Design of Chains

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The material selection and design of chains for bycecles.

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Design of Chains

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULPrograma de Pós-graduação em Minas, Metalurgia e Materiais –PPGE3M ANÁLISE DE SIMILARES: CORRENTES DE BICICLETA Design e Seleção de Materiais Tiago Falcade Israel Durli Savaris Ahmad Elsheikh
  2. 2. INTRODUÇÃO O aumento na prática do ciclismo, tanto por motivaçõesambientais, de lazer ou esportiva profissional tem geradoum avanço no desenvolvimento e qualidade de peças dereposição para bicicletas. Entre estas partes esta a corrente(correia) sem a qual, para padrões atuais, o ciclismo seriaimpraticável. Correntes, assim como correias, cordas, e outrossimilares elásticos e elementos de máquinas flexíveis sãoutilizados em sistemas de transporte e transmissão depotência. Esses elementos são comunmente utilizados comsubstitutos de eixos, mancais engrenagens e outroselementos relativamente rígidos de transmissão de potência
  3. 3. INTRODUÇÃO Correntes de bicicletas são geralmente categorizadas de duasformas: 1/2 X 1/8 e 1/2 X 3/32, sendo que o primeiro número (1/2) dizrespeito ao passo e o segundo (1/8 e 3/32) à largura interna empolegadas. As correntes de número 1/2 X 1/8 são usadas em paratransmissão simples, isto é, sem mudança de marchas, enquanto que asde número 1/2 X 3/32 são geralmente do tipo sem bucha (bushingless) edevido a isso, possuem maior flexibilidade lateral, trabalhando melhorem câmbios trocadores de marchas (carretos) Com a intenção de acompanhar o avanço das bicicletas, odesenvolvimento de correntes segue atualmente diferentes rumos,entre eles: - Baixo peso; - Maior resistência a corrosão e desgaste; - Atraente quanto à aparência; - Menos agressivas em sujar roupas; - Menor barulho na troca de marchas.
  4. 4. INTRODUÇÃO As diferentes partes constituintes de correntes debicicleta desempenham diferentes funções, sofrendoentão diferentes tipos solicitações mecânicas: desgaste,tração, fadiga, etc. Por isso para uma correta avaliaçãodestas correntes, a escolha de ensaios adequados erepresentativos é de suma importância. Os materiais mais utilizados para este tipo deaplicação são em geral aços ao carbono e aços ligados,sendo que em alguns casos é utilizado recobrimento deníquel ou nitreto de titânio para que seja possível umaumento na resistência ao desgaste
  5. 5. MetodologiaCorrente 1: R$ 7,00 Corrente 2: R$ 12,00 Corrente 3: R$ 22,00
  6. 6. Metodologia- Desmonte das partes das correias
  7. 7. Metodologia- Análise dimensional:• Cada corrente foi medida e pesada, visando comparar o peso específico de cadauma delas, bem como as características dimensionais de cada elemento da correntee adequação com o descrito na embalagem- Análise morfológica e microestrutural:• Amostras foram lixadas até lixa #1000 e polidas com pasta de diamante 1 μm eposteriormente atacadas com nital 2% e observadas ao microscópio.• Foram feitas espectroscopias de emissão óptica em cada componente.• Ensaios de dureza foram utilizados como ensaio complementar na caracterizaçãodo material das correntes.• Os componentes das correntes foram desengraxadas com detergente sobaquecimento e limpeza com acetona em ultrassom.
  8. 8. Metodologia-Comportamento tribológico:• Foram selecionados os componentes sujeitos à ação de atriito  pino e rolete• Ensaio tribológico do tipo ball-on-plate: - Esfera de alumina; - Carga linear de 5 N; - Frequência de 1 Hz; - Trilhas de 1,5 mm para os pinos; - Trilhas de 0,5 mm para roletes.• As amostras foram ensaiadas em duas condições: - Com óleo (como adquiridas)  Condição de serviço; - Desengraxadas  Desgaste de material.• Após os ensaios tribológicos as trilhas foram avaliadas por microscopia óptica epor perfilometria.
  9. 9. RESULTADOS E DISCUSSÕESAnálise dimensional Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3 Comprimento (mm) 145 148 146 + 1 (encaixe) Peso (g) 354,27 326,14 323,83 (326.83) N de elos interno 57 58 55 +1 Peso por elo (g) 6,21 5,62 5,89Adequação às especificações Medida (in) Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3 Passo 0,52 0,52 0,50 Indicado 0,5 0,5 0,5 Largura 0,15 0,10 0,11 Indicado 0,125 0,09 0,09 Diametro Rolete 0,30 0,30 0,30 Diametro Pino 0,14 0,14 0,14 Diametro Furo Externo 0,14 0,14 0,14 Diametro Furo Interno 0,15 0,15 0,15
  10. 10. RESULTADOS E DISCUSSÕESComposição química: Corrente 1 Placa exterior Placa Interior Pino Rolete
  11. 11. RESULTADOS E DISCUSSÕESComposição química: Corrente 2 Placa exterior Placa Interior Pino Rolete
  12. 12. RESULTADOS E DISCUSSÕESComposição química: Corrente 3 Placa exterior Placa Interior Pino Rolete
  13. 13. RESULTADOS E DISCUSSÕESAnálise de dureza Dureza (HRC) Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3 Placa exterior 28 44 36 Placa Interiror 24 42 28 Pino 53 43 59 Rolete 44 40 50
  14. 14. RESULTADOS E DISCUSSÕESAvaliação microestrutural: Lateral externa Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  15. 15. RESULTADOS E DISCUSSÕESAvaliação microestrutural: Lateral interna Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  16. 16. RESULTADOS E DISCUSSÕESAvaliação microestrutural: Pino Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  17. 17. RESULTADOS E DISCUSSÕESAvaliação microestrutural: Rolete Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  18. 18. RESULTADOS E DISCUSSÕESComportamento tribológico: Perfilometria
  19. 19. RESULTADOS E DISCUSSÕESComportamento tribológico:Pinos com óleo Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  20. 20. RESULTADOS E DISCUSSÕESComportamento tribológico:Pinos sem óleo Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  21. 21. RESULTADOS E DISCUSSÕESComportamento tribológico:Rolete com óleo Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  22. 22. RESULTADOS E DISCUSSÕESComportamento tribológico:Rolete sem óleo Corrente 1 Corrente 2 Corrente 3
  23. 23. Conclusões• Considerando a análise dimensional, todas as correntes estavamadequadas ao que estava indicado na embalagem, além disso, osdemais parâmetros dimensionais aferidos não diferiram entre ascorrentes.• As análises de composição química por EDS mostraram quetodas as correntes foram fabricadas em aço carbono, alguns casoscontendo manganês e/ou silício. A placa externa da corrente 2apresentou um revestimento de níquel na superfície.• Tanto dureza quanto a microestrutura corroboraram com oinferido pela análise de composição química. Para todas ascorrentes, tanto o pino, quanto o rolete apresentaram dureza emicroestrutura compatíveis com martensita revenida. Sendo osmaiores valores de dureza apresentados pela corrente 3.
  24. 24. Conclusões• As placas interna e externa da corrente 1 e 3 apresentaramdureza mais baixa, compatível com ferrita e perlitaobservadas nas microestruturas. Observa-se que a placa 3parece apresentar uma microestrutura mais refinada, sendoresponsável pelo valor levemente maior de dureza. Ambasparecem ter composição próxima do eutetóide. As placasinterna e externa da corrente 2 apresentou microestrutura edureza semelhantes às obtidas pelo pino e rolete, indicandoque não há mudança de material entre os componente sdessa corrente. Como as placas interna e externa nãosofrem muito efeito de desgaste abrasivo, e têm apenasfunção de apoio e ligação, o material destes componentespode apresentar dureza menor, não sendo determinantepara avaliar a qualidade das correntes.
  25. 25. Conclusões• Quanto ao comportamento tribológico,primeiramente observou-se que a corrente 1apresentou uma lubrificação de fábrica mais efetiva,enquanto as correntes 2 e 3 apresentaramcomportamento inferior, mas semelhante entre si.No entanto quando comparando apenas o material,com as amostras desengraxadas, a corrente 3mostrou-se superior, seguida da corrente 1 e tendocomo pior comportamento frente ao desgaste acorrente 2. O que está de acordo com as durezasobtidas para os pinos e roletes.
  26. 26. Conclusões• Como relação entre qualidade das correntes e preço,a corrente 3, que é a mais cara, realmente mostrou-sesuperior em termos de desgaste e dureza doscomponentes que estão sujeitos a maioressolicitações, no entanto as demais análises mostraramnão haver uma diferença significativa em termos daspropriedades avaliadas. A corrente 2, apesar deapresentar uma microestrutura temperada e revenidapara todos os componentes, onde a propriedade eraimportante os valores de dureza foram inferiores àsdemais correntes, mesmo tendo um valorintermediário. Quanto ao comportamento tribológicoa corrente 2 foi a que apresentou os piores resultados.

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