1 – Ex-aluno Engenharia Mecânica – Ramo Produção da ESTSetúbal2 – Ex-aluno Engenharia Mecânica – Ramo Automóvel da ESTSetúbal3 – DEM, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal, Instituto Politécnico de Setúbal
PROJETO E CONSTRUÇÃODE UM DIFERENCIAL
COMO MODELO PEDAGÓGICOVitor Alcácer ¹, Francisco Ávila ², Prof. Carlos Fortes ³, Prof. Dr.ª Rosa Marat-Mendes ³
CONTEÚDOS2
� Introdução
� Revisão da literatura
� O modelo pedagógico
� Resultados experimentais
� Conclusões
INTRODUÇÃO
� 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
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REVISÃO DA LITERATURA
� Evolução do diferencial
� Difícil de identificar a data da invenção
� 2634 AC, a South Pointing Chariot da China
� Réplica do mecanismo Antikythera do Século I AC
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REVISÃO DA LITERATURA
� Funcionamento, tipos de diferenciais
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REVISÃO DA LITERATURA
� 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
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REVISÃO DA LITERATURA
� Processos de fabrico de engrenagens
� Processos de conformação, micro molde de injeção
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REVISÃO DA LITERATURA
� Processos de fabrico de engrenagens
� Processos de geração de rodas dentadas
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Diferencial de referência, livre ou aberto
� Modelo MX5 da Mazda
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Constituição do modelo pedagógico
� Adaptação para o parque de máquinas existente
� Componentes standard
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Componentes standard
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O MODELO PEDAGÓGICO
� 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
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O MODELO PEDAGÓGICO13
O MODELO PEDAGÓGICO14
O MODELO PEDAGÓGICO
� Verificação através de elementos finitos, critério de Von Mises
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Verificação através de elementos finitos, critério de Von Mises
� Valores máximos
� Fabricante admite 36 MPa de tensão de resistência à tração
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Reações nos apoios
� Grupo diferencial
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Reações nos apoios
� Grupo cónico
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Reações e momentos fletores nos apoios
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O MODELO PEDAGÓGICO
� 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
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� Dimensionamento do semi-eixo, grupo diferencial
� Secção crítica, apoio D
� Esforço transverso máximo de 9,39 N
� Momento fletor máximo de 0,2 Nm
O MODELO PEDAGÓGICO21
� 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
O MODELO PEDAGÓGICO22
O MODELO PEDAGÓGICO
� Componente eletrónica do modelo
� Placa de comandos
� Divisor de tensão
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Componente eletrónica do modelo
� Motor elétrico
� Medição das rotações – 290 rpm
� Medição do binário – 1 Nm
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Fabrico dos componentes
� Impressora 3D
� Torno mecânico
� Engenho de furar de bancada
� Máquina CNC
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Estratégias de maquinação
� Rodas dentadas
com 60% da densidade
� Porta satélites
� coroa
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Flanges, casquilhos e eixo dos satélites
� Chumaceiras
� Suporte do motor
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O MODELO PEDAGÓGICO
� alavancas
� veios
� base
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O MODELO PEDAGÓGICO
� Aro espaçador
� Placa de comandos
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O MODELO PEDAGÓGICO
� 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 é de 0,04 mm
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O MODELO PEDAGÓGICO
� 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
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Montagem dos componentes
� Grupo central
� Diferencial
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Desenvolvimento experimental
� Eliminação de rolamentos
� Bloqueio da rodas de atrito
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Medição do binário mínimo
� Raio do acoplamento de 16 mm
� Peso de 0,425 kg
� Binário de 0,07 Nm
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Novo motor elétrico
� 675 rpm de rotação máxima
� Raio de 20 mm na bucha
� 6,225 kg de peso
� Binário de 1,22 Nm
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Nova montagem para o motor
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� Correção do circuito eletrónico
� 2 transístores em paralelo
� Rotação máxima de 150 rpm
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� 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 %
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� 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 %
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
� 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
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CONCLUSÕES
� 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
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CONCLUSÕES
� 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
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CONCLUSÕES
� 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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