Università degli Studi di Bologna
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
Laboratorio CAD L
Studio di massima e ottimizzazione
del basamento di un motore quattro cilindri
per uso aeronautico
Tesi di laurea di:
PAOLO TESTI
Relatore:
Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI
Anno Accademico 2005-2006 – Seconda Sessione
Dal motore motociclistico a quello
aeronautico
Motore Yamaha
Motore Aeronautico
Dal motore motociclistico a quello
aeronautico
Albero motore aeronautico
Albero motore
Yamaha
Versatilità del motore
Attacco a sbalzo
Attacco “tipo Rotax 912”
Stima delle sollecitazioni
• Momento giroscopico
M G = J ⋅ B ⋅ ω = 1⋅
π
3
⋅ 2800 ⋅
2π
= 307 Nm
60
J = momento d’inerzia massimo ottenuto dai dati del
costruttore
B = rateo di manovra, ovvero l’unità di misura
quantificante la variazione di rotta dalla traiettoria
principale. Si assume B = π/3 rad/sec;
ω= velocità angolare di rotazione dell’elica, espressa in
rad /sec.
Stima delle sollecitazioni
Forza di richiamata 6g
Frichiamata = 6 ⋅ g ⋅ m = 6 ⋅ 9,81 ⋅ 60 = 3531,6 N
Massa equivalente testata
Massa eq. albero motore
Stima delle sollecitazioni
• Trazione dell’elica 20N/CV
Fassiale = 20 ⋅ 160 = 3200 N
• Reazioni del Riduttore
T2= 3839 N
N2= 1397 N
Stima delle sollecitazioni
• Calcolo con gli elementi finiti delle reazioni
delle forze di pressione sul basamento
Verifica agli elementi finiti
Procedimento di lavoro
• Verifica del caso peggiore in accordo con le
specifiche del materiale
• Calcolo dello scostamento tra la deformata reale
e quella teoricamente desiderabile (i perni di
banco rimangono lungo una retta)
• Confronto con quelle ottenute sul motore
Yamaha sottoposto ai medesimi carichi
Analisi dei risultati
Confronto Scostamenti
0,07
0,06
0,05
A sbalzo
0,04
Vincolo Rotax
0,03
Motore Yamaha
0,02
0,01
Confronto Scostamenti
Direzione Y
0
0
80
160
240
320
400
0,07
0,06
0,05
A sbalzo
0,04
Vincolo Rotax
0,03
Motore Yamaha
0,02
0,01
0
0
80
160
240
320
400
Verifica dei dati iniziali
Sollecitazioni tangenziali
10000
8000
6000
4000
2000
Forze alterne totali
Forze alterne primo ordine
-2000
-4000
-6000
-8000
-10000
-183
-188
-194
-199
-204
-209
-214
-220
-225
-230
-235
-240
-246
-251
-256
-261
-266
-272
-277
-282
-287
-292
-298
-303
-308
-313
-318
-324
-329
-334
-339
-344
-350
-355
-360
0
Forze alterne secondo ordine
Forze totali
Ricerca dell’errore
⎡
⎤
Mi
π ⋅ D2
Fx = ⎢(P(α ) − P0 ) ⋅
− ma ⋅ ω 2 ⋅ r (cos(α ) + λ ⋅ cos(2α )⎥ ⋅ tg ( β ) + mbr ⋅ ω 2 ⋅ r ⋅ sin(α ) +
L ⋅ cos(β )
4
⎣
⎦
L’espressione analitica presente sul testo “Motori a quattro tempi” dell’ ing.
Bocchi perde il significato vettoriale per valori dell’angolo di biella β negativi. Si
utilizzerà dunque la formulazione riveduta:
⎡
⎤
Mi
π ⋅ D2
Fx = ⎢(P (α ) − P0 ) ⋅
− ma ⋅ ω 2 ⋅ r (cos(α ) + λ ⋅ cos(2α )⎥ ⋅ tg ( β ) + mbr ⋅ ω 2 ⋅ r ⋅ sin(α ) +
4
L ⋅ cos( β )
⎣
⎦
Sollecitazioni tangenziali
6000
5000
4000
3000
Forze alterne totali
2000
Forze alterne primo ordine
Forze alterne secondo ordine
1000
Forze totali
-1000
-2000
-3000
-183
-188
-194
-199
-204
-209
-214
-220
-225
-230
-235
-240
-246
-251
-256
-261
-266
-272
-277
-282
-287
-292
-298
-303
-308
-313
-318
-324
-329
-334
-339
-344
-350
-355
-360
0
Analisi delle sollecitazioni
• Attacco a sbalzo
Analisi delle sollecitazioni
• Attacco Rotax
Analisi delle deformazioni
Scostamento Confronto
0,06
0,05
0,04
A sbalzo
0,03
Vincolo Rotax
Motore Yamaha
0,02
0,01
0
0
80
160
240
320
400
Modifiche strutturali
Prima
Dopo
Modifiche strutturali
Miglioramenti dovuti alle
modifiche
Confronto Scostamenti
Confronto Scostamenti
0,045
0,04
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
0,035
0,03
A sbalzo prima
A sbalzo dopo
0,025
Rotax prima
0,02
Rotax dopo
0,015
0,01
0,005
0
0
80
160
240
320
A sbalzo
400
0
80
160
240
Rotax
320
400
Analisi delle deformate
Confronto Scostamenti
0,045
0,04
0,035
0,03
A sbalzo
0,025
Vincolo Rotax
0,02
0,015
0,01
Motore Yamaha
0,005
0
0
80
160
240
320
400
Osservazione
Caso 4Y
0,04
0,02
0
-0,02
0
80
160
240
320
400
-0,04
-0,06
-0,08
-0,1
Valori reali
Valori interpolati
Rigidezza infinita
Conclusione
•
•
Con l’attacco “ tipo Rotax 912” il motore
possiede i requisiti richiesti
Con l’attacco a sbalzo non possiede al
momento i valori di rigidezza richiesti anche
se:
- il coperchio della coppa sarà
sicuramente più rigido di quello preso
in quest’analisi
- l’attacco sarà sicuramente meno
rigido di quello preso dal solutore