FACOLTA’ DI INGEGNERIAFACOLTA’ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea in Ingegneria MeccanicaCorso di Laurea in Ingegneria Meccanica

ELABORATO FINALE DI LAUREAELABORATO FINALE DI LAUREA

InIn

Disegno Tecnico IndustrialeDisegno Tecnico Industriale

STUDIO DI FATTIBILITA’ DEL BASAMENTO BOXER 8 STUDIO DI FATTIBILITA’ DEL BASAMENTO BOXER 8 CILINDRI DEL MOTORE VD007CILINDRI DEL MOTORE VD007

CANDIDATOCANDIDATO

Tiziano EliaTiziano Elia

RELATORERELATORE

Prof. Ing. Luca PiancastelliProf. Ing. Luca Piancastelli

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNAUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA

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OBBIETTIVOOBBIETTIVO

•Valutazione della possibilità di conversione del Valutazione della possibilità di conversione del motore VD007 da 12 cilindri a V di 60° ad un motore VD007 da 12 cilindri a V di 60° ad un motore boxer a 8 cilindri.motore boxer a 8 cilindri.

•Progettazione del basamento.Progettazione del basamento.

•Verifica resistenza del basamento attraverso Verifica resistenza del basamento attraverso FEA (analisi elementi finiti).FEA (analisi elementi finiti).

•Adattamento ed assemblaggio del Adattamento ed assemblaggio del manovellismo di spinta e della testata già manovellismo di spinta e della testata già sviluppati per il VD007.sviluppati per il VD007.

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VD007VD007Il basamento da me sviluppato ha dovuto mantenere molte specifiche tecniche Il basamento da me sviluppato ha dovuto mantenere molte specifiche tecniche del motore VD007 da cui deriva. del motore VD007 da cui deriva. Il VD007 è un motore aeronautico ad Il VD007 è un motore aeronautico ad accensione per compressione common-rail, dodici cilindri a V di 90°, 20496 cc di accensione per compressione common-rail, dodici cilindri a V di 90°, 20496 cc di cilindrata e 2200 CV di potenza erogata a 5000 rpm. cilindrata e 2200 CV di potenza erogata a 5000 rpm.

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VINCOLI PROGETTUALI E SPECIFICHE VINCOLI PROGETTUALI E SPECIFICHE TECNICHE RICHIESTETECNICHE RICHIESTE

Potenza erogata di almeno 1600CVPotenza erogata di almeno 1600CV

Alesaggio 142mm e corsa 108mmAlesaggio 142mm e corsa 108mm

Rapporto di compressione 15.5:1Rapporto di compressione 15.5:1

Rendimento superiore al 35%Rendimento superiore al 35%

Riduzione del peso e degli ingombri rispetto al VD007Riduzione del peso e degli ingombri rispetto al VD007

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SCELTA DISPOSIZIONE CILINDRISCELTA DISPOSIZIONE CILINDRI

La ragione per cui è stato scelto di La ragione per cui è stato scelto di sviluppare un motore con schema boxer è sviluppare un motore con schema boxer è che tale architettura garantisce al motore che tale architettura garantisce al motore

ingombri e massa contenuti. ingombri e massa contenuti. Inoltre la maggior parte dei vani motore dei Inoltre la maggior parte dei vani motore dei

velivoli esistenti sono progettati per velivoli esistenti sono progettati per l’alloggiamento di motori boxer.l’alloggiamento di motori boxer.

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SCELTA ALBERO MOTORESCELTA ALBERO MOTOREL’albero motore che ho utilizzato è un albero piatto. L’albero motore che ho utilizzato è un albero piatto.

Questo significa che tra le manovelle interne e quelle Questo significa che tra le manovelle interne e quelle esterne c’è un angolo di 180°. In questo modo l’albero esterne c’è un angolo di 180°. In questo modo l’albero risulta già equilibrato senza dover ricorrere a masse risulta già equilibrato senza dover ricorrere a masse

aggiuntive per l’equilibratura. E’ realizzato in acciaio 300M aggiuntive per l’equilibratura. E’ realizzato in acciaio 300M e deriva da quello sviluppato dall’Ing. Renzi per il VD007.e deriva da quello sviluppato dall’Ing. Renzi per il VD007.

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MANOVELLISMO DI SPINTAMANOVELLISMO DI SPINTA

BIELLAFORCHETTA

BIELLACOLTELLO

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ACQUISIZIONE DI ELEMENTI DAL ACQUISIZIONE DI ELEMENTI DAL VD007VD007

Il pistone (progettato Il pistone (progettato dall’Ing. Vangelisti) dall’Ing. Vangelisti) bimetallico (Alluminio bimetallico (Alluminio ed Acciaio).ed Acciaio).La biella a coltello e La biella a coltello e forchetta(Lega di forchetta(Lega di Titanio).Titanio).L’albero a gomiti.L’albero a gomiti.La testata La testata (progettata dall’Ing. (progettata dall’Ing. Zaccaria).Zaccaria).

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PROGETTAZIONE BASAMENTOPROGETTAZIONE BASAMENTO

È costruito attraverso fusione in terra.È costruito attraverso fusione in terra.

È formato da 2 semigusci simmetrici.È formato da 2 semigusci simmetrici.

Il basamento, i cilindri e la testata sono Il basamento, i cilindri e la testata sono tenuti insieme da 10 tiranti(4 per tenuti insieme da 10 tiranti(4 per cilindro) invece dei classici prigionieri.cilindro) invece dei classici prigionieri.

Il basamento e le canne dei cilindri sono Il basamento e le canne dei cilindri sono realizzati in lega di alluminio GD AlSi9 MgMn.realizzati in lega di alluminio GD AlSi9 MgMn.

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PROGETTAZIONE BASAMENTOPROGETTAZIONE BASAMENTO

Il dimensionamento di massima del Il dimensionamento di massima del basamento è vincolato dalle basamento è vincolato dalle dimensioni assiali e radiali dimensioni assiali e radiali dell’albero a gomiti e delle bielledell’albero a gomiti e delle bielle

Lunghezza assiale = 660mmLunghezza assiale = 660mmRaggio di manovella = 54mmRaggio di manovella = 54mmDistanza tra i supporti di banco = 156mmDistanza tra i supporti di banco = 156mmLunghezza biella = 132mmLunghezza biella = 132mm

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Primo disegno del basamentoPrimo disegno del basamento

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13CONDOTTO DELL’OLIO

SISTEMA DI LUBBRIFICAZIONESISTEMA DI LUBBRIFICAZIONE

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SISTEMA DI LUBBRIFICAZIONESISTEMA DI LUBBRIFICAZIONE

BRONZINA

TIRANTE

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RINGROSSO CONANELLO O-RING

RINGROSSI CON SCANALATURE

CONDOTTIPER UGELLI

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CONDOTTIPER UGELLI

UGELLI

UGELLI

SISTEMA DI LUBBRIFICAZIONESISTEMA DI LUBBRIFICAZIONE

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VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTO

Nel cilindro, tra la testa ed il Nel cilindro, tra la testa ed il pistone, durante la combustione pistone, durante la combustione si ha una pressione massima di si ha una pressione massima di 19MPa.19MPa.

Forze che si scaricano sui Forze che si scaricano sui supporti di banco.supporti di banco.

Il motore deve funzionare Il motore deve funzionare subendo accelerazioni fino a subendo accelerazioni fino a 6g. In queste condizioni il peso 6g. In queste condizioni il peso di ogni componente diventa sei di ogni componente diventa sei volte maggiore.volte maggiore.

Forze che si scaricano sui Forze che si scaricano sui punti di fissaggio del punti di fissaggio del motore al telaio.motore al telaio.

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Calcolo forza a cui devono essere precaricati i tiranti:Calcolo forza a cui devono essere precaricati i tiranti:

Forza_tirante = 2.5 * Pressione * Area_pistone / 4 = 2.5 * 19 MPa * 15837 mmForza_tirante = 2.5 * Pressione * Area_pistone / 4 = 2.5 * 19 MPa * 15837 mm² / 4 = ² / 4 =

= = 188 kN188 kN

Calcolo pressione che agisce su sperficie di appoggio della testata:Calcolo pressione che agisce su sperficie di appoggio della testata:

Pressione = Forza_tirante * N°tiranti / Sup_di_appoggio_testata = 1880 kN / 25579 mmPressione = Forza_tirante * N°tiranti / Sup_di_appoggio_testata = 1880 kN / 25579 mm²²

= = 73.5 MPa73.5 MPa

VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTO

Calcolo forza che agisce su supporti di banco dell’albero motore:Calcolo forza che agisce su supporti di banco dell’albero motore:

Forza_supporti = Forza_tirante * 2 = Forza_supporti = Forza_tirante * 2 = 376 kN376 kN

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Peso dei principali Peso dei principali componenti:componenti:

Albero = 143.8 NAlbero = 143.8 N

Biella = 9.58 NBiella = 9.58 N

Pistone = 16.68 NPistone = 16.68 N

Testata = 627 NTestata = 627 N

Peso con accellerazione di 6g:Peso con accellerazione di 6g:

Albero = 862.8 NAlbero = 862.8 N

Biella = 57.48Biella = 57.48

Pistone = 100Pistone = 100

Testata = 3762Testata = 3762

TOTALE = 5885 NTOTALE = 5885 N

6g6g

VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTO

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Utilizzo del programma CosmosWorks Utilizzo del programma CosmosWorks per l’analisi agli elementi finiti.per l’analisi agli elementi finiti.

Reticolatura del Reticolatura del modellomodello

Inserimento dei dati Inserimento dei dati necessari al programma per necessari al programma per

eseguire lo studio:eseguire lo studio:

PressioniPressioni

Forze Forze

VincoliVincoli

MaterialiMateriali

VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTO

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VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTO

Risultati dello studio Risultati dello studio statico:statico:

•SpostamentiSpostamenti

•Forze di reazioneForze di reazione

•DeformazioniDeformazioni

•SollecitazioniSollecitazioni

•Coefficienti di sicurezzaCoefficienti di sicurezza

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VERIFICA DEL BASAMENTOVERIFICA DEL BASAMENTONecessità di rinforzare ed irrigidire il basamento, soprattutto Necessità di rinforzare ed irrigidire il basamento, soprattutto

nella parte superiore.nella parte superiore.

Ho sviluppato e verificato due possibili soluzioni al Ho sviluppato e verificato due possibili soluzioni al problemaproblema

Irrigidimento inserendo Irrigidimento inserendo un rinforzo in lega di un rinforzo in lega di titanio nel basamentotitanio nel basamento

Progettare una coppa Progettare una coppa dell’olio supplementare, dell’olio supplementare, posta superiormente al posta superiormente al motore, simmetrica a motore, simmetrica a quella inferiore, con quella inferiore, con

funzione di irrigidimento.funzione di irrigidimento.

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RINFORZO IN LEGA DI TITANIO

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GRAFICO SPOSTAMENTIGRAFICO SPOSTAMENTI

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GRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZAGRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZA

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MOTORE A DOPPIA COPPAMOTORE A DOPPIA COPPA

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GRAFICO SPOSTAMENTIGRAFICO SPOSTAMENTI

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GRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZAGRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZA

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GRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZAGRAFICO COEFFICIENTI DI SICUREZZA

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VANTAGGI DEL MOTORE A DOPPIA COPPAVANTAGGI DEL MOTORE A DOPPIA COPPA•Maggiore rigidità e robustezzaMaggiore rigidità e robustezza

•Maggiore economicità di produzioneMaggiore economicità di produzione

•Possibilità di pescare l’olio anche in posizione rovesciataPossibilità di pescare l’olio anche in posizione rovesciata

•Minore lavoro di pompaggio dell’albero motoreMinore lavoro di pompaggio dell’albero motore

SVANTAGGISVANTAGGI•Ingombri e massa leggermente superioriIngombri e massa leggermente superiori

DI CONSEGUENZADI CONSEGUENZA

IL MOTORE MIGLIORE È RISULTATO QUELLO A IL MOTORE MIGLIORE È RISULTATO QUELLO A DOPPIA COPPADOPPIA COPPA

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ASSEMBLAGGIO FINALEASSEMBLAGGIO FINALE

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SVILUPPI FUTURISVILUPPI FUTURI

I futuri passi da svolgere verso il completamento di I futuri passi da svolgere verso il completamento di questo lavoro saranno:questo lavoro saranno:

Realizzazione sistema di aspirazione e di scarico.Realizzazione sistema di aspirazione e di scarico.Studio di un sistema di distribuzione idoneo, con la Studio di un sistema di distribuzione idoneo, con la possibilità di utilizzare pulegge e cinghie dentate.possibilità di utilizzare pulegge e cinghie dentate.Verificare il dimensionamento dell’albero motore e delle Verificare il dimensionamento dell’albero motore e delle bielle.bielle.Progettare e studiare il posizionamento delle pompe Progettare e studiare il posizionamento delle pompe dell’acqua e dell’olio, nonché di tutti gli accessori come i dell’acqua e dell’olio, nonché di tutti gli accessori come i filtri dell’aria e dell’olio, i radiatori, gli alternatori ed il filtri dell’aria e dell’olio, i radiatori, gli alternatori ed il motorino d’avviamento.motorino d’avviamento.

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Lo studio di fattibilità del basamento motore a 8 Lo studio di fattibilità del basamento motore a 8 cilindri in versione boxer ha portato a una cilindri in versione boxer ha portato a una riduzione riduzione

delle dimensioni e del pesodelle dimensioni e del peso rispetto alla versione a V rispetto alla versione a V del propulsore. Il motore risulta essere del propulsore. Il motore risulta essere molto rigidomolto rigido ed ha evidenziato ed ha evidenziato ottime qualità di resistenzaottime qualità di resistenza alle alle

sollecitazioni, che è quello che serve per costruire un sollecitazioni, che è quello che serve per costruire un motore prestazionale ed affidabile. Inoltre la motore prestazionale ed affidabile. Inoltre la

semplicità e la simmetria del basamento permettono semplicità e la simmetria del basamento permettono un notevole un notevole risparmio nei costi di produzione.risparmio nei costi di produzione.

CONCLUSIONICONCLUSIONI

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CONCLUSIONICONCLUSIONI

CilindrataCilindrata 13680 cm³13680 cm³

Peso (solo basamento)Peso (solo basamento) 50 Kg circa50 Kg circa

Dimensioni Dimensioni (solo basamento)(solo basamento)

Lunghezza: 64 cm; Lunghezza: 64 cm; Larghezza: 50 cm; Larghezza: 50 cm; Altezza: 35 cmAltezza: 35 cm

Potenza teoricaPotenza teorica 1600/1700 Cv1600/1700 Cv