3º ano – 1º semestre modelaÇÃo de um motor a quatro...

Licenciatura em Engenharia Mecânica

Concepção e Fabrico Assistido por Computador

3º Ano – 1º Semestre

MMOODDEELLAAÇÇÃÃOO DDEE UUMM MMOOTTOORR AA QQUUAATTRROO TTEEMMPPOOSS

Docente: Prof. João Tavares

Alexandre Freitas Soraia Pimenta

FEUP, 18 de Março de 2005

Modelação de um motor a quatro tempos Concepção e fabrico assistido por computador

Índice

1 - INTRODUÇÃO E OBJECTIVO DO TRABALHO ..........................................................................................2

2 - LISTAGEM DAS PEÇAS DESENHADAS........................................................................................................3

2.1. PEÇAS NORMALIZADAS......................................................................................................................................21

3 - LISTAGEM DE MONTAGENS........................................................................................................................22

3.1. RODA_DENTADA_INTERIOR.IAM........................................................................................................................22 3.2. PISTÃO.IAM .......................................................................................................................................................23 3.3. CORPO.IAM........................................................................................................................................................24 3.4. EMBRAIAGEM.IAM.............................................................................................................................................25 3.5. EXCÊNTRICO.IAM ..............................................................................................................................................26 3.6. TOPO_CORPO.IAM ..............................................................................................................................................27 3.7. MISTURADOR.IAM .............................................................................................................................................29 3.8. MOTOR.IAM.......................................................................................................................................................31

4 - DESCRIÇÃO DA EXECUÇÃO DE UMA PEÇA ...........................................................................................32

4.1. SKETCH .............................................................................................................................................................32 4.2. REVOLVE...........................................................................................................................................................32 4.3. CHAMFER ..........................................................................................................................................................33 4.4. EXTRUDE...........................................................................................................................................................33 4.5. HOLE .................................................................................................................................................................33 4.6. WORK PLANE ....................................................................................................................................................34 4.7. SWEEP ...............................................................................................................................................................34 4.8. PATTERN ...........................................................................................................................................................35 4.9. SHELL:...............................................................................................................................................................35 4.10. MIRROR.............................................................................................................................................................36 4.11. FILLET ...............................................................................................................................................................36 4.12. THREAD.............................................................................................................................................................36 4.13. RIB ....................................................................................................................................................................37 4.14. COIL ..................................................................................................................................................................37

5 - DESCRIÇÃO DA EXECUÇÃO DE UMA MONTAGEM..............................................................................38

5.1. PLACE COMPONENT ..........................................................................................................................................38 5.2. FLEXIBLE...........................................................................................................................................................38 5.3. CONSTRAINTS....................................................................................................................................................38

6 - ANIMAÇÕES REALIZADAS...........................................................................................................................42

7 - CONCLUSÃO .....................................................................................................................................................43

8 - BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................................................44

1


1 - Introdução e Objectivo do Trabalho

Este trabalho, realizado no âmbito da disciplina de Concepção e Fabrico Assistido por Computador (disciplina do 3º Ano – 1º Semestre da Licenciatura em Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto) no ano lectivo de 2004/2005, teve como objectivo a modelação tridimensional de um motor de helicóptero (modelo FS-90, O.S. Engines MFG. CO., LTD) a quatro tempos. Para isso, foi utilizado um modelo real do motor, para modelar todas as peças e realizar a montagem completa, utilizando o programa Autodesk Inventor 9.

2


2 - Listagem das peças desenhadas Nesta secção serão apresentadas todas as peças existentes no motor, através do seu nome de

ficheiro e imagem.

Nome do ficheiro Imagem Quantidade

abre_valvula.ipt

2

alimentador_misturador.ipt

1

anel_borracha_cilindro_fino.ipt

2

anel_borracha_cilindro_largo.ipt

2

3


anel_borracha_misturador.ipt

1

anel_borracha_regulador_combustivel.ipt

1

anel_borracha_tampao.ipt

1

anel_elastico_din472_18x1.ipt

1

anel_elastico_eixo_pistao.ipt

1

4


anel_elastico_pistao.ipt

2

anilha_misturador_combustivel.ipt

2

anilha_parafuso_oleo.ipt

1

anilha_pequena.ipt

2

anilha_valvula.ipt

2

5


anilha_vela.ipt

1

anilha_w.ipt

1

articulação_tampa_ar.ipt

1

batente_valvula.ipt

2

borboleta_carburador.ipt

1

6


cambota.ipt

1

casquilho_manivela_inferior.ipt

1

casquilho_manivela_superior.ipt

1

casquilho_valvulas.ipt

2

chaveta.ipt

1

7


chumaceira_suporte_embraiagem.ipt

1

cilindro.ipt

1

cilindro_espaçador_abre_valvula.ipt

1

contacto_excentrico.ipt

2

corpo.ipt

1

8


disco_pos_cambota.ipt

1

dois_cilindros.ipt

1

eixo_pistao.ipt

1

embraiagem.ipt

1

embraiagem_lisa.ipt

1

9


excentrico.ipt

1

haste_admissão.ipt

1

haste_escape.ipt

1

manivela.ipt

1

misturador.ipt

1

10


mola_misturador.ipt

1

mola_parafuso_ranhurado.ipt

1

mola_regulador_combustivel.ipt

1

mola_tampa_ar.ipt

1

mola_abre_valvula.ipt

11


parafuso_abre_valvula.ipt

2

parafuso_ajuste.ipt.ipt

5

parafuso_chc_curto.ipt

3

parafuso_chc_gordo.ipt

4

parafuso_chc_medio_curto.ipt

5

12


parafuso_estrela_longo.ipt

2

parafuso_excentrico.ipt

3

parafuso_gasolina.ipt

1

parafuso_oleo.ipt

1

parafuso_ranhurado.ipt

1

13


parafuso_sem_cabeca.ipt

1

parafuso_semi_roscado.ipt

1

parafuso_suporte_abre_valvula.ipt

1

parafuso_tampa_ar.ipt

1

parafuso_topo_corpo_curto.ipt

2

14


parafuso_topo_corpo_longo.ipt

2

pino_suporte_abre_valvula.ipt

1

pistao.ipt

1

porca_grossa.ipt

1

porca_parafuso_valvula.ipt

2

15


porca_tampa_ar.ipt

1

porca_tubo_curto.ipt

2

porca_tubo_longo.ipt

1

regulador_combustivel.ipt

1

revestimento_interior_corpo.ipt

1

16


roda_dentada_exterior.ipt

1

roda_dentada_interior.ipt

1

rolamento_excentrico_fino.ipt

1

rolamento_excentrico_largo.ipt

1

rolamento_roda_dentada.ipt

1

17


rolamento_suporte_embraiagem.ipt

1

suporte_abre_valvulas.ipt

1

suporte_agulha.ipt

1

suporte_embraiagem.ipt

1

suporte_excentrico.ipt

1

18


suporte_tampa_ar.ipt

1

tampa_ar.ipt

1

tampa_carburador.ipt

1

tampa_corpo.ipt

1

tampao.ipt

1

19


topo_corpo.ipt

1

tubo_curto.ipt

1

tubo_longo.ipt

1

valvula.ipt

2

vela.ipt

1

20


2.1. Peças normalizadas

Como em qualquer outro conjunto mecânico, algumas das peças existentes no motor são peças normalizadas. Deste modo, e para a sua fácil identificação, são seguidamente apresentadas as normas dessas peças:

Nome do ficheiro Norma

anel_elastico_din472_18x1.ipt Anel elástico DIN - 18x1 - St anilha_parafuso_oleo.ipt Anilha ISO 7092 - 3,5 anilha_w.ipt Anilha DIN 127 - 3 - 440Hv anilha_misturador_combustivel.ipt Anilha elástica cónica 1

parafuso_ajuste.ipt Parafuso sem cabeça HC ISO 4029 - 3x3 parafuso_chc_curto.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 2,5x8 parafuso_chc_gordo.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 4x12 parafuso_chc_medio_curto.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 3,5x8 parafuso_estrela_longo.ipt Parafuso CBL ISO 7045 - 3x20 parafuso_excentrico.ipt Parafuso CBL ISO 7045 - 2x3,5 parafuso_suporte_abre_valvula.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 3x10 parafuso_tampa_ar.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 2,5x16 parafuso_topo_corpo_curto.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 3,5x16 parafuso_topo_corpo_longo.ipt Parafuso CHC ISO 4762 - 3,5x20 porca_tampa_ar.ipt Porca H ISO 8673 - M11x0,75 porca_tubo_curto.ipt Porca H ISO 8673 - M11x0,75 porca_parafuso_valvula.ipt porca de almofada M3 1

rolamento_excentrico_fino.ipt 2

rolamento_excentrico_largo.ipt 2

rolamento_roda_dentada.ipt 2

rolamento_suporte_embraiagem.ipt 2

Relativamente às peças normalizadas importa referir que, sendo este um trabalho de modelação de um modelo real, algumas das peças apresentadas como normalizadas não tinham correspondência exacta com as respectivas normas em todas as dimensões.

1 Não foi possível encontrar a norma para estas peças. 2 Não foi possível encontrar nos catálogos de rolamentos normalizados rolamentos com dimensões coincidentes com as dimensões medidas nos rolamentos reais.

21


3 - Listagem de montagens

Nesta secção serão apresentadas todas as montagens realizadas, através do nome do ficheiro, peças/montagens integrantes e imagem.

3.1. roda_dentada_interior.iam

Nome do ficheiro integrante

Quantidade de peças associadas

rolamento_roda_dentada.ipt 1 roda_dentada_interior.ipt 1 disco_pos_cambota.ipt 1 parafuso_chc_medio_curto.ipt 1

Total de peças 4

22


3.2. Pistão.iam



pistao.ipt 1 eixo_pistao.ipt 1 casquilho_manivela_inferior.ipt 1 casquilho_manivela_superior.ipt 1 manivela.ipt 1 anel_elastico_pistao.ipt 2 anel_elastico_eixo_pistao.ipt 1

Total de peças 8

23


3.3. Corpo.iam



corpo.ipt 1 revestimento_interior_corpo.ipt 1 anel_elastico_din472_18x1.ipt 1 roda_dentada_interior.iam 4 pistao.iam 8

Total de peças 15

24


3.4. Embraiagem.iam



suporte_embraiagem.ipt 1 rolamento_suporte_embraiagem.ipt 1 chumaceira_suporte_embraiagem.ipt 1 cambota.ipt 1 chaveta.ipt 1 embraiagem.ipt 1 embraiagem_lisa.ipt 1 parafuso_chc_gordo.ipt 4 porca_grossa.ipt 1

Total de peças 12

25


3.5. Excêntrico.iam



suporte_excentrico.ipt 1 rolamento_excentrico_fino.ipt 1 rolamento_excentrico_largo.ipt 1 excentrico.ipt 1 parafuso_excentrico.ipt 3 contacto_excentrico.ipt 2 tampao.ipt 1 anel_borracha_tampao.ipt 1 parafuso_oleo.ipt 1 anilha_parafuso_oleo.ipt 1 parafuso_chc_medio_curto.ipt 4 roda_dentada_exterior.ipt 1 parafuso_esquerdo.ipt 1

Total de peças 19

26


3.6. topo_corpo.iam

27


Nome do ficheiro

integrante Quantidade de

peças associadas topo_corpo.ipt 1 valvula.ipt 2 batente_valvula.ipt 2 anilha_valvula.ipt 2 casquilho_valvulas.ipt 2 vela.ipt 1 suporte_abre_valvulas.ipt 1 parafuso_topo_corpo_longo.ipt 2 parafuso_topo_corpo_curto.ipt 2 parafuso_suporte_abre_valvula.ipt 1 pino_suporte_abre_valvula.ipt 1 cilindro_espaçador_abre_valvula.ipt 1 abre_valvula.ipt 2 parafuso_ajuste.ipt 2 parafuso_abre_valvula.ipt 2 porca_parafuso_valvula.ipt 2 tampa_corpo.ipt 1 parafuso_chc_curto.ipt 3 anilha_vela.ipt 1 anilha_misturador_combustivel.ipt 2 tubo_curto.ipt 1 tubo_longo.ipt 1 porca_tubo_longo.ipt 1 porca_tubo_curto.ipt 2

Total de peças 38

28


3.7. Misturador.iam

29


Nome do ficheiro

integrante Quantidade de

peças associadas misturador.ipt 1 mola_misturador.ipt 1 borboleta_carburador.ipt 1 tampa_carburador.ipt 1 parafuso_ajuste.ipt 2 parafuso_semi_roscado.ipt 1 parafuso_sem_cabeca.ipt 1 parafuso_gasolina.ipt 1 anilha_pequena.ipt 1 anilha_w.ipt 1 parafuso_ranhurado.ipt 1 mola_parafuso_ranhurado.ipt 1 anel_borracha_misturador.ipt 1 alimentador_misturador.ipt 1 regulador_combustivel.ipt 1 anel_borracha_regulador_combustivel.ipt 1 mola_regulador_combustivel.ipt 1 suporte_agulha.ipt 1 anilha_pequena.ipt 1 suporte_tampa_ar.ipt 1 mola_tampa_ar.ipt 1 porca_tampa_ar.ipt 1 parafuso_ajuste.ipt 1 articulação_tampa_ar.ipt 1 parafuso_tampa_ar.ipt 1 tampa_ar.ipt 1 parafuso_estrela_longo.ipt 2 dois_cilindros.ipt 1

Total de peças 30

30


3.8. Motor.iam



corpo.iam 15 embraiagem.iam 12 excentrico.iam 19 topo_corpo.iam 38 haste_admissão.ipt 1 haste_escape.ipt 1 misturador.iam.ipt 30 anel_borracha_cilindro_largo.ipt 2 anel_borracha_cilindro_fino.ipt 2 cilindro.ipt 2

Total de peças 122 Nota: a utilização das molas modeladas nos conjuntos ficou restringida pela dificuldade que o software escolhido apresentou em lidar com várias partes adaptativas em simultâneo. Assim, a maioria das molas são rígidas e o seu movimento é muitas vezes feito com a sua sobreposição a outras peças existentes no conjunto. As duas molas das válvulas foram inclusivamente excluídas do conjunto do topo do motor (e, portanto, do próprio motor).

31


4 - Descrição da execução de uma peça

Para mostrar as principais funcionalidades do Autodesk Inventor 9 na construção de peças (módulo Part – ficheiros de extensão ipt) utilizadas na realização deste trabalho, será seguidamente descrita a modelação da peça Embraiagem.ipt.

4.1. Sketch

Sketch_principal − Comandos de desenho: Line, Project

Geometry − Cotagem: General Dimension (todas

as cotas foram dadas directamente) − Constraints: Colinear, coincident,

parallel, perpendicular

Ilustração 1 - Sketch_principal em embraiagem.ipt

4.2. Revolve

Ilustração 2 - Revolve_principal em embraiagem.ipt

Revolution_principal − Profile: Sketch_principal − Axis: Y axis − Extents: Full

32


4.3. Chamfer

Chamfer_exterior − Distance: 1mm (chanfro a 45º)

Ilustração 3 - chamfer_exterior em embraiagem.ipt

4.4. Extrude

Ilustração 4 - extrusion_chaveta em embraiagem.ipt

Extrusion_chaveta − Profile: Sketch_chaveta − Tipo: Corte − Extents: All − Taper: 0º

4.5. Hole

Hole_roscados

Sketch_furos − Comando de desenho: Sketch point /

Hole center − Cotagem: igualar dimensões − Constraints: Symmetric

Ilustração 5 - Sketch_furos em embraiagem.ipt

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Características:

Ilustração 6 - Quadro "Hole" – hole_roscados em embraiagem.ipt

Final

Ilustração 7 - Hole_roscados em embraiagem.ipt

4.6. Work Plane

Work_plane_relevo

Ilustração 8 - work_plane_relevo em embraiagem.ipt

4.7. Sweep

Ilustração 9 - sweep_relevo em embraiagem.ipt

Sweep_relevo − Comandos de desenho utilizados

nos Sketch: Center point arc, Center point circle, Trim

34


4.8. Pattern

Ilustração 10 - circular_pattern_relevo em embraiagem.ipt

Circular_Pattern_relevo

Segue-se agora a apresentação, através de exemplos, das restantes funcionalidades utilizadas neste mesmo módulo.

4.9. Shell:

Ilustração 11 - construção de Shell1 em tampa_corpo.ipt

35


4.10. Mirror

Ilustração 12 - Construção de mirror1 em tampa_corpo.ipt

4.11. Fillet

Ilustração 13 - Construção de Fillet1 em tampa_corpo.ipt

4.12. Thread

Ilustração 14 - Construção de Thread1 em parafuso_abre_valvula.ipt

36


4.13. Rib

Ilustração 15 - Construção de Rib2 em dois_cilindros.ipt

4.14. Coil

Ilustração 16 - Construção de Coil1

em mola_misturador.ipt

Coil Shape: − Profile: Sketch1 − Axis: Y axis − Rotation: sentido positivo

Coil Size: − Type: Revolution (2,000 ul) and Height

(8,000mm) − Taper: 5,00º

Coil Ends − Start e End: Flat − Transition Angle: 90,00º − Flat Angle: 270,00º

37


5 - Descrição da execução de uma montagem

Para mostrar algumas das principais funcionalidades do Autodesk Inventor 9 na montagem de conjuntos (módulo Assembly – ficheiros de extensão iam) utilizadas na realização deste trabalho, será seguidamente descrita a montagem do conjunto Corpo.iam.

5.1. Place Component

− (ipt) corpo:1 (grounded) − (ipt) revestimento_interior_corpo:1 − (ipt) anel_elastico_din472_18x1:1 − (iam) roda_dentada_interior:1 − (iam) pistão:1

Ilustração 17 - Componentes de corpo.iam

5.2. Flexible

− Roda_dentada_interior.iam − Pistão.iam

5.3. Constraints

5.3.1. Revertimento_interior_corpo – corpo

Ilustração 18 - montagem do

revestimento_interior_corpo.ipt com corpo.ipt

− Insert − Angle

38


5.3.2. anel_elastico_din472_18x1 – corpo − Mate: plano − Mate: axial − Angle

Ilustração 19 - montagem do anel_elastico_din472_18x1.ipt no corpo.ipt

5.3.3. Roda_dentada_interior:

Ilustração 20 - montagem da

roda_dentada_interior.iam no corpo.ipt

− Insert − Angle

5.3.4. Pistão − Mate: pistão-

revestimento_interior_corpo

− Angle: pistão-corpo

Ilustração 21 - montagem do pistão.iam no

revestimento_interior_corpo.ipt

39


Para além dos comandos de Constraint indicados anteriormente (Mate, Angle e Insert), foram t

5.3.5. Tangent:

ambém utilizados:

Ilustração 22 - Tangent entre

− Topo_corpo.iam alvula:1 e válvula:1

5.3.6. Rotation:

− Motor.iam excêntrico:1 e

abre_valvula:1 e valvula:1

− Tangent:1 – abre_v

− Rotation:1 –corpo:1

Ilustração 23 - rotation entre

encentrico:1 e corpo:1

40


5.3.7. Rotation-Translation:

Ilustração 24 - rotation-translation entre

workplane1 e embraiagem_lisa:1

− Motor.iam − Rotation/Translation:1 – WorkPlane1 e

embraiagem_lisa:1

5.3.8. Transitional:

− Excentrico.iam − Transitional:2 – contacto_excentrico:1

e excêntrico:1

Ilustração 25 - Transitional entre

contacto_excentrico:2 e excentrico :1

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6 - Animações realizadas Sendo um motor um conjunto dinâmico, é de todo o interesse visualizar alguns dos movimentos executados durante o seu funcionamento. Deste modo, foram gravadas algumas animações (ficheiros de extensão .avi), que aqui se encontram listadas:

Nome do Ficheiro Descrição

borboleta_misturador.avi Funcionamento de abertura e encerramento da borboleta do carburador.3

parafuso_misturador.avi Extracção de um parafuso de ajuste da borboleta do carburador.4

tampa_misturador.avi Encerramento da tampa de controlo de admissão do ar ao carburador.5

motor.avi

Funcionamento do motor durante um ciclo completo. A animação começa na fase da explosão, passando posteriormente ao escape, à admissão e terminando na compressão. Vista do conjunto das peças dinâmicas.6

corte.avi Idem, mas com vista de corte pelo plano médio do cilindro.6

valvulas.avi Idem, mas exclusivamente com vista de pormenor do funcionamento de abertura e encerramento das válvulas. 6

roda_dentada.avi Idem, mas exclusivamente com vista de pormenor da engrenagem.6

excentrico.avi Idem, mas esclusivamente com vista de pormenor do funcionamento dos excêntricos. 6

3 Esta animação foi feita com base no conjunto do carburador (ficheiro ‘misturador.iam’) através do accionamento da restrição ‘movimento_borboleta’ do ‘work plane 2’. 4 Idem, mas através do accionamento da restrição ‘movimento_parafuso_ranhurado’ do ‘parafuso_ranhurado’. 5 Idem, mas através do accionamento da restrição ‘movimento_tampa_ar’ da ‘articulacao_tampa_ar’. 6 Esta animação foi feita com base no conjunto do motor (ficheiro ‘motor.iam’) através do accionamento da restrição ‘movimento_motor’ do plano YZ do sistema de eixos original da montagem.

42


7 - Conclusão

A modelação tridimensional de um motor a quatro tempos revelou-se um trabalho mais complexo do que inicialmente previsto: se foi, por um lado, um projecto bastante motivante e estimulante, surgiram por outro algumas dificuldades na sua realização, principalmente relacionadas com o problema do tempo disponível.

Uma das principais dificuldades na realização deste trabalho foi a ausência de

conhecimentos sobre o funcionamento e potencialidades do programa utilizado, uma vez que a escolha do programa (Autodesk Inventor 9) foi feita não com base nas aulas da disciplina de Concepção e Fabrico Assistido por Computador mas sim de modo a possibilitar a montagem do motor num trabalho previamente realizado no âmbito desta mesma disciplina7. Assim, foi necessário iniciar um processo de aprendizagem através da “Ajuda” disponibilizada com o Autodesk Inventor 9 e de iterações por tentativa-erro, o que tornou o trabalho menos eficiente e mais cansativo.

Outro problema que se levantou foi ao nível da modelação de algumas peças do motor e

da sua correcta montagem. Embora possam existir funcionalidades do Autodesk Inventor 9 que não tenham sido aproveitadas, existem no motor algumas peças muito complexas, o que tornou o trabalho extremamente moroso e extenso.

Apesar disto, o objectivo proposto para o trabalho – a modelação tridimensional de um

motor a quatro tempos – foi conseguida. Mesmo que a eficiência na construção de peças e na montagem tenha sido baixa (muitas das funcionalidades do programa foram descobertas em fases já demasiado avançadas para serem aplicadas sem destruir grande parte do trabalho feito), foi possível aprofundar o conhecimento em programas de modelação 3D (nomeadamente no Autodesk Inventor) e no funcionamento de um motor a quatro tempos.

7 Trabalho “Modelação 3D de um Helicóptero Helimax 60/80” realizado por Daniela Santos e Ricardo Bencatel no ano lectivo de 2003/2004.

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8 - Bibliografia

• Morais, José Manuel de Simões; Desenho técnico básico . ISBN: 972-9247-01-3

• Simões Morais, J.; Almacinha, J.; Texto de apoio às Disciplinas de Desenho de Construção

Mecânica (LEM) e de Desenho Industrial II (LGEI) , AEFEUP , 2004/05

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http://athena.fe.up.pt/F/-?func=find-b&find_code=SYS&request=000055842

3º ano – 1º semestre modelaÇÃo de um motor a quatro...

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