Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico
Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de
Engenharia Mecânica
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RELATÓRIO DE ESTÁGIO – 3 /3
Período: de 01/11/2008 a 31/12/2008
Nome do aluno: Frederico Nodari Pio
Nome do supervisor: Rodivaldo Henrique da Cunha Nome do orientador: Lauro César Nicollazi
1. Sumário
2. Introdução e cronograma
3. Trabalhos desenvolvidos na área estrutural 3.1. Curso de capacitação Patran/Nastran 4. Trabalhos desenvolvidos na área dinâmica
4.1. Projeto suspensão a ar ônibus 4.1.1. Metodologia de projeto 4.1.2. Análises realizadas 4.1.3. Resultados 5. Conclusões 6. Referências bibliográficas 3 3 3 4 4 e 5 5, 6 e 7 5, 6, 7, 8, 9,10 10 e 11 12 13
2.
Introdução e cronograma
Os trabalho na área estrutural abordado neste relatório ficou restrito a um curto período, uma vez que houve a necessidade da aplicação do curso referido adiante.
Na etapa do projeto descrito nas atividades desenvolvidas na área dinâmica, as referidas análises elastocinemáticas das suspensões dos modelos tratam do levantamento dos comportamentos dos sistemas frente a diversos parâmetros, visando identificar se os mesmos encontram-se adequados conforme indicações para suspensões do segmento de ônibus.
São analisados também os esforços nas buchas dos tirantes e barra estabilizadora, verificando se estes esforços encontram-se dentro de valores toleráveis em cada uma das direções. O estudo nas suspensões dianteira e traseira são semelhantes, porém algumas variáveis analisadas na suspensão dianteira não são avaliadas na suspensão traseira, devido a fatores, tais como a influência do conjunto direção.
Semanas Atividades 17ª 18ª 19ª 20ª 21ª 22ª 23ª 24ª Curso Patran/Nastran
Projeto Suspensão Ônibus
Tabela 01: Cronograma
3.
Trabalhos desenvolvidos na área estrutural
3.1. Curso de Capacitação Patran/Nastran
Após a obtenção das licenças dos softwares MSC.Patran e MSC.Nastran por intermédio da Multicorpos Engenharia junto a MSC.Softwares Brasil, a Equipe Baja - UFSC recebeu treinamento por três dias, equivalentes vinte horas, para capacitação no uso das ferramentas agora dispostas ao grupo.
O treinamento consistiu na aplicação de exercícios do material de treinamento MSC. Softwares. Os tutoriais aplicados foram selecionados do material disposto nas apostilas de treinamento MSC. Na parte final do curso também foi disposto um período para estudo de caso dentro das necessidades da equipe.
O balanço geral do curso foi muito positivo, pois serviu como aprendizado para ambas as partes, os membros da equipe e o próprio instrutor que teve aquela como primeira experiência em treinamentos.
4.
Trabalhos desenvolvidos na área dinâmica
4.1. Projeto Suspensão a ar Ônibus
No estudo da dinâmica vertical, os objetivos são melhorar o conforto dos passageiros e integridade das cargas através do isolamento de vibrações que são transmitidas ao veículo e aumentar a segurança na operação proporcionando a melhor condição de aderência no contato pneu/pista. São listados abaixo os métodos utilizados para satisfazer tais objetivos.
A tolerância do passageiro é um dos parâmetros determinantes para análise de conforto da suspensão de um veículo. A sensibilidade às vibrações depende da amplitude e freqüência conforme a direção das acelerações. O estudo da dinâmica vertical em softwares de simulação virtual permite avaliar as vibrações a que o veículo está submetido, reduzindo tempo e principalmente custo no desenvolvimento de uma suspensão. Com a modelagem do veículo nas suas características reais e a reprodução das mesmas condições do campo, é possível realizar simulações virtuais introduzindo melhorias no modelo sem a necessidade de fabricação de diversos protótipos e repetição de testes físicos.
Figura 01: Modelo teórico de sistema de suspensão
4.1.1. Metodologia de projeto
Para este trabalho, foi utilizado o software MSC.Adams/Car que é um software específico para a análise de veículos. O software conta com uma biblioteca que contém sistemas de um veículo já modelados, tais como suspensões, sistemas de direção, pneus, facilitando assim o trabalho de modelagem.
Durante a modelagem de um veículo, recomenda-se a seguinte seqüência de etapas de trabalho:
Descrição do modelo físico do sistema, juntamente com as hipóteses estabelecidas;
Obtenção de equações constitutivas que descrevam matematicamente o comportamento do sistema;
Resolução das equações, para obtenção do comportamento estimado do sistema;
Verificação dos resultados do modelo por comparação ao sistema real;
Modificação do modelo físico, se necessário, ou utilização para a análise do projeto.
As configurações analisadas foram as seguintes:
Sistema de suspensão dianteira: constituído pela suspensão, barra estabilizadora dianteira e direção. Podendo assim analisar o comportamento do sistema dianteiro completo, com acoplamento de direção;
Sistema de suspensão traseira: constituído pela suspensão traseira e barra estabilizadora traseira.
O modelo caracterizou um bolsão de ar e uma válvula niveladora além dos normalmente demais itens caracterizados numa suspensão. Para cada tipo de análise simulada, definimos os parâmetros a serem utilizados, entre eles: o número de steps, modo de simulação, deslocamento da roda, entre outros. Por motivos contratuais os valores destes parâmetros e demais detalhes da constituição do modelo serão omitidos.
4.1.2. Análises realizadas
Dois tipos de análises diferentes foram realizados:
Parallel Wheel Travel: esta análise desloca com mesma magnitude e direção à roda direita e esquerda da suspensão em análise.
Opposite Wheel Travel: esta análise desloca com mesma magnitude, mas direção contrária (com defasagem de 180°) a roda direita e esquerda da suspensão em análise. Para ambas as análises os seguintes parâmetros foram checados.
Ângulo de Cambagem
Ângulo de cambagem é o ângulo que o plano médio da roda faz com a linha vertical do veículo. A medição do ângulo de cambagem é feita através da determinação do ângulo de inclinação do veículo, que consiste no ângulo entre a linha do eixo e o plano da superfície de rolagem.
O valor do ângulo de cambagem positivo caracteriza que o topo do pneu é inclinado para fora do corpo do veículo. O ângulo de cambagem é reportado em graus (°) no ambiente Adams.
Figura 01: Medição do Ângulo de Cambagem
Ângulo de Convergência
É o ângulo entre a linha longitudinal do veículo e a linha de intersecção entre o plano médio da roda e o plano XY do veículo.
O ângulo de convergência é positivo quando à frente dos pneus esta direcionada em direção ao corpo do veículo e o mesmo é reportado em radianos (rad) no ambiente Adams.
Ângulo de Caster
Ângulo de caster é o ângulo entre a linha do pino-mestre e a linha vertical do veículo projetado no plano lateral (XZ) do veiculo.
O ângulo de caster é positivo quando a linha do pino-mestre é inclinada para cima e para trás. O ângulo de caster é reportado em graus (°) no ambiente Adams.
Figura 03: Medição do ângulo de caster
Ângulo de inclinação do pino mestre
O ângulo de inclinação do pino mestre é o ângulo entre a linha do pino-mestre e a linha vertical do veículo projetados no plano frontal (YZ) do veículo.
O ângulo assume valor positivo quando a linha do pino-mestre é inclinada pra cima e pra dentro. A unidade no ambiente Adams é graus (°).
Figura 04: Medição de inclinação do pino mestre Ride Rate
Caracteriza a taxa de deformação da mola em parâmetros relativos à rigidez. É mensurada no contato do pneu.
Ride Steer
Ride Steer é a mudança do ângulo do pino-mestre por unidade de deflexão vertical no centro da roda devido a equivalentes forças verticais no centro da roda.
Também pode ser definida como a razão da inclinação do ângulo do pino-mestre pela curva do deslocamento vertical da roda.
A unidade é descrita em graus/milímetros ((º)/mm) no ambiente Adams.
Wheel Rate
Wheel rate é rigidez vertical da suspensão relativa ao corpo, medida no centro de giro da roda. A unidade no ambiente Adams é Newtons/milímetros (N/mm).
Roll Center Location
Trata-se da localização do ponto no corpo onde o momento lateral e a força vertical exercidas pelas “suspension links” se reduzem a zero.
Figura 05: Medição da localização do centro de rolagem Suspension Roll Rate
È a razão entre o torque (aplicado em relação às forças verticais no contato do pneu) e o ângulo de rolamento. O mesmo é medido em relação ao centro da roda.
Figura 06: Medição da taxa de rolagem da suspensão Scrub Radius
Scrub radius é a distância da intersecção entre a linha do pino-mestre e o plano de contato do pneu até a intersecção do plano médio do pneu com o plano de contato do pneu.
Este valor é assumido como positivo quando a intersecção da linha do pino-mestre e do plano de contato do pneu está direcionado para dentro da área de contato do pneu.
A unidade é descrita em milímetros (mm) no ambiente Adams.
Figura 07: Medição do scrub radius
Ângulo de Ackerman
É o angulo o qual a tangente é a razão entre a distância entre eixos e raio de curva do veículo. O ângulo de Ackerman tem valor positivo para curvas à direita.
Figura 08: Medição do ângulo de Ackerman
Em ambas as análises (paralela e oposta), os parâmetros foram analisados, porém devido à influência do sistema de direção alguns destes foram analisados somente para o sistema de suspensão dianteiro, são eles:
Inclinação do pino-mestre; Ride Steer;
Scrub Radius;
Ângulo de Ackerman.
4.1.3. Resultados
Devido ao fato do projeto tratar de um novo conceito concebido pelo cliente nenhuma figura do modelo, nem gráficos ilustrativos dos parâmetros analisados puderam ser aqui ilustrados. Todavia seguem relatadas abaixo algumas das conclusões da análise dos mesmos.
Os parâmetros apresentaram valores dentro dos limites esperados para ambos os conjuntos de suspensão do ônibus.
Por ser uma suspensão com eixo rígido quadrilink eram esperadas pequenas variações nos valores de ângulos de cambagem, caster e convergência, inclinação do kingpin e scrub radius, expectativa esta confirmada nas análises.
As variações do ângulo de convergência tiveram uma atenção especial, devido às características do sistema de direção utilizado, esta variação pode gerar mudança na direção do veículo, principalmente em situações de emergência como frenagens bruscas. Esta variação é principalmente influenciada pelo comprimento do draglink.
O valor da freqüência natural não amortecida de massa suspensa com veículo carregado para a dianteira se apresentou um pouco alta. O estudo destas modificações será feito nas análises de veículo completo.
Os tirantes longitudinais da suspensão têm como resultantes forças com ordem de grandeza menor que as cargas de ensaio.
As buchas ligadas à barra estabilizadora e ao chassi são representativas, pois as ligações são rígidas radialmente e livres axialmente. Suas ordens de grandeza de forças são apresentadas e não apresentam valores demasiadamente altos.
As buchas dos jumelos com a barra estabilizadora e da estabilizadora com os suportes fundidos apresentam ordem de grandeza muito pequenas nas excitações paralelas. Somente nas excitações opostas, com movimento de roll, a direção Y da bucha (vertical do veículo) e a magnitude ficam com valores mais altos.
O comportamento dos elementos elásticos (mola pneumática e amortecedor) e barra estabilizadora são estudados junto às análises do veículo completo.
5.
Conclusões
A etapa final do período de estágio focou principalmente um único projeto. Isto ocorre devido ao fato dos projetos na área dinâmica serem na maior parte de mais longo prazo. O último relatório descreveu oito semanas de trabalho que coincidiram com o término de uma das etapas previstas no projeto em questão, a análise dos parâmetros antes já citados.
Os resultados obtidos foram apresentados ao cliente e análises irão continuar uma vez que o projeto tem prosseguimento. Alguns detalhes serão re-analisados perante questionamentos ocorridos quando da apresentação dos resultados ao cliente.
O balanço geral após o término do estágio foi extremamente positivo. A inserção na equipe durante os seis meses foi completa. A poli valência devido à capacitação de trabalho em mais de uma área também foi um fator que vale ser destacado. Fatores estes que contribuíram para a proposta de contratação do estagiário logo terminado o período de estágio. Sendo que atualmente o mesmo exerce função de engenheiro de aplicações da área estrutural.
Cabe aqui ainda por fim, os agradecimentos a todos que estiveram envolvidos neste trabalho, colegas de trabalho, professores, enfim, cada parcela de colaboração teve seu devido valor.
6.
Referências Bibliográficas
1. SHIGLEY, Joseph. Mechanical Engineering Design. Fourth edition, Mc Graw-Hill International Book Company, 1983.
2. GILLESPIE, Thomas. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Society of Automotive Engineers, 1992.
3. HARTOG, J. P. Den. Mechanical Vibrations. Fourth edition, New York: Dover publications, 1985.
4. JORDAN, Roberto. Vibrações Mecânicas em Sistemas Lineares. Versão 2.1, 2003. 5. Quick Reference Guide MSC.Nastran. MSC.Software, 2001.
