Riduttore epicicloidale per sistema propulsivo ad

ALMA MATER STUDIORUM
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI BOLOGNA
STUDIO DI UN RIDUTTORE
EPICICLOIDALE AERONAUTICO
PER UN SISTEMA PROPULSIVO AD
ELICHE CONTROROTANTI
Tesi di laurea di:
Andrea Berardi
Relatore:
Luca Piancastelli
Correlatori:
Vincenzo dal Re
Francesca de Crescenzo
Anno accademico 2008-2009 – Sessione III
MOTORE
Riduttore accoppiato a
versione modificata per
uso aeronautico di:
Motore Yamaha R1
Potenza max 200 CV
Velocità max 7000
(giri/min)
Soluzione precedente:
motore collegato a
singola elica tramite
riduttore ordinario.
OBIETTIVO
Studio nuova
Soluzione di tipo epicicloidale
Azionare due eliche coassiali in
controrotazione
(il sistema deve supportare sia eliche traenti che eliche spingenti)
RIDUTTORI EPICICLOIDALI
(schema generale)
Composto da:
Ruota interna (S) - Solare
Ruota esterna (C) - Corona
Ruote intermedie (P)- Satelliti
Con questo tipo di rotismo,
movimentando o bloccando
le varie ruote si possono
avere tipi di funzionamento
molto diversi.
NOSTRO CASO
Nessuna ruota fissata a telaio
Rotismo a due gradi di libertà
Un ingresso (motore) 7000 giri/min
Due uscite (eliche) ±2800 giri/min
+2800 giri/min
+7000 giri/min
Riduttore
epicicloidale
-2800 giri/min
RIDUTTORI EPICICLOIDALI
(funzionamento)
DIMENSIONAMENTO
n1 = 7000
n2 = 2800
n3 = -2800
Problemi di
geometria e/o
problemi strutturali!
SOLUZIONE ADOTTATA
Necessario: Modificare una delle velocità dell’epicicloidale
Inserire un rotismo ordinario a monte del riduttore
Due scelte:
Movimentare la corona
Movimentare la solare
(più leggero)
SOLUZIONE ADOTTATA
In seguito alle scelte fatte, i vantaggi di questa
soluzione rispetto alle altre analizzate, sono:
• Riduzione della coppia sulla ruota solare
• Compensazione dello spostamento dell’asse delle eliche
• Semplicità costruttiva
PRIMO INGRANAGGIO
Ruota condotta
Solare
dell’epicicloidale
Albero
motore
Ruota motrice
ALBERO DELLA RUOTA SOLARE
Cuscinetto
Albero
Cuscinetto combinato
rullini/obliquo a sfere a
Telaio
doppio effetto.
La forza radiale esercitata
dalla ruota motrice si
scarica a telaio lungo l’asse
di simmetria del cuscinetto.
COLLEGAMENTO ALLE ELICHE
COLLEGAMENTO ALLE ELICHE
Due eliche controrotanti
Due alberi controrotanti
Un albero (interno) collegato al portasatellite
Un albero (esterno) collegato alla corona
ALBERO DELL’ELICA (interno)
Cuscinetto
Satellite
Perno
Solare
Albero interno con portasatellite
2800 giri/min
ALBERO DELL’ELICA (esterno)
Corona
Satelliti
Solare
2800 giri/min
Albero esterno
COLLEGAMENTI ALBERO/ELICA
Albero interno
Ghiera KMFE 7
Vite di bloccaggio
(da sito SKF)
Albero esterno
Ghiera KMFE 11
Flange delle
eliche
TELAIO
TELAIO
Il sistema deve essere in grado di supportare sia eliche
traenti che eliche spingenti.
Questo è un fattore determinante per studiare il fissaggio del
sistema al telaio dell’aereo.
Analizzo i due casi separatamente:
ELICHE SPINGENTI
F = 2000 N
ELICHE SPINGENTI
Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere
F = 2000 N
ELICHE SPINGENTI
Cuscinetto assiale a rulli
F = 2000 N
ELICHE SPINGENTI
Appoggio a telaio
F = 2000 N
ELICHE SPINGENTI
Cuscinetto a rullini
F = 2000 N
ELICHE TRAENTI
Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere
F = 2000 N
ELICHE TRAENTI
Cuscinetto combinato rullini/assiale a sfere
F = 2000 N
ELICHE TRAENTI
Carter
F = 2000 N
ELICHE TRAENTI
Cuscinetto a rullini
F = 2000 N
NOTE AGGIUNTIVE
DISTRIBUZIONE
Necessario ricostruire
distribuzione.
(soluzione precedente
non realizzabile)
DISTRIBUZIONE
Pulegge (44 denti) Alberi a camme
Distribuzione a cinghia
dentata spostata nel lato
posteriore del motore.
Tirante (liscia)
Puleggia (22 denti) Albero motore
MOVIMENTAZIONE DEI SERVIZI
Taglio nel carter
Possibile collegare ruote di
servizio alla ruota motrice.
Motorino di
avviamento
Alternatore
Ruota motrice
Gruppo pompe
Gruppo pompe
Alternatore
Motorino di
avviamento
VERIFICHE EFFETTUATE
• Tutti i componenti sono stati verificati con l’ausilio di
software ad elementi finiti.
• Cuscinetti e trasmissione a cinghia sono stati verificati con
software messi a disposizione dai produttori dei componenti
commerciali utilizzati.
CONCLUSIONI
Tutti gli obiettivi sono stati raggiunti
- Due eliche in controrotazione a 2800 giri
- Potenza 200 CV
- In grado di supportare eliche traenti e spingenti
Requisiti di leggerezza:
La massa totale del riduttore e del telaio rimane entro i 7 kg.
Rispetto alla soluzione precedente (monoelica) si ha una
riduzione del peso di circa il 50%.
Grazie per l’attenzione