11

Ottimizzazione della Ottimizzazione della trasformazionetrasformazione del motore del motore

Yamaha R1 2003 al fine di ridurre Yamaha R1 2003 al fine di ridurre il numero di componentiil numero di componenti

Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - A.A. 2006/2007 – 10/10/2007

Tesi di laurea di :Carlo Vannucci

Relatore :Prof. Ing. Luca PiancastelliCorrelatrice :Dott. Ing. Cristina Renzi

YAMAHA R1

22

Cilindrata 1211,2 cc

Alesaggio x corsa

79,5 x 61 mm

Rapporto di compressione

9,0:1

Potenza massima

73,5 kW (100 CV) @ 5500 rpmMax. 5 min.: 84,5 kW @ 5800 rpm

Coppia massima

144 Nm @ 4900 rpm

Velivolo ultraleggero

Propulsore per velivolo ultraleggero

Propulsore Yamaha R1 2002/2003

Cilindrata 998 cc

Alesaggio x corsa 74 x 58 mm

Rapporto di compressione

11.8 : 1

Potenza massima 111,8 kW (152 CV) @ 10.500 rpm

Coppia massima 107 Nm (10,9 kg-m) a 8.500 rpm

Lubrificazione Carter umido

Rotax 914 UL.F

33

I Versione TrasmissioneModificata per uso avio

(Tesi Ing. Carlini)

Albero motore

Campana frizione

Albero primario

Albero secondario

Trasmissione: dalla motocicletta Trasmissione: dalla motocicletta all’applicazione aeronauticaall’applicazione aeronautica

44

Obiettivi perseguiti nella Obiettivi perseguiti nella elaborazione della nuova elaborazione della nuova

soluzione progettualesoluzione progettuale Minimizzare il numero di variazioni dal motore originale YR1

Trasmissione da 14500 rpm dell’albero a gomiti a 2800 rpm dell’ elica

Ridurre il più possibile la rigidezza torsionale del sistema

Affidabilità

Compattezza

Leggerezza

Prolungamento del primario con realizzazione della trasmissione con l’albero elica all’esterno del basamento del motore

55

Trasmissione finaleTrasmissione finale

66

Prima soluzione progettuale:Prima soluzione progettuale:Struttura iperstatica:

B

Piano X - Y

N2A

24

N1

C D

380 149 44,88

1625,8

959,2

22,4

97,3

690

Taglio

[N]

Momento

[KN]

19,5

-8

- 16,5

-31

Piano x-y

77

Prima soluzione progettuale:Prima soluzione progettuale:Struttura iperstatica:

B

Piano X - Y

N2A

24

N1

C D

380 149 44,88

1625,8

959,2

22,4

97,3

690

Taglio

[N]

Momento

[KN]

19,5

-8

- 16,5

-31

T1 T2

Piano X - Z

24 380 149 44,88

C D A BB

Piano X - Z

A

T1

AC D D

T2

+ +

X2 X1X2 X1

5098

2664

210

230

1895

Taglio

[N]

Momento

[KN]

61,2

29,2

-50,6

-85

Piano x-z

88

Analisi risultati:

Vantaggi :

• Valori di tensioni più contenuti possibilità di procedere ad un alleggerimento della struttura

• trattandosi di una struttura iperstatica a fronte di eventuali dilatazioni dovute ad azioni termiche nell’albero si possono verificare delle distorsioni

DifettiDifetti : :

99

Seconda soluzione progettuale:Seconda soluzione progettuale:Mediante l’utilizzo di un giunto a denti ci si riporta ad una struttura di tipo isostatica:

>> u = rpm motore / rpm elica = 14500 / 2800 = 5,18

>> u nell’ultima coppia di ingranaggi = 3,76

>> Acciaio da cementazione 38NiCrMo4 σR = 1000 N/mm2

1010

DimensionamentiDimensionamenti:: Verifica di resistenza

Piano x - y

1111

DimensionamentiDimensionamenti::

Raggio di raccordo

Cuscinetti impiegati nella precedente

soluzione

Verifica di resistenza

Verifica a Fatica secondo norme UNI 7670

Verifica cuscinetti

Piano x - z

1212

A differenza dell’applicazione originale del motore ossia motociclistica, ogni componente del propulsore che si andrà a dimensionare dovrà garantire un’affidabilità complessiva del 99%. Affidabilità 90%

Verifica di resistenza

Affidabilità 99%

Scelta dei cuscinetti

1313

Dimensionamento delle ruote dentateDimensionamento delle ruote dentate

>> Trattamenti termici che garantiscono ottimale resistenza ad usura.

Verifica a resistenza

Verifica ad usura

>> Rapporto di ingranaggio: u = 3,276

>> 16NiCrMo2 σR = 1000 N/mm2 .

1414

Verifiche di resistenza sull’albero elicaVerifiche di resistenza sull’albero elica

amm222

id σN/mm 1703τσσ <=+=

Piano y - z

1515

Verifiche di resistenza sull’albero elicaVerifiche di resistenza sull’albero elica

amm222

id σN/mm 1703τσσ <=+=

Piano x - z

1616

Analisi agli elementi finitiAnalisi agli elementi finiti Programma usato: Ansys Workbench 10.0

Numero elementi 14970

Numero nodi 27091Impostazione materiale

1717

Impostazione dei vincoli

222id N/mm 7813τσσ =+=

1818

Applicazione delle forze

1919

Analisi risultati:

222id N/mm 7813τσσ =+=

Dall’analisi otteniamo valori intorno agli 180 MPa

In linea con quanto precedentemente calcolato:

2020

Numero elementi 14061

Numero nodi 24655

Numero elementi 37958

Numero nodi 60548

2121

Applicazione delle forze

2222

Imposizione dei vincoli

2323

Andamento delle

tensioni

2424

Ulteriore alleggerimento Ulteriore alleggerimento della trasmissionedella trasmissione

Smorzatore Viscoso

Frizione a dischi con

parastrappi

2525

Ulteriore alleggerimento Ulteriore alleggerimento della trasmissionedella trasmissione

Smorzatore Viscoso

2626

ConclusioniConclusioni In seguito alle simulazioni condotte con il programma di

analisi agli elementi finiti la trasformazione del motore con l’impiego di un riduttore esterno risulta realizzabile

L’impiego di uno smorzatore viscoso con massa toroidale in tungsteno consente di assorbire adeguatamente le vibrazioni alleggerendo ulteriormente la trasmissione

Il motore così rielaborato risulta leggero e “affidabile”

2727

Trasmissione finaleTrasmissione finale

2828

Trasmissione finaleTrasmissione finale