Volano - Tesina

Nelle macchine a funzionamento alternativo

 endotermico, il momento motore sviluppato varia nel

tempo cui corrisponde un giro completo dell’albero

principale:

Il volano è un organo meccanico atto a limitare gli

 eccessi di energia meccanica motrice sul lavoro

meccanico totale o di quest’ultimo sull’energia

motrice su macchine a regime periodico al quale è

applicato.

Momento motore:

La legge di variazione del momento motore può

 essere rappresentata con la funzione:

Dove è la componente della forza complessiva che

agisce sul piede di biella, diretta tangenzialmente

alla circonferenza descritta dal bottone di

manovella:

e è il raggio di manovella che ne costituisce il

braccio.

Lavoro positivo: area posta sopra la linea dello zero;

 Lavoro negativo: area sottostante la linea dello zero;

 Lavoro utile: è la differenza delle due aree, tale valore

 non è costante nell’intervallo di tempo corrispondente

alle due corse come non lo è il momento motore

Motivi del suo utilizzo:

La rotazione dell’albero a gomiti non è uniforme per



intervalli di tempo brevi, inferiori all’intervallo di

tempo corrispondente a un giro dell’albero. Inoltre le

corse corrispondenti al ciclo termico completo sono 4,

delle quali scarico e aspirazione sono passive, mentre

la compressione richiede lavoro per comprimere i gas.

Il momento di inerzia di massa è la grandezza che

condiziona gli effetti prodotti dagli squilibri periodici.

Si impiega così il volano costituito da un grosso disco

fissato all’estremità dell’albero motore, che aumenta il

momento di inerzia ed accumula energia meccanica

nelle fasi utili per restituirla in quelle passive.

Il grado di irregolarità

Più aumento la massa volanica, più il moto rotatorio



diventa uniforme, questo però porta all’inconveniente che

il motore non è in grado di fornire rapide accelerazioni

quando richieste.

Dovendo quindi limitare la massa del volano, è necessario

fissare un limite al di là del quale l’irregolarità del moto

non è tollerabile con le finalità della macchina stessa.

Il grado di irregolarità è una grandezza caratteristica della

macchina alternativa, delle sue particolarità costruttive,

delle finalità cui essa è destinata:

Dove:

= velocità angolare media

= valore massimo assunto nell’intervallo di tempo

corrispondente a un periodo completo

= valore minimo assunto nello stesso intervallo di tempo

Lavoro eccedente

Il momento motore considerato non è la media dei valori estremi in



quanto la variazione non avviene con legge lineare. Per fare ciò

bisognerebbe conoscere i cicli termici della macchina, l’entità delle

masse in moto alternativo e gli effetti prodotti dal fluido operante.

La massima area non ricoperta dal diagramma rettangolare, rappresenta

il lavoro eccedente che il volano immagazzina trasformandolo in energia

cinetica.

Il coefficiente di fluttuazione

La principale difficoltà che presenta il dimensionamento del volano,



concerne la valutazione del lavoro eccedente che deve essere

ricavato principalmente per via grafica, inoltre è indispensabile

essere in possesso di tutti i dati riguardanti gli organi mobili.

Si ritiene preferibile il calcolo del volano su un valore detto

coefficiente di fluttuazione.

Esso nasce dal rapporto tra il lavoro eccedente e il lavoro compiuto

in un periodo dalla macchina.

Considerando la potenza utile della macchina il lavoro utile

misurato nell’unità di tempo e dividendo per il numero di giri

compiuti in un secondo:

Considerando in fine che il momento d’inerzia del volano è pari a:

Il momento di inerzia del volano correttamente dimensionato è pari

a:

Tipi di volano: Grandi

Dimensio dimensio

ni ridotte ni

Per Corona Motori

A Disco motori con razze lenti

veloci

In acciaio In acciaio

o ghisa o ghisa

Volano a disco:

Dimensionamento:

Il lavoro posseduto da gli organi mobili del motore è pari a:



Scomponendo il binomio fra parentesi possiamo esprimere il lavoro eccedente in

funzione del momento d’ inerzia, della velocità angolare e del coefficiente di

irregolarità:

Mettendo in relazione questa formula con quella del lavoro in funzione del coeff.

di fluttuazione della potenza e della velocità angolare:

Il momento di inerzia del volano è espresso in funzione dei parametri

fondamentali per un corretto dimensionamento:

Nel volano a disco di spessore costante, il momento di inerzia espresso rispetto

all’asse di rotazione si esprime con la formula:

Ponendo l’uguaglianza tra le espressioni del momento d’inerzia:

La massa del volano correttamente dimensionato è pari a:

Infine lo spessore del volano sarà pari a:

Volano a razze:

Dimensionamen

to:

Nel volano a corona circolare di spessore costante, il momento di inerzia espresso



rispetto all’asse di rotazione si esprime con la formula:

Ponendo l’uguaglianza tra le espressioni del momento d’inerzia:

La massa del volano correttamente dimensionato è pari a:

Per il calcolo delle dimensioni della sezione della corona circolare ci viene in aiuto il

teorema di Guldino. Nel quale si afferma che se moltiplico l’area delle sezione per il

valore delle circonferenza descritta ricavo il volume del solido ottenuto:

Per procedere con il dimensionamento devo fare delle opportune assunzioni (diametro

medio, rapporto a/b) e sapendo che:

Posso ricavare la seguente uguaglianza:

Posso così ricavare tutti i dati utili al corretto dimensionamento del volano.

Dimensionamento delle

razze: Una volta dimensionata la corona si



procede al dimensionamento delle razze:

Dove è lo spessore della corona.

L’area delle razze a sezione ellittica:

Verifica delle razze: