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II Seminário: A Otimização de Produtos Automotivos

1Neumayer Tekfor -

Dateiname -17 May 2010

R&D Transmission

Engrenagens LevesEscolha do Melhor Design

com Base na Otimização Topológica

Dr.-Ing. Mauro Moraes de Souza

Chief Engineer Tech Center Brazil

May 17th ,2010




Neumayer Tekfor – Parceiro global da indústria automotiva

Presença global - Plantas:

3 na Alemanha - 1 na Itália - 1 nos EUA - 1 no México - 3 no Brasil - 2 na Índia

Soluções inovadoras para:

Transmissão – Motor – Driveline – Fixação – Aplicação Especial

2 Centros Tecnológicos: Alemanha - Brasil




NTIS: Neumayer Tekfor Innovation Stream

Eixo do comando de válvulas – NT® CamShaft

Diferencial leve – NT® LightDiff

Eixo de transmissão oco – NT® Tekmount




Escolha do melhor design para engrenagens leves

Engrenagem do eixo de saída – 1ª marcha

Situação atual

Motor: 3.0 l;

Tipo de veículo: passeio;

Aplicação: Torques de até 1500 Nm

Engrenagem da caixa de câmbio

Massa atual = 2,4 kg

parede

alívios

raios

espessura




Restrições de projeto

Máximo deslocamento radial: 0,1 mm

Máximo deslocamento axial: 0,4 mm

Não alterar as áreas em azul!

Áreas congeladas

Engrenagem do eixo de saída – 1ª marcha




Modelo FEM da geometria atual

Geometria atual

Força tangencial

Força radial

Força axial

Forças atuantes ao longo do

Ø primitivo

Elementos tetraédricos

Tamanho do elemento

Geral: 2 mm

Dentes: 0,5 mm

Condições de contorno

SPC e RBE2 no centro

geométrico da peça




Deslocamento axial da geometria atual

Fator de magnitude = 100

0,2059

Máx.= 0,4 mm





Deslocamento radial da geometria atual


Máx.= 0,1 mm

0,0877





Tensão de Von Mises na geometria atual

σyield= 0,25

Axial = 0,2059 mm

Radial = 0,0877 mm

σV/σy= 0,25 no pé do dente

Estado atual:

σVon mises




Escolha da geometria – Otimização topológica

G = ƒ(espessura, parede, alívios, raios)

Melhor geometria = ƒ (massa,G)

4 Geometrias de Partida A, B, C e D




Geometria Otimizada

Geometria Atual (A, B, C, D)

Geometria B – Otimização Topológica

1

3

Otimização Topológica

2




Escolha da geometria – Otimização topológica

G = ƒ(espessura, parede, alívios, raios)

Melhor geometria = ƒ (massa,G)




Geometria Otimizada “B”

m = 2,03 kg

Geometria Atual

m = 2,40 kg

Geometria B – Otimização Topológica

1

3

Otimização Topológica

2




Deslocamento axial da geometria B


Máx.= 0,4 mm

0,3322





Deslocamento radial da geometria B

Máx.= 0,1 mm

0,1






Tensão de Von Mises na geometria B

σyield= 0,41σVon mises0,32

Axial = 0,3322 mm

Radial = 0,1 mm

σV/σy = 0,41 na alma

Geometria B:

σV/σy = 0,32 no pé do dente

Legend

Von Mises Stress /

Yield Strength [Mpa]




Otimização de forma

Geometria “B”

m = 2,03 kg

1

2

Forma final

m = 2,03 kg




Deslocamento axial da Forma final


Máx.= 0,4 mm

0,2187





Deslocamento radial da Forma final


Máx.= 0,1 mm

0,0708





Tensão de Von Mises na Forma final

σyield= 0,33σVon mises

Axial = 0,2187 mm

Radial = 0,0708 mm

σV/σy = 0,33 no pé do dente

Geometria otimizada:




Resumo

15,4% redução de massa

Deslocamento axial [mm]:

Deslocamento radial [mm]:

σVon Mises/ σyield :

Atual Forma Final

0,206

0,088

0,25 0,33

0,071

0,219

Limites

1,00

0,100

0,400

Topológica “B”

0,332

0,100

0,41




Considerações finais

As ferramentas de CAE são instrumentos de apoio excelentes para o

engenheiro de produto na busca de soluções inovadoras que atendam as

necessidades atuais da nossa sociedade.

O sucesso de forma eficiente e eficaz não prescinde, porém, do bom senso

e da criatividade do engenheiro de produto.




Obrigado pela atenção

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