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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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� Funcionamento, tipos de diferenciais

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� 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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� Processos de fabrico de engrenagens

� Processos de conformação, micro molde de injeção

7


� 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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� Constituição do modelo pedagógico

� Adaptação para o parque de máquinas existente

� Componentes standard

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� Componentes standard

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� 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


� Verificação através de elementos finitos, critério de Von Mises

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� 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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� Reações nos apoios

� Grupo diferencial

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� Reações nos apoios

� Grupo cónico

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� Reações e momentos fletores nos apoios

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� 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


� 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



� Componente eletrónica do modelo

� Placa de comandos

� Divisor de tensão

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� Componente eletrónica do modelo

� Motor elétrico

� Medição das rotações – 290 rpm

� Medição do binário – 1 Nm

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� Fabrico dos componentes

� Impressora 3D

� Torno mecânico

� Engenho de furar de bancada

� Máquina CNC

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� Estratégias de maquinação

� Rodas dentadas

com 60% da densidade

� Porta satélites

� coroa

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� Flanges, casquilhos e eixo dos satélites

� Chumaceiras

� Suporte do motor

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� alavancas

� veios

� base

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� Aro espaçador

� Placa de comandos

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� 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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� Revisão de velocidades e binários

� Motor com 290 rpm máximas e 1 Nm de binário máximo

� Grupo cónico

� 74 rpm e 3,92 Nm


� 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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� Desenvolvimento experimental

� Eliminação de rolamentos

� Bloqueio da rodas de atrito

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� Medição do binário mínimo

� Raio do acoplamento de 16 mm

� Peso de 0,425 kg

� Binário de 0,07 Nm

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� 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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� Nova montagem para o motor

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� Correção do circuito eletrónico

� 2 transístores em paralelo

� Rotação máxima de 150 rpm

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� 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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� Revisão dos modelos matemáticos utilizados

� Velocidade não é constante, 180 rpm neste ensaio


� Pela teoria – 92 rpm

� No ensaio – 84 rpm

� Erro de 9 %

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� 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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