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STUDIO E OTTIMIZZAZIONE DI
UN ALBERO MOTORE PER UN
6 CILINDRI DIESEL
Candidato
Nicola Di Marco
Relatore
Prof. Ing. Luca Piancastelli
Correlatori
Giacomo Caroli
Ing. Cristina Renzi
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Tesi di laurea in disegno assistito dal calcolatore
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Obbiettivi:
Ottimizzazione dell’albero e verifica strutturale a
torsione e flessione
Equilibratura dell’albero motore alle forze
centrifughe
Dimensionamento del volano
Dimensionamento delle bielle e delle viti per la
testa, dei pistoni e verifiche strutturali
Equilibratura delle forze alterne di inerzia
Analisi delle frequenze di vibrazione
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Situazione di partenza:
L’albero che ho studiato deriva dal motore
VD007 oggetto della tesi dell’Ing. Angelini.
L’albero non era equilibrato, non presentava
condotti per la lubrificazione e non resisteva
ai carichi cui era sottoposto.
Inoltre l’albero, i pistoni e le bielle avevano
ampi margini di miglioramento per quanto
riguarda le masse e le dimensioni.
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Situazione di partenza:
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Situazione di partenza:
Per quanto riguarda i materiali, ho scelto:
Acciaio 300M per l’albero motore
Lega di alluminio 7075-T6 per i pistoni e i
cilindri per i condotti dell’olio
Lega del titanio per le bielle
Ghisa e tungsteno per il volano
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:
In campo aeronautico sono fondamentali
masse e dimensioni ridotte, unite ad alte
resistenze dei pezzi.
Per questo ho ridimensionato i perni
dell’albero e le maschette, ottenendo ottimi
risultati nelle caratteristiche sopra citate.
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:Perni di banco iniziali:
Massa 794 g
Lunghezza 60 mm
Diametro maggiore 61 mm
Diametro minore 55 mm
Perni di banco finali centrali:
Massa 1065 g
Lunghezza 75 mm
Diametro maggiore 55 mm
Diametro minore 49 mm
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:Perni di banco iniziali:
Massa 794 g
Lunghezza 60 mm
Diametro maggiore 61 mm
Diametro minore 55 mm
Perni di banco finali centrali:
Massa 1065 g
Lunghezza 75 mm
Diametro maggiore 55 mm
Diametro minore 49 mm
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:Perni di manovella iniziali:
Massa 788 g
Lunghezza 88 mm
Diametro maggiore 66 mm
Diametro minore 60 mm
Perni di manovella finali:
Massa 830 g
Lunghezza 82 mm
Diametro maggiore 46 mm
Diametro minore 40 mm
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:
Maschette iniziali:
Massa 1111 g
Spessore 22 mm
Maschette finali:
Massa 248 g
Spessore 19 mm
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:
Maschette iniziali:
Massa 1111 g
Spessore 22 mm
Maschette finali:
Massa 248 g
Spessore 19 mm
AA 2007-2008 Sessione II
Università degli studi di Bologna
Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ottimizzazione dell’albero:
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Lubrificazione:
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Verifica strutturale dell’albero:Coefficiente
minimo di
sicurezza
Sollecitazione
massima
Coefficiente
minimo di
sicurezza
Sollecitazione
massima
Secondo
perno di
manovella
Secondo perno
di manovella
Terzo perno di
manovella
Terzo perno di
manovella
2,1 7,61 108 N/m2 2,2 6,43 108 N/m2 α = 0°
1,1 1,4 109 N/m2 1,1 1,4 109 N/m2 Quadratura
α = 45°
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Verifica strutturale dell’albero:
AA 2007-2008 Sessione II
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Verifica strutturale dell’albero:
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Verifica strutturale dell’albero:
AA 2007-2008 Sessione II
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Equilibratura delle forze
centrifughe: Fr = mr ω2 r
Maschetta finale:
Massa 723 g
Raggio 18,15 mmAA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Equilibratura delle forze centrifughe:
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Dimensionamento del volano:Il volano è un organo, a forma di disco, cui è
affidato il compito di limitare le fluttuazioni
della velocità angolare dell’albero. Il volano,
cioè, deve regolarizzare il più possibile
l’andamento nel tempo della velocità angolare
sfruttando la propria inerzia.
Si pone il volano in grado di assorbire
l’incremento massimo di energia cinetica della
macchina, ossia il lavoro massimo di
fluttuazione ΔL: ΔL = I ω2 δ
Massa = 4,47 kg
Verificato a forza centrifuga
Cava per
Linguetta B 8x7x22
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Dimensionamento del volano:
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Pistoni: Massa 1222 g
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Pistoni: Massa 1222 g
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Pistoni: Massa 1222 g
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Bielle:Sistema biella
fork-blade
Verifiche cui
sottoporre le bielle:
Compressione
Trazione
Carico di punta
Colpo di frusta
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Bielle:TRAZIONE
Biella blade
COMPRESSI
ONE
Biella blade
TRAZIONE
Biella fork
COMPRESSI
ONE
Biella fork
1,1 1,1 1,1 1,1 Coefficiente
minimo di
sicurezza
9,91 108
N/m2
9,91 108
N/m2
1,01 109
N/m2
1,01 109
N/m2
Massima
sollecitazione
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Bielle:Sistema biella
fork-blade
Verifiche cui
sottoporre le bielle:
Compressione
Trazione
Carico di punta
Colpo di frusta
Verifica a carico di punta
mediante la formula di
Rankine:
σCR > σ del carico
applicato
Verifica a colpo di frusta
a una distanza di 0,6 l
dal centro del piede
Lunghezza bielle 180 mm
Sezione ad H
Biella blade (sx):
Massa 663 g
Biella fork (dx):
Massa 937 g
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Equilibratura delle forze alterne
di inerzia: F’a = ma ω2 r (cos α)
Fa” = ma ω2 r l (cos 2 α)
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Equilibratura delle forze alterne di inerzia:
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Studio delle frequenze di
vibrazione dell’albero:
f = n / 60 = 167 Hz
L’importante è che i vari modi di vibrazione abbiano
frequenze alte, maggiori almeno della frequenza
di vibrazione dell’albero, evitando fenomeni di risonanza.
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Risultato finale:Lo studio eseguito ha portato risultati
soddisfacenti. Rispetto all’albero di partenza, si
sono ottenuti notevoli miglioramenti per quanto
riguarda la massa dell’albero a gomiti e la sua
lunghezza. Si è passati infatti da 737 a 672 mm
e da 14,433 a 10,25 kg, aggiungendo all’albero
anche i pistoni e gli spinotti, le bielle e il volano
si raggiunge una massa complessiva di
32,9 kg.
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Risultato finale:
AA 2007-2008 Sessione II
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Facoltà di Ingegneria Aerospaziale
Ringraziamenti:Prof. Luca Piancastelli
Giacomo Caroli
Cristina Renzi
I miei genitori
I miei compagni di corso e i miei amici
I presenti
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