Gruppo 610

Automatic SmartPump

L'innovativo sistema di disaccoppiamento puleggia-girante per il settore automotive: riduce i tempi di warm-up del motore abbattendo i consumi e le emissioni di CO2

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MISSION

ABOUT US

Professionalità, Versatilità e Capacità di Analisi:

Skills che hanno contraddistinto le fasi di sviluppo di ASP610 all’interno delle attività del Laboratorio Progettuale di CAD. Siamo il Team 610 che, grazie all’esperienza e alla collaborazione con il gruppo Metelli S.p.A, ha dato spazio alla sua passione e alle metodologie ingegneristiche, acquisite finora nella realtà del Politecnico di Milano, per dar vita ad una nuova soluzione nel campo automotive e in particolare delle pompe acqua. In un panorama mondiale sempre più focalizzato sulla necessità di salvaguardare l’ambiente, un’idea eco-friendly è possibile anche in questo ambito, senza porre in secondo piano l’aspetto prestazionale tipico di un'autovettura. La nostra pompa garantisce riduzione delle emissioni, minori consumi energetici e una maggiore prontezza del veicolo in fase di avviamento. Il mercato after-market potrà trovare nel ASP610 un sistema efficiente, capace di agire solo quando le condizioni del motore lo richiedano a differenza delle soluzioni già ampiamente applicate nel settore, assicurando il raggiungimento delle temperature di regime in minor tempo.

about img

Specifiche Tecniche

Dimensionali

- Corpo(AxBxASSIALE): 200x200x150 mm.
- “Rasamento” (distanza assiale tra girante e superficie di accoppiamento sul motore): 0.8 mm.
- Diametro albero: 10/12 mm.
- Diametro girante: 58 mm.

Dinamiche e Cinematiche

- Coppia trasmessa: 5 Nm.
- Tiro-cinghia: 2500 N
- Resistenza a fatica: 200 mila cicli.
- Velocita massima: 6000 rpm

Sistema sgancio

- Fail safe
- Alimentazione a 12v
- Azionamento a qualsiasi regime di velocità
- Temperatura di esercizio: (-20;+120)°C


CONCEPT

Di seguito è presente una serie di immagini dell'evoluzione del prodotto compresi i concept elaborati e scartati ma che hanno permesso di arrivare al risultato finale:

Frizione Meccanica
Frizione Meccanica
Frizione Meccanica
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accoppiamento magnetico assiale
accoppiamento magnetico assiale
accoppiamento magnetico assiale
accoppiamento magnetico assiale
accoppiamento magnetico assiale
accoppiamento magnetico assiale
portfolio img
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LA SOLUZIONE

Descrizione

I piccoli dettagli fanno grande un sistema

Il sistema per il disaccoppiamento è basato su frizione elettromagnetica, soluzione già consolidata e utilizzata in altri settori non automotive ma con caratteristiche affini garantendo sicurezza e solidità alla soluzione. A differenza delle soluzioni già presenti si è optato per una frizione di tipo conico in modo che a pari coppia trasmissibile si è riusciti a ridurre i volumi di ingombro del sistema fino a raggiungere dopo varie iterazioni i vincoli progettuali imposti.
Il sistema ASP610 è formato da: (Clicca qui per la tavola del prodotto)

Corpo pompa

Leggero. Ma con tanti muscoli.

Il corpo pompa è stato ridisegnato per poter inserire tutti i componenti di ASP610 pur rispettando il vincolo progettuali di 150 mm di lunghezza assiale. E' stato dotato di nervature per minimizzare l'uso di materiale ma massimizzarne la resistenza. E' presente anche un canale per lo scolo della condensa generata dalla tenuta meccanica.
Materiale: Al Si 11 Cu 2 (Fe)
Clicca qui per la tavola del componente

Corpo pompa

Albero e Cuscinetto

Parola d'ordine: compattezza

Il Cuscinetto integrale a doppia corona di sfere e rulli, con anello esterno piantato nel corpo pompa, permette la rotazione dell'albero da 10 mm su cui è piantato un componente scanalato e spallato. Il piantaggio ha permesso di ridurre il costo di realizzazione delle due parti che ora possono essere realizzate separatamente e poi assemblate. La scanalatura rispetta la normativa UNI 8953
Materiale parte scanalata: Al Si 11 Cu 2 (Fe)

Clicca per la messa in tavola
Albero e Cuscinetto

La Frizione Conica

Tanta coppia in poco spazio

La frizione conica con angolo di inclinazione delle superfici di 15° ha permesso ai progettisti di tasmettere 5 Nm di coppia tra le due superfici laterali del cono garantendo un'usura dopo 200 mila cicli di 1,5 mm assiali (0,5 mm normali) del materiale abrasivo. Il carico assiale richiesto per garantire il contatto è di soli 128 N avendo scelto materiali con coefficiente di attrito dinamico f=0,4 e coefficiente di usura K/H 5e-9.
Materiale cono motore: Ferodo organico Metelli®
Materiale cono girante: acciaio da bonifica 39NiCrMo3
Scopri in dettaglio il dimensionamento della frizione
Scopri in dettaglio i dati sull'usura
Clicca qui per la tavola del cono frizione motore e qui per la tavola del cono frizione lato girante

Frizione Conica

La Molla

Allungamento formato Mignon

La molla di compressione D263-VA ha un'estremita che appoggia sullo spallamento dell'albero scanalato e l'altra estremità sul cono frizione motore. Grazie alla Molla il sistema diventa fail safe: durante il normale funzionamento a regime dell'autoiveicolo la molla grazie al precarico statico di 8,80 mm garantisce una forza assiale di 159 N maggiore quindi di quella richiesta dalla frizione e quindi è possibile trasmettere il moto. Si è scelto una molla di compressione ed evitato altre soluzioni per problemi di ingombri.
Apri il datasheet completo

Molla

Elettromagnete

Si può fare di tutto in 2,5 millimetri.

L'elettromagnete garantisce il disaccoppiamento dei due coni di frizione, è in grado di attrarre a se l'ancora realizzato in materiale ferromagnetico vincendo il carico assiale generato dalla molla di compressione. L'elettromagnete è costituito da un case di materiale ferromagnetico al cui interno è inserito un avvolgimento di 1430 spire di rame che quando viene alimentato con corrente di 1.4 A riesce ad attrarre a sè l'ancora generando una forza di 165 N. Nella condizione di regime dell'autoveicolo invece l'elettromagnete è spento e la molla garantisce il carico assiale alla frizione conica. Nella condizione di traferro minimo lo spessore è di 0,8 mm. Per ottimizzare gli spazi è stata svolta un'analisi agli elementi finiti del campo magnetico presente nella sezione.
Verifiche dinamiche clicca per visualizzare
Materiale case bobina e ancora: AISI 4340 .
Materiale bobina: rame smaltato, 140 g.
Scopri in dettaglio il dimensionamento dell'elettromagnete.
Clicca qui per la tavola del componente.

Elettromagnete

Cuscinetto e Tenuta Meccanica

L'esperienza al servizio dell'utente

Il cuscinetto radiale a una corona di sfere SKF 161808-2RS sostiene l'albero del cono frizione lato girante al quale è connesso anche la girante. Si è optato per un cuscinetto schermato dato che la Tenuta meccanica Metelli® per funzionare correttamente ha bisogno di essere lubrificata con il fluido del circuito. La schermatura garantisce una vita utile superiore della corone di sfere. La Tenuta Meccanica Metelli® posta all'estremita di ASP610 garantisce l'isolamento quasi totale dal fluido di lavoro.
Apri il report cuscinetto

Cuscinetto e Tenuta


LE VERIFICHE

STATICHE FEM

Autodesk Inventor®
  • TIRO CINGHIA
  • PIANTAGGIO TAPPO
  • ALBERO

DINAMICHE

Femm
  • ELETTROMAGNETE
  • MOLLA A FATICA
  • -

COSTI e LAVORAZIONI

MS Excel®
  • COSTI COMPONENTI
  • COSTI LAVORAZIONI
  • -

ANALISI STATICHE FEM

Verifica 1: Tirocinghia

componente analizzato: Corpo Pompa

Il corpo pompa è soggetto ad un forza di 2500 N generata dal tiro della cinghia connessa alla puleggia. La forza si scarica sul corpo pompa attraverso il cuscinetto integrale a sfere e a rulli

Mesh: A convergenza errore (<1%)
Vincoli: incastro superficie a contatto con il basamento motore
Forza: Bearing Load 2500 N
Risultati: σmax = 67,4 MPa< σsn= 140 MPa IDONEO
Apri il Report completo

Fem Tirocinghia

Verifica 2: Piantaggio chiusura

Componente analizzato: Corpo pompa

Per esigenze di montaggio del sistema il componente chiusura deve essere piantato nel corpo pompa attraverso una pressa che esercita un forza di 5000 N

Mesh: A convergenza errore (<1%)
Vincoli: pin nei fori del corpo pompa e frictionless sulla superficie a contatto con il basamento motore
Forza: assiale 5000N
Risultati: σmax = 67,13 MPa < σsn= 140 MPa IDONEO
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Fem Piantaggio Tappo

Verifica 3: Albero e Scanalatura

Componente analizzato: Albero e Cono lato motore

Il cono lato motore deve poter ruotare con l'albero, ricevere la coppia e nello stesso tempo avere un moto relativo di traslazione sull'albero. E' quindi necessario un accoppiamento scanalato

Mesh: A convergenza errore (<1%)
Vincoli: pin asse albero e pin asse cono con blocco anche rotazione tangenziale.
Contatto: Albero Cono
Coppia: torcente 5 Nm
Risultato albero: σmax = 70,07 MPa σsn IDONEO
Risultato cono frizione: σmax = 33,74 MPa < σsn= 140 MPa IDONEO
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Fem albero

ANALISI DINAMICHE

Verifica FEM campo magnetico

Componenti analizzati: case bobina e ancora

La verifica compiuta ha permesso di ottimizzare le dimensioni dell'elettromagnete per garantire una forza di attrazione di 164 N nella condizione di maggior air gap ossia quando il sistema ha raggiunto i 200 mila cicli di innesto e il materiale abrasivo è completamente usurato.

Air gap massimo: 2,5 mm
Forza generata: 164 N
Potenza elettrica assorbita:85 W
Condizioni al contorno: aria
Nspire= 1430
Modello: l'avvolgimento in rame è semplificato come una spira in cui transita una corrente di Itot=Nspire*iunitaria= 2000 As

FEM bobina

Verifica a fatica molla

Componenti analizzati: Molla di compressione

La verifica a fatica della molla è stata necessaria al fine di verificare una continuità di prestazione e un conseguente funzionamento ottimale del sistema. La molla esercita una forza massima di 159 N, una minima di 129 N e il numero di cicli richiesto è 200000. Dall’ utilizzo di un software di calcolo per molle si sono ottenuti i seguenti dati:
τtot=625 MPa
coefficiente di sicurezza a verifica a fatica illimitata: 1.56;

Apri il Report completo

Fatica Molla

ANALISI COSTI

Risparmi tu, risparmia l'ambiente.

Il costo di produzione di ASP610 garantisce la competitività nel mercato delle pompe automotive. Il vincolo progettuale di costo imposto è stato rispettato riducendo le lavorazioni da eseguire sul prodotto e tramite un'ottimizzazione dei materiali impiegati.

Costi

Il nostro team

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Stefano Vicchi

Resp. Prodotto

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Tommaso Terenghi

Resp. Forniture

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Daniele Vignarca

Responsabile Verifiche Tecniche

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Massimiliano Radin

Resp. Documentazione

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Davide Paradiso

Resp. Produzione

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Federico Tronconi

Resp. Cad