PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DIFERENCIAL COMO MODELO PEDAGÓGICO

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Angélica de Lacerda Santos
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1 PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DIFERENCIAL COMO MODELO PEDAGÓGICO Vitor Alcácer ¹, Francisco Ávila ², Prof. Carlos Fortes ³, Prof. Dr.ª Rosa Marat-Mendes ³ 1 Ex-aluno Engenharia Mecânica Ramo Produção da ESTSetúbal 2 Ex-aluno Engenharia Mecânica Ramo Automóvel da ESTSetúbal 3 DEM, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal, Instituto Politécnico de Setúbal

2 CONTEÚDOS 2 Introdução Revisão da literatura O modelo pedagógico Resultados experimentais Conclusões

3 INTRODUÇÃO 3 Enquadramento e motivação Sistemas de transmissão nos veículos automóveis Transmissão de potência através de engrenagens Objetivos Dimensionamento e verificação por elementos finitos do diferencial Construção e montagem do modelo Demonstrar as funções que o diferencial desempenha num automóvel

4 REVISÃO DA LITERATURA 4 Evolução do diferencial Difícil de identificar a data da invenção 2634 AC, a South Pointing Chariotda China Réplica do mecanismo Antikythera do Século I AC

5 REVISÃO DA LITERATURA 5 Funcionamento, tipos de diferenciais

6 REVISÃO DA LITERATURA 6 Materiais usados em engrenagens Variações de materiais consoante o campo de aplicação Aços de diferentes composições Ferro fundido Bronze Alumínio Diferentes composições de plásticos Materiais cerâmicos Madeira

7 REVISÃO DA LITERATURA 7 Processos de fabrico de engrenagens Processos de conformação, micro molde de injeção

8 REVISÃO DA LITERATURA 8 Processos de fabrico de engrenagens Processos de geração de rodas dentadas

9 O MODELO PEDAGÓGICO 9 Diferencial de referência, livre ou aberto Modelo MX5 da Mazda

10 O MODELO PEDAGÓGICO 10 Constituição do modelo pedagógico Adaptação para o parque de máquinas existente Componentes standard

11 O MODELO PEDAGÓGICO 11 Componentes standard

12 O MODELO PEDAGÓGICO 12 Dimensionamento do diferencial Critério do desgaste uniforme Roda de dentes par com roda de dentes impar Pinhão com 12 dentes Coroa com 47 dentes Satélite com 12 dentes Planetário com 17 dentes Critério do dente suplementar Relações de transmissão não exatas Relação no grupo cónico de 3,92 Relação do grupo diferencial de 1,42

13 13 O MODELO PEDAGÓGICO

14 14 O MODELO PEDAGÓGICO

15 O MODELO PEDAGÓGICO 15 Verificação através de elementos finitos, critério de Von Mises

16 O MODELO PEDAGÓGICO 16 Verificação através de elementos finitos, critério de Von Mises Valores máximos Fabricante admite 36 MPa de tensão de resistência àtração

17 O MODELO PEDAGÓGICO 17 Reações nos apoios Grupo diferencial

18 O MODELO PEDAGÓGICO 18 Reações nos apoios Grupo cónico

19 O MODELO PEDAGÓGICO 19 Reações e momentos fletores nos apoios

20 O MODELO PEDAGÓGICO 20 Escolha dos materiais Plástico ABS Plus Rodas dentadas Liga de alumínio 2030 Veios, Flanges, Chumaceiras Poliuretano Sikablock M440 Casquilho do motor Plástico PE1000 Tampas, casquilhos e aro

21 O MODELO PEDAGÓGICO 21 Dimensionamento do semi-eixo, grupo diferencial Secção crítica, apoio D Esforço transverso máximo de 9,39 N Momento fletor máximo de 0,2 Nm

22 O MODELO PEDAGÓGICO 22 Dimensionamento do veio de transmissão, grupo cónico Secção crítica, apoio F Esforço transverso máximo de 272,68 N Momento fletor máximo de 9,97 Nm

23 O MODELO PEDAGÓGICO 23 Componente eletrónica do modelo Placa de comandos Divisor de tensão

24 O MODELO PEDAGÓGICO 24 Componente eletrónica do modelo Motor elétrico Medição das rotações 290 rpm Medição do binário 1 Nm

25 O MODELO PEDAGÓGICO 25 Fabrico dos componentes Impressora 3D Torno mecânico Engenho de furar de bancada Máquina CNC

26 O MODELO PEDAGÓGICO 26 Estratégias de maquinação Rodas dentadas com 60% da densidade Porta satélites coroa

27 O MODELO PEDAGÓGICO 27 Flanges, casquilhos e eixo dos satélites Chumaceiras Suporte do motor

28 O MODELO PEDAGÓGICO 28 alavancas veios base

29 O MODELO PEDAGÓGICO 29 Aro espaçador Placa de comandos

30 O MODELO PEDAGÓGICO 30 Nova verificação através de elementos finitos 60% da densidade nas rodas e com 1 Nm de binário máximo no motor Tensão máxima admissível de 21,6 MPa Deslocamento máximo no pinhão éde 0,04 mm

31 O MODELO PEDAGÓGICO 31 Revisão de velocidades e binários Motor com 290 rpm máximas e 1 Nm de binário máximo Grupo cónico 74 rpm e 3,92 Nm Grupo diferencial Com 148 rpm e 1,96 Nm 1 roda bloqueada

32 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 32 Montagem dos componentes Grupo central Diferencial

33 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 33 Desenvolvimento experimental Eliminação de rolamentos Bloqueio da rodas de atrito

34 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 34 Medição do binário mínimo Raio do acoplamento de 16 mm Peso de 0,425 kg Binário de 0,07 Nm

35 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 35 Novo motor elétrico 675 rpm de rotação máxima Raio de 20 mm na bucha 6,225 kg de peso Binário de 1,22 Nm

36 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 36 Nova montagem para o motor

37 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 37 Correção do circuito eletrónico 2 transístores em paralelo Rotação máxima de 150 rpm

38 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 38 Revisão dos modelos matemáticos utilizados Velocidade não é constante, 180 rpm neste ensaio 4 fitas refletoras Grupo cónico Pela teoria 46 rpm No ensaio 45,5 rpm Erro de 0,01 %

39 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 39 Revisão dos modelos matemáticos utilizados Velocidade não é constante, 180 rpm neste ensaio Grupo diferencial Pela teoria 92 rpm No ensaio 84 rpm Erro de 9 %

40 RESULTADOS EXPERIMENTAIS 40 Binário de bloqueio da roda Peso de 0,295 kg no fim da alavanca, 2,9 N de força Somatório de momentos na alavanca 4,2 N na roda de atrito Desprezando o atrito Bloqueio com 0,33 Nm

41 CONCLUSÕES 41 Ensaios realizados Velocidade de entrada não é constante Erros nas leituras Discrepâncias de valores teóricos e práticos No tacómetro utilizado Necessidade de um suporte para o sensor de leitura

42 CONCLUSÕES 42 Síntese do projeto Contempla a parte teórica e a parte prática Junção de muitas matérias lecionadas Facilidade na compreensão de engrenagens Necessidade de comprovar os cálculos realizados Pouca informação sobre impressão 3D Escolha dos materiais Condicionada pelas doações Ajustes do modelo Troca de motor e correção do circuito eletrónico

43 CONCLUSÕES 43 Contribuição para trabalhos futuros Nova montagem eletrónica com um novo motor Proteção em acrílico para acessos perigosos Guias de laboratório para ensaios no modelo Ensaios de tensões máximas nas peças de impressão 3D consoante a estratégia de fabrico Estratégias de maquinação contemplando o parque de máquinas existente na escola

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