XXVII Congresso de Iniciação Científica da UNESP
III Fórum Internacional de Iniciação Científica da UNESP
Projeto da Caixa de Transmissão de um protótipo BAJA SAE.
Pedro Luiz Catenaci Guerra, Ângelo Caporalli Filho, Lucas Reis Rangel Querido Moreira
Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Campus de Guaratinguetá
Introdução
A equipe Piratas do Vale Bardahl, na concepção do protótipo
MB1114 desenvolvido para competição nacional Baja SAE Brasil 2015,
teve como objetivo construir um carro resistente às condições de pista,
mantendo conforto, tração e dirigibilidade. Para a transmissão, a
equipe optou pelo uso de um conjunto que associa uma unidade CVT
a uma caixa de transmissão de engrenagens, com duas relações,
proporcionando máximo desempenho em terra e asfalto.
O projeto do conjunto da transmissão foi simulado no software
Ansys®, e seus componentes modelados e simulados no CAD/CAE
SolidWorks®, como é mostrado na Figura 1.
Figura 2. Disposição dos componentes na caixa de transmissão.
Os parâmetros geométricos das engrenagens foram obtidos de acordo
com as normas da AGMA. Foram definidas as larguras dos dentes de 22mm
e de 25mm. Todas as engrenagens foram confeccionadas utilizando-se o
mesmo material para se manter um padrão.
A utilização de diferentes materiais busca atender melhores parâmetros
de resistência e durabilidade do sistema em relação ao protótipo anterior.
A estrutura da caixa de transmissão foi construída em alumínio
aeronáutico 7075-T6 de forma bipartida, o que facilita a montagem, pois uma
das partes funciona como gabarito para o conjunto. Como mostrado na
Figura 3.
Figura 1. Conjunto da transmissão no protótipo MB 1114.
Objetivos
Construir um sistema de fácil manutenção, resistente aos esforços
solicitados, capaz de atingir seu desempenho máximo para dois tipos de
terreno, asfalto e terra. E com duas relações distintas para atingir a
aceleração ou tração máxima do protótipo e com a mesma massa do
sistema antigo.
Material e Método
Utilizando-se a rotação do motor onde ocorre o maior torque e a
relação máxima atingida pelo CVT, tem-se o torque de entrada na caixa
de redução a ser projetada. Dessa forma é possível determinar a máxima
força que o veículo pode transmitir ao solo. A fórmula foi retirada do
GILLESPIE (1992).
Com os dados retirados por testes com acelerômetro, foi obtido qual
o peso real transmitido ao eixo traseiro pelo veículo, com isso tem-se
uma força máxima diferente daquela calculada para situação estática.
Com a análise da faixa de máxima redução do CVT e do ponto de
máximo torque do motor, calculou-se a redução necessária para atingir o
valor da máxima força aplicada ao solo e, consequentemente, da máxima
aceleração estimada. Os valores das reduções foram de 4,87 e 6,81. A
aceleração máxima do protótipo é encontrada através da segunda lei de
Newton, levando em consideração a força resistiva ao rolamento.
Resultados e Discussão
O protótipo possui cinco eixos árvore, sendo três deles contidos na
caixa de redução, e dois semieixos. Os diâmetros dos eixos foram
determinados de acordo com o critério de von Mises corrigido para
fadiga. O trem de engrenagens escolhido foi o composto de seis
engrenagens com dentes retos e ângulo de pressão de 20º, devido à
facilidade de produção conforme Figura 2.
Figura 3. Caixa de transmissão com estrutura bipartida.
Para realizarmos a troca das relações dentro da caixa de transmissão, é
utilizado um cabo de aço, conectado ao eixo-guia, que é tracionado através
de uma alavanca posicionada dentro do habitáculo do protótipo, quando o
mesmo não está em movimento, fazendo com que o conjunto das
engrenagens no eixo de entrada se desloque livremente em sua extensão.
Conclusões
A transmissão do protótipo MB1114, em relação ao último veículo
desenvolvido pela equipe, teve uma redução de 5% em sua massa, devido
às reduções de massa nas engrenagens e na caixa de transmissão. As duas
reduções de 4,87 e 6,81 da caixa de transmissão permitiram um veículo
com desempenho máximo, tanto para terra quanto para asfalto, atingindo
os objetivos da equipe.
Bibliografia
GILLESPIE, T. D., Fundamentals of Vehicle Dynamics. Society of Automotive Engineers , Inc,
1992.
Agradecimentos
À Equipe Piratas do Vale Bardahl.