Resumo |
O veículo fora de estrada tipo baja, é monoposto e robusto e deve estar atrelado às regras de segurança definidas pelo regulamento Baja SAE Brasil. Os obstáculos da competição Baja SAE exigem muito do sistema de transmissão do veículo, que trabalha ampliando o torque fornecido pelo motor para a necessidade do veículo. As engrenagens que fazem parte da transmissão são componentes cruciais e seu dimensionamento deve ser feito de forma correta para evitar falhas prematuras. Essa fato aconteceu no projeto da coroa do segundo estágio da redução do veículo UFVbaja 2014, o que levou a sua falha bem antes do esperado, com cerca de 9 horas de uso. Assim, para esse projeto, foram calculados os esforços que agem nessa engrenagem do segundo estágio de redução, e através do seu desenho 3D foram realizadas simulações estáticas e de fadiga utilizando o método por elementos finitos, por meio do programa computacional Ansys Workbench®, a fim de identificar a causa da falha. De acordo com sua simulação estática a tensão de von Mises foi 509,06 MPa e sua deformação foi de 0,2256 mm, o que levou a um coeficiente de segurança contra escoamento de primeiro ciclo de 1,02. Na simulação de fadiga ela obteve 100000 ciclos (10 horas) contabilizados até a falha, o que levou a um coeficiente de segurança que resguarda contra fadiga de 0,83. Assim, pelos coeficientes de seguranças obtidos, concluiu-se que sua falha foi ocasionada por fadiga após 10 horas de vida, número bem próximo à vida de 9 horas que ela obteve na realidade. Identificada a causa da falha da engrenagem de 2014, foi realizado um novo dimensionamento para uma nova engrenagem, a qual passou a ter uma largura de face, espessura de borda e do raiado maiores. Essa nova engrenagem foi desenhada no programa computacional SolidWorks® e foram realizadas as mesmas simulações da engrenagem antiga a fim de saber o quão resistente ela ficou com essas modificações de projeto. De acordo com a simulação estática, a engrenagem nova sofreu uma deformação de 0,083mm, 68% menor que a sofrida pela de 2014, e está sujeita a uma tensão alternada de von Mises de 394MPa, 26% menor que a de 2014, levando a um coeficiente de segurança contra escoamento de primeiro ciclo de 1,31. Na simulação de fadiga, a engrenagem nova obteve 300000 ciclos (30 horas) contabilizados até a falha, levando a um coeficiente de segurança que resguarda contra fadiga de 1,07. Assim foi possível concluir que a nova engrenagem terá sua falha também resguardada por fadiga, porém após 300000 ciclos, o que leva a 30 horas de vida, que é exatamente o tempo para o qual ela foi projetada. Desse modo, foi possível afirmar que as modificações de projeto, como aumento da espessura de borda, largura de face e do raiado foram essenciais para o ganho de resistência da nova engrenagem em relação a de 2014, o que deu a ela uma vida maior nas simulações que estão de acordo com a requerida no projeto da equipe UFVbaja. |