Feixe de Molas de Material Compósito H.A. Al-Qureshi

Abstract

A indústria automobilística tem demonstrado crescente interesse na substituição de molas de aço por molas de lâminas de compósitos de fibra de vidro reforçado. Portanto, o objetivo deste trabalho é apresentar um estudo geral sobre a análise, projeto e fabricação de molas compostas. Deste ponto de vista, a mola de suspensão de um carro compacto, "um Jeep " foi selecionada como um protótipo.

Um feixe de mola de espessura variável de plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV), com propriedades mecânicas e geométricas semelhantes ao feixe de mola de aço, foi projetado, fabricado (moldado e laminado) e testado. O teste foi realizado experimentalmente em laboratório e foi seguido pelo teste prático. A comparação entre o desempenho da PRFV e os feixes de molas de aço foi apresentada. Além disso, outros parâmetros relevantes serão discutidos.

O conceito de design

Geralmente, a simples substituição de peças de aço por materiais compósitos gera reduções significativas de peso, mas como acontece com muitos novos materiais, design e problemas de fabricação podem surgir. A mudança de ligas de aço relativamente isotrópicas-homogêneas para anisotrópicas-não homogênea do material plástico reforçado com fibra (PRF) é a causa desses problemas. Como resultado, não é uma tarefa fácil substituir o aço por materiais compósitos.

No presente trabalho, o modelo de feixe de mola foi considerado parabolicamente afunilado, a largura do feixe constante, transportando uma carga concentrada, e assumido como simétrico com diferentes comprimentos de fio para as duas partes da mola. Além disso, devido à restrição geométrica do veículo, uma largura constante, foi assumida. Um programa de elementos finitos foi utilizado para modelar este comportamento e o raio aproximado do feixe de mola, verificou-se ser igual a 94 centímetros, com uma espessura variando de 4,5 centímetros no centro de 2,45 centímetros nas extremidades, usando materiais compósitos feitos a partir de tecidos de fibra de vidro / epóxi.

Processo de fabricação

Muitas técnicas podem ser sugeridos para a fabricação de feixes de mola compósita de GFRP. No entanto, no presente trabalho, a mão do processo de lay-up saco de vácuo foi inicialmente empregue, e os mandris (machos e fêmeas) foram feitos a partir de madeira compensada de acordo com o perfil desejado obtido a partir da presente análise. O tecido de fibra de vidro foi cortado até aos comprimentos desejados, de modo que, quando depositados sobre o mandril, daria a espessura calculada.

Na técnica convencional de deposição manual/saco de vácuo, um agente de liberação foi aplicado de maneira uniforme aos moldes que tiveram bom acabamento superficial. Isto foi seguido por uma aplicação uniforme da resina epóxi por toda a camada (0/90 °). Outras camadas foram dispostas, e um rolo foi usada para remover todo o ar aprisionado. O tecido impregnado foi então prensado entre os dois meio-mandris até a espessura desejada ser atingida, e, em seguida, curadas à temperatura ambiente pressão de vácuo moderada durante 12 h. Finalmente, o laminado curado foi removido dos moldes e cortado com serra de fita e polida para produzir uma única folha com olhais moldados e anexados.

Lâminas de aço-rolamento especiais foram anexadas nas extremidades da mola de folha compósita por meio de porcas e parafusos. Os olhais foram soldadas às chapas de apoio. Finalmente, todo o conjunto de mola foi enrolado com fitas de fibra de vidro impregnada com resina epóxi, e depois curado à temperatura ambiente,. Não é preciso dizer, isto eliminou a delaminação prematura das camadas da mola durante o serviço. Uma série de molas também foram feitas onde os olhais em ambas as extremidades da mola foram moldados integralmente. A diferença entre os dois tipos será discutido mais tarde. Várias molas compósitas foram feitas, de modo que os testes de laboratório e de estrada poderia ser realizado para avaliar o desempenho de tais molas para este tipo de veículo.

No presente trabalho, um mandril simples foi feito para o enrolamento e estava ligado por uma biela à máquina de enrolamento. A operação foi realizada simplesmente pela deposição de fibra de vidro impregnada com resina epóxi sobre o mandril em rotação num padrão aro. Após o ciclo de cura ser completado, um anel compósito parabólico completo poderia ser fabricado. Este anel foi dividido para produzir as lâminas de mola de largura e espessura constantes.

Os procedimentos de teste

O desempenho de um feixe de mola de aço existente foi comparada com o prototipo fabricado da mola