Nos dias de hoje há uma necessidade de métodos melhorados para manufatura, como métodos aditivos. Esse trabalho visa a implantação desse método na manufatura de um sistema de transmissão, especificamente, em um Limitador de Torque, utilizando uma impressora 3D comum (modelo RepRap).

1. CONCEPÇÃO DE UM NOVO DESIGN DE UM LIMITADOR DE
TORQUE ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
AUTOR: LIMA, D. S. ¹
ORIENTADOR: CAMARGO, R. ¹
1 UNISAL, campus São José, Campinas / SP
Introdução: Nos dias de hoje há uma necessidade de métodos melhorados para
manufatura, como métodos aditivos. Esse trabalho visa a implantação desse
método na manufatura de um sistema de transmissão, especificamente, em um
Limitador de Torque.
O Limitador de Torque pode ser classificado como um dispositivo de segurança
para um sistema de transmissão. Ele transmite movimento de um eixo motor para
um eixo movido, e quando o pico de torque no eixo movido for superior ao torque
regulado, há deslizamento entre os componentes de fricção (em geral por discos),
interrompendo a transmissão, protegendo o equipamento.
Abaixo tipos comuns de elementos de transmissão encontrados no mercado.
Metodologia: Utilizando uma impressora 3D comum, é possível extrair diversos
modelos de peças, desde formas à peças finalizadas. Hoje em dia há uma grande
aplicação quanto ao uso de impressoras na industria, principalmente utilizando-as
para prototipagem, como mostram as figuras abaixo.
Objetivos: Dimensionar um novo modelo de Limitador de Torque para diversas
utilizações da indústria em geral, utilizando o conceito "SpringClaw", onde as
garras são configuradas geometricamente para reter e manter o torque no
sistema.
Os fatores a serem considerados serão:
•Estrutura completamente impressa em uma impressora 3D;
•Redução de custo inicial de no mínimo 60% de um Limitador de Torque comum;
•Tempo de manufatura reduzido em 200 % mín., comparado às condições atuais.
Esse novo modelo de Limitador de Torque será totalmente impresso com uma
impressora 3D comum modelo, conforme mostra a figura abaixo.
Referências Bibliográficas :
Abaqus 6.12 edition. Abaqus/Cae Analysis User’s Manual. Providence, EUA:
Simulia, 2012.
LIMA, D. S., Dimensionamento de um limitador de torque de fricção em uma
esteira transportadora por roletes, Unisal, 2016
Norton, R. L., Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 4ª ed., Porto
Alegre, Bookman, 2013.
POPOV, E. P., Introdução à Mecânica dos Sólidos, Edgard Blücher, São Paulo,
2001.
TIMOSHENKO, S. P., Resistência dos Materiais, v.1, LTC, Rio de Janeiro, 1998.
ZIENKIEWICZ, O.C., TAYLOR, R.L. The finite element method - Solid and fluid
mechanics, dynamics and non-linearity, Vol. 2, 4th.ed., McGraw-Hill Int. Ed.,
1991.
Figura 1 – (A) Acoplamento (B) Limitador de Torque (C , D) Freio Industrial (E)
Embreagem Industrial (F, G) Embreagem Automotiva (H, I) Freio e Embreagem Industrial
Discussão dos Resultados: Após ser modelado e remodelado com o auxílio do
método dos elementos finitos, o conjunto foi partido em uma fatia equivalente
à 1/9 de seu diâmetro, a fim de reduzir tempo de processamento.
As propriedades mecânicas do material ABS foram inseridos no input do
software. E todas as condições de contorno e carregamento cuidadosamente
inseridas para que além de evitar falhas de convergência, o background do
software não compilasse errado, usurpando o valor real dos resultados.
Foram realizados diversos estudos com torques diferentes, utilizando o método
dos elementos finitos como recurso de engenharia reversa, para assim se obter
a resistência máxima do conjunto sobre o torque induzido. Por fim o ensaio
computacional indicou que o conjunto no sentido de trabalho (neste caso,
horário), atende à um torque máximo de 30N.m, ou seja, após 30N.m o
conjunto passa a sobrepor as garras. Já no sentido oposto ao de trabalho (neste
caso, anti-horário), o torque resultante é de: 3,65N.m.
Palavras Chaves: Análise computacional, Simulação, CAE, Torque, Limitador de Torque,
SpringClaw, Limitador Impresso, Impressora 3D, Abaqus, MEF, FEM.
Conclusão: Conclui-se que o resultado obtido através da simulação
computacional utilizando o recurso de método dos elementos finitos via CAE,
pode validar novos conceitos de produtos, partindo da engenharia reversa.
Nesse caso, mesmo sendo preciso fazer a prototipagem para validar e caso
necessário, calibrar a análise, ainda assim, nos forneceu parâmetros suficientes
para um novo conceito de um sistema de transmissão 100% impresso, em uma
impressora 3D comum.
Figura 5 – (A) Limitador de Torque Modelado (B , C , D) Ensaio virtual de pós-processamento
do Limitador de torque, com recurso pattern e transição de malhas quadrangulares e
tetraédricas (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)
A B C D E
F G
H I
Com os dados de propriedades mecânicas e geometrias de contato, gerando forças
resultantes de compressão que ajudam a manter o torque do sistema. Esse
conjunto, ao sobrepor seu torque, inicia o estágio em que seu conjunto de garra
desliza até o próximo, eliminando o torque contido sobre aquela regiãoo, e assim
sucessivamente enquanto o torque no sistema estiver sobrepondo o conjunto do
limitador.
Figura 2 – Impressora 3D modelo RepRap
Figura 3 – (A , B) Ferramentas impressas (C) Drone impresso (D) Carro impresso (E)
Foguete impresso (F) Molde de fundição de Alumínio impresso (G , H) Molde de Injeção
plástica impresso (I) Molde de sopro de plástico impresso.
A B C D E
F G
H
I
Figura 4 – (A , B , C) modelo parcial de Limitador de Torque criado
A B C
A B
C
D