Studio di massima del Studio di massima del basamento di un motore diesel basamento di un motore diesel

aeronautico ad altissimo aeronautico ad altissimo numero di girinumero di giri

Tesi di laurea diTesi di laurea diGIORGIO BOLETTIGIORGIO BOLETTI

Relatore: Relatore: Prof. Ing. Luca PiancastelliProf. Ing. Luca Piancastelli

Correlatori:Correlatori:Prof. Ing. Gianni CaligianaProf. Ing. Alfredo Liverani

Alma Mater Studiorum Alma Mater Studiorum -- UniversitUniversitàà degli Studi di Bologna degli Studi di Bologna -- A.A. 2005/2006A.A. 2005/2006

ObiettiviObiettivi della tesidella tesi

Proseguimento del lavoro dellProseguimento del lavoro dell’’Ing. Carlo Ricci Ing. Carlo Ricci Maccarini che ha effettuato il dimensionamento Maccarini che ha effettuato il dimensionamento e le l’’ottimizzazione del propulsoreottimizzazione del propulsoreDimensionamento di massima del basamentoDimensionamento di massima del basamentoVerifica agli elementi finitiVerifica agli elementi finitiOttimizzazione strutturaleOttimizzazione strutturaleOttenimento di un basamento leggero, Ottenimento di un basamento leggero, compatto, rigido ed affidabilecompatto, rigido ed affidabile

Motore in analisiMotore in analisiCilindrata 7.0 litriCilindrata 7.0 litriMotore 12 cilindri a V di 90Motore 12 cilindri a V di 90°°Potenza 1680 CVPotenza 1680 CVRapporto di compressione pari a 15,5Rapporto di compressione pari a 15,5Iniezione del combustibile con doppio iniettore Iniezione del combustibile con doppio iniettore pompa ad otturatore piezoceramicopompa ad otturatore piezoceramicoCielo del pistone con doppia camera di Cielo del pistone con doppia camera di combustionecombustioneVelocitVelocitàà di rotazione delldi rotazione dell’’albero motore pari a albero motore pari a 10000 rpm10000 rpm

Dimensionamento del basamentoDimensionamento del basamento

Per lPer l’’individuazione dellindividuazione dell’’ingombro di ingombro di massima si sono usati come dati di massima si sono usati come dati di

partenza lpartenza l’’ingombro radiale dellingombro radiale dell’’albero a albero a gomiti e la distanza tra le mezzerie dei gomiti e la distanza tra le mezzerie dei perni di banco alla quale corrisponde la perni di banco alla quale corrisponde la distanza tra le mezzerie dei supporti di distanza tra le mezzerie dei supporti di

banco.banco.

Fori per il bloccaggioFori per il bloccaggio

Considerando che la massima pressione che si Considerando che la massima pressione che si raggiunge in camera di combustione raggiunge in camera di combustione èè di 160 di 160 bar, per assicurare il serraggio sia tra i due bar, per assicurare il serraggio sia tra i due blocchi che tra il blocco superiore e la testata si blocchi che tra il blocco superiore e la testata si sono utilizzate viti 5/8Wsono utilizzate viti 5/8W28 fori per il bloccaggio delle due parti28 fori per il bloccaggio delle due parti14 fori per bancata per il bloccaggio con la 14 fori per bancata per il bloccaggio con la testatatestata

Supporti per bronzineSupporti per bronzine

Le bronzine vengono assicurate ai rispettivi Le bronzine vengono assicurate ai rispettivi supporti di banco grazie ad opportuni risalti supporti di banco grazie ad opportuni risalti ottenuti sulle superfici esterne dei semigusci che ottenuti sulle superfici esterne dei semigusci che vanno ad inserirsi in scavi ricavati sui supporti vanno ad inserirsi in scavi ricavati sui supporti stessistessiIn corrispondenza del supporto di banco In corrispondenza del supporto di banco centrale viene collocata una particolare bronzina centrale viene collocata una particolare bronzina per il riferimento assiale dellper il riferimento assiale dell’’albero a gomitialbero a gomiti

Sistemi Sistemi AusiliariAusiliari

Nello studio degli impianti di raffreddamento Nello studio degli impianti di raffreddamento e lubrificazione si e lubrificazione si èè usato come modello la usato come modello la configurazione che tali impianti hanno nel configurazione che tali impianti hanno nel motore Yamaha R1 disponendo però le motore Yamaha R1 disponendo però le pompe dellpompe dell’’olio e dellolio e dell’’acqua in maniera acqua in maniera differente, una a destra e ldifferente, una a destra e l’’altra a sinistra altra a sinistra

nella parte bassa del blocco inferiorenella parte bassa del blocco inferiore

Sistema di raffreddamentoSistema di raffreddamento

Circuito di lubrificazioneCircuito di lubrificazione

Condotto scambiatore

Uscita olio

Materiali utilizzatiMateriali utilizzati

Il materiale utilizzato per la realizzazione dei Il materiale utilizzato per la realizzazione dei due blocchi due blocchi èè una lega di alluminio una lega di alluminio classificata dalla normativa come classificata dalla normativa come

GDGD--AlSi9.AlSi9.LL’’utilizzo di questa lega permette di utilizzo di questa lega permette di

contenere il peso dellcontenere il peso dell’’intero basamento sui intero basamento sui 79 kg.79 kg.

Analisi dei carichiAnalisi dei carichi

Forze che si scaricano sui supporti di Forze che si scaricano sui supporti di banco dovute alle pressioni interne al banco dovute alle pressioni interne al cilindro e allcilindro e all’’inerzia del manovellismoinerzia del manovellismoMomento giroscopico che agisce sulle parti Momento giroscopico che agisce sulle parti in rotazionein rotazioneForza di richiamataForza di richiamataForza di trazione dellForza di trazione dell’’elicaelica

Analisi delle tensioniAnalisi delle tensioni

Il primo risultato che si ottiene tramite Il primo risultato che si ottiene tramite ll’’analisi strutturale FEM di Ansys analisi strutturale FEM di Ansys

Workbench 10.0 Workbench 10.0 èè::tensione massima di 496 MPa in tensione massima di 496 MPa in corrispondenza dellcorrispondenza dell’’attacco lateraleattacco lateraletensione di snervamento del materiale: 130 tensione di snervamento del materiale: 130 MPaMPa

Prime modifichePrime modifiche

Allungamento e Allungamento e arrotondamento arrotondamento delle piastre e delle piastre e realizzazione di realizzazione di nervature lateralinervature laterali

Realizzazione di Realizzazione di rinforzi sui cilindririnforzi sui cilindri

Nuovi risultatiNuovi risultati

Le modifiche apportate conferiscono Le modifiche apportate conferiscono maggiore robustezza. La tensione in maggiore robustezza. La tensione in corrispondenza delle piastre corrispondenza delle piastre èè scesa a scesa a

175 MPa.175 MPa.La zona piLa zona piùù sollecitata ora sollecitata ora èè il secondo perno il secondo perno

di banco dove si registra una tensione di di banco dove si registra una tensione di 301 MPa.301 MPa.

Ottimizzazione 1Ottimizzazione 1

Per portare le tensioni a valori accettabili la Per portare le tensioni a valori accettabili la modifica del supporto modifica del supporto èè stata lstata l’’unica unica

soluzione. Si soluzione. Si èè allora ricorsi allallora ricorsi all’’inserimento, inserimento, in entrambi i blocchi del basamento in in entrambi i blocchi del basamento in

corrispondenza dei supporti, di anime di corrispondenza dei supporti, di anime di acciaio che hanno innalzato il valore limite acciaio che hanno innalzato il valore limite

di resistenza e irrigidito la struttura a di resistenza e irrigidito la struttura a discapito del peso complessivo.discapito del peso complessivo.

79 kg => 95 kg79 kg => 95 kg

Analisi delle deformazioniAnalisi delle deformazioniLL’’analisi analisi èè sicuramente pisicuramente piùù articolata di quella articolata di quella tensionale in quanto non tensionale in quanto non èè possibile confrontare il possibile confrontare il valore ottenuto con un valore standardizzato.valore ottenuto con un valore standardizzato.Da uno studio precedentemente svolto dallDa uno studio precedentemente svolto dall’’ Ing. Ing. Testi, si ricava che le zone su cui concentrare Testi, si ricava che le zone su cui concentrare ll’’attenzione e dove quindi si devono contenere le attenzione e dove quindi si devono contenere le deformazioni massime sono gli alloggiamenti dei deformazioni massime sono gli alloggiamenti dei perni di banco dellperni di banco dell’’albero motore, che debbono albero motore, che debbono restare in linea retta il pirestare in linea retta il piùù possibile affinchpossibile affinchéé si si mantenga il film di lubrificante. mantenga il film di lubrificante. Valore limite: Valore limite: 0,03 mm0,03 mm

Ottimizzazione 2Ottimizzazione 2Per diminuire ancora la deformazione in Per diminuire ancora la deformazione in corrispondenza dei supporti corrispondenza dei supporti èè allora necessario allora necessario modificare e rendere ancora pimodificare e rendere ancora piùù rigido il rigido il basamento.basamento.Per fare questo si prevede un allargamento del Per fare questo si prevede un allargamento del canale principale di lubrificazione per potervi canale principale di lubrificazione per potervi inserire un tubo dinserire un tubo d’’acciaio che si estende per acciaio che si estende per ll’’intera lunghezza del basamento.intera lunghezza del basamento.Anche in questo caso il peso della struttura Anche in questo caso il peso della struttura subirsubiràà un incremento passando daun incremento passando da

95 kg a 103 kg95 kg a 103 kg

Deformazione massima: 0,022 mm

ConclusioniConclusioni

Il dimensionamento di massima, la verifica e lIl dimensionamento di massima, la verifica e l’’ottimizzazione del ottimizzazione del basamento sono stati condotti ricercando il miglior basamento sono stati condotti ricercando il miglior compromesso tra le seguenti caratteristiche:compromesso tra le seguenti caratteristiche:

•• CompattezzaCompattezza•• LeggerezzaLeggerezza•• Configurazione ottimale dei sistemi di raffreddamento e Configurazione ottimale dei sistemi di raffreddamento e

lubrificazionelubrificazioneIn conclusione si può affermare che la versione finale del In conclusione si può affermare che la versione finale del basamento ha mantenuto la compattezza e la configurazione dei basamento ha mantenuto la compattezza e la configurazione dei sistemi di raffreddamento e lubrificazione inizialmente progettasistemi di raffreddamento e lubrificazione inizialmente progettati, ti, anche se il tutto a scapito della leggerezza, in quanto le modifanche se il tutto a scapito della leggerezza, in quanto le modifiche iche apportate e soprattutto lapportate e soprattutto l’’inserimento delle anime e del tubo inserimento delle anime e del tubo dd’’acciaio hanno incrementato il peso complessivo da acciaio hanno incrementato il peso complessivo da 79 kg a 103 79 kg a 103 kg.kg.