Análise modal do polioximetileno e sua aplicação em eixos de transmissão veiculares

Abstract

Os polímeros contribuem com uma alta gama de aplicações no campo da engenharia, visto que podem combinar ótimas propriedades mecânicas, baixo peso, baixo custo de produção, entre outras características que vão ao encontro do desejo de aumento de produtividade com qualidade a baixo custo, buscado pelas empresas. O polioximetileno (POM) é um termoplástico de engenharia que possui ótimas propriedades mecânicas tais como rigidez à torção, ótima resistência à tração, à fadiga, à fluência e ao desgaste, indicando a possibilidade de utilização desse material em aplicações sujeitas a vários tipos de excitações, como em um automóvel. O POM já tem sido utilizado em engrenagens de transmissão de veículos leves e promoveu o aumento de performance de componentes e redução do peso destes, incentivando pesquisas para utilização desse material em componentes de transmissão maiores. O presente texto busca sugerir a utilização do POM em componentes veiculares. Para isso, realiza-se a análise modal de uma viga engastada de POM por meio de métodos analítico, numérico e experimental. Dessa forma, pode-se obter um módulo de elasticidade confiável, para que se possa dimensionar um eixo de POM para seu emprego em uma caixa de engrenagem de redução dupla e avalie-se se esse material é capaz de manter a capacidade estrutural do componente sem aumento de seu peso. Com esse estudo, conclui-se que o uso de polímeros para a construção de eixos de transmissão é uma alternativa viável para a crescente demanda de componentes de alta performance, além de superar a desconfiança quanto a capacidade desses materiais de suportarem as condições severas associadas às aplicações de transmissão.

Polymers contribute to a wide range of applications in the field of engineering, since they can combine excellent mechanical properties, low weight, low production cost, among other characteristics that meet the desire to increase productivity with quality and low cost, aimed by companies. Polyoxymethylene (POM) is an engineering thermoplastic that has excellent mechanical properties such as torsional stiffness, excellent tensile, fatigue, creep and, wear strength, indicating the possibility of using this material in applications subject to many kinds of excitation, as in a vehicle. POM has already been used in light vehicle transmission gears and has promoted increased component performance and reduced weight, encouraging research into the use of this material in larger transmission components. The present text aims to suggest the use of POM in vehicle components. For this, the modal analysis of a cantilever POM beam is performed by means of analytical, numerical and experimental methods. In this way, a reliable modulus of elasticity can be obtained, so that a POM shaft can be sized for use in a double reduction gearbox and it is evaluated if this material is able to maintain the structural capacity of the component without increase in weight. This study concludes that the use of polymers for the construction of transmission shafts is a viable alternative for the increasing demand of high performance components, in addition to overcoming the prejudice that these materials are not able to withstand severe conditions associated with the vehicular transmission applications.