Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Studentská CAD konstrukce malého leteckého motoru
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura: CAD/CAM/CAE/CIM

Studentská CAD konstrukce malého leteckého motoru

Vítězem letošního ročníku studentské kategorie konstruktérské soutěže Strojírenský CAD projekt 2002, pořádané pod záštitou firmy Autodesk a vyhlášené na veletrhu Invex v Brně, se stal Robert Dvořák z VOŠ, SPŠOA Kopřivnice se svým návrhem leteckého motoru. Tento projekt byl vytvořen jako součást absolventské práce pro závěrečné zkoušky ve školním roce 2001/2002. V následujících řádcích autor přiblíží podrobnosti svého řešení, které nezůstalo pouze virtuálním, ale je již v současnosti uváděno do výroby

Zvolené konstrukční řešení

Podnětem pro vznik této práce byla snaha o konstrukci vhodného motoru pro kategorii tzv. ultralehkých letadel, která je v dnešní době velice rozšířená. Navrhovaný motor je konstruován jako letecký, s použitím skupin a součástí ověřených v automobilech a motocyklech. Z důvodu jednoduchosti, hmotnosti a ceny byl zvolen vzduchem chlazený dvouválec. S ohledem na vyvážení připadají v úvahu dvě koncepce: boxer a vidlicový motor. U vidlicového motoru je výrazně jednodušší konstrukce klikové hřídele. Proto bylo zvoleno uspořádání válců do V s úhlem rozevření 90( s uložením ojnic na společném klikovém čepu. Kliková hřídel je konstruována jako lisovaná, ojnice jsou nedělené, uložené valivě. Válcové jednotky vycházejí z ověřené automobilové konstrukce Porsche, hlava válců vychází z hlavy motoru T 613/700. Rozvod OHV s vačkovou hřídelí nad hřídelí klikovou je zvolen pro svou jednoduchost a spolehlivost. Motor je vybaven reduktorem, který mu umožňuje pracovat v oblasti s vyšším výkonem na vrtuli, v oblasti přijatelného hluku a dobré účinnosti. Převod reduktoru je proveden pomocí ozubeného řemene, který je schopen tlumit torzní kmitání soustavy. Mazání motoru je navrženo oběhové se zubovým čerpadlem a plnoprůtokovým čističem oleje. Zásoba oleje je v bloku motoru. Motor bude vybaven zdvojeným indukčním zapalováním řízeným mikropočítačem, napájeným ze zdrojové soustavy alternátor - baterie.
Cílem projektu bylo vytvořit kompletní 3D model motoru s co nejvěrněji vymodelovanými součástmi u jeho kritických částí (klikový a rozvodový mechanismus, reduktor) tak, aby mohly být plně využity CAE/CAM systémy pro další výpočty a obrábění a také možnost vygenerování přesné 2D výkresové dokumentace. Některé modely posloužily pro pevnostní analýzu MKP (metodou konečných prvků), generování NC dat (v programu PowerMill) pro CNC obrábění součástí motoru a pro tvorbu modelů odlitků a výkovků. Cílem také bylo konstruovat navrhovaný motor tak, aby jeho výroba byla technologicky co nejjednodušší a ekonomicky nenáročná, rovněž tak montáž a údržba, což bylo konzultováno se zadavatelem-výrobcem s ohledem na jeho výrobní možnosti.

Tvorba modelu

Ke splnění těchto úkolů byl použit CAD program Mechanical Desktop. K vývoji motoru a tvorbě 3D modelů byly využity návrhy zadavatele (ve formě ručně kreslených 2D výkresů) a jeho zkušenosti s tímto typem motoru. Nejprve byly vytvořeny podsestavy - klikový a rozvodový mechanismus a reduktor. Tomu ovšem předcházelo navržení součástí těchto podsestav a jejich pevnostní analýza metodou konečných prvků. Tato analýza byla velmi důležitá, neboť se od ní odvozuje dimenzování součástí. Dále byl vytvořen prostorový model klikové skříně a dalších skupin. Jednotlivé podsestavy a součásti byly postupně vkládány nebo domodelovány do souboru klikové skříně a ustaveny pomocí univerzálních 3D vazeb Desktopu. Po kontrole na kolize, ověření kinematické správnosti návrhu a usazení mezi jednotlivými podsestavami či díly byly podsestavy plně lokalizovány. Vznikl tak jediný soubor - sestava o velikosti 53 MB. O jak složitou sestavu se vlastně jedná, mohou napovědět tato čísla - počet použitých podsestav 18, počet všech použitých modelů 493, z nichž většina je složitých tvarů. Počet použitých vazeb k sestavení kompletního modelu motoru byl 421. Je třeba zdůraznit komplikovanost "přivazbování" těchto složitých modelů a podsestav do kompletního modelu motoru.

Výpočty a výrobní dokumentace

Použitý program Mechanical Desktop obsahuje také množství různých výpočtů, jako např. výpočet hmotnosti na základě přiřazení materiálu součásti - viz modul "Analýza - Hmotové vlastnosti". Jelikož poměr hmotnost/výkon je v této kategorii motorů nejsledovanějším parametrem, byla možnost zjistit hmotnost kompletního motoru přímo v 3D modelu velmi vítaná. Hmotnost navrženého kompletního motoru činí velmi příznivých 68 kg. Zmíněné nástavby umožňují i další výpočty, např. ložisek, hřídelí, ozubených převodů atd. Těmito výpočty lze zjistit, zda daná součást vyhovuje podmínkám, které na ni budou kladeny v průběhu její předpokládané životnosti, předepsané u leteckých motorů na 5000 provozních hodin. To vše také bylo v této absolventské práci provedeno a využito. Na základě vytvořených 3D modelů se jednoduchým generováním mohla zhotovit 2D výkresová dokumentace, jež je nezbytnou součástí veškeré výrobní produkce. Bylo použito jednoduchých základních pravoúhlých pohledů, řezů a dalších pomocných pohledů - detailů. Stačilo jen vybrat pohled nebo pohledy, které jsou potřebné na výrobním výkrese, a program sám byl schopen součást nebo sestavu do těchto 2D pohledů vygenerovat.

Produkce

Díky vhodně zvolené koncepci motoru, kombinaci moderních a osvědčených součástí a skupin a především optimalizované konstrukci se podařilo dosáhnout stanovených cílů. Vypočtený poměr hmotnost/výkon činí 68 kg/72 k, což je vynikající výsledek. Jeho komerční úspěšnost ukáže čas, ale má všechny předpoklady pro to, aby byla vysoká. Bylo přikročeno k plné realizaci projektu, která v současné době podle vytvořeného modelu a výkresové dokumentace již probíhá. Byla zahájena nejprve výrobou forem, nástrojů a přípravků pro výrobu odlitků a výkovků. Kromě zdroje podkladů pro výrobu a montáž poslouží vytvořená 3D sestava kompletního motoru zároveň při jeho prezentaci zákazníkům. Budoucím pilotům tak už skoro zbývá jen popřát "Letu zdar!".
Zpracoval autor projektu Robert Dvořák
40

Další články

CAD/CAM/CAE/CIM

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: