Università degli Studi di Bologna
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Laboratorio di disegno CAD
ANALISI E VERIFICA DI UN RIDUTTORE
AERONAUTICO PER AUMENTARNE LA
POTENZA TRASMISSIBILE
Relatore:
Tesi di laurea di:
Pavani Filippo
Prof. Ing. Luca
Piancastelli
Anno Accademico 2009/10
OGGETTO DELLO STUDIO:
riduttore ROTAX 912
Finalità:
Aumentare la potenza trasmissibile dai 100 HP
attuali a 150 HP
Fasi
1) Rilievo delle parti del riduttore
2) Modellazione CAD delle parti
3) Verifica del riduttore utilizzando dei materiali e dei
trattamenti idonei a migliorare le prestazioni senza
penalizzare troppo costo e produzione di serie
ALBERO ELICA
BLOCCAGGIO ASSIALE A
SEMILUNE
CUSCINETTI
VOLVENTI
GIUNTO A DENTI DI CANE
Il riduttore è composto da:
• estremità albero motore nella quale si
inseriscono:
• pignone
Il moto rotatorio
viene trasmesso
tramite il profilo
scanalato
L’ancoraggio assiale è garantito
da:
• Spallamento
ricavato
sull’albero
• Rosetta con nasello
• Dado
• albero elica
Lato motore
Lato elica
•ruota dentata con denti di cane su un fianco
Trasmissione del
moto all’albero
elica avviene
tramite
l’ingranamento
dei denti del
pignone
secondo un
dato rapporto di
riduzione
•Parastrappi a dente di cane
trasmette in moto da ingranaggio a albero elica tramite un profilo scanalato
Parastrappi a dente di cane
Albero elica
•Distanziali e regolatori vari
Mantenere inalterate le
posizioni reciproche dei
vari elementi
•Molle a tazza
Forniscono la forza assiale
utile per l’ancoraggio del
giunto a dente di cane
•
due semilunette
Bloccaggio radiale:
anello seeger
bloccaggio assiale:
intaglio su albero elica
Funzionamento :
• 1 trasmette il moto a 2
3
4
• 2 ingrana con 3
6
7
5
• 3 trasmette moto a 4
con denti del cane
• 4 trasmette a 5
1
2
Bloccaggio assiale
tramite cuscinetto 6
su spallamento
albero 5 e
semilunette 7
alloggiate in un
intaglio di 5
Verifiche:
1.ingranaggio (acciaio14NiCr18 cementate, temprate)
2.profilo scanalato
3.Albero elica(acciaio 38NiCrMo4 bonificato)
4.Albero pignone (non critico) (acciaio 38NiCrMo4 bonificato)
1. Ruote dentate tramite Handbook
di Solid Edge V18:
Dati materiale:
14NiCr18 Cementato e temperato
•Rottura = 1130 MPa
•Resistenza a fatica = 740 MPa
•Modulo elastico = 206000 MPa
Dati progetto:
•Potenza P = 112 kW
•Velocità rotazione n = 6000 rpm
•Rapporto riduzione t= 2.43
•Interasse = 91.35 mm
Classe di tolleranza ISO 6
Dati geometrici ruote dentate (ingranaggio rettificato):
Pignone
Z = 21
x = 0.17 (= 0.45 mm)
dp = 55.65 mm
db = 52.29 mm
do = 60.28 mm
df = 49.92 mm
dw = 53.29 mm
Ruota
Z = 51
x = -1.4 (= -3.71 mm)
dp = 135.15 mm
db = 126.99 mm
do = 131.46 mm
df = 121.10 mm
dw = 129.42 mm
Risultati secondo ISO 6336:1996
•Potenza P = 112;
•Rendimento = 0.97
•Velocità rotazione n =
6000;
•Momento torcente Mk =
178.2535;
•Forza tangenziale Ft = 6400 N
•Forza radiale Fr = 1258 N
•Forza assiale Fa = 0 N
•Forza normale Fn = 6530 N
•Velocità circonferenziale v = 17.5 m/s
•Velocità di risonanza nE1 = 2250 rpm
2470.5 rpm
420 Nm
ESITO: NEGATIVO
Risultati fattori di sicurezza:
•Fattore di sicurezza Pitting SH = 0.732; 0.732
•Fattore di sicurezza rotture denti SF = 3.07; 2.63
•Fattore di sicurezza contatto statico SHst = 1.45; 1.45
•Fattore di sicurezza flessione SFst = 6.12; 5.60
Non verificate a Pitting:
•
•
•
•
Rifatta verifica su modello originale
Sovradimensionato a flessione (n= 2.6)
Esito negativo a pitting (n=0.7)
I coefficienti di sicurezza sono gli stessi delle
ruote originali.
RUOTE VERIFICATE
2. Profilo scanalato albero elica
tramite Handbook di Solid Edge V18 :
Dati progetto:
• P = 112 kW
• n = 2470 rpm
• T = 433 Nm
Dimensioni geometriche:
• D = 35 mm
• Z = 22
• m = 1.5 mm
• Lf = 47 mm
Risultati:
•Lunghezza minima denti = 45.88 mm
•σ flessione = 46 MPa
•Pressione di contatto = 39 MPa
ESITO: POSITIVO
PROFILO VERIFICATO
3. Verifica sezione Mf max albero elica:
Dati progetto:
Determinazione reazioni
vincolari e momento flettente
critico:
Dp1 = 52.294mm e Dp2 = 126.99mm
i = 91.35 mm
6000

 2,43
2470
Ra  Ra1  Ra 2  2266  1244  3510 N,
Rb  Rb1  Rb 2  4263  1244  5507 N
P = 150 HP = 150  735,5  112 KW
Mcritico = Ra x (99.7/1000) = Rb x (53/1000) = 320.5 Nm
Detrminazione forze e momenti:
112000 60

 178.25 Nm.

6000 2  
P 112000 60
 

 420 Nm

2470 2  
M talberomotore 
M talberoelica
P

Grafico taglio
R12  T122  N122  6406.242  1258.252  6528.63 N
N12  T12  tg  6406.2367  tg 20  1258.24 N
T12 
2  M talberoelica 2  420000

 6406.23
Dp 2
126.999
Fassiale  20 150  3000 N.
M G  J  B    0,7 

3
 259  190 Nm.
N
Grafico momento flettente
Determinazione della sezione resistente dell’albero e sicurezza:
Normale   torsionale 
1
 Flessionale


 
  2
n
 Flessionalecritico NormaleCritico   torsionalecritico 
2
Ncritico =
tcritico =
vSK
K
vSKt
Kt
  0, 2   0, 2 =750 N/mm2
  0, 2   0, 2 
Fcritico = bWK =
 0, 2
3
bw  bS  b0
kb
= 433 N/mm2
kb
bS  b0
 3
Fcritico = 150 N/mm2
2
Sostituendo i valori calcolati
nell’equazione generale
otteniamo un coefficiente di
sicurezza n=1.6.
Valore non molto elevato ma
ammissibile
Sezione S = 599 mm2
Momento resistente a flessione Wb = 3609.88 mm3
Momento resistente a torsione Wt = 7219.76 mm3 .
N = 5 N/mm2
F = 89 N/mm2
t = 57 N/mm2
SEZIONE VERIFICATA
4. Verifica sezione intaglio semilunette
Dati progetto:
Determinazione della sezione
resistente dell’albero e safety
factor:
L1 = 25.6mm lato motore
L2 = 127.1mm lato elica
Deintaglio = 28.65mm
Dialbero = 21.5mm
P = 112 KW
2 
Normale   torsionale 
1
 Flessionale


 
  2
n
 Flessionalecritico NormaleCritico   torsionalecritico 
2
  2470 giri/min =2470  60 = 259 rad/sec
Detrminazione forze, momenti, e
reazioni vincolari:
Wb =1333.04 mm3 N = 23 MPa
Wt = 2666.07 mm3 t = 160 MPa
S = 281.662 mm2 F = 233 MPa
Ncritico =
R12  6528.63 N
Fassiale  20 150  3000 N
Ra  Ra1  Ra 2  2266  1244  3510 N
Rb  Rb1  Rb 2  4263  1244  5507 N

M G  J  B    0,7   259  190 Nm
3
2
tcritico =
vSK
K
vSKt
Kt
  0, 2   0, 2 =750 N/mm2
  0, 2   0, 2 
Fcritico = bWK =
 0, 2
3
= 433 N/mm2
bw  bS  b0
= 150 N/mm2
kb
Il risultato dei calcoli fornisce in
fattore di sicurezza n = 2.5
Mfintaglio = 5507 x 25.6 = 140979.2 Nmm
SEZIONE INTAGLIO VERIFICATA
Conclusioni:
Il riduttore risulta idoneo a un
incremento di potenza trasmissibile di 50 HP a
patto di un cambio dei materiali costituenti
ruote e albero.
Grazie per l’attenzione