Utilização do Alumínio no Protótipo de Fórmula SAE da RS Racing UFRGS

Utilização do Alumínio em Protótipo de Carro

O diferencial é o componente do carro responsável por permitir que as rodas que tracionam o veículo rotacionem em velocidades angulares distintas, e isso é essencial para um bom desempenho de qualquer carro. Essa peça recebe força do motor, e precisa estar fixada ao chassi. A fixação do diferencial ao chassi se dá pelo suporte do diferencial em conjunto com um mancal excêntrico.

Para as peças que fixam o diferencial ao chassi, a equipe de Fórmula SAE RS Racing UFRGS utiliza a liga de alumínio 7021 que possui excelente resistência frente aos altos esforços impostos, principalmente em acelerações.

O zinco é o principal elemento da liga de alumínio 7021 (assim como de toda a série 7xxx), e possui também magnésio em menores quantidades. A relação “resistência mecânica / peso” é maior que muitos aços, além de ter boa usinabilidade. Tudo isso faz a liga ser adequada ao projeto, pois facilita a fabricação dos componentes.

A fim de melhorar aspectos da geometria da peça, evitar excessos de alumínio e por fim reduzir massa do conjunto para melhorar o desempenho, são também realizadas análises por método de elementos finitos, onde é possível estimar os esforços internos nos momentos críticos de solicitação. Abaixo constam algumas imagens das análises realizadas.

Na parte interna do mancal excêntrico é colocado um rolamento que o conecta ao diferencial. Esse rolamento é o responsável pela transmissão da força entre as peças, então em metade da face que fica em contato com o rolamento é aplicada um carregamento distribuído de força. Dentre todos seus furos, apenas três fixam-no ao suporte do diferencial, então em metade da face interna de cada um desses três furos, é imposta condição de deslocamento nulo. A malha é refinada na região do rolamento assim como na região dos três furos para uma aproximação melhor da resposta.

Já o suporte do diferencial recebe a força do mancal excêntrico, nos mesmos três furos que os unem. Em metade da face de cada um desses três furos é aplicada uma força distribuída, dividindo o carregamento transmitido. A peça é fixada ao chassi com parafusos, nos furos das extremidades superior e inferior. Em metade de cada uma dessas faces é imposta condição de deslocamento nulo. A malha é refinada em toda a região dos furos nos quais são aplicadas forças ou impostas condições de contorno de deslocamento nulo, para uma melhor aproximação da resposta

Com as análises pode-se confirmar que o alumínio cumpre a função para a qual é destinado, atribuindo ainda leveza ao sistema e permitindo um bom coeficiente de segurança, sem contar com o bom acabamento da peça.

Abaixo uma imagem das peças montadas no protótipo de 2018.