Otimização geométrica de um semi-eixo automotivo

Abstract

O nível de desenvolvimento dos veículos atuais atingiu um grau de maturidade muito grande, agregando diversos recursos até há pouco tempo inalcançáveis. Por outro lado, este maior nível de conforto tornou os veículos mais sucetíveis aos níveis de ruídos, fazendo com que barulhos outrora imperceptíveis passassem a gerar desconforto e criar uma sensação de baixa qualidade. Para manter a competitividade no mercado, inúmeras soluções foram desenvolvidas nos últimos anos, com o objetivo de aumentar o conforto interno.O semi-eixo homocinético é o componente responsável por transmitir o torque e a rotação do motor para as rodas do veículo. Consiste de uma barra com duas juntas que permitem a articulação em cada extremidade. Dependendo da sua configuração, a barra pode entrar em ressonância com a frequência de rotação do motor, gerando ruído no interior do veículo. Existem inúmeras alternativas para se contornar este problema, no entanto, a maior parte delas agrega custo.Este trabalho busca desenvolver um semi-eixo para um veículo alterando o perfil de usinagem da barra com o objetivo de ajustar a sua frequência natural para uma faixa com baixo nível de vibração do motor. Inicialmente foi realizada uma análise modal de um semi-eixo montado em veículo para determinar as suas condições de contorno. A partir da resposta um modelo numérico em Elementos Finitos foi elaborado e sua geometria otimizada por Algoritmos Genéticos, com o objetivo de buscar a menor frequência natural possível.A partir das respostas obtidas, um protótipo foi construído para validar o eixo otimizado.<br>

Abstract : The advancement stage from current vehicles has reached a very high maturity level, adding several features that could not be even expected a few years ago. On the other hand, this higher comfort level made vehicles more sensible to noise, allowing the passengers to identify sounds imperceptibles until then, resulting in discomfort and perception of low quality. To keep projects competitive, many solutions have been developed on the past few years with the proposal to increase the internal comfort. The halfshaft is the component responsible to transmit torque and rotation from engine to the vehicle wheels. It basically consists of a bar with two joints at each end that allow the steering. Depending on its design, the bar can be in resonance with engine rotation frequency, resulting in noise inside the vehicle. Several solutions have been presented to overpass this issue, however, most of them result in cost increase. The aim of this study is to develop a halfshaft for a vehicle changing the bar machining profile targeting the natural frequency to a range where engine provide lower level of excitation. Initially an experimental modal analysis of a halfshaft assembled at vehicle was performed to determinate real boundary conditions. From the values obtained, an Finite Element model was developed. Finally, the geometry was optimized using Genetic Algorithms, searching for the lowest natural frequencies. From the obtained answers, a prototype was built to validate the optimized shaft.