DESENVOLVIMENTO DE UM CUBO DE RODA DIANTEIRO DE VEÍCULO OFF ROAD TIPO BAJA

Resumo

A equipe Baja de Galpão desenvolveu um novo cubo de roda dianteiro, com o objetivo de reduzir o custo em relação ao cubo de roda utilizado nos protótipos BG-14 e BG-16. O projeto surgiu quando o cubo de roda anterior falhou por fadiga, após a última competição, obrigando a equipe a fabricar um novo componente. No entanto, refazer o mesmo cubo de roda, teria um custo elevado, por isso, a equipe optou por desenvolver um novo componente, procurando redução de custo e um coeficiente de segurança de 1,5. O novo cubo de roda é composto de três componentes distintos: um cilindro de aço ABNT 4340; duas flanges de aço ABNT 1045, que tem por função, fixar a roda e o disco de freio no sistema; e 8 nervuras de aço ABNT 1045, para reforçar a estrutura. Destaca-se que todos os componentes foram soldados entre si e que, no projeto anterior, usava-se alumínio 7075-T6, um material caro se comparado ao aço. Além disso, o cubo de alumínio ainda necessitaria de várias horas de usinagem durante o seu processo de fabricação. Para mensurar os esforços no cubo, foi utilizado um software de análise em sistemas multicorpos, o Adams Car, que possibilitou encontrar os componentes de força no cubo de roda. Na simulação, o veículo passou por duas rampas a uma velocidade de 25 km/h: a primeira rampa com 1 metro de altura e a outra 0,8 metros, simulando uma condição extrema de funcionamento do cubo, que serve como base para o dimensionamento desse componente. Em seguida, foi realizado uma análise estática estrutural pelo método dos elementos finitos, com o software Ansys, em que foram informadas as propriedades do material e as condições de contorno. O software consegue, através de um modelo matemático, criar uma matriz de rigidez com base nas propriedades do material e nas condições da malha, que é composta de nós e elementos que se deslocam, com a aplicação de força e definição das restrições de movimento, assim é possível calcular valores de deslocamento, deformação e tensão. Para esse componente, foram analisadas as tensões de Von Mises e a máxima principal, além do deslocamento do componente. Com esses resultados em mãos, é possível realizar uma análise de fadiga, com o objetivo de estimar a vida em fadiga desse componente, usando como variável de cálculo a tensão limite de ruptura do material em um ensaio de tração e a tensão máxima principal, obtida na análise de elementos finitos. O novo projeto apresentou um acréscimo de massa de cerca de 32%, no entanto, o conjunto montado com cubo de roda, ponteira de eixo, rolamentos, parafusos e porcas, reduziram a massa em 20%, o projeto atingiu as expectativas da equipe com um coeficiente de segurança superior a 1,5 e uma redução de custo de 52,4%.