Otimização topológica de uma engrenagem do sistema de transmissão de um veículo do tipo Baja SAE

Abstract

O principal desafio enfrentado pelo setor automotivo atualmente é reduzir a emissão do dióxido de carbono, de forma que, continuamente, são desenvolvidos motores com alta tecnologia a fim de diminuir o consumo de combustível. A escolha correta da transmissão de um veículo é imprescindível para o bom desempenho de um motor. Assim, para o desenvolvimento de projeto de um protótipo do tipo baja, a diminuição da massa das engrenagens da caixa de transmissão é um dos objetivos primordiais. Neste trabalho será realizado um estudo de otimização das engrenagens de dentes retos utilizadas no projeto da caixa de marcha do protótipo da equipe Tchê de Baja SAE da UFRGS, o qual trata-se de projeto existente no país desde 1994, destinado à fabricação de um protótipo off-road a partir de uma série de regras pré-estabelecidas para a participação em competições entre universidades. Os esforços submetidos nas engrenagens e as condições de contorno a serem consideradas no estudo serão obtidos por intermédio de cálculos analíticos. Definidos tais dados, será realizada a otimização topológica por meio da utilização de elementos finitos, a fim de determinar a geometria ideal em relação às condições encontradas, obtendo-se uma redução de massa para melhor desempenho do protótipo.

The main challenge facing the automotive sector today is to reduce the emission of carbon dioxide, so that, continuously, high-tech engines are developed in order to reduce fuel consumption. Choosing the correct transmission for a vehicle is essential for the good performance of an engine. Thus, for the project development of a prototype of the baja type, the reduction of the mass of the gearbox gears is one of the main objectives. In this work, an optimization study of a spur gear used in the gearbox of the prototype of the Tchê de Baja SAE team at UFRGS will be carried out. The Baja SAE project is existing in the country since 1994, and the intended for the manufacture of a off-road prototype based on a series of pre-established rules for participation in competitions between universities. The efforts in the gears and the boundary conditions to be considered in the study will be obtained through analytical calculations. Once these data are defined, the topological optimization will be performed using finite elements, in order to determine the ideal geometry in relation to the conditions found, obtaining a mass reduction for better performance of the prototype.