6. PROJETO DOS COMPONENTES
6.3 MANCAIS DE SUPORTE
101 Para verificar a capacidade do estriado de resistir ao torque aplicado foi utilizado à fórmula (71) de [11]. O valor de torque é obtido da figura 6-18 e do que foi apresentado na seção 5 e 6.1.2. A tensão de cisalhamento é dada pela equação (73) e o fator de segurança do estriado é dado pela relação (74):
τ = 16. T
π. dp2. l=16. 1060000
π. 482. 25 = 93,72 MPa . (73) Por critério de falha de von-Mises [1]:
FS = Sy
√3. τ = 710
√3. 93,72 , FS = 4,37 .
(74)
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Figura 6-31: Métodos de Tensionamento de corrente (A) Chapas de “Cambagem”; (B) Disco Excêntrico;
(C) Terminais Rotulares [33]
A opção A é uma solução simples e eficiente para tracionar a corrente. Ao adicionar ou retirar pequenas chapas metálicas, todo o sistema é deslocado para frente ou para trás.
As vantagens desse conceito são:
Não há inclinação do diferencial, pois basta adicionar ou retirar o mesmo número de chapas nos dois mancais;
Há economia de material para usinagem pois o método de tracionar é externo ao conceito do mancal, são necessárias poucas alterações para adequar o mancal a esse método;
É o mais leve, pois dispensa o uso de muitos parafusos.
As desvantagens desse conceito são:
Montagem e desmontagem lentas. As chapas não podem possuir rasgo para facilitar sua entrada, pois com vibração do veículo elas tendem a sair de sua posição original e causar instabilidade nos mancais e na linha de transmissão.
Assim, para diminuir determinada folga, devem ser retirados todos os parafusos dos mancais para adicionar ou retirar chapas.
A opção B é uma solução um pouco mais sofisticada. O mancal é composto por duas peças, uma delas é um disco excêntrico que ao ser girado desloca o diferencial para frente ou para trás e a segunda é uma carcaça para o disco.
As vantagens desse conceito são:
Não há inclinação do diferencial, pois basta adicionar um parafuso em furos correspondentes nos dois mancais;
Não é necessário desmontar o sistema para fazer a regulagem da folga da corrente;
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A regulagem é feita de forma rápida e simples apenas retirando alguns parafusos;
Manutenção facilitada, pois a carcaça pode ser facilmente retirada e apenas o disco excêntrico fica preso ao diferencial pelo rolamento;
Confiabilidade muito alta, pois o disco se ancora na resistência à cisalhamento dos parafusos, assim a falha do componente é bem menos provável.
As desvantagens desse conceito são:
Custos mais elevados, isso porque é mais material para usinagem e são duas peças para cada mancal, no total 4 peças;
Possui mais parafusos do que a opção “A”, o que o torna mais pesado comparativamente.
A opção C é uma solução simples que consiste na adição de dois terminais rotulares para cada mancal, um com rosca esquerda e outro direita. Ao girar a barra de regulagem o diferencial é deslocado para frente e para trás.
As vantagens desse conceito são:
Fácil manutenção, pois os mancais podem possuir conceito mais simplificado, o que facilita e muito a montagem e a manutenção;
Rápido ajuste da folga da corrente. Basta rotacionar duas barras para deslocar o diferencial para frente e para trás e travá-las com porcas;
Há economia de material para usinagem pois o método de tracionar é externo ao conceito do mancal, são necessárias poucas alterações para adequar o mancal a esse método.
As desvantagens desse conceito são:
Há possibilidade de inclinação do diferencial, pois como o tensionamento da corrente depende da posição da barra de regulagem em relação à rosca de dois terminais rotulares fica difícil colocá-los exatamente na mesma distância;
Menor rigidez dos mancais, como o mancal é apoiado em um ponto com terminais rotulares, há certo movimento da linha a cada acelerada mais forte, o que pode causar instabilidade estrutural dos mancais;
Custos mais elevados em razão da compra de 4 terminais rotulares, 2 de rosca esquerda e 2 de direita.
Os pontos principais no projeto dos mancais são confiabilidade, rapidez na montagem/desmontagem e na regulagem da folga. Por esses motivos a opção B foi
104 escolhida como conceito para os mancais, pois possui alta confiabilidade, manutenção facilitada e rápida regulagem.
A figura 6-32 ilustra os mancais esquerdo e direito que irão suportar o diferencial e regular a folga da corrente.
Figura 6-32: Montagem Mancais do Diferencial
Como as engrenagens do diferencial trabalham gerando atrito por meio de forças axiais foi adicionado duas uniões entre os mancais para ajudar o mancal a resistir esses esforços. Além disso, com a adição das uniões foi possível utilizar rolamentos mais simples, o que reduziu peso e reduziu o volume do projeto. As uniões também são úteis para ajudar a resistir o momento fletor resultante na linha em razão do posicionamento da coroa.
Para garantir a integridade dos mancais durante o funcionamento da transmissão, eles foram analisados por elementos finitos na plataforma Ansys. A malha foi gerada com tamanho médio de elemento igual a 2 mm. Os elementos utilizados foram o hex 20 e o quad 15.
As condições de contorno podem ser encontradas na figura 6-33. A força foi considerada remota no topo da coroa inicialmente, simulando a tração na corrente. Porém, o torque não é transmitido para os mancais nessa situação, uma vez que estes estão ligados à carcaça por rolamentos, assim, apenas a força concentrada deve ser resistida pela montagem dos mancais.
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Figura 6-33: Condições de contorno para simulação da montagem dos mancais
Nos furos centrais, região B em azul, foi definido condição de não deslocamento radial, em razão dos mancais de rolamento. Nos furos na extremidade dos mancais, região A em azul, que são os pontos de fixação da montagem foi considerado condição de engaste.
A figura 6-34 ilustra a distribuição de tensão na montagem. Os valores máximos de tensão foram de 107 MPa.
Figura 6-34: Tensão equivalente de von-Mises [MPa] nos Mancais A
B
106 De acordo com a análise feita, o fator de segurança da peça é um pouco acima de 4. O fator ficou um pouco alto, mas isso se deve a restrições de outros componentes comerciais como os rolamentos utilizados.
A figura 6-35 indica a deformação total da montagem dos mancais. O valor máximo de deformação foi de 0,247 mm. A deformação um pouco mais alta se deve à utilização do alumínio nos mancais. Para corrigir esse problema é possível adicionar mais uma união entre os mancais que conecte as regiões em vermelho na peça, por meio dos furos nos discos excêntricos.
Figura 6-35: Deformação total [mm] na Montagem dos Mancais
A figura 6-36 indica a métrica de malha qualidade do elemento. A média dos valores desse índice foi de 0,867. Observa-se também grande concentração de elementos próximos do valor 1.
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Figura 6-36: Propriedades da malha gerada na Montagem dos Mancais: Qualidade do elemento - Ansys