MECÂNICA DE LOCOMOÇÃO DE VEÍCULOS RODOVIÁRIOS
Introdução
Veículos terrestres sobre rodas
Princípios básicos semelhantes aos veículos
ferroviários Determinação da força envolvidas no movimento
Diferenças nas peculiaridades tecnológicas Transmissão elétrica - ferroviário
Transmissão mecânica – rodoviário
Teoria válida para veículos rodoviários: automóveis, caminhões e ônibus
Locomoção
Locomoção é feita através da tração por
aderência
Componentes Motor aciona as rodas motrizes
Transmissão transfere o torque do motor as rodas
Motor ideal
Características do motor ideal Fornecer potência constante
Força motriz hipérbole
Produz esforço elevado em baixas velocidades
Motores elétricos se aproximam do ideal
Motores a combustão interna
Desempenho inferior aos motores elétricos
Necessitam de uma transmissão
Excelente relação potência produzida e peso do motor
Economia de combustível e facilidade de iniciar o motor
Baixo custo operacional e manutenção
VFP t
Motor ideal
Características do motor ideal Motores a combustão interna
Motores a gasolina e motores diesel
Ciclos de 4 tempo:
Admissão
Compressão
Ignição
Exaustão
Os pistões movimentam o eixo do motor
Virabrequim ou árvore de manivelas
Compressão grande, combustível inflama
Motor diesel:
mais leve e consome 25% menos combustível
Motor diesel
Características dos motores diesel Velocidade determinada pelas características do motor
Potência, torque e consumo
Motor projetado para funcionar
Acima velocidade mínima,
“marcha lenta”
Abaixo velocidade máxima,
sistema arrefecimento não é
capaz de dissipar o calor
Motor diesel
Características dos motores diesel Torque diminui com o aumento
da rotação, pois diminui a
pressão na câmara
Uso de transmissão e reduções
Motor diesel
Características da transmissão Locomotivas, transmissão elétrica com potência
constante
Peso elevado dos componentes
Transmissão mecânica, sistema de eixos e
engrenagens
Semi-eixos motrizes
Rodas giram com velocidades diferentes
Redução no diferencial é fixa em automóveis, pode ser
variável em caminhões e “off road”
Aplicada ao eixo cardan, por exemplo 5,9:1
Motor diesel
Força Motriz
Dois fatores limitam o desempenho Força motriz máxima que o atrito roda-via pode
suportar
Força motriz máxima obtida pelo torque do motor
Função da potência e velocidade do veículo
Menor dentre as força determina o
desempenho
Força Motriz
VELOCIDADE DO VEÍCULO Motor opera com velocidades muito altas
Transmissão reduz a rotação do motor para a velocidade desejada
Velocidade calculada em função da rotação do motor:
1000
60 D
gg
NV
dt
V: velocidade do veículo [km/h]
N: número de revoluções por minuto do motor [rpm]
gt: fator de redução da caixa de câmbio
gd: fator de redução do diferencial
D: diâmetro do pneu [m]
Força Motriz
Força motriz produzida pelo motor
V
PFt 3600
Ft: força de propulsão [N]
: eficiência de transmissão (em torno de 0,82)
P: potência [kW]
V: velocidade [km/h]
Potência determinada em função da rotação do
motor, dentro da faixa de operação (gráfico de
desempenho do motor)
Força Motriz
Limite de aderência Esforço trator máximo que pode ser desenvolvido
depende do coeficiente de atrito
dt TfFmáx
Ftmáx: força de propulsão [N]
f: coeficiente de aderência
Td: peso do eixo motriz ou peso aderente [N]
Força Motriz
Tração
V
P
Tf
mínFd
t3600
Resistência ao Movimento
Forças contrárias ao movimento
Resistências de veículos rodoviários:
Resistência ao rolamento
Deformação roda-via no ponto de contato
Resistência aerodinâmica
Deslocamento do veículo na atmosfera terrestre
Resistência de rampa
Ação da gravidade terrestre sobre o veículo
Resistência ao Movimento
Resistência total
gar RRRR
R: resistência total ao movimento [N]
Rr: resistência ao rolamento [N]
Ra: resistência aerodinâmica [N]
Rg: resistência de rampa [N]
Rb: resistência básica (Rr+Ra) [N]
Resistência ao Movimento
Resistência ao rolamento Quatro fontes:
Deformação elástica do pneu na região de contato
Penetração do pneu no solo
Escorregamento adicional nas curvas
Circulação de ar dentro do pneu e no entorno da roda
Mais rígidos a roda e o pavimento, menor a deformação
e conseqüentemente a resistência
Resistência ao Movimento
Resistência ao rolamento Fórmula de Davis [1910]
GVccRr 21
c1 = 7,6 (pneumáticos em rodovias pavimentadas)
c2 = 0,056
Rr: resistência ao rolamento [N]
G: peso do veículo [kN]
V: velocidade do veículo [km/h]
c1: constante que incorpora o efeito da deformação do pneu e da via
c2: constante que incorpora o efeito dos outros fatores
Resistência ao Movimento
Resistência aerodinâmica Atua sobre todo veículo que se desloca na atmosfera
Em altas velocidades, essa resistência tem impacto
significativo
Projetistas de veículos esportivos e carros esportivos
Eficiência aerodinâmica = economia de combustível
Resistência ao Movimento
Resistência aerodinâmica
2
2
1VAC
gR Da
Ra: resistência aerodinâmica[N]
: densidade do ar [kg/m³]
CD: coeficiente de arrasto
A: área frontal do veículo [m²]
V: velocidade [km/h]
Resistência ao Movimento
Resistência aerodinâmica
2VAcR aa
Ra: resistência aerodinâmica [N]
ca: coeficiente de penetração aerodinâmico
A: área frontal do veículo [m²]
V: velocidade [km/h]
Resistência ao Movimento
Resistência básica (inerente) Sempre existirá
2
21 VAcGVccR ab
arb RRR
Rb: resistência básica ou inerente [N]
Rr: resistência ao rolamento [N]
Ra: resistência aerodinâmica[N]
Resistência de rampa
Resistência ao Movimento
100
iGRg
Rg: resistência de rampa [kN]
G: peso do veículo [kN]
i: declividade da rampa [% ou m/100m]
Velocidade de Equilíbrio
Determinação da velocidade de equilíbrio Esforço trator igual a resistência ao movimento
RFt
gart RRRF
Velocidade de Equilíbrio
Determinação da velocidade de equilíbrio
Frenagem
É um dos aspectos mais importantes do
desempenho veicular
Comportamento durante frenagem: Projeto de rodovias
Distância de visibilidade
Projeto de interseções
Frenagem
Distância mínima de frenagem Modelo simplificado
Limite de frenagem (aderência)
0td ff FFaM
0 fFaM
M: massa do veículo [kg]
a: desaceleração de frenagem [m/s²]
Ffd: força de frenagem no eixo dianteiro [N]
Fft: força de frenagem no eixo traseiro [N]
Ff: força de frenagem [N]
fGFmáxf
Frenagem
Distância mínima de frenagem Modelo simplificado
Limite de frenagem (aderência)
Desaceleração máxima
fGFmáxf
M
fgM
M
fG
M
Fa máxf
máx
fgamáx
Frenagem
Distância mínima de frenagem Modelo simplificado
Distância mínima
fg
vv
ad
máx
mín
22
12
02
0
dmín: distância mínima de frenagem [m]
v0: velocidade inicial [m/s]
g: aceleração da gravidade [m/s²]
f: coeficiente de aderência
f
VD
254
2
D: distância mínima de frenagem [m]
V: velocidade inicial [km/h]
f: coeficiente de aderência
Frenagem
Distância mínima de frenagem Modelo simplificado
Declive
Aclive
D: distância mínima de frenagem [m]
V: velocidade inicial [km/h]
f: coeficiente de aderência
m: declividade da rampa [m/100m]
0sen fFGaM
0sen fFGaM
Frenagem
Eficiência de frenagem
fg
af
f: eficiência de frenagem
a: desaceleração máxima sem travamento das rodas
g: aceleração da gravidade
f: coeficiente de aderência
Estabilidade lateral
Equilíbrio de forças que atuam no veículo em
movimento circular
Escorregamento
Tombamento
Estabilidade lateral
Equilíbrio de forças que atuam no veículo em
movimento circular
Escorregamento M.ac> Fyi+Fye
)(127min
2
fe
VR
Estabilidade lateral
Equilíbrio de forças que atuam no veículo em
movimento circular
Tombamento M.ac< Fyi+Fye
R
Vac
2
)( fegac