Riassunto analitico
Negli ultimi decenni le prestazione dei motori a combustione interna hanno subito un costante sviluppo, allo stesso tempo, si è manifestata una crescente attenzione nei confronti degli aspetti relativi all’efficienza dei propulsori e dei vari componenti meccanici. Tali obbiettivi possono essere soddisfatti solamente mediante un costante sviluppo dei processi di progettazione dei componenti più sollecitati. In particolare il cuscinetto della testa di biella è uno degli elementi lubrificati maggiormente sollecitati. Per tutti questi motivi i cuscinetti delle teste di biella sono stati oggetto di numerosi studi sia teorici che sperimentali.
Considerando che la deformazione elastica dei componenti accoppiati ha indicativamente un’ampiezza paragonabile allo spessore del meato che si avrebbe accoppiando elementi rigidi, la classica teoria di rubricazione idrodinamica (HL) deve essere estesa per tener conto della deformabilità dei componenti, si parla dunque di lubrificazione eleastoidrodinamica (EHL).
Un’ulteriore aspetto su cui si è concentrato il presente lavoro di tesi è la valutazione degli effetti della cavitazione sulle prestazioni della bronzina di biella. Il danno da cavitazione nei cuscinetti dei motori a combustione interna è un fenomeno che negli ultimi anni sta assumendo sempre maggiore rilievo.
Nonostante non esista una teoria universalmente condivisa, è chiaro che il danno da cavitazione è provocato dal rapido e violento collasso della bolla di vapore in prossimità di una superficie solida. È dunque necessario cercare di comprendere il fenomeno fisico per poter intervenire correttamente ed evitare l’insorgere delle problematiche di cui si è discusso prima.
Nel presente lavoro di tesi il problema di lubrificazione elastoidrodinamica è stato approcciato con una formulazione basata sull’equazione di Reynolds, opportunamente riscritta in termini delle due variabili complementari individuate, la pressione e la frazione di vuoto. Pertanto, è possibile descrive il problema su tutto il dominio utilizzando un’unica equazione. Tale approccio garantisce la conservazione della massa.
Per la risoluzione del problema EHL si è fatto ricorso ad un software FEM esterno per la generazione delle matrici di cedevolezza dei corpi a contatto. Si è poi risolto il Problema EHL con un metodo numerico basato sulla teoria degli elementi finiti.
L’oggetto dello studio è la bronzina di biella di un motore motociclistico ad elevate prestazioni.
Sono state eseguite analisi comparative tra due diverse configurazioni del manovellismo, una presentante biella in acciaio ed una equipaggiata da una biella in acciaio. Sono state svolte ulteriori analisi al variare della temperatura di esercizio e della specifica geometria della bronzina al fine di valutare l’influenza dei diversi fattori sul comportamento in esercizio del cuscinetto.
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