Atualizações do Multibody Dynamics Module

Para os usuários do Multibody Dynamics Module, a versão 5.2a do COMSOL Multiphysics® oferece a capacidade de modelar engrenagens, que é útil em simulações de transmissão de potência e automotivas. Uma variedade de componentes de engrenagem foi adicionada à Parts Library para facilitar a criação de modelos e muitos novos modelos tutoriais recém-adicionados descrevem possíveis aplicações para essa funcionalidade voltada ao usuário. Abaixo, leia mais sobre todas as atualizações do Multibody Dynamics Module.

Modelagem de Engrenagens

A funcionalidade para modelagem de engrenagens foi adicionada à interface Multibody Dynamics. É possível modelar um sistema de engrenagens usado para transmissão de potência. Há nós disponíveis para diversos tipos de engrenagens e cremalheiras, incluindo: Spur Gear, Helical Gear, Bevel Gear, Worm Gear, Spur Rack, e Helical Rack. Uma engrenagem pode ser conectada a outras engrenagens adicionando os seguintes nós à árvore do modelo do Model Builder: Gear Pair, Worm and Wheel, e Rack and Pinion.

Um trem de engrenagens composto, modelado usando a nova funcionalidade Gears na interface Multibody Dynamics.

Um trem de engrenagens composto, modelado usando a nova funcionalidade Gears na interface Multibody Dynamics.

Um trem de engrenagens composto, modelado usando a nova funcionalidade Gears na interface Multibody Dynamics.

No Model Builder, uma engrenagem é definida como um copo rígido. No entanto, também é possível especificar uma rigidez finita para uma malha de engrenagem ao se conectar a outras engrenagens. No Model Builder, um nó Gear Elasticity pode ser adicionado como um sub-nó de Gear Pair para definir as propriedades elásticas da malha de engrenagem, tais como rigidez da malha, amortecimento da malha e razão de contato.

Um par de engrenagens pode ser considerado ideal se não tiver nenhum erro estático de transmissão ou jogo. Quando há um erro estático de transmissão, que pode ser devido a erros geométricos e modificações geométricas, um sub-nó Transmission Error pode ser adicionado ao nó Gear Pair. Tais exemplos incluem uma engrenagem desgastada, desalinhamento ou ocorrência de saliência no pé do dente ou topo de dente da engrenagem. Similarmente, quando há um jogo que afeta a dinâmica do sistema, um sub-nó Backlash pode ser adicionado ao nó Gear Pair.

Além disso, um sub-nó Friction pode ser adicionado a um nó Gear Pair para prever as forças de fricção nos pontos de contato. As forças de fricção são dominantes somente quando houver deslizamento significativo no ponto de contato. O deslizamento pode ser decorrente da mudança na distância entre centros ou se os eixos de ambas as engrenagens não forem paralelos nem tiverem uma intersecção. O par rosca-sem-fim e engrenagem é um exemplo desse tipo de operação, onde um deslizamento inerente está presente mesmo sob perfeitas condições.

Caminho na Biblioteca de Aplicações com exemplos que mostram a modelagem de engrenagens:

Multibody_Dynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/differential_gear Multibody_Dynamics_Module/Tutorials/gear_train
Multibody_Dynamics_Module/Tutorials/helical_gear_pair Multibody_Dynamics_Module/Verification_Examples/bevel_gear_pair

Engrenagens na Parts Library

Uma série de geometrias parametrizadas de engrenagens foi adicionada à Parts Library. Diferentes tipos de engrenagens podem ser criados usando essas peças para modelos 3D e 2D. Os parâmetros de entrada peças podem ser modificados para personalizar o formato dos dentes da engrenagem e do corpo da engrenagem. Essas partes podem ser usadas para construir um dente de engrenagem, uma única engrenagem, um par de engrenagens ou um trem de engrenagens planetário ou paralelo.

As engrenagem disponíveis estão dividas em três categorias:

  1. Engrenagens Externas
    1. Engrenagem Reta
    2. Engrenagem Helicoidal
    3. Engrenagem Cônica
    4. Engrenagem de Rosca Sem-fim
  2. Engrenagens Internas
    1. Engrenagem Reta
    2. Engrenagem Helicoidal
  3. Engrenagem Reta
    1. Cremalheira Reta
    2. Cremalheira Helicoidal
Há componentes adicionais separados para criar seções transversais dos dentes de todos os tipos de engrenagens.

Uma geometria de engrenagem helicoidal, criada usando os componentes de engrenagem disponíveis na Parts Library do Multibody Dynamics Module.

Uma geometria de engrenagem helicoidal, criada usando os componentes de engrenagem disponíveis na Parts Library do Multibody Dynamics Module.

Uma geometria de engrenagem helicoidal, criada usando os componentes de engrenagem disponíveis na Parts Library do Multibody Dynamics Module.

Novo Modelo Tutorial: Differential Gear Mechanism

Este modelo simula o mecanismo de uma engrenagem diferencial usada em carros e outros veículos com rodas. Um diferencial permite que a roda de tração externa gire mais rapidamente que a roda interna durante uma curva. Isso é necessário quando um veículo faz uma curva, a fim de permitir que a roda que percorre a parte externa da curva role mais rapidamente para percorrer uma distância maior que a roda que está na parte interna da curva. A velocidade média rotacional das duas rodas é simplesmente a velocidade rotacional de entrada do eixo motor. Um aumento na velocidade de uma roda é balanceado por uma redução na velocidade da outra.

Uma análise transiente é executada para calcular o movimento das engrenagens em casos onde um veículo se move em um caminho reto ou curvo. A magnitude da velocidade dos diferentes componentes e a velocidade angular das rodas internas e externas são calculadas para os dois casos.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para o Modelo Tutorial que demonstra os mecanismos da engrenagem diferencial:

MultibodyDynamicsModule/AutomotiveandAerospace/differential_gear

Um mecanismo de engrenagem diferencial, que permite que dois eixos do veículo girem em velocidades diferentes. A magnitude das velocidades e a direção das rotações são exibidas. Um mecanismo de engrenagem diferencial, que permite que dois eixos do veículo girem em velocidades diferentes. A magnitude das velocidades e a direção das rotações são exibidas.

Um mecanismo de engrenagem diferencial, que permite que dois eixos do veículo girem em velocidades diferentes. A magnitude das velocidades e a direção das rotações são exibidas.

Novo Modelo Tutorial: Vibrations in a Compound Gear Train

Este modelo simula vibrações em um trem de engrenagens composto. Engrenagens retas, usadas para modelar o trem de engrenagens, são montadas sobre eixos rígidos, suportados por uma carcaça elástica em ambas as extremidades. Assume-se que a malha da engrenagem seja elástica com rigidez variável, que é a fonte de vibração sustentada. Uma análise transiente é feita para calcular a dinâmica das engrenagens, bem como as vibrações no carcaça.

A modelagem de contato é usada para o cálculo da rigidez da malha da engrenagem. Uma análise paramétrica é executada para computar a rigidez da malha de engrenagens em função da rotação da engrenagem em um ciclo da malha.

O modelo calcula a distribuição de tensão de von Mises no par de engrenagens, onde as tensões são altas nos pontos de contato e nas raízes dos dentes das engrenagens. A rigidez da malha da engrenagem, o deslocamento das engrenagens e a aceleração normal na carcaça devido à vibração também são calculados.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para o modelo tutorial:

Multibody_Dynamics_Module/Tutorials/gear_train

A aceleração normal na carcaça devido às vibrações induzidas pela malha elástica de engrenagens. Também é mostrado no gráfico, em escala de cinza, o deslocamento das engrenagens. A aceleração normal na carcaça devido às vibrações induzidas pela malha elástica de engrenagens. Também é mostrado no gráfico, em escala de cinza, o deslocamento das engrenagens.

A aceleração normal na carcaça devido às vibrações induzidas pela malha elástica de engrenagens. Também é mostrado no gráfico, em escala de cinza, o deslocamento das engrenagens.

Novo Modelo Tutorial: Dynamics of Helical Gears

Este Modelo Tutorial ilustra a dinâmica de engrenagens helicoidais. Ele considera o caso onde se supõe que a malha da engrenagem seja rígida ou elástica. Um estudo transiente é executado para analisar o efeito da rigidez constante na malha da engrenagem, da rigidez variável na malha de engrenagem, do erro de transmissão na força de contato e a velocidade angular das engrenagens. Uma análise de frequência natural é executada para calcular as frequências naturais e os modos do par de engrenagens para as malhas rígida e elástica.

Caminho na Biblioteca de Aplicações para o modelo tutorial:

Multibody_Dynamics_Module/Tutorials/helical_gear_pair

Novo Modelo Tutorial: Forces and Moments on Bevel Gears

Este Modelo Tutorial simula um par de engrenagens cônicas retas. As engrenagens são modeladas como rígidas, mas uma delas é fixa enquanto a outra é articulada em uma barra rígida. A barra rígida também é articulada em um ponto no eixo da engrenagem fixa. Uma análise transiente é executada para calcular as forças e momentos no centro da barra fixa. Os resultados da análise são comparados aos resultados de uma referência de uma publicação científica internacional.

Caminho da Biblioteca de Aplicativos para o modelo tutorial:

MultibodyDynamicsModule/VerificationExamples/bevelgear_pair

O movimento de uma engrenagem cônica quando uma rotação incremental é prescrita à barra rígida. O movimento de uma engrenagem cônica quando uma rotação incremental é prescrita à barra rígida.

O movimento de uma engrenagem cônica quando uma rotação incremental é prescrita à barra rígida.