projeto de sistema de tração e suspensão traseira de veículo
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CENTRO UNIVERSITRIO POSITIVO
PROJETO DE SISTEMA DE TRAO E SUSPENSO TRASEIRA DE VECULO
COM TRAO ELTRICA PARA PEQUENAS CARGAS
CURITIBA
2006
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MAURO PALLU
PROJETO DE SISTEMA DE TRAO E SUSPENSO TRASEIRA DE VECULO
COM TRAO ELTRICA PARA PEQUENAS CARGAS
Monografia apresentada para obteno do titulo de Engenharia Mecnica, no Curso de Graduao em Engenharia Mecnica no Centro Universitrio Positivo.
Orientador: Prof. Cludio Carreiro
CURITIBA
2006
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SUMRIO
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................iii
LISTA DE TABELAS .................................................................................................iv
LISTA DE SMBOLOS ................................................................................................v
RESUMO..................................................................................................................viii
RESUMO..................................................................................................................viii
1 INTRODUO .........................................................................................................1
1.1 OBJETIVO GERAL................................................................................................3
1.2 DESCRIO DOS CAPTULOS ...........................................................................5
2 REVISO BIBLIOGRFICA ....................................................................................6
3 HISTRIA DO VECULO ELTRICO ......................................................................7
4 DINMICA VEICULAR ..........................................................................................10
4.1 CARGAS DINMICAS DO EIXO.........................................................................10
4.2 SUSPENSO ......................................................................................................12
4.2.1 Suspenses de eixo rgido ...............................................................................13
4.2.2 Isolamento de vibrao.....................................................................................15
4.2.3 Transmisso de vibrao..................................................................................17
4.3 MOLA ..................................................................................................................19
4.3.1 Molas de lminas..............................................................................................19
4.4 CHASSI ...............................................................................................................22
5 EQUACIONAMENTO PARA UNIES PARAFUSADAS.......................................24
5.1 TENSO DE CISALHAMENTO...........................................................................24
5.2 TENSO DE TRAO........................................................................................25
6 EQUACIONAMENTO PARA UNIES SOLDADAS..............................................29
6.1 CLCULO DE ESFOROS.................................................................................29
7 APRESENTAO DO PROJETO DO CHASSIS..................................................31
8 DIMENSIONAMENTO DA SUSPENSO TRASEIRA...........................................35
8.1 DETERMINAO DAS FORAS........................................................................35
8.2 DETERMINAO DO CONFORTO....................................................................39
8.3 DIMENSIONAMENTO DAS PEAS....................................................................39
8.4 DIMENSIONAMENTO DAS UNIES SOLDADAS..............................................45
9 CONCLUSO ........................................................................................................48
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .........................................................................49
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iii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 VECULO AERODINMICO MOVIDO POR DUAS BATERIA DE 12 VOLTS................................................................................................................. 7
FIGURA 2 ITAIPU.................................................................................................... 9 FIGURA 3 FORAS ARBITRRIAS QUE AGEM EM UM VECULO.................... 11 FIGURA 4 SUSPENSES DE EIXO RGIDO ....................................................... 13 FIGURA 5 FEIXE DE MOLA SEMI-ELPTICA DO INSTALADA NO CHASSI DO
CAMINHO ....................................................................................................... 14 FIGURA 6 SUSPENSES DE QUATRO LIGAES........................................... 14 FIGURA 7 SUSPENSO MODELO DE DION ...................................................... 14 FIGURA 8 DIAGRAMA DO SISTEMA DE ISOLAMENTO DE VIBRAO ........... 15 FIGURA 9 RELAO ENTRE AS FREQNCIAS .............................................. 18 FIGURA 10 TIPO DE MOLA DE SUSPENSO .................................................... 20 FIGURA 11 TENSO DE CISALHAMENTO ......................................................... 24 FIGURA 12 FORA DE PR-CARREGAMENTO E DEFLEXES INICIAIS........ 26 FIGURA 13 CARGA-DEFLEXO E FORAS RESULTANTES............................ 27 FIGURA 14 SOLDA POR CORDES ................................................................... 30 FIGURA 15 VECULO ELTRICO DO UNICENP ................................................. 31 FIGURA 16 MDULO DIANTEIRO....................................................................... 32 FIGURA 17 MDULO CENTRAL.......................................................................... 33 FIGURA 18 MDULO TRASEIRO ........................................................................ 33 FIGURA 19 CONFIGURAO MODULAR DO CHASSIS.................................... 34 FIGURA 20 CARREGAMENTO EM UM VECULO............................................... 36 FIGURA 21 CENTRO DE GRAVIDADE................................................................ 37 FIGURA 22 DIAGRAMA DA FORA LATERAL.................................................... 38 FIGURA 23 GRAMPO DE FIXAO DO EIXO NO FEIXE DE MOLA.................. 41 FIGURA 24 SUPORTE DA MOLA......................................................................... 44 FIGURA 25 SUPORTE DA MOLA......................................................................... 44 FIGURA 26 CONFIGURAO DE FORAS ........................................................ 45 FIGURA 27 SUPORTE ANTERIOR DO CONJUNTO DA MOLA .......................... 46 FIGURA 28 SUPORTE POSTERIOR DO CONJUNTO DA MOLA........................ 47
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iv
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - VALORES EXPERIMENTAIS RELATIVOS A MOLAS DE LMINA DE AO (KGF/CM2). ............................................................................................... 21
TABELA 2 - COEFICIENTE Q1/Q2 RELATIVOS A MOLAS DE BARRAS DE FLEXO. ........................................................................................................... 22
TABELA 3 - PROPRIEDADE DE FLEXO DE SOLDAS DE FILETE ...................... 30
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v
LISTA DE SMBOLOS
a Acelerao - m/s
A rea - m
Ab rea efetiva de contato - mm
ac Altura do cordo de solda - mm
At rea sujeita a tenses normais - mm
ax Acelerao - m/s
b Largura - mm
b0 Largura inicial - mm
Bv Fora de atrito - kgf
c distncia - mm
C constante de junta - adimensional
c amortecimento - kgf.s/m
cc amortecimento crtico - kgf.s/m
CG Centro de gravidade - adimensional
d comprimento - mm
d dimetro - mm
D dimetro - mm
DA fora aerodinmica - kgf
dh Distncia do reboque at o eixo traseiro - m
e Espessura - mm
E Mdulo de elasticidade - Mpa
Em Mdulo de elasticidade do material - Mpa
e0 Espessura inicial - mm
f flecha - mm
F Fora - kgf
Fb Fora no parafuso - kgf
FCG Fora lateral no centro de gravidade - kgf
Fi Pr-carga - kgf
Fm Fora no material - kgf
Fn freqncia natural - Hz
FRa Fora lateral no eixo dianteiro - kgf
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vi
FRb Fora lateral no eixo traseiro - kgf
Fxf Fora de trao no eixo dianteiro - kgf
Fxr Fora de trao no eixo traseiro - kgf
F' Fora cisalhamento primrio - kgf
F" Fora cisalhamento secundrio - kgf
F0 Fora inicial - kgf
g Acelerao da gravidade - m/s
h Altura - mm
ha Altura da fora aerodinmica - m
hh Altura do reboque - m
h0 Altura inicial - mm
Iu Momento de inrcia- mm4
J Momento de inrcia - m4
K Constante da mola - N.m
kb Rigidez do parafuso - kgf/cm
km Rigidez da junta - kgf/cm
kx Fora de restaurao - kgf
L Comprimento - mm
Ls Comprimento da parte sem rosca - mm
Lt Comprimento da zona de sujeio - mm
L8 distancia do centro de gravidade ao eixo dianteiro - m
l Largura do cordo de solda - mm
m Massa do corpo - kg
M Momento fletor
n Nmero de mola no feixe - adimensional
P Carga - kgf
Pb Carga absorvida pelo parafuso - kgf
Pm Carga absorvida pelo material - kgf
q1 e q2 Coeficientes - adimensional
Ra Resultante no ponto a - kgf
Rb Resultante no ponto b - kgf
Rhx Fora de arrasto do reboque - kgf
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vii
Rhz Fora do peso do reboque - kgf
Rxf Fora de resistncia no eixo dianteiro - kgf
Rxr Fora de resistncia no eixo traseiro - kgf
t Tempo - t
V Velocidade - m/s
W Peso do veculo - kgf
Wf Peso no eixo dianteiro - kgf
Wr Peso no eixo traseiro - kgf
x Distncia - m
xp Equao particular do movimento vibratrio
z Nmero de parufsos - adimensional
ngulo de inclinao da pista -
Tenso normal - kgf/cm
a Tenso alternvel - kgf/cm
ad Tenso admissvel - kgf/cm
adm Tenso admissvel - kgf/cm
e Tenso de escoamento - kgf/cm
m Tenso mdia - kgf/cm
r Tenso de ruptura - kgf/cm
Tenso - kgf/cm
adm Tenso admissvel - kgf/cm
Fy Somatrio das foras no eixo y - kgf
Ma Somatrio dos monento em relao ao ponto a - kgf.m
m Tenso normal mdia - kgf/cm
Ma Somatrio dos momentos em realo a ponto a - kgf.m
r Tenso de ruptura - kgf/cm
Freqncia de excitao - Hz
n Freqncia natural - Hz
d Freqncia natural amortecida - Hz
fator de amortecimento - adimensional
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RESUMO
Este trabalho trata do desenvolvimento do projeto da suspenso traseira de um veculo de trao eltrica. Conceitos de dinmica veicular e de anlise de tenses so empregados para o dimensionamento dos principais componentes desta suspenso. Uma proposta de um sistema modular para o chassis deste veculo tambm apresentada. So realizados o levantamento de cargas a determinao das variveis de rigidez de mola e coeficiente de amortecimento e idias para que a suspenso apresente um bom conforto ao veculo. So apresentados, tambm, os clculos relativos ao dimensionamento do feixe de mola, grampo da suspenso, pino de conexo da suspenso ao chassis, a unio parafusada entre a mola e o chassis e a junta soldada do suporte de fixao da mola ao chassis. O modelo 3D da suspenso traseira deste veculo, resultante do processo de dimensionamento, apresentado ao final do trabalho.
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1 INTRODUO
No Incio da dcada de 60 comeou-se a tomar conscincia sobre o meio
ambiente e sobre a poluio que os homens e as mquinas produzem. O efeito
estufa, causado principalmente pela emisso de gases dos veculos de combusto
interna, um dos grandes alavancadores das mudanas climticas que tem a sua
origem no desequilbrio trmico global. Estas preocupaes com o meio ambiente
que impulsionaram o desenvolvimento de fontes energticas alternativas para a
reduo ou a eliminao da emisso de gases na atmosfera.
A indstria automobilstica vem fazendo a sua parte neste processo de
preservao no agresso ao meio ambiente por intermdio do desenvolvimento de
motores a combusto interna menos poluentes. Neste sentido destaca-se a aplicao
das injees eletrnicas. Tais sistemas so capazes de gerenciar a quantidade de
combustvel injetada a cada ciclo com mais preciso, diminuindo com isso, a emisso
de gases txicos, pois a queima de combustvel na cmara de combusto torna-se
mais eficiente.
Um outro caminho que a indstria automobilstica est explorando a
utilizao de veculos hbridos. Estes veculos possuem um motor de combusto
interna que alimenta um gerador, que por sua vez, alimenta motores eltricos e um
conjunto de baterias. Em funo do local onde transita, o motor a combusto pode ser
desligado e o veculo passa a funcionar em um modo puramente eltrico.
Uma outra vertente da indstria automobilstica o desenvolvimento dos
veculos movidos a clula de combustvel. Estes motores funcionam convertendo a
clula de combustvel por um processo eletroqumico produzindo energia qumica, de
uma substncia rica em hidrognio, em energia eltrica. Essa tecnologia
considerada a forma mais limpa de produo de energia, associada a fontes
renovveis com baixas emisses de poluentes, como NO (xido ntrico) e dixido de
carbono, e ausncia de emisses de SO (xido de enxofre).
Os veculos de trao 100% eltrica so totalmente livres de emisso de
gases para a atmosfera. O grande problema destes veculos a armazenagem do
potencial eltrico para prover a propulso motora. Desta forma, at o momento, a sua
aplicao restrita ao transporte de pequenas cargas em curtas distncias.
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Os veculos eltricos apresentam outras vantagens, como:
So pequenos, necessitando de menos espao para trafegarem nas
estradas, reduzindo, desta forma, o congestionamento do trnsito;
Baixo nvel de rudo;
Facilidade de executar manobras;
No necessitam de um sistema de troca de marchas;
Baixo custo de manuteno;
Apresentam elevada confiabilidade;
No emanam gases poluentes para a atmosfera e por tanto podem
operar em ambientes fechados e sem ventilao especial como
armazns, hospitais e shoppings.
A aplicao mais difundida destes veculos no transporte de pessoas em
terminais aeroporturios, na indstria de cosmticos, em campos de futebol e para o
deslocamento dos jogadores de golf.
Uma aplicao no muito conhecida mas em grande crescimento em
instalaes das foras armadas dos Estados Unidos pois, como dito acima, estes
veculos so silenciosos e confiveis, atributos importantes para contribuir com a
segurana de instalaes das foras armadas. Aliado s vantagens mencionadas
acima, os veculos eltricos dispensam a logstica do transporte do combustvel para
o reabastecimento.
O principal componente de um veculo de trao eltrica a bateria, pois esta
que armazena a eletricidade e d o potencial eltrico ao motor, provendo a
capacidade trativa do veculo.
As baterias dos veculos devem ser recarregadas por uma ligao a uma
fonte de energia, que j est disponvel nas residncias. Isto torna este processo fcil
e barato.
Atualmente, os veculos de trao eltrica so vistos freqentemente em
aplicaes em alguns nichos de mercado, pois, a maioria destes veculos so
importados e de alto preo de compra.
A complexidade construtiva deste tipo de veculo no grande. Alguns
componentes principais, como o sistema de direo e a suspenso dianteira e traseira
so os mais importantes, alm, claro, do sistema de controle eltrico. De qualquer
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forma, no h razo tcnica que constitua um impedimento para o desenvolvimento
do projeto de um veculo de trao eltrica com tecnologia 100% nacional.
Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento do projeto da
suspenso traseira de um veculo eltrico, constituindo assim, um primeiro passo para
o projeto completo de um veculo nacional, a fim de preencher o espao existente
nesta lacuna do mercado.
1.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo deste trabalho consiste em estabelecer o projeto conceito de um
carro eltrico, com chassis modular, e apresentar o projeto detalhado da sua
suspenso traseira. Sendo este o primeiro passo na direo do projeto completo de
um veculo de trao eltrica para o transporte de pequenas cargas, contribuindo,
desta forma, para a reduo da emisso de gases nocivos para a atmosfera.
O projeto de um produto um processo iterativo de procura por inovao.
Durante este processo, as decises so tomadas baseando-se em resultados de
pesquisas e em recursos pessoais de criatividade. O ferramental de engenharia
tambm parte integrante deste processo. A combinao final resulta em um produto
funcional, seguro, confivel e de manufatura acessvel.
Para ser possvel o projeto consistente da suspenso traseira do veculo
eltrico, necessrio definir alguns parmetros do projeto do veculo como um todo.
As principais caractersticas deste veculo, do qual o projeto da suspenso
traseira parte constituinte, devem ser:
Flexibilidade de aplicaes, quer para o transporte de carga quer para
o transporte de pessoas;
Alta confiabilidade;
Larga gama de utilizao;
Fcil manufatura (modular);
Baixo preo de venda com o intuito de popularizar a sua utilizao;
No deve oferecer perigo ao usurio durante a sua conduo;
Desempenho condizente com a aplicao para o transporte de cargas
e passageiros em curtas distncias;
Agradvel aspecto visual;
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4
Ter uma conduo fcil e prazerosa.
Alm das caractersticas colocadas acima, que at certo ponto apresentam
uma natureza de avaliao subjetiva, necessrio que sejam definidos alguns
parmetros objetivos de projeto. Tais parmetros tambm sero utilizados no
desenvolvimento do projeto do veculo e da sua suspenso traseira.
As caractersticas tcnicas deste veculo so:
Na condio modular de menor capacidade, o veculo dever ser
capaz de transportar duas pessoas, cada qual com massa de 90kg,
uma carga lquida de 300kg, e mais a massa a sua prpria estrutura
de 60 kg, totalizando 540kg de carga total;
Em uma condio modular de maior capacidade, o veculo dever ser
capaz de transportar seis pessoas, cada qual com 90kg, uma carga
lquida de 300kg com um volume mximo de 300litros, e mais a massa
a sua prpria estrutura de 60 kg totalizando 930kg de carga total;
A sua operao se dar por vias pavimentadas, quer por asfalto ou por
paraleleppedos, com rampa mxima de 6% de inclinao, o que
equivale a um ngulo de 3,4 graus;
Velocidade mxima de operao de 25km/h na condio de plena
carga ou vazio;
Capacidade de executar curvas de raio de 200m na velocidade de
25km/h.
Com o estabelecimento destes critrios de projeto, tanto com natureza de
avaliao subjetiva como de avaliao objetiva, ser possvel tomar-se decises de
projeto como:
Tipo do perfil do chassis: tubular de seo cilndrica ou quadrada;
Material a ser empregado na construo do chassis: ao ou alumnio;
Tipo da suspenso: com molas helicoidais ou com feixe de molas;
Utilizao ou no de amortecedores de vibraes na suspenso;
Proteo contra corroso: por pintura ou por processos eletrolticos;
Material da carroceria: em fibra de vidro ou metlica;
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1.2 DESCRIO DOS CAPTULOS
Este trabalho est dividido da seguinte maneira:
O Captulo 2 apresenta a reviso bibliogrfica. Um breve resumo dos livros
utilizados, fornecendo a fundamentao terica dos assuntos requeridos no
desenvolvimento do veculo, apresentado neste captulo.
O Captulo 3 apresenta a histria do surgimento do veculo eltrico e o motivo
pelo qual no continuou a ser produzido. Este captulo apresenta tambm as causas
que levaram ao ressurgimento do veculo, porm como um veculo alternativo.
No Captulo 4 so apresentados aspectos da dinmica veicular concernentes
ao projeto do veculo, e, em especial, ao projeto da sua suspenso traseira. So
apresentados conceitos referentes a transferncia de peso dinmico nos eixos; tipos
de suspenses; equacionamento para o dimensionamento de feixe de molas, e
noes sobre amortecedores e chassis de veculos.
Os Captulos 5 e 6 apresentam um resumo dos conceitos tericos relativos a
resistncia dos materiais; unies soldadas e unies parafusada, que sero
necessrios para os clculos do projeto de alguns componentes da suspenso do
veculo.
O Captulo 7 mostra o projeto conceito do veculo eltrico com estrutura
modular.
O Captulo 8 traz, em detalhes, os clculos desenvolvidos para o
dimensionamento da suspenso traseira do veculo eltrico proposto neste trabalho.
O Captulo 9 apresenta as concluses deste trabalho.
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2 REVISO BIBLIOGRFICA
NIEMANN (1995) apresenta um contedo abrangente quanto ao
dimensionamento de elementos de mquina isoladamente, como junes e molas.
Representam cada elemento, para dar uma viso ao projetista, os elementos
suficientes para escolha crtica, assim como a noo do tipo de solicitaes e das
influncias necessria para o projeto e clculo.
SHIGLEY (2001) e JUVINALL (1999) trazem a iniciao de estudos de projeto
de engenharia mecnica, servindo como referncia para engenheiros no clculo e
para o projeto. So apresentados fundamentos para o projeto de mquinas e
caractersticas dos principiais tipos de elementos mecnicos. Aspectos tericos
necessrios para o dimensionamento de unies soldadas, unies parafusadas, bem
como o equacionamento para o projeto de molas e amortecedores ricamente
apresentado nesta literatura.
RAO (1995) e GROEHS (2001) apresentam o estudo de mecnica vibratria.
Nestes livros so introduzidos alguns conceitos de transmissibilidade e vibraes
vindas pela base, aspectos estes necessrios para o entendimento do funcionamento
de uma suspenso veicular.
GILLESPIE (1992) e MILIKEN (1999) introduzem os conceitos bsicos da
mecnica que governam a dinmica veicular. Aspectos tericos da dinmica
longitudinal, tambm conhecida como desempenho no longitudinal (acelerao e
frenagem), e noes tericas sobre vrios tipos de suspenses veiculares so bem
trabalhados neste livro.
BEER e JOHNSTON (1995) mostram o estudo da Mecnica dos Materiais,
baseando-se no entendimento de alguns conceitos bsicos e no uso de modelos
simplificados. Este procedimento torna possvel o desenvolvimento de todas as
equaes necessrias, de uma maneira lgica e racional, e mostra, claramente, as
condies em que podem ser aplicadas, com segurana, na anlise e no projeto de
estruturas reais de engenharia e em componentes mecnicos. Cada anlise
baseada em alguns conceitos bsicos, ou seja, em condies de equilbrio de foras
exercidas sobre membros, em relaes existentes entre tenses e deformaes do
material, e em condies impostas pelos apoios e carregamentos em cada membro.
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3 HISTRIA DO VECULO ELTRICO
Os primeiros veculos eltricos surgiram ainda no sculo dezenove, conforme
modelo apresentado na Figura 1, e precederam a inveno do motor de propulso a
gasolina por Daimler e Benz, na Alemanha em 1885.
Antes que esta tecnologia desenvolvida por Daimler e Benz se impusesse at
os nossos dias, eram relativamente prsperas as manufaturas de veculos eltricos e
at mesmo as linhas de nibus eltrico ganhavam espao nas ruas de Londres por
volta de 1886. Estes progressos se tornaram possveis grassas s pesquisas de G.
Trouv, na Frana, em 1881, que vieram permitir a recarga das baterias.
O mpeto desta trajetria inicial dos veculos eltricos ainda perduraria por um
bom tempo, com avanos notveis, como a construo do Jamais Contente pelo
engenheiro belga Camille Jenatzy, em 1899. Um carro eltrico que alcanou a incrvel
velocidade, para a poca, de 100 km/h.
Vale mencionar que, em 1918, na cidade do Rio de Janeiro, foi inaugurada a
linha de nibus eltrico, pela antiga Light and Power Co. Ltd. entre a Praa Mau e o,
ento existente, Palcio Monroe, na outra extremidade da Avenida Rio Branco.
Jornais da poca referiam-se a esta novidade como confortveis nibus de trao
eltrica movida bateria, com rodas de borracha macia, sem barulho, sem vibrao,
fumaa e os inconvenientes da gasolina.
FIGURA 1 VECULO AERODINMICO MOVIDO POR DUAS BATERIA DE 12 VOLTS
FONTE: WIKIPEDIA, 2006
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Apesar destas qualidades apresentadas acima, os veculos eltricos
apresentavam limitaes do tempo de recarga e autonomia das baterias, o que no
se mostraram suficientes para impedir o sucesso iniciado com o lanamento do Ford
T, em 1909, que contou, pouco depois, com aperfeioamentos como o da partida
eltrica. Esta inovao veio a desempenhar importante papel na ascenso de um dos
produtos mais almejados e disputados pela sociedade de consumo: o automvel.
O ingresso das grandes empresas de petrleo neste cenrio, a exemplo da
Texaco, em 1902, nos EUA, pde oferecer o suporte necessrio de combustveis pois
em 1892, Rudolf Diesel j havia inventado o famoso motor cujo ciclo receberia o seu
prprio nome.
A histria moderna dos veculos eltricos pode-se dizer que iniciou em 1960,
em Phoenix, nos EUA, onde ocorreu o primeiro simpsio internacional dedicado
exclusivamente a este assunto. Nesta poca, j eram sensveis os efeitos da poluio
do ar causada por veculos a combusto interna nos grandes centros urbanos.
As crises que se sucederam na dcada de 70, ao dispararem os preos do
barril do petrleo, somaram argumentos questo da poluio atmosfrica em favor
da opo veicular eltrica com o objetivo de diminuir o consumo deste combustvel.
Uma nova gerao de carros eltricos foi desenvolvida em diversos pases,
inclusive no Brasil, com o lanamento do Itaipu eltrico, mostrado na Figura 2, que era
fabricado pela extinta indstria nacional Gurgel S.A.
Furnas Centrais Eltricas S.A., em 1984, era uma das empresas que, de
forma pioneira, contou com dois furges eltricos deste fabricante e pde test-los em
servios gerais, nas reas de Campinas e Tijuco Preto. Contudo, medidas de
racionalizao e substituio do petrleo em vrios cantos do mundo, como a do pr-
lcool, iniciado em 1975, foram eficazes, sucedendo-se o declnio dos preos do
petrleo, antes que os carros eltricos, em qualquer parte, pudessem firmar a sua
utilizao junto ao pblico.
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FIGURA 2 ITAIPU
FONTE: GURGEL800, 2006
O incio da dcada de 90 foi marcado por inmeras questes de ordem
ambiental e energtica, cujos desdobramentos se tornariam irreversveis em
decorrncia das repercusses de carter global. Passaram a fazer parte das primeiras
pginas dos jornais assuntos ligados s mudanas climticas, o desequilbrio sobre o
efeito estufa e as implicaes devastadoras sobre a sade dos seres vivos em
conseqncia da poluio do ar.
Nas grandes cidades o problema agravado pelas emisses dos veculos a
combusto interna, pois repercutem de forma majoritria. Para que se tenha uma
idia a este respeito, basta citar o estudo do Congresso dos EUA que estimou que os
danos causados pela poluio do ar, somente pelo setor de transportes, naquele pas,
em 1992, poderiam alcanar a cifra de 256 bilhes de dlares.
Os veculos eltricos e hbridos ganharam novo impulso com as novas
legislaes de emisses zero prevista para entrar em vigor nos prximos anos.
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4 DINMICA VEICULAR
A indstria automobilstica, nos ltimos anos, vem desenvolvendo avanos
tecnolgicos que possibilitam estudos mais aprofundados e uma melhor compreenso
do comportamento dos veculos terrestres.
O aumento da competitividade e a diminuio do ciclo de vida do produto,
obrigando a prazos menores de desenvolvimento, fizeram com que a indstria
automotiva investisse em estudos para projeto, anlise, teste, e validao de novos
produtos.
A dinmica veicular, ramo da cincia que trata do estudo do comportamento
de veculos se divide em dois tipos: a vertente experimental e a terica, sendo que a
primeira possui uma grande importncia para a validao e desenvolvimento dos
modelos analticos desenvolvidos pela vertente terica.
Este captulo apresenta o desenvolvimento matemtico para o clculo das
foras que esto envolvidas no veculo, bem como noes sobre tipos de suspenso,
e o equacionamento para o projeto de feixes de mola.
4.1 CARGAS DINMICAS DO EIXO
O veculo apresenta duas condies distintas de carregamento. Uma primeira
dita esttica, onde o efeito da acelerao inexistente ou desprezvel, e uma segunda
dita dinmica, onde os efeitos da acelerao, ou os efeitos de inrcia, so
significativos.
A Figura 3 apresenta as foras significativas presentes em um veculo numa
condio generalizada.
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FIGURA 3 FORAS ARBITRRIAS QUE AGEM EM UM VECULO
FONTE: GILLESPIE, 1992
Uma ressalva pertinente a figura acima relativa a forma como o autor
GILLESPIE trata os efeitos da acelerao. Ele coloca uma fora de inrcia, dada pelo
produto da massa pela acelerao do veculo, atuando no centro de gravidade.
Os pneus experimentaro uma fora normal, representada por Wf e de Wr,
que representam os pesos dinmicos sobre estes.
Tambm atuam nos pneus as foras de trao que so representadas por Fxf
e Fxr e a foras de resistncia ao rolamento, representadas por Rxf e Rxr, agindo no
plano de contato do pneu com o solo.
A fora de arraste aerodinmico DA que age no corpo do veculo, pode ser
representada no ponto acima da estrada indicada pela altura h, conhecido como
centro de presso.
Outras cargas a serem consideradas so as foras verticais e longitudinais
que agem no ponto do engate quando o veculo puxar um reboque.
As cargas nos eixos dianteiro e traseiro podem ser encontradas a partir da
somatria dos momentos sobre o ponto A e B, assumindo-se que o veculo no
est rotacionando em torno do seu eixo transversal, ou seja, a soma dos momentos
deve ser zero.
LWhdRhRhag
WhDWcW hhzhhxxaAf /)sencos( =
( 1 )
LWhhag
WhDLdRhRWcW xaAhhzhhxr /)sen)(cos( ++++++=
( 2 )
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4.2 SUSPENSO
As principais funes de um sistema da suspenso so:
Fornecer a conformidade vertical para que as rodas possam seguir a
estrada desigual, isolando o chassi da aspereza da estrada, ou seja,
provendo o isolamento de vibraes vindas do pavimento;
Reagir s foras do controle produzido pelas foras longitudinais
(acelerao e frenagem) e laterais dos pneus (movimentos em curva);
Resistir ao movimento de rolamento da carroceria (giro em torno do
eixo longitudinal);
Manter os pneus em contato com a estrada com variaes mnimas da
carga vertical.
Outras caractersticas consideradas no processo do projeto de uma
suspenso so: o custo, peso, espao do pacote, manuteno e facilidade construtiva
do conjunto.
Qualquer que seja o gnero de mola utilizada, o tipo de suspenso de um
automvel caracterizado pela maneira que as rodas so ligadas ao chassi. Entre os
diferentes tipos de suspenso, distinguem-se o tipo de eixo rgido e o tipo de rodas
independentes (suspenso independente).
Os veculos antigos tinham somente suspenses de eixo rgido. Atualmente,
os automveis esto sendo projetados com suspenso independente nas quatro
rodas, em especial os veculos de alta performance. Alguns veculos mdios de
performance intermediria, de pouca cilindrada e de dimenses reduzidas, costumam
ter um eixo rgido traseiro e rodas trativas independentes frente.
Em todos os veculos, as qualidades da suspenso sero melhores quanto
menor for o peso "no suspenso" em relao ao peso "suspenso". O peso "no
suspenso" abrange todos os elementos situados entre as molas e a superfcie do
solo. Esses elementos so sujeitos a todas as trepidaes de rodagem, e a sua
massa deve ser a menor possvel. Esta particularidade de importncia essencial
para os pequenos veculos. As construes de rodas independentes apresentam,
entre outras qualidades, a de reduzir consideravelmente o peso de elementos no
suspensos.
-
13
4.2.1 Suspenses de eixo rgido
As rodas de suspenso de eixo rgido so ligadas transversalmente por uma
pea rgida (o eixo), que as torna dependentes uma da outra. Quando uma roda
passa por um obstculo o seu deslocamento vertical provoca uma inclinao da roda
oposta. Segue-se um deslocamento lateral do veculo. Este deslocamento, para a
esquerda ou para a direita da trajetria, provoca perturbaes que diminuem a
dirigibilidade na via. O eixo, com as duas rodas, forma uma massa no suspensa
grande importncia, cujas trepidaes prejudicam a estabilidade.
O eixo pode ser posicionado pelas molas de lmina semi-elptica como
mostrado em Figura 4 e Figura 5, ou ainda por intermdio de braos, como mostra a
Figura 6. Um outro tipo a suspenso Dion, apresentada na Figura 7, onde
necessria a utilizao de um brao transversal deslizante.
Cada um dos diferentes tipos possui as suas vantagens e desvantagens,
entretanto, como um dos objetivos deste trabalho o projeto de um veculo de alta
confiabilidade e simplicidade, gerando um baixo custo, a suspenso do tipo feixe de
molas mais adequada. Portanto, as outras so deixadas aqui a ttulo de ilustrao.
Maiores detalhes sero apresentados abaixo somente para o tipo de suspenso de
feixe de molas.
As molas, montadas longitudinalmente, conectam ao chassi em suas
extremidades. O feixe de molas possui uma elevada rigidez lateral e longitudinal,
conseguindo, assim reagir aos esforos longitudinais (frenagem e acelerao) e
laterais (curvas). Esta caracterstica ajuda na concepo simples do seu projeto.
FIGURA 4 SUSPENSES DE EIXO RGIDO
FONTE: GILLESPIE, 1992
-
14
FIGURA 5 FEIXE DE MOLA SEMI-ELPTICA DO INSTALADA NO CHASSI DO CAMINHO
FONTE: JUVINALL, 1999
FIGURA 6 SUSPENSES DE QUATRO LIGAES
FONTE: GILLESPIE, 1992
FIGURA 7 SUSPENSO MODELO DE DION
FONTE: GILLESPIE, 1992
-
15
4.2.2 Isolamento de vibrao
Os princpios de isolao de vibrao podem ser entendidos pela anlise de
um sistema linear com graus de liberdade contendo massa, dissipao de energia
(amortecimento) e rigidez (mola), como mostrado na Figura 8.
FIGURA 8 DIAGRAMA DO SISTEMA DE ISOLAMENTO DE VIBRAO
FONTE: GILLESPIE, 1992
Uma maneira mais simplificada considerar o veculo como sendo um
modelo de um grau de liberdade movendo-se sobre um pavimento, cujo perfil
assumido como harmnico. Neste caso, a equao do movimento dada pela
equao 3:
tFkxbvma cos0=++ ( 3 )
Podem-se identificar trs foras que controlam o seu comportamento
dinmico:
Fora inercial devido presena de uma massa e da acelerao
sofrida pela massa da carroceria;
Fora de amortecimento devido velocidade da carroceria e a
constante de amortecimento do sistema de suspenso;
Fora de mola devido ao deslocamento do corpo e a constante de
rigidez da mola.
-
16
Atravs do equilbrio das foras, 2a Lei de Newton, a equao do movimento
pode ser expressa atravs da equao 4:
0)()( 2121 =++ xxkvvbma ( 4 )
Os valores de m, c e k definem dois parmetros fundamentais do sistema. O
primeiro a freqncia natural no amortecida do sistema, dada pela equao 5:
m
kn =
( 5 )
O segundo parmetro o amortecimento crtico, que definido como o valor
de amortecimento que permite a massa do veculo retomar a sua condio de
equilbrio esttico no menor tempo possvel, aps uma perturbao nas rodas, sem
que o movimento da carroceria ultrapasse sua coordenada de repouso original. A
definio matemtica para o amortecimento crtico apresentada na equao 6:
kmmc nc 22 == ( 6 )
A relao entre a constante de amortecimento "c" da suspenso e a constante
de amortecimento crtico um fator de extrema importncia para a escolha do nvel
de amortecimento a ser empregado em sistemas de isolao de vibrao. Essa
relao entre as constantes de amortecimento define o fator de amortecimento do
sistema" dada pela equao 7:
cc
c=
( 7 )
Outra relao importante a ser avaliada em estudo de sistema de suspenses
veiculares a freqncia natural amortecida, d, presente em sistemas sub-
amortecidos (c < cc), ou seja, sistemas que possuem a caracterstica de oscilar em
-
17
torno de uma linha de equilbrio at que este movimento cesse devido ao
amortecimento viscoso. Esta relao apresentada na equao 8:
m
knd
)1(1
22
==
( 8 )
4.2.3 Transmisso de vibrao
Comumente, na teoria de vibrao, tambm analisada a transmisso da
vibrao.
Em veculos essa transmisso ocorre de forma passiva, isto , a massa do
veculo est montada sobre uma estrutura que vibra e cujas vibraes transmitidas
devem ser reduzidas a nveis adequados. Assim, de muita importncia o clculo da
transmisso de vibrao para se projetar corretamente o sistema de suspenso.
No caso de suspenso de veculo, a transmissibilidade pode ser definida
como a relao entre a vibrao transmitida carroceria e a vibrao nas rodas do
veculo.
Algumas regras bsicas, e que so freqentemente seguidas sem projeto de
suspenses de veculos, so:
conveniente o uso de molas elsticas, de modo a se obterem baixas
freqncias naturais para o sistema. Suspenses muito elsticas,
entretanto, apresentam inconvenientes, entre os quais se inclui a
instabilidade lateral, bem como as diferenas pronunciadas de altura
do veculo quando carregado e descarregado.
Em baixas velocidades de deslocamento da suspenso, que
correspondem a relaes de freqncias inferiores a 2 , o
amortecimento necessrio para reduzir vibraes transmitidas das
rodas para a carroceria. Entretanto, em altas velocidades, a presena
do amortecimento desvantajosa, pois contribui para o aumento da
transmisso da vibrao, atuando no mesmo sentido da fora de mola.
-
18
RAO (1995) apresenta, de forma grfica, a relao entre transmissibilidade e
freqncia da fora de excitao, conforme mostrado no grfico da Figura 9:
FIGURA 9 RELAO ENTRE AS FREQNCIAS
FONTE: RAO, 1995
O exame do grfico permite levantar algumas observaes, como que o
amortecimento desvantajoso a altas freqncias transmitidas, ou a altas
velocidades de trfego. Ento, amortecedores de suspenses mais "duros"
proporcionam maiores foras transmitidas em altas velocidades de deslocamento da
suspenso;
O grande desafio do projeto de amortecedores garantir uma suavidade, ou
seja, baixa transmissibilidade, para choques bruscos causados pela eventual
presena de pequenos obstculos ou buracos existentes na pavimentao, e
dissipao suficiente para eliminar as oscilaes da carroceria para deslocamentos da
suspenso em baixas velocidades.
Para o primeiro caso, baixos coeficientes de amortecimento so desejados,
entretanto, para o segundo, so necessrios altos coeficientes de amortecimento.
Uma soluo para este problema a adoo de amortecedores com coeficiente de
amortecimento no linear, ou seja, variveis em funo da velocidade de
deslocamento da suspenso.
-
19
4.3 MOLA
As molas constituem o que se chama de elemento elstico da suspenso.
Surgiram muito antes do automvel, com os veculos de trao animal.
Molas de material slido funcionam sob o princpio da deformao elstica.
Essa deformao causada pela atuao de uma fora que, uma vez cessada, faz a
mola voltar a seu formato inicial.
H trs tipos de mola: a mecnica, a pneumtica (ar) e a de elastmero
(borracha). As duas primeiras vm sendo aplicadas pela indstria automobilstica ao
longo desses mais de 100 anos. As pneumticas vem-se na suspenso de carros e
nibus, enquanto que as de borracha so mais usadas em trem de pouso de avies
leves.
A mencionada deformao de material se d por flexo ou toro. No primeiro
caso, esto as lminas que podem trabalhar sozinhas ou em conjunto, sob a forma de
feixes, tambm conhecidos por mola de lmina. As molas helicoidais (confundidas
como espirais) se deformam por toro, em que cada seo do elo se torce em
relao ao outro.
Abaixo est descrito o dimensionamento aplicvel a feixes de molas, pois,
conforme mencionada anteriormente, ser este o tipo o adotado neste trabalho.
4.3.1 Molas de lminas
As molas de lminas so formadas pela superposio de certo nmero de
lminas de ao, de comprimento decrescente, ligadas por um parafuso central
(parafuso de fixao) de cabea cilndrica. Cada extremidade da lmina mestra tem
um ilh que serve de articulao. As lminas secundrias so mantidas paralelas
lmina mestra, por meio de estribos.
Principais vantagens das molas de lminas:
Simplicidade de fabricao;
Obteno facilitada de uma ligao rgida entre o eixo e o chassi, nos
sentidos longitudinal e transversal;
Segurana de funcionamento, uma vez que o rompimento de uma
lmina no elimina a ligao do eixo com o chassi.
-
20
Principais desvantagens:
Grandes superfcies de atrito, cuja lubrificao sempre difcil de
assegurar;
Peso excessivo de material para uma dada carga e uma dada
flexibilidade;
Facilidade de rompimento das lminas por efeito de dilatao e
contrao trmica.
A suspenso de feixe de molas fabricada, usualmente, de ao ligeiramente
curvado e com um conjunto de tiras, conforme mostrado na Figura 10. Desta forma, a
fora atuante na suspenso ter a tendncia de tornar o feixe reto.
Tais molas podem tambm ser confeccionadas tendo uma taxa positiva ou
negativa da mola. Cada caso tem um elemento bsico, com comprimento L,
carregado pela fora da mola F.
FIGURA 10 TIPO DE MOLA DE SUSPENSO
FONTE: JUVINALL, 1999.
Como a distribuio das tenses nas seces transversais, em quaisquer
corpos solicitados por flexo, no uniforme, acrescente-se, ainda, o fato de as
tenses de flexo variarem tambm longitudinalmente, isto , de seco transversal
para seco transversal da mola de flexo. Os clculos dos vrios tipos de molas de
flexo podem basear-se no clculo da mola de barra de flexo unilateralmente
engastada, que est descrito a seguir.
Devido a seu formato, a mola denomina-se tambm mola retangular de
flexo. A carga F, aplicada em uma extremidade da barra, origina o momento fletor,
conforme equao 9, aplicado na seco transversal distante L do ponto de aplicao
da carga. Portanto, M varia linearmente em funo de x, crescendo de zero ao valor
mximo F * L do momento fletor aplicado seco de engastamento.
-
21
A tenso de flexo varia analogamente, j que so constantes as seces
transversais da barra e os respectivos mdulos de resistncia.
LFM *= ( 9 )
NIEMMAN (1995) coloca que, para a mola de barra de flexo de seco
transversal varivel, as tenses aplicadas s seces no variam tanto ao longo da
barra engastada quanto variam ao longo da barra de seco constante. Para uma
dada tenso deve-se utilizar a Tabela 1, para a determinao da carga F.
TABELA 1 - VALORES EXPERIMENTAIS RELATIVOS A MOLAS DE LMINA DE AO (KGF/CM2).
Tenso admissvel esttica ad 0,68 * r
dinmica ad m + 0,75 a
Ao para molas de lmina, temperado
(propriedades mecnicas)
r = 12000 a 16000
e = 10 500 a 13 500
E = 2,1.106
Ao-liga para molas de lmina,
temperado, com:
r = 14000 e m = 5000 kgf/cm2
a = 1200 a 2000,com a crosta de laminao
a = 3000 a 3300, quando submetido a jatos de esferas ao
a = 4000 a 4 500, quando retificado ainda maior, quando
submetido a recalques superficiais.
Molas de lmina para veculos
motorizados, referente a
cargas estticas
ad 4000 a 5000, para molas dianteiras
ad 5500 a 6500, para molas traseiras
ad 7000, para veculos que se movem sobre trilhos
FONTE: NIEMANN, 1995
O clculo das molas de barra se flexo de seco constante so feitos por
meio das equaes 10 e 11. Tais equaes tambm podem ser utilizadas para o
clculo das molas de barras de flexo de seco transversal varivel, desde que se
introduzam os coeficientes q1 e q2 da Tabela 2, que levam em consideraes a
variao das seces transversais.
L
ebF
*6
** 2 =
( 10 )
-
22
JE
LFqf
**3
* 3
1=
( 11 )
Onde o momento de inrcia calculado utilizando-se a equao 12.
12
* 3ebJ =
( 12 )
TABELA 2 - COEFICIENTE Q1/Q2 RELATIVOS A MOLAS DE BARRAS DE FLEXO.
para b0/b = 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0
h0 / h = 1,0 1,0/1,0
molas
retangulares
1,05/1,07 1,12/1,17 1,2/1,3 1,31/1,49 1,5/2,0
molas
triangulares
0,8 1,18/1,25 1,25/1,35 1,34/1,46 1,45/1,675 1,61/1,98 1,88/2,81
0,6 1,46/1.67 1,55/1,83 1,67/2,04 1,82/2,34 2,06/2,84 2,5/4,44
0,4 1.89/2.5 2,04/2,78 2,24/3,14 2,50/3,75 2,9/4,79 3,75/8.75
0,2 2,87/5,0 3,16/5,72 3,54/6,75 4,09/8,4 5,0 /11,67 7,5/30
FONTE: NIEMANN, 1995
Cada metade da mola pode ser considerada uma mola de barra de flexo
unilateralmente engastada, de comprimento L e submetida carga F. Assim, o
comprimento da mola apoiada nas extremidades ser 2L, e 2F ser a carga aplicada
em sua seco transversal central, conforme Figura 10.
4.4 CHASSI
O chassi o suporte de todas as peas importantes do veculo. A sua rigidez
deve ser grande para poder resistir influncia das irregularidades do solo e preciso
tambm, oferecer o mximo de resistncia aos choques frontais e laterais, para
participar eficazmente da proteo dos ocupantes do veculo, em caso de acidente.
Foram criados vrios tipos de chassis para satisfazer a essas condies, sem
deixar de conservar o mais leve peso possvel. Os chassis so feitos de ao por
montagem dos elementos estirados ou embutidos de formas diferentes, em U, em V,
em Z, ou por tubos de seo quadrada, oval ou cilndrica.
-
23
As junes so ligadas por solda, e o conjunto tem as bases de fixao de
todas as peas importantes do veculo: motor, transmisso, suspenso, direo e
carroceria.
Os chassis de armao tm duas longarinas paralelas ligadas por tirantes
transversais. Esta construo costuma ser feita por meio de um perfilado em U;
atualmente s se usa para veculos pesados de transporte e de passeio (nibus); em
veculos pequenos apresenta uma resistncia muito fraca toro.
Existem chassis com armao com tirantes em X e longarinas separadas, que
so bastante rgidos; so utilizados em todos os veculos de dimenses mdias e
grandes. Ele pode ser formado com duas longarinas tubulares, bastante aproximadas
no meio do seu comprimento e reunidas a por contrafortes soldados. A sua rigidez
boa.
Tambm h os com barras tubo central nico bastante grosso. Conforme as
construes, uma ou ambas as extremidades terminam por uma espcie de garfo que
serve de suporte ao motor e ao diferencial. Este tipo de chassi usado especialmente
em veculos de pequena dimenso e de rodas independentes. Este tipo tem uma
excelente rigidez e resiste bem aos esforos de toro.
Os chassis de caixa so constitudos por uma armao tubular que cerca uma
chapa de ao embutida que forma o piso do veculo. A rigidez do conjunto
satisfatria. Esta construo permite a montagem de carrocerias ultraleves em
pequenos veculos.
Os monoblocos so formados pelo conjunto das partes da carroceria.
Construdos de chapa embutida de espessura conveniente, estas partes so soldadas
e formam uma carcaa rgida que oferece tambm a vantagem de proteger os
ocupantes do veculo em caso de acidente. Este tipo designado tambm como
"carroceria independente", e pode ser feito de armao metlica rgida com a forma
geral da carroceria. Elas so independentes e servem especialmente para veculos
pequenos e mdios, equipados com um grupo compacto motor-trao na frente ou
atrs.
-
24
5 EQUACIONAMENTO PARA UNIES PARAFUSADAS
A Resistncia dos Materiais se preocupa, fundamentalmente, com o
comportamento das diversas partes de um corpo, quando sob solicitaes mecnicas.
Considerando corpos reais, istropos e contnuos, constitudos de pequenas
partculas ligadas entre si por foras de atrao. Com a aplicao de esforos
externos supe-se que as partculas destes corpos se desloquem, e que isto prossiga
at que se atinja uma situao de equilbrio entre os esforos externos aplicados e os
esforos internos resistentes. Este equilbrio se verifica nos diversos pontos do corpo
citado e se manifesta sob a forma de deformaes (mudana da forma original).
Portanto, em um corpo que suporta cargas externas ocorre:
Um fenmeno geomtrico que a mudana da sua forma original: Isto
deformao;
Um fenmeno mecnico que a difuso dos esforos para as diversas
partes do corpo: Isto tenso.
O estudo da distribuio de tenses em corpos carregados importante para
que se consiga projetar com segurana. Desta forma, possvel projetar-se um corpo
que consiga suportar o carregamento externo sem que haja fraturas.
5.1 TENSO DE CISALHAMENTO
Considerando inicialmente um sistema formado por duas chapas de
espessura "e" ligadas entre si por um pino de dimetro "d", conforme Figura 11
abaixo:
FIGURA 11 TENSO DE CISALHAMENTO
FONTE: O AUTOR
Pelo mtodo das sees, cortando a estrutura por uma seo "S",
perpendicular ao eixo do pino e justamente no encontro das duas chapas, nesta
-
25
seo de pino cortada, devem ser desenvolvidos esforos que equilibrem o sistema
isolado pelo corte.
Conforme o desenho acima, nota-se que o valor do momento pequeno j
que se trabalha com a unio de chapas que, por definio, tem a sua espessura
pequena em presena de suas demais dimenses.
NORTON (2004) coloca que, nestes casos, pode-se fazer uma aproximao,
desprezando o efeito do momento fletor em presena do efeito do esforo cortante.
Isto facilita o desenvolvimento matemtico do problema, mas, teoricamente, no
exato pois se sabe que momento fletor e esforo cortante so grandezas interligadas.
Em casos de ligaes de peas de pequena espessura, como normalmente
aparecem em ligaes rebitadas, soldadas, parafusadas, pregadas e cavilhas, esta
soluo simplificada leva a resultados prticos bastante bons, e, ento, adotada-se,
nestes casos, o cisalhamento aproximado, tambm chamado de cisalhamento
convencional (NORTON, 2004).
Neste caso, a tenso cisalhante dada por:
A
F=
( 13 )
E o clculo do dimensionamento do dimetro do parafuso dado por:
edz
F
45,0
..
42
==
( 14 )
5.2 TENSO DE TRAO
Uma das aplicaes bsicas do uso de parafusos e porcas de juntar peas
em situaes que necessrio a aplicao de uma fora de trao no parafuso. Na
montagem inicial aplicada uma fora para efetuar o aperto das peas, este torque
inicial suficiente para criar uma carga inicial de trao. O valor para que a unio
venha a apresentar resultados mais significativos, deve ficar compreendido na faixa
correspondente a 90% da sua resistncia de prova (chamado de pr-carregamento
ideal), ou seja:
-
26
ppi ASF ..9,0= ( 15 )
Para compreender como deve ser dimensionado um parafuso deve-se
analisar o grfico do comportamento carga-deflexo do parafuso e do material da
junta (peas que esto sendo unidas pelo parafuso), conforme est mostrado na
Figura 12.
FIGURA 12 FORA DE PR-CARREGAMENTO E DEFLEXES INICIAIS
FONTE: NORTON, 2004
A inclinao do lado positivo da linha corresponde deformao do parafuso,
porque seu comprimento aumenta com o aumento da fora. A inclinao da linha do
lado negativo correspondente ao material da junta, uma vez que o seu comprimento
diminui com o aumento da fora.
A fora atuante no parafuso e material da junta a mesma enquanto ambos
estiverem em contato. Uma vez que uma pr-carga Fi introduzida por aperto do
parafuso, as deflexes do parafuso e do material so controladas pelas suas
constantes de mola e atingem os pontos A e B nas suas respectivas curvas fora-
deflexo, como mostrado na Figura 12.
Quando uma fora externa P aplicada no conjunto, aparece uma deflexo
adicional, tanto pelo parafuso quanto pelo material, como mostrado na Figura 13.
-
27
FIGURA 13 CARGA-DEFLEXO E FORAS RESULTANTES
FONTE: NORTON, 2004
Essa deflexo deve ser a mesma tanto para o parafuso quanto para o
material da junta, a menos que a carga aplicada seja grande o suficiente para separar
a unio. A carga na junta reduzida da quantidade Pm e se move para baixo na linha de
rigidez do material at atingir o ponto D, com um novo valor Fm. A carga no parafuso
aumentada da quantidade Pb e se move para cima ao longo da linha de rigidez do
parafuso at chegar no ponto C, com um novo valor Fb. Observe que a carga aplicada
P dividida em duas componentes, uma Pm absorvida pela junta e outra Pb
absorvida pelo parafuso.
Para resumir a informao na Figura 12 da seguinte maneira: A mudana
comum de deflexo devida carga aplicada P a partir do exposto acima,
algumas relaes interessantes podem ser levantadas. NORTON (2004) apresenta as
seguintes equaes para o dimensionamento de unies parafusadas submetidas
trao:
bm PPP += ( 16 )
mim PFF = ( 17 )
bib PFF += ( 18 )
EA
L
EA
L
k b
s
t
t
b ..
1+=
( 19 )
-
28
( )L
EdDk mm
.4
22 =
( 20 )
bm
b
kk
kC
+=
( 21 )
As foras Pb e Pm podem ser substitudas nas equaes 17 e 18 para obter as
equaes das cargas no parafuso e material em termos da carga aplicada P:
( )PCFF im = 1 ( 22 )
CPFP ib += ( 23 )
A equao 23 pode ser resolvida para a pr-carga Fi, necessria para
qualquer combinao de carga aplicada P e mxima carga do parafuso, desde que a
constante de junta C seja conhecida.
-
29
6 EQUACIONAMENTO PARA UNIES SOLDADAS
Algumas vezes o emprego de unies parafusadas no possvel ou no
vantajoso. Nestes casos, normalmente, utiliza-se as unies soldadas.
A utilizao de solda possui vrias vantagens e desvantagens.
Dentre as vantagens podem-se citar:
A economia de material, pois na soldagem o material utilizado para a
unio fsica o mesmo que suporta o carregamento;
As estruturas soldadas permitem eliminar grande quantidade dos
elementos de ligao (chapas e perfis auxiliares), em relao s
estruturas parafusadas (em algumas estruturas, como pontes e
trelias possvel economizar 15% ou mais de peso em ao);
Estruturas soldadas so mais rgidas, pois os elementos
normalmente esto soldados diretamente um ao outro, diferentemente
de conexes parafusadas, onde a unio feita atravs de chapas ou
cantoneiras;
Conexes soldadas usam uma quantidade menor de peas, tendo
como resultado um menor tempo de detalhe, fabricao e montagem.
Dentre as desvantagens de conexes soldadas pode-se citar:
Estruturas soldadas de grandes extenses sofrem uma reduo no
comprimento devido aos efeitos cumulativos de retrao;
Conexes soldadas so mais suscetveis a falhas por fadiga, em
comparao com conexes parafusadas;
difcil a sua desmontagem.
6.1 CLCULO DE ESFOROS
A Figura 14 representa o tipo de soldagem no qual o cordo sofre uma
composio entre a tenso de flexo e de cisalhamento devido a aplicao da fora
F. A tenso resultante sobre qualquer ponto do cordo uma combinao destas
tenses. A tenso de cisalhamento identificada pela Equao 24 e a tenso de
flexo pela Equao 25 (SHIGLEY, 2005).
-
30
FIGURA 14 SOLDA POR CORDES
FONTE: SHIGLEY, 2005
A
F=
( 24 )
uIh
cM
..707,0
.=
( 25 )
Os valores de A e de Iu devem ser calculados seguindo as recomendaes
da Tabela 3.
TABELA 3 - PROPRIEDADE DE FLEXO DE SOLDAS DE FILETE
FONTE: SHIGLEY, 2005
-
31
7 APRESENTAO DO PROJETO DO CHASSIS
A grande maioria dos estabelecimentos que utiliza veculos eltricos, emprega
um modelo especialmente projetado para uma determinada atividade. Quando a
demanda por tal veculo de caractersticas especiais pequena, ento, o seu custo de
produo elevado, o que, at certo ponto, pode inviabilizar a sua compra.
A idia deste projeto desenvolver um produto verstil que possa atender
uma gama maior de aplicaes, sendo aplicvel desde o transporte de passageiros e
pequenas cargas em aeroportos at na vigilncia de fronteiras pelo exrcito.
claro que pequenas alteraes da carroceria so necessrias para atender
estas mais variadas demandas, entretanto, pode-se desenvolver uma estrutura bsica
modular que possa atender a todas estas aplicaes.
Um exemplo neste sentido o conceito de plataformas de veculos
desenvolvido pela indstria automobilstica. Pode-se ter, a partir de uma mesma
plataforma, desde veculos populares at pequenos jeeps.
Desta forma, os componentes mais caros e que necessitam de um maior
tempo de desenvolvimento e horas de engenharia e testes de verificao so
aproveitados entre os diferentes modelos.
O modelo base tomado para o incio do desenvolvimento deste trabalho o
veculo de trao eltrica que o UnicenP possui, mostrado na Figura 15. Algumas
idias de projeto foram aproveitadas deste veculo e outras foram melhoradas.
FIGURA 15 VECULO ELTRICO DO UNICENP
FONTE: O AUTOR
-
32
Este veculo do UnicenP tem um chassis nico, que, portanto, se adapta bem
a esta aplicao especfica mostrada na figura acima, entretanto, no serve, por
exemplo, para o transporte de passageiros em aeroportos, onde deve-se transportar
at 8 pessoas, normalmente com idade avanada ou portadores de deficincias ou
ainda gestantes, com possibilidade de acomodar as suas bagagens de mo.
Certamente, neste modelo para aeroporto, seria necessrio um entre-eixo
maior e uma grande facilidade de acesso aos bancos dos passageiros, ou seja, os
bancos teriam que ter uma altura do solo relativamente baixa.
O conceito de chassis que ser projetado neste trabalho apresentar uma
maior flexibilidade em sua utilizao. Tal estrutura ser composta de trs mdulos.
Um dianteiro, um traseiro e um terceiro de adaptao do entre-eixos. Abaixo esta
estrutura modular est mais bem apresentada.
a) Mdulo dianteiro
No mdulo dianteiro esto contidos, basicamente, o sistema de direo e o
eixo dianteiro, bem como o sistema de controle de acelerao e de frenagem do
veculo. Uma ilustrao deste mdulo est mostrado na Figura 16.
FIGURA 16 MDULO DIANTEIRO
FONTE: O AUTOR
b) Mdulo central
Este mdulo, o mais simples de todos, serve, basicamente, para adequar o
entre-eixo do veculo aos mais diferentes tipos de aplicao do veculo. A Figura 17
ilustra a idia deste modulo.
-
33
FIGURA 17 MDULO CENTRAL
FONTE: O AUTOR
c) Mdulo traseiro
Neste mdulo esto montados, basicamente, o eixo de trao e o conjunto de
baterias. A Figura 18 mostra a idia deste modelo.
FIGURA 18 MDULO TRASEIRO
FONTE: O AUTOR
Deve-se observar que cada mdulo apresenta uma possibilidade de unio
parafusada ao outro mdulo. Desta forma, os mdulos dianteiro e traseiro, ou seja, os
que so mais caros e crticos para o projeto, podem ser combinados das mais
variadas formas, cobrindo as mais diferentes aplicaes.
A Figura 19 mostra algumas combinaes destes mdulos de forma a ter a
obter uma configurao para dois, quatro ou seis pessoas mais carga.
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FIGURA 19 CONFIGURAO MODULAR DO CHASSIS
FONTE: O AUTOR
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8 DIMENSIONAMENTO DA SUSPENSO TRASEIRA
8.1 DETERMINAO DAS FORAS
Para o dimensionamento de qualquer estrutura necessrio que seja
conhecido o carregamento atuante sobre ela.
No caso particular deste projeto, so necessrias a determinao das
seguintes foras / caractersticas:
Foras resultantes atuantes nos eixos;
Posicionamento do centro de gravidade do veculo;
Foras laterais.
a) Determinao das foras sobre eixos
O veculo um elemento que suporta todo o seu carregamento nos seus
eixos. Neles que esto aplicadas toda a carga a ser transportada. Os eixos podem
ser considerados como apoios de uma viga, que, por sua vez, representa o chassis, a
carroceria e as cargas que o veculo transportar.
As reaes de apoio de uma viga podem ser calculadas usando-se apenas a
somatria das foras e dos momentos iguais a zero (condio de equilbrio esttico).
As foras atuantes sobre uma viga podem ser uma combinao de foras
distribudas e/ou concentradas, ou ainda momentos (torques).
A Figura 20 mostra uma composio tpica do carregamento atuante sobre
um veculo no seu modo de composio para o transporte de 6 pessoas mais carga.
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FIGURA 20 CARREGAMENTO EM UM VECULO
FONTE: O AUTOR
Nesta figura, a carga distribuda de 90kgf representa, aproximadamente, o
peso da estrutura do chassis e carroceria. As cargas concentradas de 180kgf
representam o carregamento proveniente de duas pessoas por fileira de bancos. A
carga de 60kgf representa o conjunto de baterias. Finalmente, a carga distribuda de
300kgf representa a carga a ser transportada.
Aplicando as relaes conhecidas da mecnica clssica:
0= yF
0= aM
Obtm-se que:
eixo dianteiro; Ra = 306,75kgf;
eixo traseiro; Rb = 324,37kgf.
O que fornece, para cada roda do eixo dianteiro e traseiro:
roda dianteira; Ra = 153,37kgf;
roda traseira; Rb = 162,18kgf.
Fg = 300kgf
Ff = 60kgf
Fc= 180 kgf Fc= 180 kgf Fc= 180 kgf
Rb Ra
Fe = 90 kgf
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b) Determinao da posio do centro de gravidade
Com a obteno dos valores das foras que atuam nos eixos, pode-se
concentrar todos os carregamentos das foras atuantes sobre o veculo em um nico
ponto, que o centro de gravidade do veculo, conforme mostrado na Figura 21.
FIGURA 21 CENTRO DE GRAVIDADE
Rb = 324,37 kgf Ra = 306,75 kgf
CG
FONTE: O AUTOR
Da mesma forma que feito anteriormente, aplica-se as conhecidas relaes
da mecnica clssica:
0= yF
0= aM
O que fornece para o centro de gravidade:
Distncia em relao ao eixo dianteiro; L8 =1,28 m
c) Determinao das foras laterais
Quando o veculo faz uma curva, atua, no seu centro de gravidade, a
acelerao centrpeta (ac = v/R), gerando uma fora lateral que suportada, ou
reagida, pelos pneus.
Assumindo que o veculo esteja fazendo uma curva de raio 200 m a 25 km/h,
ou seja, 6,69 m/s, conforme colocado nos objetivos do projeto (Captulo 1.1), ento, a
acelerao centrpeta ac 0,24 m/s.
Pela primeira lei de Newton (F=m.a) pode-se obter o valor da fora que atua
no centro de gravidade do veculo, que 224,25 kgf.
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A Figura 22 apresenta, de forma esquemtica, como as foras esto atuando
em um veculo que est executando uma curva.
FIGURA 22 DIAGRAMA DA FORA LATERAL
FCG=224,25kgf
FRa FRb
FONTE: O AUTOR
Para determinar qual a intensidade da fora lateral que cada eixo ir
desenvolver, ser utilizado, novamente, as equaes da mecnica clssica, ou seja, o
somatrio das foras e dos momentos iguais a zero, o que fornece, para a fora
lateral desenvolvidas nos pneus dos eixos dianteiro e traseiro:
Pneus do eixo traseiro: FRb = 114,81kgf
Pneus do eixo dianteiro: FRa = 109,43kgf
d) Determinao das foras de frenagem
Quando o veculo est freando, parte do seu peso esttico, atuante no eixo
traseiro, deslocado para o eixo dianteiro. As Equaes 1 e 2 so usadas para
determinar esta nova condio de distribuio de peso em funo da acelerao
envolvida.
Desta forma, o peso atuante sobre o eixo traseiro decai durante uma
frenagem, o que resulta em menores foras de frenagem, desde que seja assumido
que tal grandeza obtida pelo produto da fora normal pelo coeficiente de atrito do
pneu com o solo.
Para fins de clculo neste trabalho, e no sentido de maior segurana, ser
adotado que o valor do carregamento no eixo traseiro no se altera durante a
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frenagem, ou seja, a fora normal igual ao valor encontrado em uma condio
esttica.
Tambm atuando no sentido da segurana de projeto, o coeficiente de atrito
entre o pneu e o solo ser assumido como sendo igual a unidade.
Desta forma, o esforo de frenagem atuante no eixo traseiro de:
Fora de frenagem no eixo traseiro: F = 227,06 kgf
8.2 DETERMINAO DO CONFORTO
Neste trabalho dada nfase no amortecimento das vibraes que o veculo
sofre das oscilaes vinda da base, ou seja, por vibraes provenientes do pavimento
por onde o veculo transita.
Para ter um conforto adequado, o veculo deve ter uma freqncia natural
prxima de 1,3 Hz.
A massa suportada por um dos feixes de mola de 162,18kg. Com este valor
introduzido na Equao 5, assumindo-se que fn = 1,3 Hz, ou seja, que n = 8,164
rad/s, obtm-se o valor desejado para a rigidez da mola.
k = 1.101,87 kgf.m;
O prximo fator determinante para um bom conforto da suspenso o
coeficiente de amortecimento fornecido pelo amortecedor da suspenso.
Para chegar neste valor necessrio, primeiro, determinar-se o coeficiente de
amortecimento crtico, atravs da equao 6, obtendo-se:
cc = 269,93 kgf.s/m;
. Para um conforto adequado, os veculos apresentam um fator de
amortecimento prximo de 0,8. Introduzindo este valor na Equao 7, obtm-se
que:
c = 215,94 kgf.s/m;
8.3 DIMENSIONAMENTO DAS PEAS
Nesta etapa do trabalho, sero realizados clculos onde as equaes
apresentados nos captulos anteriores sero aplicadas.
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a) Dimensionamento do feixe de mola
O feixe de molas de lminas estar apoiado nas extremidades da suspenso
ao chassis, e em sua parte central ao eixo motriz.
Este feixe de molas deve ser projetado para a vida infinita e tambm para
uma condio de sobrecarga instantnea.
A fora que atua sobre o feixe de molas (fora no eixo traseiro) de 162,18
kgf.
O material a ser utilizado ser um ao mola de lmina para veculos
motorizados, referente a cargas estticas, com uma ad 5500 a 6500 kgf/cm
(valores retirados da Tabela 1).
Assumindo-se que:
Espessura de cada lmina: e= 6,35 mm = 0,635 cm (valor usual de
mercado);
Comprimento da lmina maior: L = 450 mm = 45 cm (valor referncia
tirado do veculo eltrico do UnicenP);
Nmero de lminas: 6 (valor referncia tirado do veculo eltrico do
UnicenP);
Valor da constante da mola: k = 1.101,87 kgf.m.
Com os valores bsicos da mola definidos, deve-se determinar o valor da sua
curvatura. Com as Equaes 11 e 12 determina-se o momento de inrcia e a flecha
do feixe de mola. O coeficiente q1, presente na Equao, retirado da Tabela 2.
Como a mola que est sendo calculada do tipo paralela, ento, b0/b = 1,0 e h0 / h =
1,0, o que fornece q1 = 1,0.
Com os valores conhecidos pela lei de Hooke (F=k.x), calcula-se a flecha, o
que fornece:
Flecha do feixe: f = 29,62 cm ou 296,2 mm.
Como est assumindo que se trata de um feixe de seis molas, a espessura
total da mola deve ser multiplicada por este valor, para depois ser aplicado na
Equao 10, o que fornece um valor para a largura da lmina:
Largura da lmina: b = 38,23 mm.
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Deve-se adotar um valor mais prximo ao padronizado no mercado, ou seja:
Largura da lmina: b = 41,28 mm.
b) Dimensionamento do grampo de fixao do eixo
O grampo que ser dimensionado o que faz a unio entre o eixo de
transmisso e o feixe de mola, mostrado na Figura 23.
O dimetro do parafuso o valor principal a ser escolhido, juntamente com a
srie de rosca e a classe de parafuso para definir a resistncia de prova.
Vrias configuraes de projeto foram calculadas, entretanto, abaixo, ser
mostrada somente a configurao que apresentou melhores resultados.
Foi adotado um material de parafuso de ao de classe 5.8, cuja resistncia de
prova de 600 MPa = 600 N/mm e a rea sob trao 32,8 mm (NORTON, 2004
Tabela 14-6).
FIGURA 23 GRAMPO DE FIXAO DO EIXO NO FEIXE DE MOLA
FONTE: O AUTOR
Na seqncia necessrio determinar-se a pr-carga de aperto do grampo
com o auxlio da Equao 15, o que fornece:
Pr-carga de aperto do grampo: Fi = 1143,48 kgf
Para determinar a rigidez do parafuso necessrio o clculo do seu
comprimento. Deve-se levar em considerao a parte do parafuso que est
abraando o eixo motriz, o comprimento da rosca (Lrosca), o comprimento da parte
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sem rosca (Ls = Lparafuso - Lrosca) e o comprimento da zona de sujeio (Lt = L - Ls), o
que fornece:
Comprimento do parafuso: 150 mm
Comprimento da rosca: 16,2 mm
Comprimento do parafuso sem rosca: 133,75 mm
Com estes dados pode-se obter a rigidez do parafuso a partir da Equao 19,
o que fornece:
kb = 645.910,16 kgf/cm;
Para a determinao da rigidez da junta, necessrio determinar-se o
dimetro D utilizado na Equao 20. Tal dimetro pode ser estimado como sendo
igual ao dimetro da cabea do parafuso, ou seja, D = 14,20 mm. Desta forma, o valor
da rigidez da junta fica:
km = 430.763,95 kgf/cm;
Para determinar-se qual a distribuio de foras entre a junta e o parafuso
assumida aps a aplicao do carregamento externo P, que neste trabalho
equivalente ao carregamento atuante sobre a mola, com o valor de P=1591,06 kgf,
deve-se aplicar as Equaes 22 e 23, com o valor da constante C calculada por
intermdio da Equao 21, o que fornece:
Pb = 1.143,48 kgf;
Pm = 318,27 kgf;
Fb = 2.286,97 kgf;
Fm = 825,20 kgf.
Para verificar se o parafuso suporta a carga que ser empregada no veculo,
deve-se comparar o resultado da tenso normal atuante no parafuso por intermdio
da Equao 13, com o valor da tenso de resistncia de prova.
Assumindo-se um parafuso de dimetro 8mm, obtm-se que a tenso atuante
no parafuso de:
= 1.234,85 kgf/cm;
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Este valor inferior ao valor da tenso de resistncia mnima de prova para o
parafuso proposto neste projeto (prova 3873,59 kgf/cm), portanto, pode-se dizer
que o parafuso proposto com dimetro de 8mm est corretamente dimensionando
para atuar como o grampo da suspenso.
c) Dimensionamento do parafuso fixao da mola ao chassis
Ser dimensionado o parafuso dianteiro, e este ser, ento, adotado para a
fixao traseira. A razo desta escolha porque o parafuso dianteiro, alm de
suportar a mola no sentido vertical, igualmente ao parafuso traseiro, tambm suporta,
sozinho, o carregamento proveniente da frenagem.
A carga atuante na mola transmitida ao parafuso de fixao da mola ao
chassis. Tal parafuso pode vir a falhar por cisalhamento.
necessrio determinar-se a tenso cisalhante atuante neste parafuso, por
intermdio da Equao 13, e compara-la com o valor suportvel pelo material do
parafuso.
Como a fora de frenagem muito maior que o peso, ser utilizado, como o
valor de F na Equao 13, somente o valor da fora de frenagem.
Com um valor de adotado igual a = 420 kgf/cm, obtm-se que um
parafuso com dimetro 12mm seria adequado, entretanto, deve-se adotar o dimetro
comercial imediatamente superior ou seja:
Dimetro do parafuso: d = 12mm
d) Dimensionamento do parafuso do suporte da mola
A fixao da mola ao chassis ser feito por intermdio de duas chapas,
montadas por parafusos ao chassis, como mostra a Figura 24.
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FIGURA 24 SUPORTE DA MOLA
FONTE: O AUTOR
A condio de carregamento desta unio parafusada est mostrada na Figura
25, que corresponde a uma condio de carregamento de cisalhamento causado por
um carregamento excntrico.
Tal carregamento excntrico deve ser divido em duas parcelas distintas: um
cisalhamento primrio (F), que ocasionado pela fora peso do veculo, e um
cisalhamento secundrio (F), esta por sua vez gerada atravs da fora de impacto
quando o veculo passa por um buraco.
FIGURA 25 SUPORTE DA MOLA
F=227,06 kgf
F=81,09 kgf F=81,09 kgf
FONTE: O AUTOR
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Com as parcelas atuantes sobre cada parafuso, ser determinado qual a
maior fora que atua sobre eles em termo de esforos e compar-la com a tenso
admissvel. Segundo NORTON (2005), as parcelas de cisalhamento primrias e
secundrias podem ser identificadas atravs das seguintes equaes: cisalhamento
primrio (F = F/n) e cisalhamento secundrio (F= Mr/r). Estas parcelas esto
representadas na Figura 26
FIGURA 26 CONFIGURAO DE FORAS
F F
F
F
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FONTE: O AUTOR
O resultado da decomposio de fora nos dois parafusos a seguinte:
Parafuso 1: F+ F = 308,15kgf
Parafuso 2: F F = -145,97kgf
O parafuso que sofre um maior carregamento cisalhante o parafuso 1,
portanto, o dimensionamento deve ser feito para este.
Por intermdio da Equao 13, assumindo-se que = 420,10 kgf/cm, obtm-
se que um dimetro de 10,35mm seria adequado, entretanto deve-se tomar a medida
comercial imediatamente superior, ou seja:
Dimetro do parafuso: d = 12mm
8.4 DIMENSIONAMENTO DAS UNIES SOLDADAS
A suspenso traseira fixada ao chassis por intermdio de duas chapas O
componente soldado ao chassis que faz parte da suspenso. Neste trabalho a unio
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dos elementos metlicos desejvel e se faz necessria na montagem da estrutura.
Estas por sua vez, transmitem ou suportem esforos oriundos de uma fora de flexo.
Nas duas peas que sero soldadas, a frontal ter duas componentes, uma fora
de frenagem e outra lateral, a posterior ter apenas uma componente, fora lateral.
a) Dimensionamento da solda no suporte da mola, parte frontal
Neste caso, o carregamento transmitido para a solda de forma excntrica,
causando um cisalhamento e toro na base da solda.
FIGURA 27 SUPORTE ANTERIOR DO CONJUNTO DA MOLA
FONTE: O AUTOR
Segundo SHIGLEY(2005), admitindo-se a anlise elstica (mtodo vetorial),
assume-se que a resposta da solda linear e invariante com a direo da fora.
A mxima tenso que pode atuar no cordo de solda funo do tipo de
eletrodo que usado para realizao da solda. Ser assumido o uso do eletrodo
E70xx, cuja resistncia ao escoamento (e) de 393 MPa (SHIGLEY, 2005, Tabela 9-
3).
Considerando que o processo de soldagem em estrutura requer a utilizao
de cuidados especiais devido s incertezas presentes (aquecimento necessrio e a
conseqente alterao na micro-estrutura do material), sero utilizados os seguintes
coeficientes de segurana para este clculo.
adm = 0,55.e
adm = 0,4.e
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A partir dos dados de carregamento de frenagem e de fora lateral em curva
levantados anteriormente, e tambm assumindo-se um comprimento do cordo de
solda de 50mm, possvel, por intermdio das Equaes 24 e 25 e com o auxlio das
grandezas mostradas na Tabela 3 (A=1,414.h.d e Iu=d/6), pode-se determinar o valor
da altura do cordo de solda necessrio, ou seja:
h = 1,74mm (para a fora de frenagem)
h = 0, 88 mm (para a fora lateral)
Deve-se adotar o maior valor de altura encontrado, portanto h = 1,74 mm.
b) Dimensionamento da solda no suporte da mola parte posterior
Esta unio soldada est mostrada na Figura 28.
FIGURA 28 SUPORTE POSTERIOR DO CONJUNTO DA MOLA
FONTE: O AUTOR
De forma semelhante a feita anteriormente, entretanto, sabendo-se que, neste
caso, no h esforo de frenagem suportado por este cordo de solda, pode-
sedeterminar a altura mnima para o cordo por meio da Equao 25 e com o auxlio
da Tabela 3 (A=1,414.h.d e Iu=d/6), porm, desta vez, com o comprimento do cordo
de solda assumido ser de 25mm, o que fornece:
h = 0,44 mm (fora lateral)
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9 CONCLUSO
Durante a execuo deste trabalho foi possvel verificar que o processo de
projeto longo e repleto de loops, e que, mesmo aps o final dos loops, no se tem
certeza de que a condio final de projeto a ideal. Esta segurana somente e
atingida aps vrios anos de experincia de atuao em projetos desta rea.
De qualquer forma, o processo desenvolvido para o dimensionamento da
suspenso traseira neste trabalho mostrou-se com resultados coerentes e
consistentes. O processo meticuloso e com muitos detalhes, e trs consigo algumas
incertezas dos seus resultados, pois a incerteza do carregamento ainda grande.
A proposta de construo modular para o chassis trar muitas vantagens para
o futuro fabricante deste veculo, pois todo o esforo de engenharia empregado para o
projeto da suspenso traseira, por exemplo, ser empregado em uma gama enorme
de produtos, fazendo com que os custos associados a estes desenvolvimento sejam
diludos em um nmero maior de veculos.
O prximo passo seria o projeto dos demais mdulos deste chassis e, se
possvel, a construo de um primeiro prottipo a fim de dar inicio a uma bateria de
testes que teriam, como uma das finalidades, levantar os carregamentos reais a que
este veculo estar sujeito.
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
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