Facoltà di Ingegneria
C.d.L.
in Ingegneria Meccanica
Sede
di Ancona
-
A.A.
2003/2004
corso di
Disegno Assistito da
Calcolatore I
Modellazione con Solid Edge di
un motore Wankel
Docente: prof. F. Mandorli Studente: Francesco D’Imperio 1006155
1 Il prodotto
Il modello preso in considerazione per la realizzazione del progetto CAD è un motore Wankel KKM 250: un motore a combustione interna che al posto del moto alternativo dei pistoni all’interno dei cilindri, sfrutta, come camere a volume variabile, il moto planetario di un rotore “triangolare” sempre tangente, con i suoi tre vertici, al profilo epitrocoidale della camera in cui è alloggiato (nel nostro caso dato dalla traiettoria di un punto solidale ad una circonferenza che rotola su di un'altra, fissa, di raggio doppio, e distante dal centro della prima il valore dell’eccentricità). L’eccentricità del moto planetario fornisce poi il braccio che permette alla forza sprigionata dai gas in espansione di generare coppia.
In oltre per la particolare geometria e cinematica di funzionamento, il motore ha distribuzione automatica, in quanto il rotore stesso, col suo movimento, apre e chiude ad ogni camera le luci di ammissione e scarico (come meglio si vedrà dall’animazione allegata).
Nel mio caso il disegno non rappresenta fedelmente il modello perché avevo a disposizione solo queste due sezioni ed alcune dimensioni fondamentali quali l’eccentricità, il raggio della circonferenza circoscritta al rotore, nonché l’equazione cartesiana del profilo epitrocoidale.
2 Strategia di
Modellazione
Essendo incuriosito dalla sua particolarità, interessato
soprattutto a realizzare il moto, quindi un animazione del motore, perché non
riuscivo a figurarmi mentalmente il funzionamento, ho iniziato con questo
obiettivo e con geometrie molto semplici: un parallelepipedo con scavo
epitrocoidale il cui profilo è stato realizzato col comando “curva per
tabella”(dopo aver fatto la tabella in un file excel), un rotore estruso da
forma triangolare, un albero frutto di due protusioni circolari ed una piastra
forata per alloggiarvi l’albero) sono passato subito in ambiente “motion“ per
dar vita all’assieme.
Memore del fatto che non si sarebbero potuti inserire
vincoli di superficie tipo quelli vigenti tra ruote dentate, ho dovuto
assegnare ad ogni particolare il suo vincolo e la propria velocità calcolata in
modo da realizzare rotolamento tra rotore e piastra con la quale si sarebbe
dovuta ingranare( anche se i denti non erano ancora disegnati).
Dopo varie prove di esecuzione dell’animazione,
principalmente per assegnare i segni alle velocità, ho riscontrato che la cosa
funzionava bene ed ho deciso di realizzare l’intero motore come progetto da
consegnare all’esame, con lo scopo principale di mostrarne il funzionamento ma
anche di realizzare un modello dettagliato e teoricamente costruibile e
funzionante.
Un po’ riferendomi alle sezioni su rappresentate ed un po’
lavorando per verosimiglianza e/o progettando ex novo (perché non riuscivo a
cogliere dalle sezioni la vera forma degli oggetti) ho continuato la
modellazione modificando i particolari già disegnati e realizzando gli altri;
particolarmente utile a questo scopo è stata la possibilità di disegnare
particolari partendo dall’assieme.
La dentatura del rotore e della piastra dentata, il
cuscinetto a rullini e la bullonatura, pur potendoli prendere della libreria
(non presente nella versione accademica) sono stati disegnati perché il lavoro
era già in stato avanzato e c’era il rischio che i files non sarebbero potuti
più essere aperti una volta caricata la libreria; ragion per cui non sono
rigorosamente a norma e, soprattutto le dentature rivestono, nel modello 3D,
carattere puramente rappresentativo.
Tutti gli altri particolari sono stati ispirati da schizzi riportati sul libro di macchine dal quale sono state tratte anche le sezioni.
3 Difficoltà incontrate
1)Ambiente Part
Le difficoltà maggiori sono state rilevate nella modellazione della cassa in quanto le geometrie non erano delle più semplici infatti ho dovuto ripetere le stesse operazioni per più volte cambiando piccoli particolari prima che queste dessero risultati accettabili, in oltre modificare man mano il parallelepipedo fino alla forma finale penso sia stato più difficoltoso che costruirla ex novo con geometria già nota, tuttavia ho dovuta adattarla volta per volta alle funzionalità che si assommavano (camera di combustione, distribuzione, accensione, refrigerazione, sostegni del motore).
Altra difficoltà per le molle laterali per le difficoltà di visualizzazione in quanto una dimensione dell’oggetto era di gran lunga più estesa delle altre due (se si voleva vedere la sezione trasversale si perdeva la maggior parte dell’oggetto).
2)Ambiente Assembly
Grandi difficoltà qui non ce ne sono state tranne per il fatto di dover inserire i bulloni uno per uno in quanto la geometria non permetteva di campirli; il lavoro si è raddoppiato quando ho deciso di animare anche la piastra piana e la viti perché ho inserito uno per uno sia la viti che l’assieme dado+rondella.
La vista esplosa l’ho dovuta curare manualmente perché i risultati dell’esplosione automatica erano alquanto ridicoli.
3) Tavole
Per le tavole c’è stata qualche difficoltà in più perché non sempre il programma applica i comandi come mi sono stati insegnati nel disegno meccanico e non si dimostra molto flessibile, quindi ho dovuto ripeterli più volte e, qualche volta correggerli manualmente tanto da non poter più aggiornare le viste per non compromettere la rappresentazione.
4 Applicazioni complementari
Ho realizzato un filmato
dall’ambiente motion: già dall’ inizio avevo approntato l’animazione solo che
aggiungendo nuovi particolari e/o modificando i vecchi spesso dei vincoli
andavano persi, in oltre poi, con il salvataggio del filmato ho dovuto
ritoccare le velocità assegnate perché la simulazione procede molto più
lentamente del filmato.