1. Introdução

O setor de transporte rodoviário do Brasil vem se sofisticando nos últimos anos, principalmente devido à disponibilidade de uma malha rodoviária em constante expansão. A conservação e manutenção deficientes destas vias contribuem diretamente para o desgaste prematuro em conjuntos e componentes mecânicos importantes dos veículos de carga, principalmente os sistemas de suspensão e tração, sendo o conjunto de eixo diferencial o mais prejudicado (DENIT, 2010). Com o aumento da industrialização e o crescimento das cadeias logísticas, faz-se necessário uma gestão de manutenção das frotas de veículos de carga rodoviários, a fim de evitar o desperdício de tempo e recursos financeiros, através da inovação com soluções rápidas, práticas, e de baixo custo operacional, aumentando a produtividade logística. A carência de equipamentos modernos e seguros que possibilitem reparos eficientes e mantenham a capacidade operacional dos veículos de carga são exigências constantes pelos prestadores de serviços mecânicos.Diante deste cenário a engenharia de projeto de produtos tem um papel fundamental de propor soluções tecnológicas que minimizem os custos de manutenção e sejam capazes de proporcionar a recuperação de conjuntos mecânicos através da intervenção direta em componentes simples ou complexos. O objetivo contextual desta pesquisa é projetar uma ferramenta hidromecânica para usinagem de carcaça de diferencial que possibilite a recuperação do alojamento do rolamento do pinhão sem a necessidade da retirada do eixo diferencial dos veículos de carga rodoviário de médio e grande porte.A ferramenta hidromecânica para usinagem em carcaça de eixo diferencial desenvolvida tem a função de efetuar a recuperação mecânica do alojamento do rolamento do pinhão, viabilizando a manutenção corretiva da base de rolamento inferior do pinhão e da rosca de ajuste de folga do rolamento, sem a necessidade da retirada do eixo diferencial do veículo. A recuperação será efetuada através da interferência direta na carcaça de diferencial, sem o risco de provocar a perda total das funções originais do conjunto de transmissão diferencial do veículo, permitindo a continuidade operacional do conjunto mecânico após a manutenção corretiva.

2. Processo de Desenvolvimento de Produtos

A complexidade dos projetos após a Segunda Guerra Mundial passaram a exigir novas técnicas de gerenciamento, através dos projetos militares e espaciais realizados surgiram grandes progressos nos métodos de gerir os conflitos dentro dos princípios científicos e de engenharia (ROMANO, 2000 apud DEAN, 1995).O Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) consiste na forma como as atividades e tarefas estão relacionadas no projeto de desenvolvimento de produtos. Este processo está relacionado com o gerenciamento do projeto como um todo, interagindo nas diversas atividades para desenvolver um produto. Um projeto parte da idéia inicial das necessidades do mercado e das possibilidades tecnológicas disponíveis até as estratégias corporativas e de negócios dentro do portfólio de produto da empresa, até chegar às definições de um produto e as especificações necessárias no processo de sua produção (BACK, 2008).Conforme ROZENFELD et al. (2006) as etapas que compõem o PDP estão agrupadas em macrofases: Pré-Desenvolvimento, Desenvolvimento e Pós-Desenvolvimento, as quais são subdivididas em fases e por fim em atividades. O pré-desenvolvimento envolve as atividades de definição do projeto de desenvolvimento, realizadas a partir da estratégia da empresa, delimitação das restrições de recursos e conhecimentos e informações sobre os consumidores, e levantamento das tendências tecnológicas e mercadológicas. O desenvolvimento é a etapa na qual será definido o portfólio do produto, e corresponde ao desenvolvimento de produto propriamente dito. Para isso dividi-se em várias subfases e atividades em que realizam-se aplicações de técnicas que facilitam a avaliação dos requisitos dos produtos, as análises de

controles dos processos de fabricação e de viabilidade econômica, dos procedimentos e da elaboração do suporte técnico aos clientes.

2.1 Eixo Diferencial

O eixo diferencial é um sistema de conjuntos mecânicos compostos por eixos, engrenagens, peças de acoplamento e um invólucro metálico capaz de acondicionar e manter um sincronismo perfeito de movimentos desse conjunto, tendo ainda funções específicas com importância extrema para a segurança e estabilidade dos caminhões. Os detalhes de montagem são demonstrados na Figura 4:

Fonte: AFFINIA SPICER, Boletim Técnico 2010

Figura 4: Componentes do Eixo Diferencial

2.1.1 Coroa e Pinhão

A coroa e o pinhão são duas engrenagens, que trabalham juntas, e tem a função de reduzir o torque vindo do motor, antes de serem transmitidos para as rodas, através das combinações do número de dentes formados pelo par coroa e pinhão. A relação entre o número de voltas que o pinhão precisa completar até que a coroa atinja um giro completo é determinado através da divisão entre a quantidade de dentes que possui a coroa e o numero de dentes do pinhão. Localizado dentro do eixo de diferencial, o conjunto coroa e pinhão é projetado para rodar centenas de milhares quilômetros sem apresentar problemas. Porém, em conseqüência da falta de manutenção e do mau uso pelos operadores dos veículos, pode ocorrer parada inesperada do sistema de transmissão, por isso todos os componentes do sistema de suspensão dos veículos devem passar por revisões criteriosas. Esses fatores garantem a estabilidade e segurança do veículo na estrada (OFICINA E CIA, 2009). O conjunto é visualizado com detalhes na figura 5:

Fonte: Oficina e Cia (2009)

Figura 5: Conjunto Coroa e Pinhão

3Método

Utilizou-se para este estudo o modelo de referência proposto por ROZENFELD, 2006, o qual centrou as atividades em três fases do desenvolvimento: Projeto Informacional; Projeto Conceitual e Projeto Detalhado.

3.1 Projeto Informacional

Na subfase do projeto informacional, foram obtidas as especificações de metas e informações dos problemas existentes, a fim de definir os requisitos qualitativos necessários para geração de futuras soluções do projeto (CORAL et al, 2009). As atividades desenvolvidas foram: Revisão e Atualização do Escopo do Produto, Identificação dos Clientes do Produto, Definição dos Requisitos do Produto e, Definição das Especificações do Produto (Rozenfeld et al. 2006)

3.2 Projeto Conceitual

A fase do projeto conceitual teve como objetivo o desenvolvimento da concepção do produto e utilizou para isso as especificações do projeto. Definiu-se a função global do produto, a partir da qual foram estruturadas funções alternativas. A saída do projeto conceitual consistiu na definição dos princípios funcionais e estilo do produto para atender as especificações dos clientes, preenchendo as lacunas deixadas pelos concorrentes (BAXTER, 2000).

De acordo com o modelo de referência proposto por Rozenfeld et al. (2006), as atividades desenvolvidas para esta sub-fase foram: Modelagem Funcional do Produto, Desenvolvimento de Alternativas de Solução, Definição da Arquitetura, Análise de SSCs e, Seleção de Concepção.

3.3 Projeto Detalhado

O projeto detalhado consistiu em análise dos princípios de funcionamento dos componentes, a fim de detalhar as configurações finais do produto, os desenhos finais, definição de tolerância e estados de superfície (BAXTER, 2000). De acordo com o modelo de referência proposto por Rozenfeld et al. (2006), as atividades desenvolvidas para esta sub-fase foram: Criação e Detalhamento de SSCs, Otimização do Produto e, Avaliação dos SSCs, Configuração e Documentação (Bill of Material).

4. Identificação e Definição dos Requisitos dos Clientes do Produto

O método utilizado para levantar as necessidades dos clientes foi a discussão em grupo focal após a observação direta em campo, através do contato com usuários: mecânicos, caminhoneiros, e frotistas; e do acompanhando das manutenções corretivas nos eixos diferenciais, além do registro dos diferentes graus de dificuldade requeridos nas soluções peculiares de ferramentas disponíveis para atender e garantir a manutenabilidade. O Quadro 01 apresenta os requisitos do produto e a descrição dos parâmetros necessários para atendimento às funções:

REQUISITOS DO PRODUTORequisitos Parâmetros

Desempenho Adaptação aos principais modelos de veículos de carga.Robustez e resistência a grandes esforços operacionais.Resistência a grandes variações de temperaturas.

Estética e ergonomia A forma da ferramenta deve suportar manuseio constante.Os pontos que necessitarem manutenção periódica e ajustes operacionais deverão ter acesso facilitado.

Segurança A ferramenta deverá minimizar risco de ferimentos ou lesões para os operadores e observadores.

Proteção ambiental Produzir o mínimo de ruído durante a execução dos serviços.Não deve ocorrer vazamentos de óleo lubrificante no decorrer do serviço.

Consumo de energia Baixo consumo de energia elétrica.Confiabilidade Baixo nível de manutenção.Mantenabilidade Baixo nível de desgaste das peças, acessórios e consumo de fluidos;

Fácil acesso aos pontos de lubrificação.Durabilidade Resistir a impactos e ao uso em ambientes agressivos.Dimensões A ferramenta deve ter dimensões reduzidas, facilitando o manuseio em locais de

difícil acesso.Peso A ferramenta deve ser leve o suficiente para permitir o transporte e manuseio

com facilidades por profissionais de diversas estaturas.

Quadro 1: Requisitos do produto

4.1 Definição das especificações do produto

O Quadro 2 apresenta os requisitos do produto e a descrição dos parâmetros necessários para atendimento às funções:

ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTORequisitos Parâmetros

Desempenho Utilização em eixos diferenciais de veículos de até 350 cv. Suportar um valor de torque de 105 Nm.

Ergonomia Pontos de manutenção periódica: Máximo de 4.Pontos de ajuste operacionais: voltadas para o observador.

Segurança Cantos vivos terão raios de arredondamento de 0,5mm ou chanfros de 0,5mmx 45°.Proteção ambiental Nível máximo de ruído: 80 dB.

Nível máximo de vazamentos de fluidos: 10 ml/horas trabalhadas.Consumo de energia Dispositivo de acionamento rotativo (furadeira): 1,0 a 1,5 kW/h. Confiabilidade O tempo médio entre falhas: 2.000 h trabalhadas. Mantenabilidade Troca de óleo: 500 horas trabalhada / Lubrificação com graxa: 100 horas trabalhada.Durabilidade Durabilidade mínima operacional: 6000 horas trabalhada.Dimensões Largura total: 125 a 150 / Comprimento total: 500 a 650 Altura: 125 a 150 (mm) Peso Peso bruto: 8 10 kg

Peso liquido: 6 a 7 kg

Quadro 2: Especificações do produto

4.2 Modelagem funcional do produto

A Figura 4 representa o diagrama FAST da ferramenta:

Figura 4: Diagrama FAST

4.3 Desenvolvimento de Alternativa de Solução para o Produto

A estrutura funcional para o novo produto, correlacionando as funcionalidades com os principais SSCs está representada na Figura 5:

Danos no anel roscado do

pinhão

Montara ferramenta e acessório

Danos na base Menor do

pinhão

Danos no apoio de rolamento

do pinhão

Danos no anel roscado do do mancal

Força motriz rotativo

Acoplar ferramenta na carcaça

Efetua ajustes da ferramenta

Usinar área

danificada

Usinar área

danificada

Acionar ferramenta

rotativa

Acoplar ferramenta

rotativa

Usinar área

danificada

Usinar área

danificada

Desacoplar ferramenta da carcaça

Conferir as dimensõesusinadas

Remover feramenta

rotativa

Limpar área de trabalho

Desmontar e recolher ferramenta

s

Energia Cavacos e rebarbas

Caracaça recuperada

Figura 5: Estrutura funcional para o novo produto

4.4 Definição da arquitetura do produto

Devido ao grande número de modelos de carcaças de eixo diferencial adotados pelas montadoras de veículos de carga, a ferramenta terá uma arquitetura modulada, de forma a atender a ampla faixa dimensional das áreas com danos. Permitindo a acoplagem da ferramenta diretamente ao sistema danificado, executando o mandrilamento interno nas seções cilíndricas internas das carcaça de diferencial, produzindo a usinagem uma superfície cilíndrica de geometria regular e dimensões dentro do limite de tolerância especificado. Os SSCs que formarão a ferramenta estão descrita na Figura 6:

Sistemas Subsistemas Corpo cilíndrico

Conjunto de acionamento Cabeçote de mandrilamento

Acionamento de mandrilamento Acionamento de rosqueamento

Acoplamento elástico

Figura 6: Sistemas, Subsistemas e Componentes (SSC)

4.5 Análise de sistemas, subsistemas e componentes (SSC)

Os principais sistemas da ferramenta hidromecânica são:

a) corpo cilíndrico - O sistema base da ferramenta é formado por um corpo cilíndrico vazado no centro, formando uma cavidade hidráulica pelo qual através de fluido hidráulico converte-se movimentos rotatórios em movimento linear. O fechamento da câmera hidráulica é feito através de tampas laterais fixadas por parafusos, e funcionará também como mancal de apoio para o eixo de acionamento. O sistema base será dotado ainda de um ressalto na geratriz superior do corpo cilíndrico, que abrigará canais para passagem de fluido hidráulico, com fluxo controlado por válvula de controle perpendicular aos canais e um rebaixo na parte frontal posterior o qual permitirá fixar a ferramenta na carcaça de diferencial por meio de dispositivos de acoplagem;

b) conjunto de acionamento - O sistema de acionamento é formado por um eixo cilíndrico (01) tendo em uma das extremidades um ressalto (02) limitador de curso seguido por um rebaixo (03) para acoplagem de um dispositivo de tração rotatório. A extremidade oposta contará com um pino (04) guia e um alojamento (05) para acoplar o sistema de mandrilamento e rosqueamento interno. Na parte central do eixo será fixado um rotor (06), disco com ranhura helicoidal (07), fixado por um parafuso (08) e que através do movimento rotativo fará o bombeamento do fluido, de uma extremidade a outro da câmera hidráulica. A pressão criada na

câmera será equilibrada pelo ajuste da válvula de controle de fluxo nos canais do corpo hidráulico. As formas e contornos desse sistema podem ser visto na Figura 7:

Figura 7: Sistema Eixo de acionamento

c) conjunto rosqueador - O conjunto rosqueador é composto por um corpo cilíndrico flangeado em uma das extremidades com furos na periferia para fixação no corpo cilíndrico, e é vazado no centro, contendo rosca interna na extremidade. Na extremidade do eixo acoplar-se-ão eixos prolongadores fixados através de pino guia e parafusos, por fim um encaixe na extremidade do prolongador permite a fixação do cabeçote mandrilador através de pino de fixação;

d) cabeçote mandrilador - O cabeçote mandrilador consiste em um conjunto formado por um corpo cilíndrico (01), com encaixe (02) frontal para acoplagem no eixo de acionamento ou no eixo rosqueador, alinhado por um pino guia (03) e fixado por um parafuso (04). Na extremidade possui um alojamento (05) cilíndrico pelo qual um eixo (06) desloca com avanço de ajuste através de um fuso (07) de acionamento com precisão centesimal, e na sua extremidade é fixado um porta ferramenta (08) de pastilhas intercambiável (09) de metal duro, com funções para usinagem de mandrilamento ou abertura de rosca interna. As formas e contornos desse sistema podem ser visto na Figura 8:

Figura 8: Cabeçote mandrilador

e) acoplamento elástico - O acoplamento elástico é formado a partir de uma bucha metálica com dimensões internas iguais ao rebaixo do corpo cilíndrico da ferramenta, a fim de fixá-lo sobre essa superfície. E tem dimensões iguais aos alojamentos das carcaças de eixo diferencial, permitindo fixar o conjunto de ferramenta. Os canais regulares na superfície externa e interna do anel permitirão a deformação geométrica do copo, ao aplicar força de torque nos parafusos fixados nos furos roscados na periferia das superfícies laterais, a pressão exercida através de torque controlado provocara a fixação do corpo cilíndrico na superfície interna do acoplamento e a fixação de todo o conjunto pela superfície externa do acoplamento.

4.6 Análise da Geometria da Ferramenta

O modelo da ferramenta foi concebido a partir da definição de movimentação longitudinal de uma ferramenta de corte, a fim de permitir o mandrilamento do apoio do rolamento do pinhão. O deslocamento longitudinal será feito através de um cilindro hidráulico com um rotor preso ao eixo. O avanço da ferramenta de corte será controlado através do controle de deslocamento do fluido hidráulico, acionado por uma força motriz rotacional externa. Para o estudo da geometria utilizou-se uma modelagem através do software Mechanical Desktop na versão 2007, aplicativo do AutoCAD, software paramétrico baseado em tecnologia parasolid que permite a construção de componentes e conjuntos mecânicos em 3D. Os detalhes do modelamento em CAD estão representados na Figura 9:

Figura 9: Modelamento em CAD

4.7 Projeto Detalhado

Na fase de detalhamento do projeto deu-se a elaboração e a análise dos desenhos finais para fabricação dos sistemas, subsistemas e componentes que formam o produto.

4.7.1 Especificação do produto (Bill Of Material-BOM)

Na Bill Of Material - BOM estão descritas as estruturas dos componentes do produto, considerando-se a montagem, submontagens, contendo suas relações de dependências entre sistema, subsistemas e componentes, e a quantidade dos itens necessários para confecção e montagem do produto final conforme a figura 10:

Figura 10: Bill Of Material-BOM

4.7.2 Desenhos detalhados

Nesta atividade são apresentados os desenhos finais do projeto, com especificação de tolerância e estados de superfície considerando o processo de fabricação da nova ferramenta conforme a figura 11:

Figura 11: Desenho da Vista explodida da Máquina Hidromecânica

A Figura 12 mostra a vista explodida do Cabeçote mandrilador, com as linhas de referência de montagem e a relação de materiais que formam o conjunto.

Figura 12: Desenho da Vista explodida do Cabeçote mandrilador

A Figura 13 mostra a vista montada dos sistemas que formam a Ferramenta Hidromecânica, permitindo entender as relações de intercambiabilidade de todos os componentes.

Figura 13: Desenho montado dos sistemas da Ferramenta Hidromecânica

A Figura 14 mostra a vista explodida dos sistemas que formam a Ferramenta Hidromecânica, com a identificação dos componentes:

Figura 14: Desenho explodido dos sistemas da Ferramenta Hidromecânica

5. Considerações finais

De uma maneira geral, este trabalho demonstrou a existência de uma prática relevante na gestão de desenvolvimento de produtos. Com embasamento na teoria vigente foi possível a obtenção de resultados expressivos no âmbito da estratégia de desenvolvimento do projeto do produto. Utilizando-se do modelo aplicado o projetista tem disponível a aplicação de geração de dados, alternativas, seleção e detalhamento suportada por uma visão holística das reais necessidades, através da utilização de recursos e boas práticas consolidadas. As bases dessa implantação mostraram-se viáveis sob o ponto de vista empírico, embasada em quadro teórico.

Ainda que existam limitações na interação de tecnologias CAD/CAE, o desenvolvimento de ferramentas de integração está em expansão, principalmente no que se refere aos pacotes comerciais. O impacto de sua utilização tem gerado resultados práticos em termos de redução de tempo de desenvolvimento de produtos, custo de operação, e retrabalho. De acordo com esta premissa esta pesquisa contribui com o emprego destas tecnologias para o aumento na confiabilidade de produtos e de processos, e da produtividade. Através da análise dos dados obtidos a partir da determinação da especificação da BOM pretende-se demonstrar que é viável a incorporação de softwares de plataforma CAD/CAE para maximização dos resultados em desenvolvimento de produtos.

Oportunamente melhorias serão necessárias, uma vez que o desenvolvimento deste produto adotou estrategicamente poucas atividades preconizadas no modelo de referência. Nesse sentido, a experiência acumulada possibilitará a continuação desse estudo em um nível vertical por um período de médio prazo, após sua implantação.

O projeto contribui fomentando o conhecimento científico dentro de uma perspectiva empírica por meio da demonstração da aplicação dos conceitos da gestão de desenvolvimento de produtos e sua aplicabilidade dentro da perspectiva operacional. Devido às limitações de prazo, as possibilidades de generalização dos resultados carecem de melhor investigação. Visando a continuidade da investigação neste tema, e de modo a identificar proposições e hipóteses, o passo seguinte é a ampliação na quantidade de casos de maneira a estender a contribuição científica do estudo.

Referências

AFFINIA SPICER. Boletim técnico: Transmissão 2010. Disponível em: <http://www.affinia1.com.br/newsletter/newsletter.php?m=Spicer&c=64> Acesso em: 19 nov. 2010.

AFFINIA SPICER. Eixos Diferenciais: Catalogo de Aplicações 2010. Disponível em: <http: www.spicer.com.br/default.asp?pt=catalogos> Acessado em 10 abr. 2010.

BACK, N. et al. Projeto Integrado de Produtos: planejamento, concepção e modelagem. Vol. I. São Paulo: Manole, 2008.

BAXTER, M. Projeto de Produto – Guia prático para design de novos produtos. 2ª Edição. São Paulo: Edgard Blucher, 2000.

CORAL, E.et al. Gestão Integrada da Inovação: estratégia, organização e desenvolvimento de produtos. 1ª Edição. São Paulo: Atlas, 2009.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE TRANSPORTES (DENIT). Notícias. Disponível em <http://www.dnit.gov.br/plano–nacional-de-viacao/evolucao-da-malha-federal/> Acessado em: 20 jun. 2010.

OFICINA E CIA. Bíblia do Carro: Eixo diferencial. Disponível em <http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/biblia.asp?status=visualizar&cod=97> Acessado em 25 jun. 2010.

ROMANO, L. N. et al. A Importância do Processo de Planejamento na Gestão do Desenvolvimento de Produtos. In: Congresso Brasileiro de Gestão de Desenvolvimento de Produtos. São Carlos: UFSCar, 2000.

ROZENFELD H., et al. Gestão de Desenvolvimento de Produtos; uma referencia para melhoria do processo. 1ª Edição. São Paulo: Saraiva, 2006.