Estudo de viabilidade técnica sobre o uso de ligas de alumínio na fabricação de eixos traseiros trativos para aplicação em veículos comerciais

Abstract

O desenvolvimento de novos veículos comerciais tem como um de seus objetivos principais o aumento da eficiência energética operacional ou redução do consumo de combustível. A redução da massa dos veículos é uma das estratégias mais diretas para o alcance deste objetivo. Os eixos de veículos tradicionalmente têm sua estrutura feita de materiais ferrosos devido à sua alta resistência e baixo custo. Materiais alternativos de mais baixa densidade e alta resistência são pesquisados e desenvolvidos continuamente. Dentre esses materiais, o alumínio, comparado com materiais ferrosos tem-se mostrado uma alternativa interessante para a substituição de ligas ferrosas para algumas aplicações. O alumínio possui uma densidade muito inferior a dos ferrosos abrindo a possibilidade de ganhos significativos de massa. Neste estudo foi feito uma avaliação através da comparação entre ligas de alumínio e materiais ferrosos em diferentes condições de carregamento e apresentado os ganhos da substituição em cada condição de carregamento. Foi avaliada a possibilidade de substituir materiais ferrosos por ligas de alumínio na estrutura de eixos traseiros de veículos comerciais através de uma análise por elementos finitos como uma etapa da validação de um novo produto. Os resultados do estudo mostram que é possível usar o alumínio na estrutura de eixos de veículos comerciais com redução de massa variando de 1,1% a 61,0% sem perda de características estruturais.

The development of new commercial vehicles have as one of its major goals increase the operational energetic efficiency or fuel consumption decrease. The vehicle´s mass reduction is one of the most direct ways to achieve this goal. The vehicle´s axles usually have its structure made of ferrous materials due to its high strength and low cost. Alternative materials with lower density and higher strength are continuosly researched and developed. Among these materials the aluminum compared with ferrous materials appears as an interesting alternative to replace ferrous alloys in some applications. The aluminum have its density significantly smaller than ferrous materials opening possibilities to significant mass reductions. In this study were performed an evaluation through the comparison of aluminum alloys and ferrous materials on different load conditions and were presented the replacement gains for each load situation. It was evaluated possibility to replace ferrous materials with aluminum alloys on commercial vehicles rear axle structures through finite element analysis as a step on a new product validation. The study results show that is possible to use the aluminum in commercial vehicle axles with mass reduction ranging from 1,1% to 61,0% without loss of structural properties.