Facoltà di Ingegneria Meccanica

Corso di Disegno assistito dal

Calcolatore I

Anno Accademico 2003/2004

Modellazione del motore a stella Morton M-5 per aeromodello

STUDENTI DOCENTE

Formentoni Federico murdok@tele2.it

Pecorari Mauro pecus82@tiscali.it F.Mandorli

Ribichini Remo remoribichini@tin.it

Teodori Federico tfed@libero.it

1.Il Prodotto

E’ stato modellato un motore MORTON-M5 per aeromodello (caratteristiche). Il moto alternativo dei cinque pistoni (M5-2400) viene convertito in moto rotativo all’albero motore (M5-2200) grazie a una biella “master” di particolare configurazione (M5-2300), a cui sono collegate le altre quattro bielle (M5-2700) e montata ad eccentrico sull’albero motore stesso. Ad un’estremità di quest’ultimo è montato il mozzo (M5-2900) sul quale verrà inserita l’elica, mentre l’altra estremità è collegata all’ albero movente (M5-3000-2) del gruppo riduttore (M5-3000). Questo permette il corretto funzionamento dei meccanismi ausiliari del motore: l’accensione delle candele ad opera dello spinterogeno (M5-5000), e la fasatura delle valvole grazie ad un meccanismo camma-punteria-bilanciere (immagine).

Sull’albero movente del riduttore è calettata un ruota dentata (M5-3000-6) che ingrana con un’altra (M5-3000-9) calettata sull’albero cedente (M5-3000-7), il quale è direttamente connesso allo spinterogeno, in modo che la velocità angolare venga ridotta di 1/2; infatti, essendo il motore a quattro tempi, ogni due giri dell’albero motore, in ogni cilindro la candela viene accesa una sola volta. All’altra estremità dell’albero M5-3000-7 è calettato l’ingranaggio M5-3000-12, che, accoppiato con il M5-3000-4, produce un rapporto di riduzione di 1/3. Quest’ultimo ingranaggio è solidale con la camma (M5-3000-10) che dunque ruota a una velocità angolare pari a 1/6 di quella dell’albero motore. Infatti, ogni 6 giri dell’albero motore, in ogni cilindro si deve azionare 3 volte la valvola d’aspirazione e altrettante volte quella di scarico, e ciò viene svolto dalla camma, dotata di tre estremità, compiendo un solo giro.

La corretta miscela aria-carburante viene invece realizzata dal carburatore (M5-8000), dotato di vite di regolazione (M5-8000-5) e di valvola a farfalla (M5-8000-3) collegata al braccio dell’acceleratore (M5-8000-4)

Sono presenti vari cuscinetti a sfera, boccole, spine, distanziali per permettere il corretto funzionamento.

I meccanismi sono infine alloggiati nella scatola dell’albero motore (M5-2100), nelle testate(M5-4001), e nelle scatole del cambio (M5-3000-1) e dello spinterogeno (M5-5001); tutte giunte tra loro mediante bulloneria.

2.Strategia di modellazione

Ogni componente del gruppo ha modellato un certo numero di parti; per una distribuzione equa si è cercato di assegnare una mole di lavoro che tenesse conto della quantità di pezzi da modellare e della loro difficoltà; inoltre abbiamo cercato di dividere il lavoro cercando di assegnare ad ognuno pezzi appartenenti al medesimo gruppo funzionale.

Come risultato di questa strategia, ad esempio, un componente ha modellato un solo pezzo molto complesso (la testata M5-4001), mentre un altro ne ha eseguiti 17 ma di medio-bassa difficoltà; un altro ancora si è occupato dell’intera scatola del cambio, Etc.

Data la gran mole di componenti modellati, con geometrie molto differenti tra loro, non si è adottata un’unica strategia di modellazione. In generale, si è comunque cercato di partire da protusioni base, sulle quali venivano poi eseguiti scavi o altre protusioni, cercando di sfruttare al massimo i comandi di campitura e copia speculare, ove possibile (per osservare le singole feature utilizzate per ogni componente si veda il comando “riesegui feature” sulla Edge Bar).

I cuscinetti a sfera, le ruote dentate e le viti, essendo pezzi normati, sono stati importati dall’ Engineering Handbook.

Per quanto riguarda l’assiemaggio, si è in un primo tempo tentato di assemblare sfruttando dei sottogruppi, tuttavia questa strategia è stata in parte abbandonata per permettere,in seguito, un semplice utilizzo del modulo Motion. Infatti un sotto-assieme presente in un assieme è considerato dal programma come un corpo unico senza alcun grado di libertà. Perciò abbiamo preferito assiemare il modello pezzo per pezzo (eccezion fatta per carburatore, mozzo e spinterogeno), ma rispettando la corretta cinematica: nell’ ambiente Assembly basta ruotare l’albero motore con il comando “Sposta” per vedere tutti i pisoni muoversi di conseguenza, o muovere la camma per spostare il sistema asta-bilanciere-valvola (ciò purtroppo non vale per gli accoppiamenti tra ingranaggi che non sono supportati dall’ambiente Part).

3.Difficoltà incontrate

Numerose sono state le difficoltà, e di più tipologie:

1) Tavole

Per la modellazione sono state usate le tavole costruttive del motore, tuttavia queste sono di origine anglosassone, dunque non rispettano le norme UNI a cui si è abituati: misure espresse in pollici, a volte in millesimi, a volte in frazioni del tipo 1/64 o 1/32; convenzione del terzo diedro; simbologie differenti per i fori e per le viti ANSI, etc.

Inoltre, abbiamo rilevato numerosi errori nelle tavole: non solo i disegni erano spesso approssimativi, ma c’erano anche quote errate ad esempio, fori da accoppiare con quote diverse, oppure tavole che rappresentavano lo stesso componente mostravano pezzi differenti (le tre tavole del carburatore rappresentano in realtà tre carburatori diversi!) Infine sono state trovate grossolane approssimazioni: 1/16 è pari a 0,0625, ma in una tavola era indicato 0,063; mentre in quella del corrispettivo pezzo da accoppiare la quotatura indica 0,062 il che comportava errori in sede di assiemaggio.

2)Ambiente Part

Per i pezzi più semplici non si sono rilevate grosse difficoltà, tuttavia nel caso della testata M5-4001 è stato molto complesso realizzare la superficie esterna e, soprattutto, l’alettatura. Si è dovuto infatti modellare ogni singola aletta, con più scavi e smussi per un totale di più di cento feature.

In generale il comando Raccorda si è rivelato il più ostico da utilizzare.

3)Ambiente Assembly

Nonostante l’apparente semplicità, abbiamo incontrato parecchi problemi: montando dei componenti in una certa sequenza il sistema si rifiutava di eseguire i comandi dati, con messaggi del tipo “aggiornare i collegamenti” anche se questi erano in realtà aggiornati; poi montando gli stessi componenti, con le stesse relazioni, ma in ordine diverso, si riusciva ad assemblare. Inoltre, a volte, una relazione data in precedenza veniva persa o dava errore senza che si fosse interferito in alcun modo con la parte in questione o con le relazioni ad essa connesse (ad esempio montando lo spinterogeno si è persa una relazione di coassialità tra scatole del cambio e dell’albero motore).

A volte si perdevano gradi di libertà senza che la nuova parte inserita avesse nulla a che fare con il cinematismo: il caso più eclatante è stato l’inserimento della testata sulla scatola dell’albero motore, che ha inspiegabilmente eliminato il grado di libertà di cui godeva l’albero motore.

Infine si è notato che facendo una campitura su una parte con un grado di libertà, non tutte le parti campite godevano della stessa proprietà.

4.Applicazioni complementari

Sono stati realizzati alcuni filmati mediante il modulo Motion, i vincoli in Assembly sono stati disposti con cura, così che potessero essere esportati direttamente in ambiente Motion. Questo ha però riguardato solamente il gruppo motore, non la camma e il riduttore, che presentano difficoltà nella realizzazione dei vincoli ed anche di calcolo della cinematica da parte del software stesso (si hanno notevoli tempi computazionali).

E’ stato dunque sviluppato un’ulteriore filmato, al solo scopo dimostrativo, salvando venti frame dal programma e montandoli in sequenza con un opportuno software. I frame sono stati ottenuti con il comando “salva come immagine” e usando “sposta parte” al fine di ricostruire il moto del meccanismo; è stato sufficiente ruotare l’albero motore, la camma e l’albero riduttore rispettivamente di 36°,6° e -18° per ogni scatto.

Per la realizzazione delle tavole, i file sono stati esportati in Autocad.

5.Ringraziamenti

Ringraziamo Sandro Ambrosi, senza il quale non avremmo potuto realizzare questo progetto, inoltre, nel link qui di seguito fornito è possibile visualizzare alcune foto del Morton M5 da egli realizzato, oltre ad altri motori per aeromodelli.

http://digilander.libero.it/liguori/