Relatore: Prof. Ing. Luca Piancastelli

Correlatori: Prof. Ing. G. CaligianaProf. Ing. A. LiveraniDott. Ing. D. Francia

Candidato: Giuseppe Antonio Caprara

Università degli Studi di Bologna – Facoltà di Ingegneria – A.A. 2004/2005 – 20/03/2005

Analisi delle possibilitAnalisi delle possibilitàà di incremento del di incremento del rapporto potenza/peso del motore 1900 jtd rapporto potenza/peso del motore 1900 jtd avioavio

OBIETTIVI DELLA TESIOBIETTIVI DELLA TESI

OBIETTIVI INIZIALIOBIETTIVI INIZIALIAumento della cilindrata da 1900cc a 2500cc con incremento

della corsa da 90,4 a 118,9 mm

Progettazione di un albero a gomiti per il nuovo motore 2500 jtd, in grado di far erogare una potenza di circa 300 Cv a 3800 rpm, con una pressione in camera di

combustione di 180 bar

Riprogettazione del basamento passando dalla ghisa alla lega leggera

MODIFICHE DEGLI OBIETTIVIMODIFICHE DEGLI OBIETTIVIMantenimento dei pistoni originali

Analisi del nuovo albero motore

SVILUPPO DELLA TESISVILUPPO DELLA TESI

ANALISI DEL NUOVO ALBERO PER IL 2500 jtd

PROGETTAZIONE DEL NUOVO ALBERO PER IL 2500 jtd

RIPROGETTAZIONE DEL NUOVO BASAMENTO

Utilizzo del software SolidWorks 2005 per la modellazione del nuovo albero

Utilizzo del software SolidWorks 2005 per la modellazione del nuovo basamento

Utilizzo del foglio di calcolo dell’ Ing. Piccaglia e del software ANSYS Workbench 10 per l’analisi dell’albero

FLUSSO DI LAVOROVERIFICA TORSIONALE

Analisi delle vibrazioni torsionalicondotta col metodo certificato

del Lloyd

VERIFICA FLESSIONALEAnalisi dei modi propri di vibrare flessionali condotta col software

ANSYS Workbench 10

VERIFICA STATICAAnalisi condotta col software

ANSYS Workbench 10

NON VERIFICATO

VERIFICATO

VERIFICATO

ALBERO PROGETTATOALBERO PROGETTATO

Materiale: ghisa a grafite sferoidale ASTM 897σr = 965 N/mm²σs = 758 N/mm²ρ = 7096 kg/m³

Diametri esterni dei perni di banco e di biella invariati

PossibilitPossibilitàà di utilizzare pistoni di utilizzare pistoni e testata del motore originalee testata del motore originale

Lunghezza complessiva invariata

LL’’ALBERO PESA 17,8 kgALBERO PESA 17,8 kg

VERIFICA TORSIONALE NUOVO ALBEROVERIFICA TORSIONALE NUOVO ALBERO

ANALISI DELLE VIBRAZIONI TORSIONALI CONDOTTA COL METODO ANALISI DELLE VIBRAZIONI TORSIONALI CONDOTTA COL METODO DEL LlOYD ( foglio di calcolo realizzato dallDEL LlOYD ( foglio di calcolo realizzato dall’’Ing. Piccaglia )Ing. Piccaglia )

• L’armonica del 4° e del 6°ordine interseca la curva di Lloyd

• Calettamento di due pendoli sull’albero a gomiti per smorzare le vibrazioni

VERIFICA FLESSIONALE NUOVO ALBERO VERIFICA FLESSIONALE NUOVO ALBERO

ANALISI DELLE FREQUENZE PROPRIE CON ANSYS WORKBENCH 10ANALISI DELLE FREQUENZE PROPRIE CON ANSYS WORKBENCH 10

Frequenza critica relativa al primo mododi vibrare flessionale pari a 1685,4 Hz:

ncritica = 16094 rpm

La velocità critica flessionale non è stataverificata secondo quanto previsto dai testi( che richiedono una velocità di confronto

molto elevata ), ma si è confrontato il rapporto R = ncritica / nregime con quello

del motore aeronautico DB 605

R 2500 jtd = 4,25R DB 605 = 4,24

ESSENDO RESSENDO R2500 jtd 2500 jtd = R= RDB605DB605,, SI CONCLUDESI CONCLUDECHE LCHE L’’ALBERO NON PRESENTA CRITICITAALBERO NON PRESENTA CRITICITA’’

DAL PUNTO DI VISTA FLESSIONALEDAL PUNTO DI VISTA FLESSIONALE

≈

MODELLO PER LO STUDIO FEM NUOVO ALBEROMODELLO PER LO STUDIO FEM NUOVO ALBERO

E’ stata adottata una reticolatura disimulazione composta da 138929

nodi e 84901 elementi

La discretizzazione è più fine nei tratti maggiormente sollecitati,

mentre è stata lasciata al controllodel calcolatore nelle restanti zone

Tipo di elemento: tetraedricotetraedrico

IPOTESI DI VINCOLAMENTO E DI CARICOVINCOLIVINCOLI CARICHICARICHI

• vincoli cilindrici nei perni di bancoper simulare le bronzine

• vincolo fisso in corrispondenza della flangia a cui è fissato il volano per simulare la presa di forza

• carichi radiali e tangenziali sui perni di manovella

•momento torcente sul perno di banco lato distribuzione persimulare la presenza dell’elica

VERIFICA STATICA NUOVO ALBERO

Il picco di tensione è situato in corrispondenza della giunzione tra il

secondo perno di banco e la seconda maschetta , ed è pari a:

σmax = 342 N/mm²

RISULTATI DI CALCOLO CONRISULTATI DI CALCOLO CONANSYS WORKBENCH 10ANSYS WORKBENCH 10

Il coefficiente di sicurezza è:

K = σid/σs = 2,77

NUOVENUOVEBIELLEBIELLE

Materiale: lega di titanio TiGr5σr = 1100 N/mm²σs = 940 N/mm²ρ = 4450 kg/m³

BASAMENTOBASAMENTO

RIPROGETTAZIONE DEL NUOVO BASAMENTO

UTILIZZO DI LEGA LEGGERA AL POSTO DELLA GHISA

AUMENTO DEGLI INGOMBRI DOVUTI AL

NUOVO ALBERO A GOMITI

CONCLUSIONICONCLUSIONI

IL NUOVO ALBEROA GOMITI

è verificato a flessione e staticamenteè verificato a torsione con pendoli

IL NUOVO BASAMENTO

L’AUMENTO DELLA CORSA PROVOCA

progettazione dell’albero a gomitimodellamento di un nuovo basamento

in lega leggera

presenta elevati ingombriil peso aumenta del 30% circa

Non conviene aumentare la cilindrata, Non conviene aumentare la cilindrata, èè da da studiare il caso di cilindrata ridotta e maggior studiare il caso di cilindrata ridotta e maggior

numero di girinumero di giri

Grazie a tutti