20. Desenho de elementos de máquina

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

B. Desenho e Concepção de Máquinas e Componentes

20. Desenho de elementos de máquina


     PROCEDIMIENTO ANALÍTICO PARA EL CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE TRANSMISIONES POR ENGRANAJES RECTOS CON PERFILES ESTÁNDAR Y CORREGIDOS

Resumo

Los enfoques tradicionales para el cálculo de la eficiencia en transmisiones por engranajes generalmente tienen en cuenta la fricción por deslizamiento como único efecto disipativo del sistema, en condiciones de operación cuyos pares aplicados sean elevados y velocidades angulares reducidas. A su vez, en estos enfoques se simula la fricción por deslizamiento mediante un modelo de Coulomb, en el cual se considera un coeficiente de fricción constante y un reparto de carga analítico denominado comúnmente como uniforme. En esta línea, este trabajo propone una mejora a los enfoques tradicionales a partir de la inclusión de un reparto de carga genérico, el cual tiene en cuenta las fases de carga y descarga de los dientes en las zonas de contacto doble. En la sección de resultados, este reparto de carga genérico se ha particularizado para dos valores de pendiente de las zonas de carga y descarga, siguiendo dos formulaciones de reparto de carga ampliamente utilizadas en la literatura científica. Con el objetivo de comprobar la validez de los resultados, éstos se han comparado con los relativos al enfoque tradicional y con los obtenidos a partir del modelo avanzado de cálculo de la eficiencia, el cual está basado en la utilización de formulaciones numéricas tanto de coeficiente de fricción como de reparto de carga, previamente desarrollado y validado por los autores. Los resultados obtenidos a partir del uso de formulaciones analíticas muestran una buena concordancia con los relativos al enfoque avanzado, tanto para el caso de transmisiones con perfiles de dientes estándar como para perfiles de dientes corregidos, existiendo una dispersión entre ambos enfoques apreciable con pares muy elevados. Se ha concluido del estudio que la mejora propuesta aporta una mejor aproximación que el modelo tradicional para niveles de par bajos y medios, siendo una buena alternativa al enfoque numérico en aplicaciones en las que no sea necesario una alta precisión de cálculo de la eficiencia.

Palavras chave: Eficiencia, reparto de carga, pérdidas de potencia, coeficiente de fricción

     A. Diez Ibarbia, A. Fernández del Rincón, A. de Juan, Miguel Iglesias, P. García Fernández, Fernando Viadero


     AIGEARBOXDESIGNER: SOFTWARE PARA EL DISEÑO INTELIGENTE DE CAJAS REDUCTORAS DE ENGRANAJES CILÍNDRICOS Y CARCASA SOLDADA

Resumo

El presente trabajo reporta el desarrollo de un software inteligente que permite diseñar cajas reductoras de engranajes cilíndricos y carcasa soldada con un alto grado de automatización. En la actualidad existe una gran cantidad de software CAD con opciones para diseñar elementos de máquinas, pero no se conoce alguno que esté orientado al diseño íntegro de cajas reductoras. Esto se debe a que una caja reductora es un producto de gran complejidad, en el que se involucran muchas variables y, a su vez, existen innumerables alternativas de solución para una misma necesidad. Para superar estas dificultades los autores han utilizado la técnica de Inteligencia Artificial conocida como Razonamiento Basado en Casos. El software desarrollado cuenta con los módulos característicos de un sistema basado en casos: una base de casos resueltos, un módulo de recuperación y un módulo de adaptación. La ventaja principal de este tipo de sistemas es que logran adquirir la experiencia (conocimiento) de los especialistas y la almacenan a través de los casos resueltos. Esta experiencia es reutilizada en la solución de nuevos problemas. Durante el proceso de investigación fue necesario definir las características principales que describen una caja reductora, es decir, sus rasgos de semejanza, así como establecer la función de semejanza e implementar una técnica de adaptación paramétrica. Adicionalmente, el software cuenta con módulos de cálculo y selección de los componentes de una caja reductora, para afinar el diseño hasta alcanzar los niveles de exigencia establecidos por las normas técnicas o por el usuario. La implementación se realizó en lenguaje Visual Basic en forma de un complemento (Add-In), que se carga automáticamente en el entorno de Autodesk Inventor. A partir de los datos de entrada, el programa desarrollado, denominado aiGearboxDesigner, es capaz de generar un diseño completo, los modelos 3D y sus correspondientes planos de fabricación.

Palavras chave: diseño mecánico, caja reductora, razonamiento basado en casos, inteligencia artificial

     Rosendo Franco, Michael Blas, Luis Inafuku, Angel A. C. Peinado, Jean C. Soto, Alberto E. Solano, Daniel Fernandez, Alexander López, José Montalván, Quino Valverde, Herbert Yépez


      ALGORITMO PARA GERAÇÃO DE RODAS DE ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DE DENTES RETOS E HELICOIDAIS EM PROGRAMA CAD

Resumo

Existem diversos programas computacionais de CAD que auxiliam no desenho computacional de uma roda de engrenagem. Tais programas possuem bibliotecas próprias para geração de uma roda de engrenagem do tipo cilíndrica que podem ter o perfil de dentes retos ou de dentes helicoidais. Para tanto, é necessário indicar o módulo, o número de dentes e ângulo de hélice. No entanto, no caso de programas de CAD comerciais, essas bibliotecas não conseguem agregar a alteração da geometria dos dentes em função da interferência da ferramenta nos pés dos dentes causados pelo processo de usinagem. Tal alteração da geometria de envolvente na base do dente é importante para o acoplamento das engrenagens em funcionamento. Também, caso seja preciso fazer a correção da roda de engrenagem, seja por afastamento ou aproximação da ferramenta, com o objetivo de efetuar a alteração do adendum do dente, essas bibliotecas também não registram modificação da geometria da roda de engrenagem. Nesse caso, esse trabalho apresenta uma rotina que simula o processo de geração da engrenagem conforme o processo de usinagem, representando todas as características geométricas e, além disso, esse método permite a geração de uma roda de engrenagem cilíndrica de dentes retos ou roda de engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais que deve ser submetida a uma modificação do adendum do dente. A rotina é feita através da linguagem Python e foi aplicada na plataforma SALOME da empresa EDF – Électricité de France S.A.

Palavras chave:Perfil do dente, CAD, EDF-SALOME, processo de fabricação

     Marcelo Mendes Vieira, Robson Leal da Silva


     DEVELOPMENT OF A VIRTUAL RIDER FOR MOTORCYCLES BASED ON MODEL PREDICTIVE CONTROL.

Resumo

Over the years, the design of modern vehicles is becoming an extremely complex task. This trend is caused by the increasing functional requirements of new designs and by the vast amount of mechatronic systems within the vehicle. Motorcycle technology has reached a point where, to make further improvements, a global and multidisciplinary understanding of the vehicle is essential. In this respect, it has become indispensable to consider the interaction of such diverse elements as road, suspensions, chassis, engine, rider, sensors and electronics in the design process of new devices. It is in this challenging framework where simulation takes a crucial role in the evolution and development of new ideas. Virtual models offer a faster and cost-effective alternative to physical testing, they decrease the development time, limit the number of prototypes needed to validate a new design and, most importantly, they permit conducting experiments with no risk for the human operator. This last feature, for instance, results especially attractive for the development of new active safety systems. To achieve realistic results, it is essential to properly replicate the behaviour of the human operator within the simulation environment. This is the main scope of this paper, which focuses on the application of control techniques to drive a virtual motorcycle model along a predefined path. This implies generating appropriate control actions to govern the throttle, the brakes and the steering system during the simulation. Two-wheeled vehicles are complex dynamic systems; they are highly nonlinear, non- minimum phase, unstable and underactuated. This makes motorcycle control a rather challenging task. Building upon Model Predictive Control theory, we have developed a novel control strategy capable of riding a nonlinear motorcycle model in a wide range of conditions, including extremely demanding manoeuvres such as those performed by racing riders. The lack of appropriate simulation packages for vehicle control motivated the in-house development of all necessary tools for the realization of this project. These include, in addition to the virtual rider, a detailed multibody model of the vehicle and a new methodology for the queasy-steady state analysis of motorcycles. The research performed in this project yields new insights into the simulation of motorcycle dynamics and extends the working range of existing controllers. Although a sports motorcycle has been used throughout this document, both the modelling approach and the results can be extended to other vehicle typologies.

Palavras chave:virtual rider, motorcycle, control systems, vehicle dynamics.

     David Moreno Giner, Miguel Sánchez Lozano


     CARATERIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO FORÇA-DESLOCAMENTO DE LIGAÇÕES APARAFUSADAS SEM E COM PRÉ-ESFORÇO

Resumo

As ligações aparafusadas permitem a junção mais eficaz de peças, componentes mecânicos e estruturais, quando a desmontagem e desmontagem, a intermutabilidade, estão em causa. Também por isso, são as mais largamente utilizadas na montagem final, já em obra, num estado de consolidação final da estrutura. Enquadrado inicialmente numa ação pedagógica de comparar os resultados experimentais com os obtidos pelo Eurocódigo 3 (EN 1993-1-8), em juntas simples com com parafusos sujeitos ao corte, o estudo evoluiu para a análise do comportamento dos próprios parafusos na ligação. Fizeram-se provetes com grande rigor dimensional, para novas ligações aparafusadas, com diferentes números de parafusos, segundo diferentes disposições e repetidos em casos de aperto simples e com pré-esforço. O trabalho experimental, efetuado numa máquina de ensaios de tração uniaxial, consistiu em sujeitar as ligações a um esforço crescente de modo que os parafusos, estando sujeitos ao corte, rompessem pela zona isenta de rosca. A análise de resultados e a sua comparação, em diagramas força – deslocamento, permitem tirar conclusões relativas ao verdadeiro comportamento das ligações aparafusadas. A caraterização dos patamares da zona inicial das curvas de força – deslocamento, nos casos das ligações com pré-esforço, foi o objetivo de estudo das ligações. A transferência de forças e a influência do atrito nas ligações sem e com pré-esforço foi então caraterizado. O grande objetivo é de, na fase de projeto, conhecer-se o significado dos valores calculados nas ligações sem ou com pré-esforço pelo Eurocódigo 3.

Palavras chave:parafusos, ligações, desmontáveis, pré-esforço, Eurocódigo 3

     Adelino Trindade


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