Com o objetivo de realizar o estudo experimental do comportamento dinâmico de veículos utilizando protótipos em escala reduzida, o Laboratório de Sistemas Mecânicos da Universidade Federal de Uberlândia, através do projeto de pesquisa FAPEMIG TEC 1423, viabilizou o projeto e construção de uma bancada automotiva para laboratório. Inicialmente o projeto desta bancada foi concebido para realização de ensaios experimentais com protótipos em escala reduzida de um veículo completo. A Figura. 3.1 apresenta um desenho do projeto original da bancada.
Nesta configuração original a bancada era acionada por um motor elétrico de indução trifásico de 0,5 cv, tensão de 220 volts, corrente de 1,7 A e rotação máxima de 3380 rpm. A seleção e o ajuste da rotação de saída do eixo do motor era feito por um inversor de freqüência Siemens Micro Master 65E3112-1CA40 ligado ao motor.
Uma vez selecionada a rotação, o movimento de saída do eixo do motor é transmitido diretamente ao eixo do cilindro motor, montado sobre mancais de rolamento, por meio de um acoplamento UNIFLEX modelo E-10. Este movimento de rotação do cilindro motor é transmitido ao cilindro movido através de uma correia plana de 2,80 mm de espessura, 800 mm de largura e comprimento total de 1974 mm. Esta correia além de transmitir o movimento ao cilindro movido também desempenha o papel de pista para o modelo testado na bancada. O modelo testado permanece estacionário e suas rodas adquirem movimento de rotação devido ao contato com a correia.
Uma estrutura formada por três guias lineares prismáticas STAR modelo TN-15 classe P, quatro patins STAR modelo TN-15 classe P, uma rótula esférica aço-bronze da SKF modelo GEH 15C e um suporte de aço para os patins, constituem o sistema que permite a fixação e os movimentos verticais e laterais dos modelos em escala de veículos completos a serem avaliados na bancada. A Figura. 3.2 mostra em detalhes deste sistema.
Na estrutura mostrada na Fig. 3.2, uma das guias lineares é montada na posição vertical sobre dois patins, permitindo o movimento nesta direção do modelo em escala utilizado. Uma rótula esférica montada na extremidade da guia faz a união desta com o modelo utilizado. Os patins no qual esta guia linear vertical está montada, estão por sua vez montados na parte frontal de um suporte de aço em forma de placa. Na parte posterior estão montados dois outros patins que podem se movimentar horizontalmente sobre duas outras guias lineares montadas na posição horizontal. Esta guias por sua vez estão rigidamente fixadas à uma estrutura suporte que constitui a bancada. Esta configuração de montagem destes elementos mecânicos permite a realização de ensaios experimentais com a finalidade de estudar o comportamento dinâmico na direção vertical, dinâmica longitudinal, rolamento e comportamento de handling.
Entretanto com a idéia de se utilizar bancada para este trabalho de mestrado envolvendo ensaios experimentais com um modelo de ¼ de veículo, criou-se a necessidade de realizar algumas modificações no sistema de acionamento da bancada e no sistema de fixação do modelo de ¼ a ser testado. Com relação ao sistema de acionamento, foi feita a troca do motor de 0,5 cv para um outro motor elétrico de indução trifásico de 2 cv, tensão de 380 volts, corrente de 3,2 A e rotação máxima de 3400 rpm. A maior carga vertical estática exercida, a maior resistência ao rolamento oferecida pelo sistema de ¼ de veículo pensado para ser utilizado na bancada, a força de atrito entre a correia e sua superfície de apoio na bancada e as perdas de energia nos mancais dos cilindros motor e movido, foram às razões que levaram a esta mudança. Havia a necessidade de maior torque para o acionamento e manter o funcionamento da bancada equipada com o protótipo de ¼ de veículo. A primeira solução testada foi fazer o acionamento tal como a configuração original, o eixo de saída deste novo motor foi acoplado diretamente por meio de um acoplamento mecânico ao eixo do cilindro motor. Para isto o acoplamento utilizado na configuração anterior teve a dimensão do furo onde se monta o eixo de saída do motor aumentada de 13 mm para 19 mm. Ainda sim não foi conseguido torque suficiente para o acionamento da bancada com o protótipo de ¼ de veículo montado. Foi necessário então a utilização de um sistema de redução por polias. Uma polia de 60 mm de diâmetro foi montada no eixo de saída do motor, enquanto que no eixo do cilindro motor foi montada uma outra polia de 120 mm de diâmetro. Nesta nova configuração do sistema de acionamento, o movimento de saída do eixo do motor é então transmitido da polia menor para a polia maior por meio de uma correia trapezoidal. Desta forma conseguiu-se uma redução de 2:1 aumentando o torque disponível para acionar e manter a bancada funcionando com o protótipo de ¼ de veículo, em diferentes velocidades. A Figura. 3.3 mostra a bancada nesta nova configuração.
Figura 3.3- Bancada de veículos configurada para teste com modelos de ¼ de veículo.
Cabe citar que apesar da troca do motor elétrico, não foi necessária a troca do inversor de freqüência, uma vez que o modelo utilizado na configuração antiga do sistema de acionamento possui uma faixa de potência que ainda atende ao novo motor utilizado. Esta modificação no sistema de acionamento bancada contempla os requisitos para funcionamento tanto para os testes com ¼ de veículo como para o veículo completo, permanecendo então como configuração definitiva deste sistema.
Também é possível observar na Fig. 3.3 uma outra modificação necessária, porém realizada somente para esta configuração de ensaios com modelo de ¼ de veículo, que é uma nova montagem para o sistema de fixação e movimentação do modelo. A Figura 3.4 mostra em detalhe esta nova configuração de montagem das guias lineares e patins para montagem do modelo de ¼ de veículo.
Figura 3.4 - Detalhe da montagem das guias lineares e patins para configuração com ¼ de veículo.
Na figura acima pode ser identificado um novo suporte para montagem das guias lineares também em forma de chapa de aço, porém com novas dimensões, montado em uma das colunas da estrutura de suporte da bancada. Neste suporte estão montadas duas guias lineares prismáticas, ambas na posição vertical. Por estas duas guias passam 4 patins, sendo estes montados aos pares. Os patins da cada par são unidos um ao outro através de um suporte metálico retangular. As faces livres destes suportes, ou seja, as faces onde não estão montados os patins, são as superfícies de apoio para montagem do bloco metálico que integra a massa suspensa do modelo em escala de ¼ de veiculo. A montagem do modelo é feita por meio de quatro parafusos que passam por quatro furos nestes suportes e são enroscados em roscas fêmeas na parte posterior do bloco metálico. Nesta configuração de montagem das guias e patins os movimentos possíveis para o modelo em escala de ¼ de veículo são restritos apenas a uma direção sendo possível apenas o estudo de sua dinâmica vertical.
Tal como na configuração para experimentos com modelos de veículos completos, nesta configuração para ¼ de veículo o modelo permanece estacionário com o movimento de rotação do pneu surgindo em virtude do seu contato com a correia.