Static analysis of tapered roller bearings applied in automotive manual transmissions

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Resumo: O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento de um mancal de rolamento de rolos cônicos, aplicado no diferencial de uma transmissão automotiva manual. A análise é efetuada de duas formas: análise linear estática através de uma simulação por elementos finitos e por cálculos analíticos, onde são estimados, entre outros, a tensão de contato de Hertz e a vida a fadiga deste componente para uma dada carga axial. Na sequência, uma nova análise por elementos finitos é realizada considerando a eliminação de 5 rolos cônicos deste rolamento. Um modelo considerando apenas um rolo cônico e parte dos anéis interno e externo também é estudado. Com isso, além de validar um modelo simplificado, verifica-se que, em certos casos, é possível adotar um rolamento com menor número de elementos rolantes sem que haja prejuízo para equipamento. Analisa-se também a possibilidade de se aumentar o ângulo de contato inicial. Abstract: The goal of this study is to evaluate the behavior of a tapered roller bearing, applied in automotive manual transmission differential housing. The analysis is carried out in two ways: linear static analysis through a finite element simulation and by analytical calculation, where are estimated, among others, the Hertezian contact stress and the fatigue life of this component for a specific axial load. After that, a new finite element analysis is performed considering a bearing without 5 rollers. A model considering only one tapered roller and part of the inner and outer rings is also studied. This way, in addition of validating a simplified model, it is seen that, in some cases, it is possible to adopt a bearing with less rollers without damage to the equipment. It is also studied the possibility of increasing the initial contact angle.