Determinação analítica da correção de hélice em um par engrenado devido ao efeito da flexo-torção.

O foco do presente trabalho é estudar a intensificação da pressão de contato entre os dentes de duas engrenagens cilíndricas de dentes retos, que ocorre por causa do deslocamento dos componentes de um redutor de velocidades. Essa intensificação ocorre inclusive em um redutor fabricado sem quaisquer erros de usinagem ou de montagem. A correção de hélice é uma usinagem realizada na superfície do dente da engrenagem que compensa os deslocamentos dos eixos e engrenagens, devido à flexão e à torção, e os deslocamentos dos dentes das engrenagens, devido à flexão e à pressão de contato. Foram estudados efeitos importantes para essa correção de hélice em um redutor de velocidades. Com isso, foi desenvolvido um modelo analítico que calcula a correção necessária para diminuir esse intensificador de pressão de contato em função dos deslocamentos citados acima. Esse modelo analítico foi comparado com um modelo analítico da literatura e com o software comercial RIKOR®. Os resultados de correção de hélice propostos são similares aos da literatura e do RIKOR® com exceção das bordas das engrenagens, aonde existem algumas divergências. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo sólido de engrenagem com o perfil evolvente e com as correções de hélice calculadas analiticamente. Este modelo tridimensional (3D) foi elaborado usando os softwares SolidWorks® e Inventor® e simulado por elementos finitos por meio do software ANSYS®. Verificou-se que as três correções de hélice - a proposta, a da literatura e a do RIKOR® - realmente diminuem a intensificação de pressão de contato no flanco do dente da engrenagem. Por fim, foi possível visualizar que a correção proposta nesta dissertação é 3% mais efetiva que a proposta pela literatura e pelo RIKOR® para o caso analisado.

Projecto de um projéctil de calibre 155mm para combate a incêndios florestais

Todos os anos milhares de hectares são consumidos pelas chamas durante a época de incêndios. As medidas preventivas têm-se revelado insuficientes e as capacidades dos meios de combate estão condicionadas por terrenos inacessíveis, condições de visibilidade reduzida e condições meteorológicas adversas. Com a introdução do projéctil projectado nesta dissertação pretende-se preencher de algum modo o vazio deixado por essas condicionantes. Este projecto dá continuidade ao projecto FIREND® que é a última evolução de um conceito idealizado em 2005 e que se tem vindo a desenvolver numa parceria entre a Academia Militar e o Instituto Superior técnico. O conhecimento assimilado pela revisão bibliográfica de algumas patentes, dos projectos FIREND® anteriores e sobre o funcionamento de projécteis de artilharia convencionais, foi complementada com os conhecimentos de balística e de projecto mecânico, resultando no desenvolvimento sólido de um projéctil de 155mm de detonação electrónica. O projéctil funciona com base num micro gerador de gás que aumenta a pressão interior e desta forma ejecta a carga contida no compartimento de carga. Foram utilizadas as capacidades de desenho tridimensional do software SolidWorks® e estimou-se, através deste, o peso, volume, momentos de inércia dos componentes e a capacidade de carga do projéctil. Estes dados são fundamentais neste projecto para garantir a sua compatibilidade com os obuses e tábuas de tiro utilizadas pela Artilharia do Exército Português. Como resultado, projectou-se um projéctil de 155mm com peso equivalente ao de uma granada convencional e com cotas máximas que lhe conferem total compatibilidade com os Obuses de Artilharia existentes. O projéctil consegue conter, no seu compartimento de carga, aproximadamente 7,5 dm3 de volume, o que lhe confere a capacidade para actuar numa área de aproximadamente 75m2.

Electromagnetic modeling of conformal wideband and multi-band patch antennas by bridging a solid-object modeler with MoM software

The advantages of antennas that can resemble the shape of the body to which they are attached are obvious. However, electromagnetic modeling of such unusually shaped antennas can be difficult. In this paper, the commercially available software SolidWorks(TM) is used for accurately drawing complex shapes in conjunction with the electromagnetic software FEKO(TM) to model the EM behavior of conformal antennas. The application of SolidWorks and custom-written software allows all the required information that forms the analyzed structure to be automatically inserted into FEKO, and gives the user complete control over the antenna being modeled. This approach is illustrated by a number of simulation examples of single, wideband, multi-band planar and curved patch antennas.

Desenvolvimento de um Produto para Determinação do Tipo Sanguíneo de Humanos

Esta dissertação relata o desenvolvimento de um produto para determinação do tipo san-guíneo de humanos. A necessidade de criar um produto eficiente e capaz de determinar o tipo sanguíneo em situações de emergências surge da possibilidade das análises serem realizadas em momentos críticos, onde se pretende eliminar o erro humano e minimizar os riscos de incompatibi-lidade nas transfusões sanguíneas. A proposta pretende resolver problemas dos procedimentos realizados na análise do tipo sanguíneo em situações de emergência, que são realizados pelos técnicos da saúde, em ambien-tes da saúde, fixos ou móveis. Atualmente, o processo de análise de grupo sanguíneo, nestas si-tuações, ocorre manualmente através do procedimento de teste em lâmina. Este consiste na reco-lha de sangue e respectiva mistura com os reagentes específicos, a fim de determinar a aglutina-ção do sangue. Os resultados são observados macroscopicamente. Com base na técnica da tipagem manual, desenvolveu-se um produto com os mesmos princípios, semiautomático e com um rápido tempo de resposta, sem interferência humana na in-terpretação dos resultados, eliminando possíveis erros. Para solucionar os aspetos técnicos e me-cânicos, incorporaram-se tecnologias inovadoras, sendo elas resultado do trabalho interdisciplinar com das áreas do Design Industrial e as Engenharias Eletrónica e Mecânica. O sistema eletrónico incorporado utiliza o sistema de controlo Lilliput. Este sistema processa a informação recorrendo a processamento de imagem (através do software LabVIEW) e deteta automaticamente a ocorrência de aglutinação. O tipo sanguíneo é assim determinado num curto intervalo de tempo (aproxima-damente, dois minutos), o que viabiliza a utilização da técnica em situações de emergências. O projeto mecânico do sistema foi desenvolvido com recurso ao software Solidworks. Fo-ram realizadas simulações e testes com um rotary motor para viabilizar o funcionamento do meca-nismo. O sistema mecânico de agitação das amostras é simples, inovador e possui um elevado valor acrescentado, sendo nesse caso uma mais-valia na segurança dos utilizadores. O produto desenvolvido consegue atingir o objetivo do trabalho, realizando a determinação do tipo sanguíneo dos humanos em 5 minutos, sendo eficaz e funcional. É um produto com aspec-to formal que atribui a sua ergonomia adaptada ao utilizador, sendo assim portátil, de fácil uso e manuseio.

Design, development and control of a new generation high performance linear actuator for parallel robots and other applications

The main focus of this research is to design and develop a high performance linear actuator based on a four bar mechanism. The present work includes the detailed analysis (kinematics and dynamics), design, implementation and experimental validation of the newly designed actuator. High performance is characterized by the acceleration of the actuator end effector. The principle of the newly designed actuator is to network the four bar rhombus configuration (where some bars are extended to form an X shape) to attain high acceleration. Firstly, a detailed kinematic analysis of the actuator is presented and kinematic performance is evaluated through MATLAB simulations. A dynamic equation of the actuator is achieved by using the Lagrangian dynamic formulation. A SIMULINK control model of the actuator is developed using the dynamic equation. In addition, Bond Graph methodology is presented for the dynamic simulation. The Bond Graph model comprises individual component modeling of the actuator along with control. Required torque was simulated using the Bond Graph model. Results indicate that, high acceleration (around 20g) can be achieved with modest (3 N-m or less) torque input. A practical prototype of the actuator is designed using SOLIDWORKS and then produced to verify the proof of concept. The design goal was to achieve the peak acceleration of more than 10g at the middle point of the travel length, when the end effector travels the stroke length (around 1 m). The actuator is primarily designed to operate in standalone condition and later to use it in the 3RPR parallel robot. A DC motor is used to operate the actuator. A quadrature encoder is attached with the DC motor to control the end effector. The associated control scheme of the actuator is analyzed and integrated with the physical prototype. From standalone experimentation of the actuator, around 17g acceleration was achieved by the end effector (stroke length was 0.2m to 0.78m). Results indicate that the developed dynamic model results are in good agreement. Finally, a Design of Experiment (DOE) based statistical approach is also introduced to identify the parametric combination that yields the greatest performance. Data are collected by using the Bond Graph model. This approach is helpful in designing the actuator without much complexity.

Planeamento e execução de estruturas para abastecimento em linhas de montagem numa empresa do ramo automóvel

O presente trabalho foi desenvolvido na empresa Renault CACIA e tem como fundamento a implementação de um fluxo de abastecimento com 4 horas de autonomia em todas as linhas de montagem no departamento de fabricação de componentes mecânicos. No entanto, estas linhas deverão ter condições para poder armazenar esse abastecimento, pelo que terão de ser implementadas estruturas que o suportem. Com o objetivo de eliminar o excesso de stock existente na linha de montagem de bombas de óleo, a mais crítica da instalação, e as atividades que não acrescentam valor ao produto final, organizar o espaço disponível, melhorar as condições ergonómicas, propõem-se soluções que serão uma mais-valia para as empresas de fabricação. Durante o desenvolvimento do trabalho foi realizado um estudo aprofundado da linha de montagem e dos problemas existentes no processo de abastecimento e, posteriormente, foi determinada a quantidade necessária de embalagens de componentes para a autonomia requerida. Recorreu-se à ferramenta CAD 3D, Solidworks®, para o planeamento das estruturas, e ao software de simulação Arena®, para testar o funcionamento da linha de montagem com a implementação das estruturas para abastecimento. Verificaram-se melhorias conseguidas através da implementação das soluções sugeridas. A linha de montagem ficou mais organizada e arrumada, tendo-se reduzido cerca de 86,96% de stock global existente. Associado a este, existiam atividades realizadas pelo operador de montagem que não acrescentavam valor ao produto final, tendo-se obtido um incremento da produção na ordem de 1%.

Mixing performance evaluation of additive manufactured milli-scale reactors

The mixing performance of three passive milli-scale reactors with different geometries was investigated at different Reynolds numbers. The effects of design and operating characteristics such as mixing channel shape and volume flow rate were investigated. The main objective of this work was to demonstrate a process design method that uses on Computational Fluid Dynamics (CFD) for modeling and Additive Manufacturing (AM) technology for manufacture. The reactors were designed and simulated using SolidWorks and Fluent 15.0 software, respectively. Manufacturing of the devices was performed with an EOS M-series AM system. Step response experiments with distilled Millipore water and sodium hydroxide solution provided time-dependent concentration profiles. Villermaux-Dushman reaction experiments were also conducted for additional verification of CFD results and for mixing efficiency evaluation of the different geometries. Time-dependent concentration data and reaction evaluation showed that the performance of the AM-manufactured reactors matched the CFD results reasonably well. The proposed design method allows the implementation of new and innovative solutions, especially in the process design phase, for industrial scale reactor technologies. In addition, rapid implementation is another advantage due to the virtual flow design and due to the fast manufacturing which uses the same geometric file formats.

Tire inspection spreading machine

The aim of the project was to design in Solidworks and improve an existing Tire inspection machine. The project was developed in Gislotica - Mechanical Solutions, guided by ing. Rui Manuel Fazenda Silva who is a professor in ISEP. The designed device relates to the inspection of automobile tires for holes and weak places caused by punctures and usage. Such inspection includes careful examination of the inside surface of the tire which is difficult because of its cylindrical shape, stiff and resistant nature of the material out of which the tire is made. The whole idea is to provide a machine by which the walls of the tire may be spread and hold apart, presenting the inner surface for the worker to control. The device must also perform rotational and vertical movement of the tire. It is meant to provide inspection in hich there is no need for the controller to use force. It makes his work easier and more efficient.

Análise e Prevenção de avarias de um veio de manivelas de um motor Pielstick

Na engenharia mecânica há cada vez mais necessidade de utilizar e de prever o comportamento das máquinas térmicas, mais propriamente dos motores de combustão interna, em especial na área da manutenção e da prevenção de falha num dos componentes vitais de um motor a 4 tempos: o veio de manivelas. Esta situação já tem sido bastante observada na indústria mecânica naval, nomeadamente na Marinha Portuguesa e, devido ao seu elevado grau de importância no desempenho de qualquer motor, decidiu-se focar o trabalho desta tese no estudo dos motores a diesel S.E.M.T Pielstick das unidades navais da Marinha Portuguesa, mais especificamente das corvetas da classe “João Coutinho” e da classe “ Baptista de Andrade”, devido ao historial de ocorrência de falhas no veio de manivelas nesta classe de navios e em outras da Marinha Portuguesa. Para efetuar este estudo, utilizaram-se todos os dados relativos ao historial de ocorrências de falhas destes motores, bem como todos os dados disponíveis do fabricante destes motores, por forma a reproduzir da forma mais fiável possível um modelo tridimensional do veio de manivelas no programa de modelação informática CAD Solidworks®, e possibilitar a análise cinemática do veio de manivelas. Desta forma, foi possível simular as condições de funcionamento do motor, assim como analisar e determinar a causa de falha do veio de manivelas, visando prolongar a vida útil dos veios de manivelas, contribuindo não só para menores custos de manutenção mas também para o aumento da operacionalidade destes navios.

Projeto de um sistema de transmissão para um veículo de competição

Neste trabalho foi realizado o estudo para a substituição de uma relação de transmissão final flexível por uma solução que fosse constituída por engrenagens. Para tal foram idealizadas duas hipóteses, uma primeira onde a relação final está alojada numa estrutura à parte da caixa de velocidades mantendo-se esta no cárter original e uma segunda hipótese onde é elaborada uma estrutura que englobasse a relação final assim como os veios primário e secundário da caixa de velocidades. Foi inicialmente necessário um estudo sobre materiais a utilizar em situações semelhantes, assim como processos de fabrico. Realizou-se também um estudo sobre o engrenamento e cálculo das relações de transmissão requeridos para uma boa prestação em ambiente de competição. Posteriormente, no âmbito da modelação da estrutura, foram aprofundados conhecimentos no que toca a temas como lubrificação, elementos de ligação, diferenciais e alguns exemplos já existentes no mercado. Assim sendo, e tendo em conta as especificações do motor, do veículo e dos objetivos pretendidos foi necessário dimensionar os veios e engrenagens. Para elaborar estes cálculos foi utilizado o software KISSsoft nos respetivos módulos “cálculo de Eixos-árvores” e “Pares de Engrenagens”. As engrenagens e relações calculadas são idênticas para ambas as hipóteses, porém, não sucede o mesmo com os veios onde no caso onde se mantem o cárter original as dimensões dos veios são necessariamente iguais aos já existentes, enquanto na hipótese da elaboração da nova estrutura, os veios puderam ser otimizados de forma a reduzir peso e consequentemente alterar os rolamentos em uso. Em seguida foram modeladas as estruturas relativas às duas hipóteses no software SolidWorks. A modelação teve em conta vários fatores como o local onde são apoiados os veios, mais propriamente, através dos rolamentos, dimensões das engrenagens, sistema de lubrificação escolhido, vedação e elementos de ligação. Tendo em conta todas estas variáveis, a modelação é depois sujeita a simulações segundo o método dos elementos finitos e para tal foi utilizada uma extensão do software SolidWorks chamada “Simulation” que permitiu simular vários fatores relacionados com o ambiente de trabalho da estrutura como forças aplicadas, condições de fronteira e material a utilizar e com isto validar modelos através das tensões equivalentes e deslocamentos.

Progettazione, ottimizzazione e sviluppo di un sistema WOPI (Water Out Pressure In) per airbox

Un airbox deve fornire al motore sia aria pura, ovvero priva di particelle estranee (motivo per cui al suo interno viene collocato un elemento filtrante), che priva di gocce d’acqua, la cui presenza è possibile sia a causa della condensazione dell’umidità dell’aria aspirata, sia, in volume anche maggiore, in caso di pioggia, aspetto su cui si focalizzerà questo elaborato. Attualmente, per eliminare la presenza di queste particelle d’acqua, vengono praticati fori, più o meno grandi, sulla parete dell’airbox. Questa semplice tecnica, permette di eliminarla, ma causa anche una depressurizzazione. Per contrastare questo fenomeno, è già noto l’utilizzo di condotti elastici, normalmente chiusi o semichiusi, che, nel frattempo, permettono la lenta discesa gravitazionale dell’acqua. Questo sistema, però, non è in grado di sigillare il foro di scolo, provocando quindi anch’esso un calo della pressurizzazione del box. Inoltre, esso potrebbe intasarsi, rendendo inefficace lo scolo. In più, nel tempo, potrebbe sopraggiungere una perdita di elasticità, causando un peggioramento della funzionalità. Scopo del WOPI è eliminare tutti i precedenti inconvenienti nel modo più efficiente possibile.

Modellazione e analisi numerica di cisterne per trasporto di liquidi pericolosi

Modellazione e analisi numerica di cisterne per trasporto di liquidi pericolosi, con riferimento alle normative vigenti, ed alla situazione esistente in termini di progettazione e realizzazione.

Progettazione di una pinza demolitrice idraulica

Questo elaborato ha come obiettivo quello di progettare una pinza demolitrice idraulica per macchine operatrici che sia effettivamente producibile, industrializzabile, performante, affidabile ed economicamente competitiva per il mercato internazionale odierno. Dopo una prima parte di introduzione all’oggetto di studio e di comparazione con la concorrenza, vengono mostrati i primi studi sulla cinematica e sugli ingombri dell’attrezzatura eseguiti con l’ausilio del software 2D “DraftSight”. A questo punto si passa alla modellazione in 3D eseguita mediante il software “Solidworks” di tutti i componenti analizzando e giustificando le scelte progettuali che sono state fatte. Vengono quindi riportati tutti i calcoli analitici eseguiti, nonché le verifiche strutturali e l’ottimizzazione topologica realizzate mediante l’ausilio del pacchetto FEM “Simulation” di Solidworks. Infine si valutano i risultati ottenuti dalla progettazione e possibili sviluppi futuri.

Progetto concettuale e modellazione CAD di idrovolanti

L’idrovolante è un velivolo in grado di decollare ed ammarare su uno specchio d’acqua e che, quindi, non necessita di infrastrutture di terra come aeroporti. Questa caratteristica lo rende ideale per certe tipologie di missione e gli permette di operare in zone remote e poco accessibili ai velivoli convenzionali. Il prezzo da pagare per questa maggiore libertà di impiego sono le peggiori prestazioni di un idrovolante rispetto alle sue controparti di terra, soprattutto in termini di peso e resistenza aerodinamica. In questa tesi si analizzano i metodi per la progettazione di un idrovolante e, in particolare, dei suoi scarponi, che sono il dispositivo che gli consente di galleggiare e svolgere operazioni sull’acqua. Successivamente, si applicano queste metodologie alla progettazione degli scarponi per tre velivoli in configurazione convenzionale. Si descrive in seguito come produrre un disegno CAD di questi velivoli con e senza scarponi tramite il software Solidworks e, sempre con questo programma, come svolgere simulazioni di fluidodinamica per un calcolo indicativo del loro coefficiente di resistenza aerodinamica in condizioni di volo livellato. Si vede, poi, come effettuare una stima del peso totale al decollo di un velivolo e si calcola l’aumento percentuale di questo parametro nella trasformazione dei velivoli selezionati in idrovolanti. Infine, si confrontano i risultati ottenuti per i coefficienti di resistenza e per il peso massimo al decollo per quantificare il calo di prestazioni causato dalla presenza degli scarponi. Osservando come questo sia significativo, si conclude che l’impiego degli idrovolanti è destinato a rimanere limitato ai soli casi in cui le operazioni da specchi d’acqua non presentino altre alternative: questo a meno che non si riescano ad ideare nuove soluzioni costruttive in grado di risolvere le principali problematiche di questo tipo di velivolo.

Collection and real-time analysis of images from aircraft to support civil protection operational activities

This report describes the realization of a system, in which an object detection model will be implemented, whose aim is to detect the presence of people in images. This system could be used for several applications: for example, it could be carried on board an aircraft or a drone. In this case, the system is designed in such a way that it can be mounted on light/medium weight helicopters, helping the operator to find people in emergency situations. In the first chapter the use of helicopters for civil protection is analysed and applications similar to this case study are listed. The second chapter describes the choice of the hardware devices that have been used to implement a prototype of a system to collect, analyse and display images. At first, the PC necessary to process the images was chosen, based on the characteristics of the algorithms that are necessary to run the analysis. In the further, a camera that could be compatible with the PC was selected. Finally, the battery pack was chosen taking into account the electrical consumption of the devices. The third chapter illustrates the algorithms used for image analysis. In the fourth, some of the requirements listed in the regulations that must be taken into account for carrying on board all the devices have been briefly analysed. In the fifth chapter the activity of design and modelling, with the CAD Solidworks, the devices and a prototype of a case that will house them is described. The sixth chapter discusses the additive manufacturing, since the case was printed exploiting this technology. In the seventh chapter, part of the tests that must be carried out on the equipment to certificate it have been analysed, and some simulations have been carried out. In the eighth chapter the results obtained once loaded the object detection model on a hardware for image analyses were showed. In the ninth chapter, conclusions and future applications were discussed.