Dimensionamento otimizado de elementos da caixa de redução de um veículo Baja SAE com base na dinâmica longitudinal do veículo
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2026-07-08
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O sistema de transmissão exerce papel fundamental no desempenho de veículos Baja SAE, influenciando diretamente a capacidade de tração, aceleração e velocidade máxima. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo realizar o dimensionamento otimizado da caixa de redução de um veículo Baja SAE com base na dinâmica longitudinal do veículo, visando à redução da massa do conjunto sem comprometer sua resistência mecânica e vida útil. Inicialmente, foi realizada a modelagem da dinâmica longitudinal do veículo considerando o motor Honda GX390, o sistema de transmissão continuamente variável (CVT) e diferentes condições de operação, permitindo determinar a relação de transmissão mais adequada às provas da competição. Em seguida, foram dimensionadas as engrenagens, os eixos e as chavetas utilizando metodologias consolidadas de projeto de máquinas e critérios de resistência à flexão, contato e fadiga. Como estratégia de otimização de massa, foram avaliadas diferentes combinações de módulos, materiais e larguras de face das engrenagens, bem como a utilização de eixos tubulares em substituição aos eixos maciços. Os componentes foram modelados em ambiente CAD para determinação da massa real do conjunto e comparação com as estimativas analíticas. Os resultados indicaram que a relação de transmissão de 10:1 apresentou o melhor compromisso entre capacidade de tração e desempenho longitudinal nas condições analisadas. Além disso, a utilização de engrenagens em aço SAE 4340 e de eixos tubulares proporcionou redução significativa da massa da caixa de redução, mantendo os requisitos de resistência mecânica, rigidez e vida útil estabelecidos para a aplicação. Dessa forma, conclui-se que a metodologia adotada permitiu desenvolver uma caixa de redução 34,2% mais leve que a caixa atualmente utilizada no projeto, contribuindo para o aumento do desempenho e da competitividade do veículo Baja SAE. [resumo fornecido pelo autor]
Resumo
The transmission system plays a fundamental role in the performance of Baja SAE vehicles, directly influencing traction capability, acceleration, and maximum speed. In this context, the objective of this study was to perform the optimized design of a Baja SAE vehicle reduction gearbox based on the vehicle's longitudinal dynamics, aiming to reduce the assembly mass without compromising its mechanical strength and service life. Initially, the vehicle's longitudinal dynamics were modeled considering the Honda GX390 engine, the continuously variable transmission (CVT), and different operating conditions, enabling the determination of the gear ratio best suited to the competition events. Subsequently, the gears, shafts, and keys were designed using established machine design methodologies and criteria related to bending strength, contact stress, and fatigue resistance. As a mass optimization strategy, different combinations of gear modules, materials, and face widths were evaluated, as well as the use of hollow shafts instead of solid shafts. The components were modeled in a CAD environment to determine the actual mass of the assembly and compare it with the analytical estimates. The results indicated that the 10:1 gear ratio provided the best balance between traction capability and longitudinal performance under the analyzed conditions. Furthermore, the use of SAE 4340 steel gears and hollow shafts resulted in a significant reduction in the reduction gearbox mass while meeting the mechanical strength, stiffness, and service life requirements established for the application. Therefore, it was concluded that the adopted methodology enabled the development of a reduction gearbox that is 34.2% lighter than the gearbox currently used in the project, contributing to improved performance and competitiveness of the Baja SAE vehicle. [resumo fornecido pelo autor]