MODELO PARA MEF

3.5.1 Alteração do Projeto Atual

O projeto da nervura de sapata de freio, exemplificado na figura 13, foi mantido conforme o projeto original com exceção da espessura.

Com foco na mudança da espessura do componente, o remodelamento da peça foi realizado, utilizando basicamente duas espessuras menores que os atuais 8,0mm de projeto, foram utilizados 6,35mm e 5,0mm, como alternativas de espessura para a nervura de sapata de freio com o material atual e os propostos. Estas espessuras foram selecionadas devido as restrições de catálogo das usinas, conforme citado no capítulo 3.4. Os materias selecionados com potencial para substituir o atual, não possuem em sua maioria, fatores de multiplicação com quebra de espessura.

Figura 13 – Projeto de Nervura de Sapata de Freio

Fonte: Master Sistemas Automotivos Ltda., 2014.

3.5.2 Preparação do Modelo

3.5.2.1 Geração da Malha do Modelo

Após os ajustes de projeto do componete nervura de sapata de freio e respectiva montagem do modelo tridimencional, os demais componentes foram unidos ao projeto. Estes componentes como lona de freio, tambor de freio e roletes, foram importados junto ao modelo da sapata de freio com as nervuras nas espessuras 5,0mm, 6,35mm e 8,0mm, para geração do modelo numérico e MEF, no software comercial ANSYS 14.0 para análise de elementos finitos com auxílio do engenheiro responsável Jonathan Chiu.

Para a geração da malha do modelo foram utilizados elementos do tipo sólido. A malha para o elemento patim foi gerado no tipo hexaédrico com 3,0mm. Os demais elementos foram gerados no tipo tetraédrico totalizando 145535 elementos e 454572 nós. A malha do patim foi a única refinada pois é o objeto principal de estudo. A figura 14 mostra a malha gerada para o MEF e sua distribuição nos componetes.

Figura 14 – Malha dos Elementos para MEF do Patim de 15”

Fonte: O autor, 2014.

3.5.2.2 Caracterização dos Elementos

Para que o estudo em MEF tenha resultados compatíveis com as condições de aplicação, os materias utilizados no estudo foram caracterizados conforme suas condições reais de aplicação, inserindo no software de análise de elementos finitos as informações como: módulo de Young, coeficiente de Poisson, densidade, tenções de escoamento e tensões de ruptura.

As densidades utilizadas foram mensuradas para cada tipo de material, (7,2g/cm³ para o ferro fundido do tambor, 2,05g/cm³ para o compósito da lona de freio e para os aços do patim e rolete 7,85g/cm³), os módulos de Young, coeficiente de Poisson, tensões de escoamento e tensões de ruptura, para os aços da sapata foram configurados conforme a especificação técnica de cada aço. Os valores considerados para tensões de ruptura e tração são sempre os mínimos da norma, para avaliar a pior condição do material.

Para os demais itens foram considerados modulo de Young, (170GPa para o tambor de freio, 6.000MPa para a lona de freio e 210GPa para o rolete), o coeficiente de Poisson, (0,28 para o tambor de freio, 0,33 para a lona de freio e 0,3 para o rolete).

3.5.2.3 Condições de Contorno

As condições de contorno para a an

forças aplicadas e em que condições de trabalho e atrito do freio, são informações sigilosas da joint venture com a empresa Meritor

Figura 15 – Aplicação das Restrições de Movimento Tambor e Roletes

Fonte: O autor, 2014.

Serão apresentadas as condições de contorno relevantes para os modelos, de forma superficial mas concretas para a análise e entendimento.

desenvolvimento deste trabalho é baseado nas teorias de

O primeiro passo para a aplicação das condições de contorno é aplicar as restrições de movimentação nos seis graus de liberdade do modelo, restringindo a movimentação a para apenas o que é compatível com os modelos reais.

Na figura 15 pode

e os roletes de apoio da ancoragem das sapatas, simulando a montagem do conjunto de freio dentro do tambor estático.

A aplicação da força é realizada pelo conjunto câmara e eixo região de came das sapatas, esta aplicação mostrada na figura 1

liberdade de rotação no eixo Y na região de ancoragem e de afastamento do centro simulado do eixo expansor nos sentidos X e Y na região de came

vetores de força aplicadas nas sapatas são indicadas pelas setas vermelhas. Condições de Contorno

As condições de contorno para a análise dos modelos criados

m que condições de trabalho e atrito do freio, são informações sigilosas da com a empresa Meritor, asquais não podem ser divulgadas.

Aplicação das Restrições de Movimento Tambor e Roletes

Serão apresentadas as condições de contorno relevantes para os modelos, de forma superficial mas concretas para a análise e entendimento. O critério de falha considerado para o desenvolvimento deste trabalho é baseado nas teorias de tensão equivalente de (Von Mises

o para a aplicação das condições de contorno é aplicar as restrições de movimentação nos seis graus de liberdade do modelo, restringindo a movimentação a para apenas o que é compatível com os modelos reais.

pode-se verificar a completa restrição de movimento do tambor de freio e os roletes de apoio da ancoragem das sapatas, simulando a montagem do conjunto de freio

A aplicação da força é realizada pelo conjunto câmara e eixo

região de came das sapatas, esta aplicação mostrada na figura 16, onde pode

liberdade de rotação no eixo Y na região de ancoragem e de afastamento do centro simulado do eixo expansor nos sentidos X e Y na região de came dos patins, onde os sentidos dos vetores de força aplicadas nas sapatas são indicadas pelas setas vermelhas.

álise dos modelos criados como o cálculo de m que condições de trabalho e atrito do freio, são informações sigilosas da

não podem ser divulgadas.

Aplicação das Restrições de Movimento Tambor e Roletes

Serão apresentadas as condições de contorno relevantes para os modelos, de forma O critério de falha considerado para o

uivalente de (Von Mises). o para a aplicação das condições de contorno é aplicar as restrições de movimentação nos seis graus de liberdade do modelo, restringindo a movimentação a para

se verificar a completa restrição de movimento do tambor de freio e os roletes de apoio da ancoragem das sapatas, simulando a montagem do conjunto de freio

A aplicação da força é realizada pelo conjunto câmara e eixo expansor do freio na , onde pode-se verificar a liberdade de rotação no eixo Y na região de ancoragem e de afastamento do centro simulado dos patins, onde os sentidos dos vetores de força aplicadas nas sapatas são indicadas pelas setas vermelhas.

Figura 16 –

Fonte: O autor, 2014.

Para cada vetor criado uma força

freio, o contato com o sentido de giro do tambor é mais severa maiores em comparação a sapata

consideram uma condição m

113kN de força com 20° de inclinação positiva para a sapata secundária e 44kN com 20° de inclinação negativa para a sapata prim

Figura

Fonte: O autor, 2014.

– Aplicação das Restrições de Movimento Patim

criado uma força específica é aplicada. Para a sapata

freio, o contato com o sentido de giro do tambor é mais severa, gerando forças resultantes maiores em comparação a sapata primária do freio. As forças calculadas para esta análise consideram uma condição mais severa, mas compatível com a realidade de aplicação do freio, 113kN de força com 20° de inclinação positiva para a sapata secundária e 44kN com 20° de inclinação negativa para a sapata primária, conforme figura 17.

Figura 17 – Aplicação das Forças nas Sapatas

Aplicação das Restrições de Movimento Patim

ara a sapata secundária de gerando forças resultantes As forças calculadas para esta análise ais severa, mas compatível com a realidade de aplicação do freio, 113kN de força com 20° de inclinação positiva para a sapata secundária e 44kN com 20° de