Analisi cinetostatica motore De Bei a pistoni rotanti

Rubrica: Motori alternativi
Titolo o argomento: Motore De Bei a pistoni rotanti – “Analisi cinetostatica”

In questa prima fase del lavoro di analisi del motore De Bei, condotta dalla MDA Multiphysics Diagnostic & Automation di Treviso, si è analizzato il comportamento del motore a pistoni rotanti mediante un modello cinetostatico. Il modello cinetostatico è stato ottenuto dal modello solido importato in ambiente SolidWorks e trasferito in automatico all’ambiente Simulink‐Simechanic. In questo modo è possibile trasferire le inerzie e le masse (senza approssimazione alcuna) direttamente dalla geometria del modello solido. In particolare è stato analizzato il sistema costituito dal blocco rotante con la velocità di rotazione a regime pari a 2000 rpm con sei pistoni. Si ipotizza che tutti i componenti siano realizzati in lega di alluminio 2024‐T3.

Il modello cinetostatico prevede di:

  • Quantificare le forze di Coriolis e valutare la reazione pistone‐camicia.
  • Determinare il legame tra la velocità angolare e la velocità di traslazione dei pistoni (plot ω vs velocità di traslazione).
  • Determinare il valore delle accelerazioni ai punti morti (e confrontarle con quelle di un cinematismo di spinta: biella‐manovella, avente lo stesso regime di rotazione).
  • Determinare la forma d’onda delle forze di squilibrio su un giro (plot delle reazioni vincolari che insistono sull’asse motore).

I risultati fondamentali ottenuti dalla prova cinetostatica sono stati i seguenti:

  • Forze di Coriolis: al valore di regime di 2000 g/min le forze di Coriolis (valore max in modulo 196 N) sono assolutamente contenute.
  • Legame “velocità angolare-velocità di traslazione del pistone”: la velocità di traslazione del pistone presenta un massimo che aumenta linearmente con l’aumentare della velocità angolare dell’albero motore.
  • Accelerazioni ai punti morti: il valore dell’accelerazione di traslazione al punto morto del pistone rotante (valore in modulo pari PMS 1.487564·103 m/s2 PMI 0.879262·103 m/s2) è praticamente pari a quella del motore non rotante allo stesso regime di rotazione (valore in modulo pari PMS 1.4889·103 m/s2 PMI 0.8798·103 m/s2).
  • Forze di squilibrio: si può affermare che al valore di regime di 2000 g/min le forze di reazione vincolare sull’asse di rotazione (valore max 387.8 N, valore min 387.6) sono assolutamente contenute, in particolare per quanto riguarda la loro escursione fra il valore massimo ed il valore minimo, ossia il sistema è solo leggermente squilibrato, a tutto vantaggio della regolarità del moto e della bassa rumorosità.

In sintesi il motore De Bei non presenta forze tali da poter essere considerato più critico di un motore ordinario (non rotante) dal punto di vista degli stati di tensioni indotte dalle forze stesse. Quest’ultime sono contenute (Coriolis) ovvero sono dello stesso ordine di grandezza di quelle presenti in un motore ordinario (accelerazioni ai PMS e PMI). Da rilevare come il motore rotante De Bei sia caratterizzato da forze di squilibrio che manifestano una contenuta escursione fra il valore massimo ed il valore minimo, a tutto vantaggio del rumorosità emessa a seguito delle vibrazioni indotte sulla struttura di supporto. Alla luce di questi favorevoli risultati si è proceduto anche all’analisi di carattere dinamico dalla quale sono emersi fattori che citeremo nel prossimo articolo di questa rubrica.

Prova effettuata da: MDA Multiphysics Diagnostic & Automation di Treviso

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