Análise numérica-experimental dos modos próprios de bomba de óleo

Abstract

Atualmente no setor automóvel, devido aos avanços tecnológicos, preocupações ambientais e maior exigência por parte dos utilizadores, o estudo acústico ganha cada vez mais preocupação por parte das equipas de desenvolvimento. A bomba de óleo é um dos componentes mais críticos do sistema de lubrificação de um veículo, sendo afetada por vibração e ruído. Além de poder ser audível por parte dos passageiros e criar desconforto na condução, a vibração pode ser prejudicial ao seu funcionamento. Este trabalho foi realizado na empresa Renault Cacia S. A., no âmbito de um estágio curricular, que teve como objetivo a realização de uma análise dos modos próprios de uma bomba de óleo de cilindrada variável. As análises modais foram desenvolvidas inicialmente recorrendo a modelos numéricos e posteriormente com recurso a análise experimental. Os modelos numéricos foram desenvolvidos com base nos modelos CAD, fornecidos pela Renault, no pré-processador ANSA, simulados no software ABAQUS e analisados os resultados da simulação no pós-processador META. Para os ensaios experimentais, os componentes foram excitados através de um martelo de análise modal, contando com a receção de sinal dos acelerómetros por parte do sistema SCADAS III e análise dos dados com o software LMS Test.Lab. Com base nos resultados numéricos e experimentais foi realizada uma validação individual dos principais componentes da bomba de óleo, sendo de seguida realizada a validação da análise modal do conjunto da bomba montada em estado livre e posteriormente uma validação da bomba montada fixa à placa do banco de ensaios de caracterização. Os resultados modais obtidos com recurso aos modelos numéricos aproximaram-se dos resultados experimentais com um desvio médio inferior a 10%, com exceção para a bomba fixa na placa do banco de ensaios. Da análise numérica e experimental aos modos próprios, identifica-se o componente estator como uma das possíveis causas da emissão do ruído, da parte estrutural da bomba de óleo. Os fatores que induzem esta identificação estão associados à geometria do estator e ao seu campo de deformações associados aos modos próprios iniciais, que alteram o volume das câmaras de bombagem e logo o nível de pressão hidráulica. Foi apresentado um conjunto de sugestões de ações complementares a desenvolver no futuro a fim de validar as principais conclusões deste trabalho.

Currently in the automotive sector, due to technological advances, environmental concerns and greater demand from users, the acoustic study is getting more concern from the development teams. The oil pump is one of the most critical components of a vehicle's lubrication system, being affected by vibration and noise. In addition to being audible by passengers and creating discomfort in driving, vibration can be detrimental to its operation. This work was carried out in the company Renault Cacia S.A, within the scope of a curricular internship, whose objective was to perform an analysis of the shape modes and natural frequencies of a variable displacement oil pump and NVH (Noise, Vibration and Harshness) correlation. The modal analyses were developed initially using numerical models and later using experimental analysis. The numerical models were developed based on the CAD models, provided by Renault, in the ANSA pre-processor, simulated in the software ABAQUS and analysed the results of the simulation in the META post-processor. For the experimental tests, the components were excited by a modal analysis hammer, counting with the reception of signal from the accelerometers by the SCADAS III system and analysis of the data with the software LMS Test.Lab. Based on the numerical and experimental results an individual validation of the main components of the oil pump was carried out, followed by the validation of the modal analysis of the assembled pump in the free state and then a validation of the pump fixed to the plate of the characterization tests bench. The modal results obtained using the numerical models approximated the experimental results with an average deviation of less than 10%, except for the fixed pump on the test bench plate. From the numerical and experimental analysis to the shape modes, the stator is the component identified as one of the possible causes of noise emission, of the structural part of the oil pump. The factors that induce this identification are associated with the geometry of the stator and its field of deformations associated to the initial shape modes, which alter the volume of the pumping chambers and thus the hydraulic pressure level. A set of suggestions for complementary actions to be developed in the future was presented in order to validate the main conclusions of this work.