Otimização produto-processo de um novo conceito de bomba óleo

Abstract

Esta dissertação teve como objetivo a otimização do produto-processo de uma bomba de óleo, de caudal ajustável, para aplicação a motores de combustão interna. Este trabalho desenvolveu-se a partir de um conceito inovador de variação de caudal, previamente concebido no âmbito de um trabalho de investigação desenvolvido no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro. Assim, com base neste conceito inovador, procurou-se realizar um conjunto de ações ao nível do desenvolvimento de produto e projeto mecânico que permitissem transformar o conceito inicial num produto funcional, fi ável, industrializável e comercialmente competitivo. Estas ações materializaram-se no produto e processo através de uma redução do peso, uma diminuição do número de peças móveis, uma evolução geométrica e dimensional dos componentes, por forma a serem mais facilmente produzidas, e uma verifi cação em termos dos limites estruturais dos diferentes componentes para condições de trabalho extremas. Inicialmente realizou-se um enquadramento deste tema em termos tecnológicos, económicos e ambientais e também uma descrição detalhada dos princípios de funcionamento das bombas hidráulicas convencionais e de caudal variável e as leis físicas aplicadas a estes mecanismos. Posteriormente, uma análise de mercado permitiu avaliar comparativamente diferentes soluções de conceção e tecnológicas para as bombas hidráulicas de aplicação do setor automóvel e industrial, e assim, procurou-se identifi car novos princípios a aplicar ao novo conceito de bomba de óleo. Passou-se para uma fase de desenvolvimento do produto, onde foi necessário desenvolver soluções diferenciadoras para algumas da principais funções da bomba de óleo. Após esta fase procedeu-se a uma seleção destas soluções que resultaram numa nova de finição de arquitetura do produto e que foram aplicadas com recurso a ferramentas de engenharia ao novo conceito de bomba de óleo. No âmbito das ferramentas de engenharia aplicou-se uma análise de modo de falha e efeito cliente, por forma a salvaguardar a robustez funcional do mecanismo. Tudo isto foi concretizado através de modelação geométrica do novo produto e sua compatibilização com a aplicação num ambiente de motor de combustão. Numa fase posterior passou-se a verifi cação estrutural com recurso ao método de elementos finitos, por forma a garantir o correto dimensionamento de todos os componentes. Igualmente procedeu-se a uma determinação das tolerâncias de fabrico dos diferentes componentes com intuito de garantir a sua correta funcionalidade aplicando os princípios da cadeia de cotas. Também se materializou o produto através de técnicas de prototipagem rápida a fi m de se verifi car a compatibilidade entre os diferentes componentes e sua funcionalidade mecânica. Por fi m estabeleceu-se todo o dossier técnico em termos de desenhos de conjunto e desenhos de finição de todos os componentes que permitem responder ao objetivo inicial desta tese, ou seja, a industrialização e fabricação deste novo conceito de bomba de óleo.

This Master Thesis refers to the optimization of the product-process of an oil pump, adjustable ow, for application to internal combustion engines. This work evolved from an innovative concept of ow variation, previously conceived as part of a research work in the Department of Mechanical Engineering, University of Aveiro. Thus, based on this new concept, we tried to carry out a set of actions in terms of product development and mechanical design able to transform the initial concept into a functional product, reliable, industrializable and commercially competitive. These actions are materialized in the product and process through a reduced weight, reduced number of moving parts, a geometric and dimensional developments of the components, so as to be more easily produced, and a check in terms of the structural limits of di erent components to extreme conditions. Initially held up a framework of this theme in technological, economic and environmental terms and also a detailed description of the operating principles of the conventional hydraulic and variable ow rate pumps and the physical laws applicable to these mechanisms. Later, a market analysis enabled benchmark di erent design solutions and technology to the hydraulic pumps for the application of automotive and industrial sectors, and thus tried to identify new principles to be applied to the new concept of oil pump. It was passed to a product development stage, where it was necessary to develop solutions for di erentiating some of the main functions of the oil pump. After this phase proceeded to a selection of these solutions resulted in a new de nition of the product architecture and were applied using engineering tools to the new concept oil pump. With the engineering tools applied a failure mode and customer e ects analysis , in order to safeguard the functional robustness of the mechanism. All this was achieved through geometric modeling of the new product and its compatibility with the application on a combustion engine environment. In a latter stage it passed to the structural check using the nite element method, in order to ensure proper sizing of all components. Also it proceeded to a determination of manufacturing tolerances of the di erent components to ensuring its correct functionality by applying the principles of chain dimensions. The product was materialized by rapid prototyping techniques in order to verify the compatibility between the di erent mechanical components and their functionality. Finally it was settled all technical le in terms of overall and drawings setting of all the components which allows to respond to the initial goal of this thesis, which is the industrialization and manufacture of this new concept oil pump.