DIMENSIONAMENTO DOS AXIAIS E CREMALHEIRA DE UM VEÍCULO TIPO BAJA SAE UTILIZANDO EXTENSOMETRIA

DIMENSIONAMENTO DOS AXIAIS E CREMALHEIRA DE UM VEÍCULO TIPO BAJA SAE UTILIZANDO EXTENSOMETRIA

Francisco O. Maia Neto (1) ([e-mail]), Ewerton G. L. Melo (1) ([e-mail]), Pedro Emílio M. R. Ribeiro (1) ([e-mail]), Prof. Dr. Maikson Luiz Passaia Tonatto(1) ([e-mail])

        

(1) Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ); Departamento de Engenharia mecânica

RESUMO: Um protótipo Baja SAE Brasil é submetido à várias provas com diversos obstáculos que provocam carregamentos severos durante as competições. Com isso, os componentes do sistema de direção do protótipo sofrem vários tipos de esforços, exigindo assim um alto desempenho dos mesmos. Desta forma todas as partes do protótipo devem ser dimensionadas corretamente, para que possuam a resistência necessária para suportar os diversos esforços recebidos, com a menor massa possível, proporcionando um melhor desempenho do sistema de transmissão. Este estudo teve como objetivo captar, por meio de uma extensometria, as deformações causadas por forças críticas atuantes nos componentes do subsistema de direção: axiais e cremalheira, de um veículo de tipo Baja SAE, visando o dimensionamento dos componentes. Após a captação dos dados foi possível sanar as principais falhas do sistema de direção e proporcionar um trabalho mais eficiente para os componentes através do dimensionamento correto dos axiais e cremalheira.

PALAVRAS-CHAVE: MINI BAJA SAE, EXTENSOMETRIA, SISTEMA DE DIREÇÃO, DIMENSIONAMENTO.

DIMENSIONING THE AXIALS AND THE RACK OF A BAJA TYPE VEHICLE BY USING EXTENSOMETRY

ABSTRACT: A prototype Baja SAE Brazil is subjected to several tests with several obstacles that cause severe loads during the competitions. In this way, the components of the prototype steering system undergo various types of stresses, thus requiring a high performance of the same. In this way, all parts of the prototype must be dimensioned correctly, so that they have the necessary strength to withstand the various forces received, with the lowest mass possible, providing a better performance of the transmission system. This study aimed capture the strains caused by critical forces acting on the components of the steering subsystem: axial and rack, using extensometry. For this, a Baja SAE type vehicle was used for component dimensioning. After capturing the data it was possible to remedy the main failure of the steering system and to provide a more efficient work for the components through the correct sizing of the axial and rack.

KEYWORDS: MINI BAJA SAE, EXTENSOMETRY, STEERING SYSTEM, DIMENSIONING. 

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1. INTRODUÇÃO

O projeto Mini-Baja, organizado pela SAE (Sociedade de Engenheiros da Mobilidade), é um projeto voltado para estudantes de engenharia, que os proporciona a chance de aplicar os conhecimentos adquiridos em sala de aula para desenvolver um veículo monoposto, com estrutura tubular e de categoria off-road. Para isso, precisam elaborar um projeto detalhado, construí-lo, validá-lo e testá-lo (REGULAMENTO BAJA SAE BRASIL, 2016).

O sistema de direção nesse tipo de protótipo é o responsável pela transmissão de movimentos do volante para as rodas, realizando, assim, o esterçamento do veículo. Esse tipo de condição é muito comum durante a operação do carro e é demostrada na Figura 1. Essa condição promove carregamentos elevados nos componentes de direção como o axial e a cremalheira devido a força crítica externa provocado por um possível acidente. O sistema deve ser o mais leve e direto possível, uma vez que a dirigibilidade e o conforto são alguns dos principais quesitos analisados na competição (SENEDESE, 2014).

Durante testes e competições ocorreram falhas em um componente crítico do carro, a cremalheira. Para solucionar esse problema realizou-se captações de dados por meio de uma extensometria embarcada (MINOZZO 2012). Segundo Andofalto (2004), a extensometria é uma técnica experimental utilizada para obtenção de medidas de deformações baseando-se na mudança da resistência elétrica do extensômetro após a deformação mecânica de um material ao ser submetido a carregamentos mecânicos.

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FIGURA 1.  Representação da situação crítica para os axiais e cremalheira.

Esse estudo tem por objetivo dimensionar o sistema de direção de um protótipo off-road tipo Baja SAE utilizado em competições. Para isso, foram realizados alguns experimentos com o uso da extensometria embarcada a fim de medir as deformações atuantes nos axiais e na cremalheira. Com os dados de deformação foram utilizados cálculos analíticos utilizando para realizar o dimensionamento desses componentes.

1. METODOLOGIA

Durante testes e competições ocorreram falhas em um componente crítico do carro, a cremalheira. Realizou-se uma análise de falhas no protótipo criando um gráfico de Pareto (Figura 2), no qual foi possível detectar que 63% das falhas do setor de direção eram causados pelo mal dimensionamento do componente.

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FIGURA 2. Gráfico de Pareto.

Após o gráfico de Pareto, criou-se um PDCA (Plan, Do, Check and Act), possibilitando o desenvolvimento de um plano de ação visando aumentar a confiabilidade do protótipo e sanar as falhas do sistema de direção sem aumentar a massa do subsistema. A partir de analises, optou-se pela realização de uma extensometria para captar os esforços atuantes nos axiais e na cremalheira, e dessa forma, dimensioná-los corretamente.

Um protótipo do Baja foi utilizado para realizar o estudo. Para a aquisição dos dados de deformações foi realizada uma instrumentação utilizando extensômetros (strain gauges) estrategicamente posicionados para capturar as deformações causadas pelos esforços de flexão e tração nos componentes, como mostra a Figura 3. As deformações causadas nos componentes são medidas pelo diferencial de resistência capturada pelo sensor através do “alongamento” ou “contração” do mesmo. Os sinais da resistência elétrica são enviados e interpretados pela placa de aquisição, que transforma o sinal elétrico em sinal de deformação, que é o parâmetro de interesse no estudo.