mecânismo de direção e suspensão

7/27/2019 Mecnismo de direo e suspenso

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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASILENGENHARIA MECNICA AUTOMOTIVA

MECANISMOS DE DIREO E

SUSPENSO

Professor Gertz

Jack Pogorelsky Jr

Novembro de 2004


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- 3 -

RESUMO

O Mini-Baja possui uma suspenso atual, e a proposta do trabalho encontrar meiosde endurece-la.

Um mecanismo de suspenso composto basicamente de: molas, amortecedores ebarras estabilizadoras.

Existem diversos tipos de suspenso, entre eles: Eixo Rgido, De Dion, McPherson eEixo de Toro.

Com base no Captulo 10 do Livro Elementos de Mquinas de Sarkis Melconianobteve-se todos os parmetros das molas da suspenso atual do Mini-Baja.

Foram realizados 3 casos de endurecimento da suspenso, aumentando o dimetrodo arame da mola, o que gerou um aumento na sua constante elstica.


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INTRODUO

A suspenso tem a funo de evitar que as irregularidades do piso sejam transmitidaspara o veculo e do veculo para os passageiros.

Alm da funo de permitir conforto aos passageiros a suspenso tem um outroobjetivo importante, o de manter as rodas em posies favorveis nas retas e nas curvas. Almde manter as rodas no solo, independente da intensidade da irregularidade.

O Mini-Baja possui uma suspenso atual, e a proposta do trabalho encontrar meiosde endurece-la.


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MECANISMOS DE SUSPENSO

Texto baseado no texto de Bob Sharp e Fabrcio Samah no site Best Cars Web Site.

Componentes da Suspenso

Molas: H dois tipos bsicos de molas, a mecnica e a pneumtica.So trs a molas mecnicas usadas em automveis . A de Flexo, em que uma lmina

ou mais juntas se flexionam, a de toro, situao descrita pelo prprio nome, e a helicoidal,que pode ser considerada uma mola de toro enrolada.

A mola pneumtica aproveita a compressibilidade do ar em um invlucro flexvel, masencarece o produto, uma vez que requer uma bomba de ar para manter a presso. Sua grandevantagem permitir, sem dificuldade construtiva, variar a altura da suspenso ao gosto domotorista ou a convenincia do momento.

Amortecedores: o amortecedor existe para que haja controle dos movimentos dasuspenso. No serve para absorver choques, embora ajude a evitar que uma suspensochegue ao fim de curso, nos impactos de mdia intensidade da roda contra um buraco ouobstculo.

Seu principio de funcionamento a dificuldade que um liquido tem em passar pororifcios de pequeno dimetro.Barra Estabilizadora: preso dos dois lados da suspenso, controla a rolagem e tem

um efeito colateral positivo, permite molas mais macias, para ganho em conforto ao transporirregularidades em linha reta.

Tipos de Suspenso

Eixo Rgido: O tipo mais antigo e simples de suspenso.Consiste em um eixo ligando as rodas e fixado ao chassi, com interpolao de uma

mola transversal ou duas longitudinais.Sua simplicidade oferece vantagens de baixo custo, robustez, ausncia de manuteno

(no requer alinhamento de cmber jamais) e, quando aplicado a traseira, a propriedade demanter as rodas sempre verticais em curvas. No entanto, fcil perceber seu maiorinconveniente: a total dependncia entre as rodas do mesmo eixo faz toda oscilao sofrida porum lado chegue ao outro, o que perturba o comportamento.

De Dion: em um eixo rgido motriz, mas com diferencial fixado ao chassi e no aoeixo, soluo bem superior ao eixo tradicional pela questo de massa no-suspensa e maisainda em relao ao semi-eixo oscilante. O movimento do diferencial chega as rodas por semi-rvores.

McPherson: Trata-se de um sistema simples e eficiente de suspenso independente.Sua disposio tpica consiste em uma coluna telescpica com mola helicoidal e amortecedorconcntricos (a mola est enroladaem torno do amortecedor), fixa na parte superior por ummancal, e um brao transversal na parte inferior.

Eixo de Toro: A idia nasceu em 1934 com o Citroen 7/11. Alm de o meio elstico

ser uma barra de toro, o prprio eixo primeiro tubular e logo depois de seo cruciforme podia se torcer e, com isso, proporcionar alguma independncia entre as rodas traseiras. Oefeito era parecido, mas o custo era bem mais baixo do que em uma suspenso independentena acepo da palavra.

Braos Sobrepostos: Talvez o mais antigo sistema de suspenso independente,permanece em uso em muitos modelos por causa de uma grande virtude: a possibilidade decontrole perfeito da posio da roda por todo o curso da suspenso, inclusive compensando osefeitos da rolagem.

Consiste em dois braos de comprimentos desiguais (o inferior mais longo, triangularesou no, montados em planos sobrepostos da o nome. O superior geralmente poucoinclinado para o centro do veculo, parte do processo de compensar a rolagem nas curvas,mantendo a roda externa na vertical.


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SUSPENSO ATUAL

Com base no Captulo 10 do Livro Elementos de Mquinas de Sarkis Melconianobteve-se todos os parmetros das molas da suspenso atual do Mini-Baja.

Suspenso Dianteira Atual

Tipo: Mola HelicoidalMaterial: Ao SAE 1065Mdulo de Elasticidade Transversal do Material, G: 78400N/mm2Dimetro do Arame, da: 20mmDimetro Mdio da Mola, dm: 80mmNmero de Espiras Ativas, na: 8 espirasNmero de Espiras Total, nt: 10 espirasMassa Total do Veculo, m = 275kg

1. Fora Mxima Aplicada em cada roda da Suspenso Dianteira do Veculo, F:

NsmkggmF 75,2697/81,92752

===

Onde:F a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso dianteira do veculo, em Nm a massa total do veculo, em kgg a acelerao da gravidade, em m/s2

2. Centro de Curvatura, C:

420

80 ===mm

mmd

dC

a

m

Onde:C o centro de curvatura, adimensionaldm o dimetro mdio da mola, em mmda o dimetro do arame, em mm

3. Fator de Wahl, kw:

40375,14

615,0

444

144615,0

44

14=+

=+

=

CC

Ckw

Onde:kw o fator de Wahl, adimensional

C o centro de curvatura, adimensional

4. Tenso de Cisalhamento Atuante, :

2

33/434,96

20

802697,75840375,1

8mmN

mm

mmN

d

dFk

a

mw =

=

=

Onde:F a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso dianteira do veculo, em N a tenso de cisalhamento, em N/mm2dm o dimetro mdio da mola, em mm

da o dimetro do arame, em mmkw o fator de Wahl, adimensional


7/22

- 7 -

5. Deflexo por Espira Ativa,

an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa881,0

7840020

475,269788

2

33

=

=

=

Onde:

an

a deflexo por espira ativa, em mm/espira ativa

da o dimetro do arame, em mmF a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso dianteira do veculo, em NC o centro de curvatura, adimensionalG o mdulo de elasticidade transversal do material, em N/mm2

6. Passo da Mola, p:

mmmmmmn

dpa

a 013,21881,015,12015,1 =+=+=

Onde:p o passo da mola, em mmda o dimetro do arame, em mm

an

a deflexo por espira ativa, em mm

7. Comprimento da Mola, L:

mmmmdnpL aa 104,2082028013,212 =+=+=

Onde:L o comprimento da mola, em mmp o passo da mola, em mmda o dimetro do arame, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional

8. Comprimento da Mola Fechada, Lf:

( ) ( ) mmmmndL aaf 20028202 =+=+=

Onde:Lf o comprimento da mola fechada, em mmda o dimetro do arame, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional

9. Deflexo Mxima da Mola, mx:

mmLL f 104,8200104,208 ===

Onde:mx a deflexo mxima da mola, em mm


8/22

- 8 -

Lf o comprimento da mola fechada, em mmL o comprimento da mola, em mm

10. Carga Mxima Atuante na Mola Fechada, Fmx:

Nmm

Nmmmm

nCGdFa

amxmx 313,3102

848

7840020104,8

83

2

3 =

==

Onde:Fmx a carga mxima atuante na mola fechada, em Nmx a deflexo mxima da mola, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensionalda o dimetro do arame, em mmC o centro de curvatura, adimensionalG o mdulo de elasticidade transversal do material, em N/mm2

11. Tenso Mxima Atuante na Mola Fechada,

mx:

mmmm

N

d

kCF

a

wmxmx 896,110

20

40375,14313,31028822

=

=

=

Onde:mx a tenso mxima atuante na mola fechada, em NFmx a carga mxima atuante na mola fechada, em NC o centro de curvatura, adimensionalda o dimetro do arame, em mmkw o fator de Wahl, adimensional

12. Deflexo da Mola, :

mmmmnmmmmn

a

a

048,78881,0881,0881,0 ====

Onde: a deflexo da mola, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional

13. Constante Elstica da Mola, k:

mmNmm

NFk 768,382048,7

75,2697

===

Onde:k a constante elstica da mola, em N/mm a deflexo da mola, em mmF a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso dianteira do veculo, em N

14. ngulo de Inclinao da Espira, :

( )'474783,480

013,21arctanarctan =

=

=

mm

mm

d

p

m

Onde:


9/22

- 9 -

o ngulo de inclinao da espira, em grausp o passo da mola, em mmdm o dimetro mdio da mola, em mm

Suspenso Traseira Atual


1. Fora Mxima Aplicada em cada roda da Suspenso Traseira do Veculo, F:

NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===

Onde:F a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso traseira do veculo, em Nm a massa total do veculo, em kgg a acelerao da gravidade, em m/s2


7,320

74 ===mm

mmd

dC

a

m

Onde:C o centro de curvatura, adimensionaldm o dimetro mdio da mola, em mmda o dimetro do arame, em mm


44400,17,3

615,0

47,34

17,34615,0

44

14=+

=+

=

CC

Ckw

Onde:kw o fator de Wahl, adimensionalC o centro de curvatura, adimensional

4. Tenso de Cisalhamento Atuante, :

2

33/201,89

20

742697,75840375,1

8mmN

mm

mmN

d

dFk

a

mw =

=

=

Onde:F a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso traseira do veculo, em N a tenso de cisalhamento, em N/mm2dm o dimetro mdio da mola, em mmda o dimetro do arame, em mmk

w o fator de Wahl, adimensional


10/22

- 10 -


an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa697,0

7840020

7,375,269788

2

33

=

=

=

Onde:

an

a deflexo por espira ativa, em mm/espira ativa

da o dimetro do arame, em mmF a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso traseira do veculo, em NC o centro de curvatura, adimensionalG o mdulo de elasticidade transversal do material, em N/mm2


mmmmmmn

dpa

a 802,20697,015,12015,1 =+=+=

Onde:p o passo da mola, em mmda o dimetro do arame, em mm

an

a deflexo por espira ativa, em mm


mmmmdnpL aa 218,2272029802,202 =+=+=

Onde:L o comprimento da mola, em mmp o passo da mola, em mmda o dimetro do arame, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional


( ) ( ) mmmmndL aaf 22029202 =+=+=

Onde:Lf o comprimento da mola fechada, em mmda o dimetro do arame, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional


mmLL f 218,7220218,227 ===

Onde:

mx a deflexo mxima da mola, em mm

Lf o comprimento da mola fechada, em mmL o comprimento da mola, em mm


11/22

- 11 -


NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 311,3103

97,38

7840020218,7

83

2

3=

=

=

Onde:Fmx a carga mxima atuante na mola fechada, em Nmx a deflexo mxima da mola, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensionalda o dimetro do arame, em mmC o centro de curvatura, adimensionalG o mdulo de elasticidade transversal do material, em N/mm2

11. Tenso Mxima Atuante na Mola Fechada, mx:

mmmm

N

d

kCF

a

wmx

mx 554,10520

44400,17,3311,310388

22=

=

=

Onde:mx a tenso mxima atuante na mola fechada, em NFmx a carga mxima atuante na mola fechada, em NC o centro de curvatura, adimensionalda o dimetro do arame, em mmkw o fator de Wahl, adimensional


mmmmnmmmmn aa 273,69697,0697,0697,0 ====

Onde: a deflexo da mola, em mmna o nmero de espiras ativas, em adimensional


mmN

mm

NFk 057,430

273,6

75,2697===

Onde:k a constante elstica da mola, em N/mm a deflexo da mola, em mmF a fora mxima aplicada em cada roda da suspenso traseira do veculo, em N

14. ngulo de Inclinao da Espira, :

( )'195113,574

802,20arctanarctan =

=

=

mm

mm

d

p

m

Onde:

o ngulo de inclinao da espira, em grausp o passo da mola, em mm

dm o dimetro mdio da mola, em mm


12/22

- 12 -

SUSPENSO ENDURECIDA CASO 1

Com base no Captulo 10 do Livro Elementos de Mquinas de Sarkis Melconianobteve-se a constante da mola para o caso 1 da suspenso endurecida.

O arame utilizado atualmente tem o dimetro de 20mm, para o caso 1 foi utilizado22,5mm.

Suspenso Dianteira

Tipo: Mola HelicoidalMaterial: Ao SAE 1065Mdulo de Elasticidade Transversal do Material, G: 78400N/mm2Dimetro do Arame, da: 22,5mmDimetro Mdio da Mola, dm: 80mmNmero de Espiras Ativas, na: 8 espirasNmero de Espiras Total, nt: 10 espirasMassa Total do Veculo, m = 275kg


NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


56,35,22

80 ===mm

mmd

dC

a

m


46572,156,3

615,0

456,34

156,34615,0

44

14

=+

=+

= CC

C

kw


an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa552,0

784005,22

56,375,269788

2

33

=

=

=


mmmmmmn

dpa

a 135,23552,015,15,2215,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 080,2305,2228135,232 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 225285,222 =+=+=



13/22

- 13 -

mmLL f 080,5225080,230 ===


NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 361,3103

856,38

784005,22080,5

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

416,48552,0552,0552,0 ====


mmNmm

NFk 903,610

416,4

75,2697

===

Suspenso Traseira

Tipo: Mola HelicoidalMaterial: Ao SAE 1065Mdulo de Elasticidade Transversal do Material, G: 78400N/mm2Dimetro do Arame, da: 22,5mmDimetro Mdio da Mola, dm: 74mmNmero de Espiras Ativas, na: 9 espirasNmero de Espiras Total, nt: 11 espirasMassa Total do Veculo, m = 275kg


NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


29,35,22

74 ===mm

mmd

dC

a

m


51444,129,3

615,0

429,34

129,34615,0

44

14=+

=+

=

CC

Ckw


an

:

mm

mm

Nmm

N

Gd

CF

n aa436,0

784005,22

29,375,269788

2

33

=

=

=



14/22

- 14 -

mmmmmmn

dpa

a 001,23436,015,15,2215,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 009,2525,2229001,232 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 5,247295,222 =+=+=


mmLL f 509,45,247009,252 ===

9. Carga Mxima Atuante na Mola Fechada, F

mx:

NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 120,3102

929,38

784005,22509,4

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

924,39436,0436,0436,0 ====


mmN

mm

NFk 500,687

924,3

75,2697===


15/22

- 15 -



O arame utilizado atualmente tem o dimetro de 20mm, para o caso 2 foi utilizado25mm.

Suspenso Dianteira



NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


2,325

80 ===mm

mmd

dC

a

m


53310,12,3

615,0

42,34

12,34615,0

44

14

=+

=+

= CC

C

kw


an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa361,0

7840025

2,375,269788

2

33

=

=

=


mmmmmmn

dpa

a 415,25361,015,12515,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 320,2532528415,252 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 25028252 =+=+=



16/22

- 16 -

mmLL f 320,3250320,253 ===


NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 875,3102

82,38

7840025320,3

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

888,28361,0361,0361,0 ====


mmNmm

NFk 124,934

888,2

75,2697

===

Suspenso Traseira



NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


96,225

74 ===mm

mmd

dC

a

m


59042,196,2

615,0

496,24

196,24615,0

44

14=+

=+

=

CC

Ckw


an

:

mm

mm

Nmm

N

Gd

CF

n aa286,0

7840025

96,275,269788

2

33

=

=

=



17/22

- 17 -

mmmmmmn

dpa

a 329,25286,015,12515,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 961,2772529329,252 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 0,27529252 =+=+=


mmLL f 961,20,275961,277 ===

9. Carga Mxima Atuante na Mola Fechada, F

mx:

NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 042,3108

996,28

7840025961,2

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

574,29286,0286,0286,0 ====


mmN

mm

NFk 077,1048

574,2

75,2697===


18/22

- 18 -



O arame utilizado atualmente tem o dimetro de 20mm, para o caso 2 foi utilizado28mm.

Suspenso Dianteira



NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


86,228

80 ===mm

mmd

dC

a

m


61826,186,2

615,0

486,24

186,24615,0

44

14

=+

=+

= CC

C

kw


an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa230,0

7840028

86,275,269788

2

33

=

=

=


mmmmmmn

dpa

a 265,28230,015,12815,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 120,2822828265,282 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 28028282 =+=+=



19/22

- 19 -

mmLL f 120,2280120,282 ===


NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 364,3108

886,28

7840028120,2

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

840,18230,0230,0230,0 ====


mmNmm

NFk 168,1466

840,1

75,2697

===

Suspenso Traseira



NsmkggmF 75,2697/81,9275 2 ===


64,228

74 ===mm

mmd

dC

a

m


69027,164,2

615,0

464,24

164,24615,0

44

14=+

=+

=

CC

Ckw


an

:

mm

mmNmm

N

Gd

CF

n aa181,0

7840028

64,275,269788

2

33

=

=

=



20/22

- 20 -

mmmmmmn

dpa

a 208,28181,015,12815,1 =+=+=


mmmmdnpL aa 872,3092829208,282 =+=+=


( ) ( ) mmmmndL aaf 0,30829282 =+=+=


mmLL f 872,10,308872,309 ===


NmmNmmmm

nC

GdF

a

amxmx 956,3101

964,28

7840028872,1

83

2

3=

=

=


mmmmnmmmmn

a

a

629,19181,0181,0181,0 ====


mmN

mm

NFk 077,1656

629,1

75,2697===


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- 21 -

CONCLUSO

O Mini-Baja possui uma suspenso atual, e a proposta do trabalho foi de endurece-la.Primeiramente obteve-se todos os parmetros das molas da suspenso atual do Mini-Baja,como: Tipo, Material, Mdulo de Elasticidade Transversal do Material, Dimetro do Arame,Dimetro Mdio da Mola, Nmero de Espiras Ativas e Nmero de Espiras Total e Massa Totaldo Veculo. Partindo desses dados calculou-se a Fora Mxima Aplicada em cada roda daSuspenso Dianteira do Veculo, Centro de Curvatura, Fator de Wahl, Tenso de CisalhamentoAtuante, Deflexo por Espira Ativa, Passo da Mola, Comprimento da Mola, Comprimento daMola Fechada, Deflexo Mxima da Mola, Carga Mxima Atuante na Mola Fechada, TensoMxima Atuante na Mola Fechada, Deflexo da Mola, Constante Elstica da Mola e ngulo deInclinao da Espira.

Para endurecer a suspenso utilizou-se 3 casos diferentes, em cada um deles oarame tinha o seu dimetro aumentado, o que gerava um aumento na constante elstica damola.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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mecânismo de direção e suspensão

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