Bilanciamento albero motore 2t

franksan87

Utente Junior
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Regione: Calabria
#1
Salve,
uso ProE wf5, ho disegnato un albero motore 2tempi, volevo provare a fare una simulazione per verificarne il bilanciamento statico e così applicare delle massette in tugsteno dal lato opposto al perno di biella. In pratica vorrei fare quello che faccio in realtà tra due contropunte:

-assemblare l'albero motore(due semialberi, spinotto, rasamenti, cuscinetto di testa biella, biella) e vincolarlo in modo da permettere la rotazione della biella intorno allo spinotto (devo lasciarla parzialmente vincolata?)
-vincolare l'albero rispetto al suo asse in modo da permetterne la rotazione(simulazione dell'albero tra le contropunte)
-applicare la "g"
-l'albero assumerà sempre la stessa posizione rispetto allo spinotto di biella
-calcolare il peso da applicare al perno di biella(o appeso al piede di biella) o da togliere al lato opposto affinchè l'albero rimanga fermo in qualsiasi posizione lo si lasci e non sempre nella stessa posizione.
Il resto poi penso di riuscirlo a fare da solo

C'è modo di fare una simulazione di questo tipo? Ho fatto varie simulazioni sui materiali in Deform 3D, ma con il pacchetto di ProE ho solo disegnato.
Grazie
 
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#2
Perdonami, ma mi sfuggono un paio di cosette:

1. Il bilanciamento statico serve a trovare il baricentro. Nel modello 3d il baricentro lo puoi calcolare, che senso ha fare una simulazione del genere?

2. il bilanciamento statico serve a trovare il baricentro REALE di un oggetto che A DISEGNO ha il baricentro sull'asse di rotazione. Tu parti già con un disegno sbilanciato? Non è detto che sia un errore, ma dipende dalle velocità di rotazione. Se parti da un disegno sbilanciato e lo bilanci con masse aggiuntive, avrai uno sbilanciamento DINAMICO enorme...
 

franksan87

Utente Junior
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#3
Perdonami, ma mi sfuggono un paio di cosette:

1. Il bilanciamento statico serve a trovare il baricentro. Nel modello 3d il baricentro lo puoi calcolare, che senso ha fare una simulazione del genere?

2. il bilanciamento statico serve a trovare il baricentro REALE di un oggetto che A DISEGNO ha il baricentro sull'asse di rotazione. Tu parti già con un disegno sbilanciato? Non è detto che sia un errore, ma dipende dalle velocità di rotazione. Se parti da un disegno sbilanciato e lo bilanci con masse aggiuntive, avrai uno sbilanciamento DINAMICO enorme...
Ciao, grazie anzitutto di avermi risposto.
1 e 2 - il baricentro risulterà spostato per forza dall'asse, visto che l'albero è un monocilindrico due tempi e vista forma delle spalle.
A disegno quindi l'albero è necessariamente sbilanciato.
Quello che devo fare io è trovare la massa che applicata al perno di biella fa coincidere l'asse con il baricentro, ma non applicarla da nessuna parte se non prima di aver fatto dei conti. L'albero motore in questione avrà sempre un certo sbilanciamento che varia dal 30 al 35 se il moto del pistone è orizzontale, come nel mio caso.
Allego quello che nella pratica comune facciamo per bilanciare a seconda del motore gli alberi.
 

Allegati

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#4
Non ho ancora letto il documento allegato, però ancora non ho ben capito quello che devi fare.

Tu conosci la massa dell'albero e ne conosci il baricentro. Sai dove vuoi applicare le masse di bilanciamento e vuoi calcolarne il valore.
Sai che il baricentro finale si calcola come G = (Malbero * Dalbero + Mmasse * Dmasse) / (Malbero + Mmasse); da questa puoi calcolarti facilmente Mmasse.

Perché vuoi fare una simulazione al computer uguale a quella che fai nella realtà, visto che nella realtà la fai perché non conosci la posizione esatta del baricentro?

O forse non ho capito quello che vuoi fare?
 

paulpaul

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#6
Ciao, grazie anzitutto di avermi risposto.
1 e 2 - il baricentro risulterà spostato per forza dall'asse, visto che l'albero è un monocilindrico due tempi e vista forma delle spalle.
A disegno quindi l'albero è necessariamente sbilanciato.
Quello che devo fare io è trovare la massa che applicata al perno di biella fa coincidere l'asse con il baricentro, ma non applicarla da nessuna parte se non prima di aver fatto dei conti. L'albero motore in questione avrà sempre un certo sbilanciamento che varia dal 30 al 35 se il moto del pistone è orizzontale, come nel mio caso.
Allego quello che nella pratica comune facciamo per bilanciare a seconda del motore gli alberi.
Ciao
io ho automatizzato su excel una procedura per bilanciare alberi a gomito a singolo collo su cui possono essere collegate fino a 3 bielle (configurazione W60, V90, oppure monocilindrico).
Quando torno a casa ti posto qualcosa, ma operativamente per bilanciare un albero (che ha contrappesi smontabili) facciamo così:

1. Si calcola il momento statico dell'albero nudo, senza contrappesi e bielle, dal 3D.

2. Si calcola la massa max delle parti dotate di moto alterno, (nelle mie macchine gli stantuffi possono andare da 20 a 275 mm di diametro) e di quelle fisse (testa a croce se presente, spinotto, parte alterna della biell, ricavabile mediante i momenti statici della stessa).

3. Esistono formule che ti permettono, in funzione della geometria dell'albero e del manovellismo, di trovare la forza centrifuga equivalente alle tue masse alterne: questa sarà effettivamente creata mediante un "anello di simulazione" da montare sul collo, la cui massa sarà la somma delle masse rotanti della biella e di una quota delle masse alterne

4. A questo punto, conosci la massa da installare come contrappeso, sulle due maschette, e disegni i contrappesi di conseguenza, imponendo che il baricentro si trovi sull'asse di rotazione (uguaglianza dei momenti statici).

5. Siccome in toeria puoi montare masse alterne più piccole (e non vuoi disegnare tutte le volte dei nuovi contrappesi), oppure devi tenere conto di disomogeneità del materiale, questa bilanciatura "teorica" va integrata con una sulla macchina equilibratrice.

6. Si porta quindi l'albero dal bilanciatore, con l'anello di simulazione corretto per quella macchina, e lui provvede a bilanciare l'albero staticamente (asse di rotazione che diventa asse baricentrico, cioè centrale di inerzia) e dinamicamente (non diventa solo centrale, ma anche principale): per effettuare la prima i contrappesi vengono fresati insieme, togliendo la stessa massa su entrambi. Per avere l'equilibratura dinamica, la massa va tolta in genere in modo asimettrico sui due contrappesi.

Spero di essere stato chiaro, cerco di recuperarti qualche altra info appena possibile!
 

franksan87

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#7
Allora, in ProE, "so" solo disegnare.

Quindi, io non voglio fare per forza una simulazione, vorrei solo arrivare al mio scopo senza fare prove tra le contropunte sull'albero pronto.
Il file che ho postato è giusto un'indicazione teorica(ricavata da un forum), nella realtà del karting o nelle gare di accelerazione con le vespe si usa questo semplice procedimento:

1 -si cerca l'equilibratura delle masse rotanti, aggiungendo pesetti sul perno di biella. Quando l'albero non pende più da nessun lato, ovvero ruotandolo non si avverte più eccentricità, il centro di gravità coincide con l'asse.
Questa massa trovata la chiamo PE(massa equilibrio)..
2 - si pesa il pistone completo di tutto = PPI
3 - si pesa la parte della biella in moto alterno,da montato semplicemente pesandone il piede tenendo la biella il più orizzontale possibile = PBI

Le formule per il calcolo delle percentuali di bilanciamento:
PPI+PBI=PT
PBI+PE=TT
(TT/PT)x100 = %

Se facendo questi conti su un albero per esempio trovo che ha un bilanciamento del 15%, per portarlo al 30%:
0,3*PT = nuovoTT
nuovo TT- PBI = nuovo PE .Questo è il nuovo peso con cui l'abero dovrà rimanere in equilibrio cioè, rispetto ai gr PE iniziali, vanno aggiunti PEnuovo-PE, alla DISTANZA DI MANOVELLA.
Siccome il sistema deve tornare stabile con i gr. in più, abbiamo due strade, togliamo peso dall'asse della biella o appesantiamo lato mannaia.
Tutto questo vorrei farlo con proE così gia nel modello cad potrei inserire i fori per il tungsteno,in modo da ricevere da un'ipotetica officina il pezzo già lavorato e con il tungsteno applicato.
 
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#8
Qualcuno che conosce proe ti saprà dire i comandi esatti, ma puoi farti dire dal sistema le coordinate del baricentro. Se disegni le masse di bilanciamento, vedi che il baricentro si sposta. Se non vuoi fare calcoli puoi anche tentare iterativamente fino a che il baricentro cade sull'asse dell'albero.

Poi ti dice anche gli assi principali d'inerzia, quindi puoi sapere se quello di rotazione è principale d'inerzia.
 

paulpaul

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#9
Se non vuoi fare grandi conti puoi operare sul 3D come ti ha detto Fulvio, con le seguenti considerazioni per il motore monocilindrico (mi semba di aver capito che sia monocilindrico).

1. L'equilibratura statica come dicevamo esige che l'asse di rotazione sia baricentrico (centraled'inerzia);

2. Non hai solo l'albero da equilibrare ma anche la parte rotante della biella (si ricava conoscendone, sempre da 3D, il baricentro, la massa, e l'interasse tra i due fori), di massa mr;

3. In un monocilindro le parti alterne (di massa ma) ti danno una forza d'inerzia del primo ordine diretta lungo l'asse del cilindro uguale, in modulo, a ma*r*w^2 (w velocità angolare), proiezione lungo l'asse del cilindro di una forza centrifuga "fittizia" generata da una massa ma posta sul perno di manovella.

4. Se disegni sul tuo perno un "anello" di massa ma+mr, vedi sul 3D dove cade il baricentro dell'albero. Verrebbe da aggiungere massa dalla parte diametralmente opposta (contrappesi) fino a che il baricentro di tutto il sistema non venga a trovarsi sull'asse di rotazione: questo è corretto se avessi un V90 oppure W60, ma col monocilindrico conviene avere i contrappesi con una massa complessiva pari a (mr+ma/2), perché se fosse (mr+ma) otterresti solo il risultato di ruotare la retta d'azione della forza alterna di 90 gradi, perpendicolare cioè all'asse del cilindro. Facendoli invece pari a (mr+ma/2) riduci della metà la grandezza della componente della forza alterna parallela all'asse, e rimane una componente perpendicolare all'asse sempre pari alla metà della forza alterna.

Purtroppo il monocilindrico non si può equilibrare tanto bene, risultando staticamente equilibrato se consideri le sole masse rotanti ma non quelle alterne...già un V90 ti consente l'equilibratura totale della forza del prim'ordine coi soli contrappesi.
 

franksan87

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#10
Ottimo..
Allora come si fa a cercare il baricentro in ProE?
A me serve conoscerlo naturalmente solo sul piano al centro dello spinotto di biella, normale all'asse di rotazione dell'albero.
Dico una fesseria:
non esiste una relazione o qualcosa del genere in cui io possa impostare che la massa di un'ipotetico contrappeso deve essere tale da spostare il baricentro sull'asse di rotazione?
Così si potrebbe fare quello che dice Fulvio Romano con precisione e rapidamente.

Buona giornata
 

paulpaul

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#11
Lascio rispondere a chi conosce ProE, io conosco soltanto Solid Edge.
Si, lo puoi fare coi calcoli, avevo capito che non volessi fare calcoli.
Ti allego un paio di fogli scarabocchiati a mano che spero ti possano chiarire, sperando di non aver fatto errori! (ps ma è la somma delle masse alterne, compresa la parte alterna della biella)
Ciao
 

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franksan87

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#12
Ciao,
allego una immagine dell'albero in questione, non fate caso agli errori, ero alle prime armi con il disegno.

non esiste una relazione o qualcosa del genere in cui io possa impostare che la massa di un'ipotetico contrappeso deve essere tale da spostare il baricentro sull'asse di rotazione?
intendevo farli fare a ProE, magari impostando all'inteno del programma delle relazioni, così che al variare per esempio del diametro delle spalle dell'albero, della corsa, del tipo di biella ecc.. il software mi aggiornasse tutti i calcoli, ricavando la massa equilibratrice.

Ho dato un'occhiata ai tuoi appunti (appena ho più tempo li studio meglio) ma non riesco a capire come fare a scegliere la percentuale di equilibratura con questo metodo, visto che senza alberi controrotanti è impossibile bilanciare completamente un albero motore ma si ricorre a delle % standard, per un motore orizzontale, 30-35%
 

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paulpaul

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#13
Infatti il monocilindro senz'alberi controrotanti lo puoi bilanciare al meglio come ho scritto io (v. anche il testo del Giacosa "Motori Endotermici).
Di meglio non si può fare senza contralberi, quindi non ha senso a mio avviso definire una percentuale di equilibratura, che penso sia una grandezza di uso "pratico" tra motoristi non troppo "teorici" collegata in qualche modo al "grado di equilibratura", che è il prodotto tra l'eccentricità residura del baricentro (d nel mio primo disegno) per la velocità angolare dell'albero, ed è invece un'indice della "bontà" dell'equilibratura, e si misura in mm/s. La ISO1940 ti può dare dei valori orientativi a seconda della macchina.
Occorre come detto distinguere due bilanciamenti: quello delle sole masse rotanti, sempre possibile (la cui bontà è espressa dal grado di equilibratura) e quello delle masse alterne, che per un cilindro è possibile fino ad un certo punto e comunque conviene sempre spingere al massimo possibile perché non costa nulla.
 

franksan87

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#14
...percentuale di equilibratura, che penso sia una grandezza di uso "pratico" tra motoristi non troppo "teorici" collegata in qualche modo al "grado di equilibratura".
Esatto, questa grandezza è molto in uso nel mondo delle piccole gare di accelerazione e del karting. Più che altro si usa perchè un diverso bilanciamento incide in un determinato modo nell'erogazione del motore.
Penso di aver compreso tutti i suggerimenti che fin adesso mi sono stati dati, e vi ringrazio molto.
Alla fine credo di provare entrambe le strade, anche per la curiosità di confrontarne i risultati.

Adesso, passiamo a ProE.
Ho il pacchetto completo della wf.5.
Devo:
- assegnare il materiale all'albero
- definirne la massa e il baricentro

come faccio?