato presente nell albero primario
TELAIO Utilizzato per collegare il riduttore al motore 1.3 Multijet Realizzato in Ti-6Al-4V Il telaio viene collegato al riduttore tramite l utilizzo di 5 viti M6 A sua volta viene collegato al motore attraverso 5 viti M8
VERIFICHE Caratteristiche meccaniche 14 NiCr 18: Carico di rottura 1130 Mpa Carico di snervamento 785 Mpa Modulo elastico 206000 MPa Caratteristiche meccaniche AlSi9Mg: Carico di rottura 360 MPa Carico di snervamento 315 MPa Dati di progetto: Potenza 150 HP Velocità angolare albero motore 4400 rpm Rapporto di trasmissione 0,606 Coppia massima 238 Nm Forze scambiate durante il moto sul profilo dei denti: Forza tangenziale Ft = 10603 N Forza radiale Fr = 6338 N Forza assiale Fa = 6122 N Forza normale 14020 N
ALBERO PRIMARIO CALCOLO REAZIONI VINCOLARI Piano x-y Piano x-z AB = 18,9 mm BC = 18,9 mm D p1 = 45,033 mm Mf = 137832 Nmm Ya = 528 N Yc = 6766 N AB = 18,9 mm BC = 18,9 mm D p1 = 45,033 mm Mt= 238000 Nmm Za = 5301 N Zc = 5301 N Xc = 6122 N
COEFFICIENTE SICUREZZA ALBERO PRIMARIO Tramite un opportuno posizionamento dei vincoli, delle forze scambiate sulle ruote dentate e l utilizzo del software Simulation di SolidWorks, è stato calcolato il coefficiente di sicurezza minimo, pari a circa 3, in corrispondenza del raccordo fra albero e ruota dentata VERIFICATO
ALBERO ELICA CALCOLO REAZIONI VINCOLARI Piano x-y Piano x-z AB = 65,4 mm BC = 22,4 mm D p2 = 75,056 mm Mf = 229747 Nmm Ya = 4208 N Yc = 2030 N AB = 65,4 mm BC = 22,4 mm D p2 = 75,056 mm Mt = 397910 Nmm Za = 2705 N Zc = 7898 N Xa = 6122 N
COEFFICIENTE SICUREZZA ALBERO ELICA Tramite un opportuno posizionamento dei vincoli e delle forze, è stato calcolato il coefficiente di sicurezza minimo, pari a circa 3,5. VERIFICATO
RUOTA DENTATA ALBERO ELICA Anche in questo caso, applicando i vincoli e le forze in maniera corretta, è stato calcolato il coefficiente di sicurezza minimo, pari a circa 3, in corrispondenza dei fori di alleggerimento VERIFICATA
SEMICARTER Infine sono stati verificati i due semicarter Semicarter lato motore Coefficiente di sicurezza minimo pari a 4,3 VERIFICATO Semicarter lato elica Coefficiente di sicurezza minimo pari a 3,7 VERIFICATO
CONCLUSIONI La soluzione scelta ha dimostrato di essere valida con una massa complessiva di 5 kg. Vi sono però alcune problematiche ancora da verificare. Il Volano va verificato e, se possibile, alleggerito. I cuscinetti dell albero primario del riduttore non sono verificati e vanno sostituiti. In questo caso, per un prodotto di piccolissima serie, o quanto meno per il prototipi, andrebbe ridisegnato il carter del riduttore per la realizzazione non per fusione, ma con lamiere calandrate e saldate. Grazie per la cortese attenzione