MECÂNICA DE LOCOMOÇÃO DE VEÍCULOS RODOVIÁRIOS

(1)

MECÂNICA DE LOCOMOÇÃO

DE VEÍCULOS RODOVIÁRIOS

(2)

Introdução

 Veículos terrestres sobre rodas

 Princípios básicos semelhantes aos veículos

ferroviários



Determinação da força envolvidas no movimento

 Diferenças nas peculiaridades tecnológicas



Transmissão elétrica - ferroviário



Transmissão mecânica – rodoviário

 Teoria válida para veículos rodoviários:



automóveis, caminhões e ônibus

(3)

Locomoção

 Locomoção é feita através da tração por

aderência

 Componentes



Motor

aciona as

rodas motrizes

(4)

Motor ideal

 Características do motor ideal



Fornecer potência constante



Força motriz hipérbole

 Produz esforço elevado em baixas velocidades

 Motores elétricos se aproximam do ideal 

Motores a combustão interna

 Desempenho inferior aos motores elétricos

 Necessitam de uma transmissão

 Excelente relação potência produzida e peso do motor

 Economia de combustível e facilidade de iniciar o motor

 Baixo custo operacional e manutenção

V

F

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Motor ideal

 Características do motor ideal



Motores a combustão interna

 Motores a gasolina e motores diesel

 Ciclos de 4 tempo:  Admissão

 Compressão

 Ignição

 Exaustão

 Os pistões movimentam o eixo do motor  Virabrequim ou árvore de manivelas

 Compressão grande, combustível inflama

 Motor diesel:

(6)

Motor diesel

 Características dos motores diesel



Velocidade determinada pelas características do motor

 Potência, torque e consumo



Motor projetado para funcionar

 Acima velocidade mínima, “marcha lenta”

 Abaixo velocidade máxima, sistema arrefecimento não é capaz de dissipar o calor

(7)

Motor diesel

 Características dos motores diesel



Torque diminui com o aumento

da rotação, pois diminui a

pressão na câmara

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Motor diesel

 Características da transmissão



Locomotivas, transmissão elétrica com potência

constante

 Peso elevado dos componentes



Transmissão mecânica, sistema de eixos e

engrenagens



Semi-eixos motrizes

 Rodas giram com velocidades diferentes



Redução no diferencial é fixa em automóveis, pode ser

variável em caminhões e “off road”

(9)

(10)

Força Motriz

 Dois fatores limitam o desempenho



Força motriz máxima que o atrito roda-via pode

suportar



Força motriz máxima obtida pelo torque do motor

 Função da potência e velocidade do veículo

 Menor dentre as força determina o

(11)

Força Motriz

VELOCIDADE DO VEÍCULO



Motor opera com velocidades muito altas



Transmissão reduz a rotação do motor para a velocidade desejada



Velocidade calculada em função da rotação do motor:

1000

60 D

g

N

V

d t







V: velocidade do veículo [km/h]

N: número de revoluções por minuto do motor [rpm]

g_t: fator de redução da caixa de câmbio

g_d: fator de redução do diferencial

(12)

Força Motriz

 Força motriz produzida pelo motor

V

P

F

_t







3600



F_t: força de propulsão [N]

: eficiência de transmissão (em torno de 0,82)

P: potência [kW]

V: velocidade [km/h]

Potência determinada em função da rotação do

motor, dentro da faixa de operação (gráfico de

desempenho do motor)

(13)

Força Motriz

 Limite de aderência



Esforço trator máximo que pode ser desenvolvido

depende do coeficiente de atrito

d t

f

T

F

máx





F_tmáx: força de propulsão [N] f: coeficiente de aderência

(14)

Força Motriz

 Tração













V

P

T

f

mín

F

d t

3600



(15)

Resistência ao Movimento

 Forças contrárias ao movimento

 Resistências de veículos rodoviários:



Resistência ao rolamento



Deformação roda-via no ponto de contato



Resistência aerodinâmica



Deslocamento do veículo na atmosfera terrestre



Resistência de rampa

(16)

Resistência ao Movimento

 Resistência total

g a r

R





R: resistência total ao movimento [N]

R_r: resistência ao rolamento [N]

R_a: resistência aerodinâmica [N]

R_g: resistência de rampa [N]

(17)

Resistência ao Movimento

 Resistência ao rolamento



Quatro fontes:

 Deformação elástica do pneu na região de contato

 Penetração do pneu no solo

 Escorregamento adicional nas curvas

 Circulação de ar dentro do pneu e no entorno da roda



Mais rígidos a roda e o pavimento, menor a deformação

(18)

(19)

(20)

Resistência ao Movimento

 Resistência ao rolamento



Fórmula de Davis [1910]



c

V



G

R

_r



₁



₂



c₁ = 7,6 (pneumáticos em rodovias pavimentadas) c₂ = 0,056

G: peso do veículo [kN]

V: velocidade do veículo [km/h]

c₁: constante que incorpora o efeito da deformação do pneu e da via

(21)

Resistência ao Movimento

 Resistência aerodinâmica



Atua sobre todo veículo que se desloca na atmosfera



Em altas velocidades, essa resistência tem impacto

significativo

 Projetistas de veículos esportivos e carros esportivos

(22)

Resistência ao Movimento

 Resistência aerodinâmica

2

1 V

A

C

g

R

_a









_D



R_a: resistência aerodinâmica[N] : densidade do ar [kg/m³] C_D: coeficiente de arrasto

A: área frontal do veículo [m²]

(23)

Resistência ao Movimento

 Resistência aerodinâmica

2

V

A

c

R

_a



_a



R_a: resistência aerodinâmica [N]

c_a: coeficiente de penetração aerodinâmico

A: área frontal do veículo [m²]

(24)

Resistência ao Movimento

 Resistência básica (inerente)



Sempre existirá







2



2 1

c

V

G

c

A

V

c

R

_b









_a



a r b

R





R_b: resistência básica ou inerente [N]

(25)

 Resistência de rampa

Resistência ao Movimento

100 i

G

R

_g





R_g: resistência de rampa [kN] G: peso do veículo [kN] i: declividade da rampa [% ou m/100m]

(26)

Velocidade de Equilíbrio

 Determinação da velocidade de equilíbrio



Esforço trator igual a resistência ao movimento

R

F

_t



g a r t

R

F





(27)

Velocidade de Equilíbrio

(28)

Frenagem

 É um dos aspectos mais importantes do

desempenho veicular

 Comportamento durante frenagem:



Projeto de rodovias



Distância de visibilidade



Projeto de interseções

(29)

Frenagem

 Distância mínima de frenagem



Modelo simplificado

 Limite de frenagem (aderência)









0 



t d f f

F

a

M

0 





a

F

_f

M

M: massa do veículo [kg] a: desaceleração de frenagem [m/s²]

F_fd: força de frenagem no eixo dianteiro [N]

F_ft: força de frenagem no eixo traseiro [N]

F_f: força de frenagem [N]

f

G

F

máx f





(30)

Frenagem

 Distância mínima de frenagem



Modelo simplificado

 Limite de frenagem (aderência)

 Desaceleração máxima

f

G

F

máx f





M

f

g

M

f

G

M

F

a

fmáx máx









f

g

a

_máx





(31)

Frenagem

 Distância mínima de frenagem



Modelo simplificado

 Distância mínima

f

g

v

a

d

máx mín



_





_

2

1

₂ ₀2 0

d_mín: distância mínima de frenagem [m]

v₀: velocidade inicial [m/s] g: aceleração da gravidade [m/s²] f: coeficiente de aderência

f

V

D





254

2

D: distância mínima de frenagem [m]

V: velocidade inicial [km/h]

(32)

Frenagem

 Distância mínima de frenagem



Modelo simplificado

Declive Aclive

D: distância mínima de frenagem [m]

V: velocidade inicial [km/h] f: coeficiente de aderência m: declividade da rampa [m/100m]