Modelagem e desenvolvimento de uma caixa de redução 4x4, para um protótipo Baja SAE

Abstract

O trabalho aqui apresentado, tem como objetivo apresentar os passos para criação de uma caixa de redução, para o protótipo Baja SAE, de modo que a mesma tenha total capacidade de ser utilizada em um protótipo com tração integral nas quatro rodas. Passando desde a concepção do projeto, como definição de redução, engrenagens, eixos e rolamentos. Partindo dessas definições, utilizou-se equações apresentadas em literaturas especializadas para definição da geometria dos elementos necessários para o funcionamento correto da caixa. Com todas as informações de geometria definidas, tanto para as engrenagens quanto para os elementos necessários para o funcionamento do conjunto, analisou-se então as tensões dos mesmos, através da utilização de normas estabelecidas pela AGMA, e pela DIN quando houve a necessidade. Com todas as informações de geometria e tensões definidas, passou-se para a parte computacional do trabalho, onde modelou-se os elementos necessários e os mesmos foram colocados em simulações de elementos finitos, a fim de garantir a sua funcionalidade. Finalmente, um estudo dos valores encontrados tanto pela metodologia das simulações, quanto pela teoria é apresentado, e além disso, apresenta-se os principais pontos obtidos para que houvesse uma redução de massa onde fosse possível. Os resultados indicam que o projeto é satisfatório, baseado nos fatores de segurança observados, como nas simulações dos componentes críticos realizadas, que expõem as zonas de maior tensão.

The work presented here aims to outline the steps for creating a reduction gearbox for the Baja SAE prototype, ensuring that the gearbox is fully capable of being used in a prototype with four-wheel drive. The process covers the project conception, including the definition of reduction ratios, gears, shafts, and bearings. Based on these definitions, equations from specialized literature were used to determine the geometry of the necessary components for the correct operation of the gearbox. With all the geometric information defined for both the gears and the necessary elements for the assembly's operation, the stresses were then analyzed using standards established by AGMA and DIN when needed. With all the geometry and stress information defined, the computational part of the work began, where the obtained elements were modeled and subjected to finite element simulations to ensure their functionality. Finally, a study of the values obtained both by the simulation methodology and by theory is presented, and additionally, the main points obtained for mass reduction where possible are discussed. The results indicate that the project is satisfactory, based on the safety factors observed, as well as the simulations of the critical components carried out, which expose the areas of greatest tension.