Análise da falha prematura de eixos de tração aplicados em equipamento autônomo para alimentação de suínos

• Autor(a) principal: Griffante, Samuel
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UCS
• Texto Completo: https://repositorio.ucs.br/11338/13178
• topic: Engenharia mecânica; Metalografia; Metais - Fadiga; Método dos elementos finitos

No decorrer do tempo, o segmento do agronegócio vem cada vez mais se modernizando e empregando novas tecnologias, tanto na agricultura quanto na pecuária. A adoção de máquinas modernas e novas práticas de manejo do segmento, fizeram com que o setor seja uma das principais receitas do PIB brasileiro, tornando o ramo importante para a economia nacional. Nesse trabalho, realizou-se uma investigação sobre a falha prematura de eixos de tração aplicados em um robô autônomo para alimentação de suínos, por meio de análise estrutural pelo método de elementos finitos, e cálculos analíticos. A falha do componente prejudica as atividades realizadas pelo criador, pois o equipamento fica inoperante, sendo necessário efetuar o trato de forma manual. Para realizar o estudo, foram definidas as cargas aplicadas ao eixo, nas condições: estática (máquina parada), aceleração, trabalho (movimento retilíneo uniforme), e frenagem. Além disso, para determinar as causas da quebra precoce foram realizados uma série de ensaios em laboratório em uma peça que falhou em campo, estes são: os ensaios de tração, composição química, dureza e perfil da fratura. Utilizando o método MEF, através do software Ansys, onde se obteve os valores das tensões, e das deformações. Mesmo tendo adquirido os valores das tensões atuantes através do método MEF, optou-se por calcular as tensões de forma analítica confrontando com os valores da simulação. Sendo que, nos dois métodos, o maior esforço condiz com a região da quebra do componente, que é no rasgo da chaveta que transmite o torque. Os cálculos de fadiga foram realizados pelos critérios de Gerber, ASME-Elíptico, Morrow e SWT, utilizando os valores das tensões calculadas analiticamente. Como as cargas atuantes sobre o eixo diminuem à medida que o equipamento percorre o trajeto fornecendo alimento para os animais, foi implementado o método de estimativa de vida com base em dano acumulado de fadiga. Os resultados mostram que raios minúsculos ou até a ausência destes impactam diretamente em valores elevados de concentração de tensão, e a conclusão da análise de fadiga pelo critério de Gerber, para ciclos de aceleração e frenagem com carga máxima transportada é que o eixo tem vida finita, fraturando com pouco mais de 85 mil ciclos, já para o caso do dano acumulado o eixo falha com pouco mais de 496 mil ciclos. Esses desfechos indicam a necessidade de reavaliar o projeto do eixo de tração, minimizando, e/ou eliminando concentradores de tensão, além de considerar distribuir o torque, para garantir uma vida útil mais longa. [resumo fornecido pelo autor]