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Verifica e ottimizzazione della distribuzione ad ingranaggi dei motori industriali e marini VM serie D, R, MD e MR con i software KISSsoft e KISSsys

Informazioni tesi

  Autore: Stefano Bianchetti
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi di Ferrara
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria meccanica
  Relatore: Roberto Tovo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 426

Scopo di questa tesi è l’analisi della distribuzione ad ingranaggi dei motori industriali e marini serie D, R, MD, MR della VM Motori di Cento (FE), con l’ausilio della versione Demo dei software commerciali KISSsoft-KISSsys, per valutarne il possibile acquisto.
Gli oggetti di studio sono propulsori diesel, dotati di iniezione diretta, con pompa meccanica o sistema common rail. I motori presentano una struttura modulare, per ottenere una maggiore standardizzazione dei componenti, e ne esistono versioni a 3, 4 e 6 cilindri.
I sistemi di distribuzione di questi propulsori sono comandati tramite una cascata di ingranaggi, con struttura comune, che si differenzia nelle diverse serie per gli ingranaggi di comando delle pompe iniezione, a causa delle diverse coppie assorbite, gli ingranaggi di comando delle pompe olio, di cui ne esiste una versione particolare per i motori marini, e gli ingranaggi di comando della presa di forza, nelle versioni in cui è prevista.
La catena di ruote dentate è stata analizzata approfonditamente con l’ausilio di strumenti software.
Per raggiungere questi obiettivi è stato necessario approfondire le conoscenze teoriche riguardanti gli ingranaggi, oltre il livello affrontato nei corsi universitari. In seguito sono stati studiati gli strumenti da utilizzare come supporto durante questa analisi, in particolare un foglio di calcolo Excel, realizzato dall’Ufficio Tecnico VM e rivisto nel corso della tesi, e il pacchetto software KISSsoft-KISSsys.
Il foglio di calcolo Excel permette di ottenere tutti i dati geometrici più importanti delle ruote, un’idea di massima delle sollecitazioni, le misure per il controllo delle ruote dentate e il disegno di un dente.
KISSsoft è un programma modulare, che permette la verifica, il dimensionamento e l’ottimizzazione dei singoli componenti della catena di distribuzione, quali ruote, alberi e supporti, secondo le norme prescelte, con singoli moduli di calcolo, mentre KISSsys permette la visione globale della trasmissione di potenza con pochi parametri di input e output, gestendo automaticamente il flusso di potenza interno al sistema tra i vari moduli di calcolo.
Una volta realizzati i modelli della distribuzione dei vari motori, sono state condotte analisi nelle diverse condizioni di utilizzo e nelle diverse configurazioni; in particolare sono state effettuate:
· analisi di resistenza degli ingranaggi
· analisi di supporti e alberi.
L’analisi è stata condotta in:
· condizioni di esercizio più gravose per le attuali applicazioni
· sollecitazioni incrementate secondo le future richieste di potenza del mercato.
Una volta identificati gli elementi critici sono state analizzate:
· nuove configurazioni per resistere alle maggiori sollecitazioni
· ottimizzazioni degli ingranaggi per la riduzione delle emissioni acustiche.
In definitiva, attraverso il confronto dei dati raccolti, sono state evidenziate le potenzialità che offrono i diversi sistemi utilizzati per l’analisi della distribuzione ad ingranaggi in esame, fino ad elaborare diverse ipotesi di acquisto del pacchetto modulare KISSsoft-KISSsys, più o meno ricche in base alle funzioni richieste (sola verifica di ingranaggi, dimensionamento, ottimizzazione, interfacce CAD, ecc...), da valutare in un’analisi costi – benefici.

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17 INTRODUZIONE Scopo di questa tesi è l’analisi degli elementi della distribuzione dei motori industriali e marini serie D, R, MD, MR della VM Motori di Cento (FE). Si tratta di propulsori diesel, dotati di iniezione diretta. Nei motori serie D e MD l’iniezione avviene grazie ad una pompa iniezione meccanica, mentre nei motori serie R e MR è presente il sistema di iniezione common rail, che permette di ottenere pressioni di iniezione molto elevate, con maggiori potenze specifiche ma consumi ed emissioni contenute grazie al controllo elettronico. Le serie D e R presentano cilindrate unitarie di 750 cm 3 mentre i motori marini serie MD e MR hanno cilindrate unitarie di 700 cm 3 . I motori sono modulari, esistono versioni sia a 4 e 6 cilindri. Questa soluzione permette di ottenere una maggiore standardizzazione dei componenti (vengono utilizzati bielle e pistoni in comune per tutti i motori della stessa serie). I basamenti hanno struttura simile, a parte il numero di cilindri. I sistemi di distribuzione di questi propulsori sono comandati tramite ingranaggi. Hanno una struttura comune; differiscono per gli ingranaggi di comando delle pompe iniezione, a causa delle diverse coppie assorbite (molto piø basse per le pompe common rail delle serie R e MR), e per gli ingranaggi di comando delle pompe olio, di cui ne esiste una versione particolare per i motori marini, quindi per serie MD e MR. Inoltre i motori industriali serie R e D sono disponibili anche in versioni che prevedono una presa di forza direttamente collegata alla distribuzione, per dare potenza ad altri dispositivi che richiedono i clienti per le diverse applicazioni, quali pompe idrauliche. Per dare potenza a questa presa di forza vi sono altri ingranaggi collegati alla distribuzione. La catena di ruote dentate è stata quindi analizzata interamente. Gli scopi di questo lavoro sono stati: • analisi di resistenza degli ingranaggi • analisi di supporti e alberi su cui sono fissati gli ingranaggi. L’analisi è stata condotta in: • condizioni di esercizio piø gravose previste per le attuali applicazioni • sollecitazioni incrementate in funzione delle richieste di potenze sempre maggiori da parte del mercato. Per soddisfare le esigenze future del mercato sono state studiate: • nuove configurazioni dei supporti per resistere alle maggiori sollecitazioni • ottimizzazioni degli ingranaggi per avere una riduzione delle emissioni acustiche. Per raggiungere questi obiettivi è stato necessario approfondire le conoscenze teoriche riguardanti gli ingranaggi, visto che ciò che viene affrontato nei corsi universitari, per motivi di tempo, non è sufficiente per trattare completamente l’argomento e gestire eventuali strumenti di calcolo, che toccano tutti gli aspetti del problema, quali geometria, resistenza, materiali, lubrificazione, rumore, vibrazioni, lavorazioni, ecc... Per quanto riguarda invece alberi e supporti non è stato necessario approfondire ulteriormente gli aspetti teorici, già affrontati sufficientemente. In seguito sono stati studiati gli strumenti da utilizzare come supporto durante questa analisi. L’ufficio tecnico VM possiede già un foglio di calcolo, sviluppato internamente, realizzato in ambiente Excel, che permette di ottenere tutti i dati geometrici piø importanti delle ruote, un’idea di massima delle sollecitazioni, le misure per il controllo delle ruote dentate e il disegno di un dente. In questo modo, tramite una funzione Macro è poi possibile trasferire il disegno del dente in CATIA, il software CAD 3D utilizzato in VM, e qui ricreare il disegno 3D della ruota completa, seppure in modo approssimato. La prima parte di questo lavoro è stata quindi la completa ricostruzione del foglio di calcolo, che ha permesso di avere una maggiore dimestichezza con la teoria degli ingranaggi; al tempo stesso sono state apportate migliorie, implementate nuove funzioni e corretti errori presenti, fino ad avere una nuova versione. Una volta pronta la versione definitiva sono stati inseriti i dati di tutti gli ingranaggi

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