(a)Tubular (b)Mono oque
Figura5.14: Quadro
5.2.1.2 Forquilha
A forquilha frontal(Figura 5.15a ) etraseira (Figura 5.15b ) sãoigualmente emalumínio
6061-T6. Estas apresentam geometrias idênti as, om a diferença apenas da forquilha
frontal apresentar um tubo mais longo e um furo passante para permitir o ajuste da
altura do guiador e a forquilha traseira apresente umtubo mais urto e tenha um furo
ros ado para a oplamento om o quadro através de um parafuso. O tubo presente nas
duas forquilhas tem 1 in de diâmetro externo, embora a largura de parede interna seja
(a)Forquilhafrontal (b)Forquilhatraseira
Figura 5.15: Forquilhas
5.2.1.3 Ban o
O ban o é umdos elementos mais importantes do bi i lo e as suas dimensões já foram
de nidas no apítulo 5.1.1. Este possui para além da função de suportar o utilizador
(sentar),afunçãodearmazenamento, assim omopermiteuma on guraçãodeaumento
da suaaltura paraseajustar aosdiferentesutilizadores.
Em termos de omponentes, este é formado por uma aixa de suporte interna, em
hapa dealumínio, quelheofere e uma omponente estrutural de suporteao utilizador.
Essa hapa é revestidano seuexterior, om a opção deste revestimento ser em bra de
vidro, ou orti ite. Na parte inferior da hapa interna e do revestimento, existem dois
furos paraaligação aoquadro,existindo outrona parteposteriordo ban o.
Paraqueoban oofereça a apa idade dearmazenamento, foine essáriodesenvolver
umatampa paraa essoao espaçointeriordo ban o, omo sepodeverna Figura5.17.
Esta tampa é abertaa partir de umsistemade dobradiça na traseira do ban o (Figura
5.19 ) e deumfe ho rotativona frente (Figura 5.18 ).
De forma a ajustar a altura do ban o a diversos utilizadores, existe a possibilidade
de montagem de umaumento. Este aumento possui uma hapa de alumínio interior e
revestimentoexterior. Dereferirqueosistemade xaçãodoaumentoésimilaraosistema
de aberturada tampa.
Paraofere er onforto ao utilizador, oban o é nalizado no seutopo omum reves-
timento almofadado, om este também a possuir múltiplas possibilidades nosmateriais
a utilizar, podendo esta ser forrada em ortiça, ou em espuma. Na Figura 5.16 estão
(a)Ban obase (b)Ban o omaumento
Figura5.16: Ban o ompleto
Figura5.17: Tampa doban o aberta
Figura5.19: Pormenor da xação do aumento e dobradiça datampa
5.2.1.4 Guiador
Para o formato do guiador propriamente dito, optou-se por uma opção mais simplista
que aquelaque eraapresentada naproposta on eptual da Figura3.6 , e desenvolveu-se
umguiador reto ompunhosparalelos sele ionado entreas opçõesquese podemverna
FiguraC.1 do Anexo C.
Tal omooban o,assuasdimensõesemtermosdelarguraealturasmínimaemáxima
já foram al uladas anteriormente no apítulo5.1.1 .
Esteguiadordesenvolvidoé onstituídopordiversos omponentes,entreelesoespigão
(partequeentranotubodaforquilhaeondeen aixam ospunhos),sendoqueestepossui
diversosfurospara ajusteda altura do guiador. Este ajusteé providen iado a partir de
uma avilha, que possuiuma braçadeira, do género ao que seen ontra usualmente nas
anadianase quene essita do auxílio deumaferramenta (ali ate) paraasuaremoção e
olo ação, omo dita anorma EN 71-1 (2011), quea rma que (...) paraprevenir uma
súbita mudança de altura, tubos de direção om ajuste de altura devem ser ajustados
om aajuda deuma ferramenta [23℄.
O guiador é também onstituído pelos punhos, que são formados por um tubo de
alumínio. Na suasuperfí ieexterna, o tubo dopunho é revestido pelos punhospropria-
menteditos, podendo estesserfeitosemborra ha vul anizada ouem ortiça, possuindo
nassuas extremidades 40mm de diâmetro, tal omo indi ado na EN71-1 (2011) [23 ℄.
Oguiadorpermite arotação dasrodasatravés dedois rolamentosanti-fri çãoinsta-
lados nointerior do quadroe separadosentreeles através deum espaçador ilíndri o.
O onjunto do guiador é nalizado pela existên ia de duas por as de xação. A
Figura5.20: Guiador eforquilha frontal
5.2.1.5 Carenagem
A arenagem desenvolvida divide-se em 7 partes individuais, que juntas riam uma a-
renagem ompleta do bi i lo. Estas partes são a arenagem traseira, que vem desde
a traseira do bi i lo até à zona de apoio de pés, a arenagem entral, que nas e da
arenagem traseira e seprolonga atéà zona frontal do quadro, onde se ini ia a arena-
gem frontal, que segue a direção do guiador. Por dentro desta, fun iona a arenagem
do guiador, a úni a que não está diretamente ligada às 3 arenagens anteriores, para
permitir o movimento de rotação do guiador. Esta última obre o guiador na sua zona
entral apenas.
Assub arenagens sãodivididasaomeio(ex eptoa arenagemdafrente)epossuem
ligações aparafusadas entre si, de forma a xarem-se na posição, e possuem nervuras
internas onde en aixam vários elementos omoo quadroe oban o. Estasnervuras para
além degarantiremum orretoposi ionamento da arenagem, ajudamaassegurar asua
(a)Meia arenagem (b)Carenagem ompleta
Figura5.21: Carenagem doguiador
(a)Meia arenagem (b)Carenagem ompleta
Figura 5.23: Carenagem da frente
(a)Meia arenagem (b)Carenagem ompleta
Figura5.24: Carenagem traseira
5.2.1.6 Rodas
Asrodassão onstituídaspor vários omponentes, entreeles, ajante, quepossui10 po-
legadas dediâmetro,umtamanhousual emveí ulosdestegénero destinadosapequenas
riançaseestáem onformidade omaEN71-1(2011),quedizqueodiâmetrodasrodas
o A rilonitrilaButadieno Estireno(ABS). Em termosde aspeto, ajantepode ser on -
guradadependendodaes olhado utilizador. Noseu entroestá lo alizadoo ubo,onde
fun iona um onjunto de rolamentos e um veio entral. Para ompletar o onjunto, a
roda possuiumpneu insu ávele uma âmera de arno seuinterior.
5.2.2 Detalhe de elementos de ligação
Neste sub- apítulo é apresentado o modo omo os diversos omponentes do bi i lo são
ligados entre si, de forma a obter o produto nal. No Anexo H segue o desenho de
onjunto do produto nal, assim omo de alguns sub onjuntos referidos nesse mesmo
desenho, e referidos nos sub apítulos seguintes. Nestes sub onjuntos referidos, ada
omponente possuiumareferên ia,queéapresentadaedes ritanaTabelaI.1domesmo
Anexo.
5.2.2.1 Guiador-Quadro
A ligação entre o quadro e o guiador tem um elemento intermédio que é a forquilha
frontal. Começandopelaligaçãoentreoquadroeaforquilha,nointeriordoquadroestão
presentes dois rolamentos anti-fri ção, devidamente espaçados através de um ilindro
espaçador, onde nos seus entros passa o tubo da forquilha frontal. Esta forquilha,
na zona onde se situa a fa e de ima do rolamento superior, possui uma ros a, onde
é enros ada umapor a, que faz o aperto entre o rolamento superior e o inferior, que é
entaladopeloper lnoiní iodotubodaforquilha. Oquadropossuitambémumbatente
na parte superior, que irá arem onta to om a parte xado rolamento superior. A
montagem é nalizada oma adição deumfreio interno naparte inferiordo quadro,de
modo a xartoda amontagem.
Oguiadorporsisó,possuiumasimplesmontagem,ondeoespigão,quepossuidiver-
sos furos passantes para providen iar ajuste de altura, trabalha por dentro do tubo da
forquilha que possuitambém umfuro passante. A xação dá-se através da avilha que
atravessasimultaneamente ostubosdaforquilhaedoespigão eéapertadoexteriormente
no tuboda forquilha por meio de umaargolaelásti a, mantendo asuaposição.
Para nalizaramontagemdos omponentesdoguiador,ospunhosligam-seaoespigão
(quepossuiumfuro em adaextremo)entrandolateralmentenointeriordeste. Umpino
presente dentro do tubo do punho e apertado através de uma mola, quando alinhado
orretamente, vai atravessar o furo do espigão, mantendo assim a posição entre osdois
omponentes.
5.2.2.2 Ban o-Quadro
A ligação entre o ban o e o quadro faz-se apenas através de três parafusos CHC M6,
apertados por dentro do ban o, que irão ros ar nos três furos ros ados presentes no
quadro. Oban onasuabasetemumper lqueen aixanotubodoquadro fa ilitandoo
posi ionamento. Como jáfoireferidoatrás,tantoo ban o omoo quadropossuemfuros
Figura5.25: Ligação entre forquilha equadro ( orte)
Figura5.26: Ligação doespigão à forquilha
Figura5.28: Ligação entre ban o equadro ( orte)
5.2.2.3 Roda-Forquilha
A ligação entre estesdois omponentes é efetuada a partir de ummétodo bastante uti-
lizado em bi i letas. Trata-se de uma simples ligação através de um veio que permite
um apertoatravés de umex êntri o, o que torna bastantefá il a montagem e desmon-
tagem dasrodasdo bi i lo. É utilizadoeste método tanto naforquilhatraseira omona
forquilha frontal.
5.3 Análise do modo e efeito de falha (FMEA)
O Failure Mode and Ee ts Analysis (FMEA) é uma metodologia espe í a que serve
para avaliar a forma omo falhas num sistema, pro esso ou produto podem o orrer, ao
nível de problemas, erros, ris os e preo upações que estas possam ausar, assim omo
do umentar o pro esso de melhoria. Para ada falha ou poten ial falha identi ada, o
FMEA permite fazer uma estimativa das o orrên ias destas, a sua gravidade e a sua
deteção. A partir desta fase, é feita uma avaliação para de idir que ação tomar em
relaçãoàsfalhasoupoten ialfalhas detetadas,podendo estasseremobjetodeumaação
orretiva ousimplesmenteignoradas [35 ℄. OFMEAtementão omo objetivos:
Melhorar a qualidade, abilidade esegurança dosprodutos epro essos avaliados;
Reduzir aplani ação de reorganização do produto, e oseu usto;
Do umentare seguiratrajetóriadasaçõesefetuadas pararedução doris o;
Identi ar modosde falhapoten iale qual asuagravidade;
Ajudar os projetistas a dar prioridade e a entrar-se na eliminação de anomalias
no pro esso eno produto,e a prevenir ao orrên ia deproblemas;
Ajudara de niroportunidades signi ativasde diferen iação do produto;
OFMEAdesenvolve-se segundoummodeloem trêsetapas, ondeno nalsereunem
todaselas eseinter-rela ionam, obtendono nalmedidasde orreção eações orretivas
e preventivasaapli ar ao produto. Estas etapassão:
1. Identi açãodasfunçõesdo produto;
2. Estabele imento daprioridade de intervenção;
3. Apli ação deaçõesde melhoria.
5.3.1 Identi ação das funções do produto
Nesta primeira etapapretendeu-se identi ar quaisasfunçõesqueoproduto possui. As
funçõesforam resumidasnaTabela 5.3 .
Tabela5.3: Funçõesdo produto
Funçõesdo bi i lo
Assegurar aposição doutilizador
Permitira lo omoção
Permitir asubstituição de omponentes
Permitirtransportede objetos
Suportaro utilizador
Asfunçõesqueo produto possuidevem sera maisrepresentativa possívelda função
dosdiversos omponentes. Paraissoexistemferramentasqueajudamapartir dasdiver-
sasfunçõesdoproduto eauxiliamnadeterminação dasfunçõesdos omponentes. Neste
aso utilizou-sea árvore defunção.
A árvore de função propor iona uma abordagem organizada para identi ar as a-
ra terísti as essen iais de um produto, ajuda a assegurar que todos os requisitos são
umpridos. Estas onstroem-se partindo da função do produto, aumentando o nível de
detalhe até se hegar a funções mensuráveis a utilizar no FMEA, seguindo uma lógi a
onde daesquerda paraadireita sepergunta omo? se hega àfunção mensurável eda
direita paraaesquerda oporquê? omo sepode onstatarna Figura5.29.
Asrestantesárvoresde funçõespodemser en ontradas noAnexo E.
5.3.2 Estabele er a prioridade de intervenção
De forma a estabele er a prioridade de intervenção para ada função do produto é ne-
essária a de nição de ritérios defalha. Na Tabela5.4estão resumidosestes ritérios.
5.3.3 Apli ação de ações de melhoria
Nesteúltimopassorealiza-seaapli açãodasaçõesquepermitamamelhoriadosdiversos
sistemas. Asfun ionalidadesdosistemasãonovamenteavaliadaspelosmesmos ritérios,
e nalmente veri a-se sehouveram ou não melhorias.
Para efetuar esta avaliação podem ser utilizadas diversas té ni as e métodos tais
omoautilizaçãodeprotótiposquemostram laramentea ausaouomodo defalha,ou
Figura5.29: Exemplode árvore defunção
Tabela5.4: Critérios de falha
Critériosdeavaliação Des riçãodos ritérios deavaliação
Falha menor
Quandoexisteestetipodefalhao ris oémenorparao utilizadorou
paraoproduto, epodeounãoserrealizadauma orreção;
Falha maior
Quando existeestetipodefalhao ris oégrandeparao utilizador
eéne essária arealizaçãodeuma orreção;
Falha ríti a
Éne essáriaa orreçãodoprodutourgentemente,uma
vez queexiste grandeperigo parao utilizadorouproduto.
5.3.4 Tabela FMEA
NOTA: Devidoà grandedimensãoda tabela, estaestá apresentadanoAnexo G.
5.4 Comparação de ustos
De forma a omparar o usto de produção de ada solução (mono oque e tubular) os
preços dosmateriais daspartes afabri arforam obtidos através dowebsite deuma loja
dematerial[36 ℄. Para ompletar o ál ulodo usto,os ustosasso iadosaospro essosde
fabri o foram retirados de tabelasutilizadas na prova de ustosda ompetição Formula
Student (maior ompetição de engenharia automóvel estudantil a nível mundial, orga-
nizada pela So iety of Automotive Engineers (SAE)) [37℄. Nesta prova são forne idas
tabelas aosestudantes de formaa al ularo usto defabri o doseu arro. Nestastabe-
las estãopresentes ustosde materiaise depro essosde fabri o,de peças normalizadas,
entre outros. Aliando o usto dos materiais ao ustos relativos ao pro esso de fabri o
Para a solução do quadro mono oque (fabri ado por injeção) foiutilizada uma al-
uladora online [38 ℄ espe í a para o ál ulo do usto da ferramenta. Através do usto
de fabri o da ferramenta será possível fazer uma análise omparativa entre os ustos
asso iados àsduassoluçõesparadeterminada quantidade.
Na Tabela 5.5 resumem-se os omponentes partilhados por ambas assoluções ons-
trutivas, sendo que nas Tabelas 5.6 e 5.7 resumem-se os omponentes espe í os das
soluçõestubular e mono oque, respetivamente.
Tabela5.5: Componentes partilhados por ambasassoluções
Adquirido produto nal Produção deproduto nal
Qtd. Designação Qtd. Designação
2 Rodas ompletas 1 Forquilha traseira
2 Apertosrodas 1 Forquilha frontal
2 Rolamentosguiador 1 Camisa deespaçamento
2 Punhos 1 Guiador
2 Molas+Pino 1 Punho (interior)
3 ParafusosCHCM6x40 1 Interior doban o
1 Parafuso CHCM6x35 2 Fe hos doban o
1 Almofadadoban o 1 Tampa doban o
1 Freio interior43.5x1.75 mm 1 Revestimento do ban o
1 Pinode ajustede altura 2 Veioabertura doban o
4 Casquilhosdeabertura doban o 2 Apertosdo veiodo ban o
1 Aumento interno doban o
1 Revestimento doaumento do ban o
Tabela5.6: Componentes espe í os dasolução tubular
Adquiridoproduto nal Produção de produto nal
Qtd. Designação Qtd. Designação
13 ParafusosFHPS M3x6 1 Quadrotubular
1 Carenagem traseira
1 Carenagem entral
1 Carenagem frontal
1 Carenagem guiador
Tabela5.7: Componentesespe í osdasolução mono oque
Produção de produto nal
Qtd. Designação
1 Quadromono oque
1 Inserto metáli o traseiro
5.4.1 Custo de omponentes partilhados
5.4.1.1 Componentes adquiridos
Tabela5.8: Preços de omponentes adquiridos
Qtd. Designação Preço total [
e
℄2 Rodas ompletas 10.00 2 Apertos rodas 5.00 2 Rolamentosguiador 5.00 2 Punhos 2.90 2 Molas +Pino 0.91 3 ParafusosCHCM6x40 0.23 1 Parafuso CHCM6x35 0.07 1 Almofadado ban o 3.00 13 ParafusosFHPS M3x6 0.22
1 Pinode ajuste dealtura 0.20
1 Freio interior 43.5x1.75mm 0.14
4 Casquilhos10 x20 mm 5.00
TOTAL 32.67
5.4.1.2 Componentes fabri ados
A Tabela 5.9 apresenta um resumo dos ustos al ulados, que estão apresentados no
Anexo F.
Tabela5.9: Custosde peças deprodução
Qtd. Designação Preço total [
e
℄1 Forquilhafrontal 6.84 1 Forquilha traseira 4.98 1 Camisa deespaçamento 2.20 1 Guiador 6.51 1 Punho (interior) 1.20 1 Interior doban o 12.56 1 Tampa doban o 3.10
2 Veioabertura doban o 1.19
1 Aumento internodo ban o 8.89
1 Revestimento do aumento do ban o
7.69
1 Revestimento do ban o
2 Fe hosdo ban o 0.50
2 Apertos do veiodo ban o 0.20
5.4.2 Custo da solução tubular
5.4.2.1 Quadro tubular
Tabela 5.10: Custodefabri o do quadrotubular
Material/Pro esso Unidade Quantidade Custopor unidade CUSTO
Tubo 1-3/4 x.5202 ft 0.62 9.80USD 6.08USD
Tubo 1-1/4 x.083 ft 3 5.35USD 16.05USD
Corte UN 3 0.15USD 0.45USD
Preparação soldadura UN 2 0.75USD 1.50USD
Soldadura m 0.22 1.91 EUR 0.42 EUR
Dobra UN 2 0.75USD 1.50USD
Furação UN 4 0.35USD 1.40USD
TOTAL USD 26.98USD
1USD=0.76 EUR TOTAL 20.92 EUR
5.4.2.2 Carenagens
Tabela 5.11: Custodefabri o das arenagens
Material/Pro esso Unidade Quantidade Custopor unidade CUSTO
Laminação m 2 0.722 35.00 USD 25.27USD Material m 3 1.69x10 -3 Densidade=1600 kg/m 3 kg 1.35 1.85 USD 2.50USD
Furos UN 13 0.35 USD 4.55USD
TOTAL USD: 32.32USD
1USD=0.76 EUR TOTAL 24.56 EUR
5.4.2.3 Total de usto
Tabela 5.12: Custo defabri o da solução tubular
Designação Custo[
e
℄ Quadro tubular 20.92Carenagens 24.56
Peças partilhadas adquiridas 32.67
Peças partilhadas produzidas 56.01
13 ParafusosFHPS M3x6 0.22
5.4.3 Custo da solução mono oque
5.4.3.1 Quadro mono oque
Para al ular o usto do quadro mono oque re orreu-se à página CustomPart.Net [38℄.
Esta páginaweb possuiuma al uladora ou simulador de ustosde fabri o de ferra-
mentas e depeças, atravésda inserção dedadosrelativos àsdimensõesda peçaa obter.
Os vários inputs requeridossãoo tamanhoda bounding-box, ouseja, otamanho mínimo
da aixa onde se possa inserir o produto (800 x 522 x 140 [mm℄), a espessura máxima
doproduto, deformaaosimulador aferirostemposdearrefe imento domaterial,a área
projetada(77000mm 2
)eovolumedapeçaaobter(432.5 m 3
). Osvaloresanteriormente
indi ados foram obtidos através do CATIA V5 ®
. Para além dainserção destesvalores,
esta al uladorapermitees olheratolerân ia erugosidadedesejada paraoproduto. Na
Figura5.30podever-seapáginadeinputs eos ustosasso iadosaofabri odaferramenta
e à produção de 5000 peças.
Através da análise da Figura 5.30 veri a-se que os ustos asso iados à riação da
ferramenta para obtenção do quadro mono oque(68155 USD), asso iado aos ustosde
produção(4758USD)se iframnos72913 USD.Nestaimagemomaterialsele ionadoéo
ABSpoisoPVCnão estavadisponívelparaseleção, tendoquese al ularmanualmente
o usto asso iado ao material parao produto. O PVC rígido possuiuma densidade de
1600kg/m 3
,eum ustode er ade1.60USD/kg[39 ℄. Dea ordo omoquefoi al ulado
e inserido napágina, o volume da peça éde 432.5 m 3
,oque orresponde auma massa
de er ade0.692kg. O ustounitáriodematerial paraapeça nal orresponde entãoa
Figura5.30: Páginade ál ulode usto daferramenta
Tabela 5.13: Custodo quadro mono oque(5000peças)
Material/Pro esso Unidade Quantidade Custo porunidade CUSTO
Materialpara5000peças UN 5000 1.11 USD 5550.00 USD
Ferramenta+ produção UN 1 68155.00 USD 68155.00 USD
TOTAL USD 73705.00 USD
1USD =0.76EUR TOTAL 56015.80EUR
5.4.3.2 Insertos metáli os
Tabela 5.14: Custo defabri o do insertometáli o frontal
Material/Pro esso Unidade Quantidade Custopor unidade CUSTO
Tubo 1-3/4 x.5202 ft 1 9.80USD 9.80 USD
Corte UN 2 0.15USD 0.30 USD
TOTAL USD: 10.10 USD
1USD=0.76 EUR TOTAL 7.68EUR