DANIEL J. DA SILVA EDUARDO DALCOMUNE
MAIKOL FEUSER NILSON DE SOUZA
PROJETO ESTRUTURAL DE UM QUADRO DE MOTOCICLETA CUSTOMIZADA PARA FINS DE PROTOTIPOS
JOINVILLE 2008
SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JOINVILLE
DANIEL J. DA SILVA EDUARDO DALCOMUNE
MAIKOL FEUSER NILSON DE SOUZA
PROJETO ESTRUTURAL DE UM QUADRO DE MOTOCICLETA CUSTOMIZADA PARA FINS DE PROTOTIPOS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO APRESENTADO NO 4º PERÍODO DO CURSO DE TÉCNICO EM PROJETOS
MECANICOS COMO REQUISITO PARCIAL DE APROVAÇÃO, SOB ORIENTAÇÃO DO PROFESSOR ORIENTADOR ESPECÍFICO DIONEI CONCER
JOINVILLE 2008
Dedico este trabalho a todas as pessoas que ajudaram a alcançar este objetivo, familiares e
AGRADECIMENTOS
Agradecemos a deus por ternos ajudado, Willian s. Harley e aos irmãos Arthur e Walter Davidson por terem dado inicio a uma das maiores paixão que tomou conta deste mundo e ao Professor Dionei Concer, e a diversos amigos motociclistas.
LISTA DE TABELAS E FIGURAS
Tabela 1. Propriedades mecânicas do Aço 1020...23
Tabela 2: Normalização do Aço... 24
Tabela 3: Principais características da estrutura utilizada no AUTOCAD... 35
Fig. 1: Foto do Filme Easy Rider (Sem destino 1969)... 17
Fig. 2: Condição de Equilíbrio... 19
Fig. 3: Flexão...20
Fig. 4: Momento Inércia... 21
Fig. 5: Nomenclatura aços. ... 23
Fig. 6: Flambagem. ... 26
Fig. 7: Postura ... 27
Fig. 8: Tabela da avaliação de postura RULA realizada no software Catia... 28
Fig. 9: Tabela da avaliação biomecânica realizada no software Catia... 29
Fig. 10: Protótipo do Quadro. ... 36
Fig. 11: Definição dos pontos. ... 37
Fig. 12: Simplificações... 38
Fig. 13: Diagrama XYZ... 39
Fig. 14: Diagrama XYZ... 39
Fig. 15: Simplificação do tubo “C”... 42
Fig. 16: Raios tubo “C”... 43
Fig. 15: Vista Frontal. ... 45
Fig. 16: Detalhe da caixa de direção... 45
Fig. 17: Detalhe da barra central... 46
Fig. 18: Detalhe da parte traseira... 46
Fig. 19: Modelo Estrutural...49
Fig. 20: Pontos de Tensão ... 49
LISTA DE SIGLA, ABREVIATURAS E SIMBOLOS
Identificação Referência
SAE Society of Automotive Engineers
CAD Computer Aided Design
CAE Computer Aided Engineering
F Força
Amp Área máxima projetada
ρ Densidade m Massa M Momento D Diâmetro Maior d Diâmetro Menor R Raio Maior r Raio Menor E Módulo de Elasticidade L Comprimento Pcr Pressão Crítica ∑ Somatório v Volume 3D Tridimensional Kg Quilograma 2 cm Centímetro quadrado g Grama 2D Bidimensional 2 mm Milímetro quadrado 3 cm Centímetro cúbico 3 mm Milímetro cúbico kgf Quilograma força Tf Tonelada força
RESUMO
O objetivo deste trabalho é apresentar um projeto estrutural de um quadro de motocicleta customizada para fins de prototipagem com todos os itens obrigatórios por lei para a sua regulamentação, porque quando se fala em motos customizadas ou motos chopper a primeira imagem que se vem a cabeça é a irregularidade das motocicletas ou a falta de segurança dos seus itens, que é fundamental para a segurança dos seus pilotos.
O conceito de moto chopper, originado dos EUA, foi disseminado mundo afora através do filme independente “Easy Rider” (1969). Esta grande paixão por motos customizadas sendo feita a sua caracterização a gosto de cada um, tem sido um grande problema quando se fala em fazer a regularização do veiculo junto aos órgãos responsáveis (DETRAN). A visão que se tem quando se vê uma motocicleta customizada, é a visão distorcida de uma historia que conta a paixão pelas motocicletas customizadas e sua origem de tanta agressividade e leveza em suas formas simples e ousadas.
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ...10 1.1 PROBLEMA...11 1.2 JUSTIFICATIVA ...11 1.3 OBJETIVOS ...12 1.4 OBJETIVOS GERAIS ...12 1.5 OBJETIVOS ESPECIFICOS ...12 2 REVISÃO DA LITERATURA ...13 2.1 HISTORIA DA MOTOCICLETA...13
2.2 MOTOCICLETAS CUSTOMIZADAS (CHOPPERS)...14
2.3 PROTOTIPAGEM...17
2.4 ETAPAS DO PROCESSO DE PROTOTIPAGEM. ...17
2.5 CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL ...18
2.6 TENSÕES E DEFORMAÇÕES NA FLEXÃO ...19
2.7 MATERIAIS ...20
2.8 DENOMINAÇÃO DO AÇO 1020 ...21
2.9 AÇOS CARBONO (MAIS USUAL EM CONSTRUÇÃO METÁLICA)...22
2.10 NORMALIZAÇÃO DOS AÇOS ...22
2.11 FLAMBAGEM ...24
2.12 ERGONOMIA UFPR - UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ ...25
2.13 AVALIAÇÃO BIOMECÂNCIA ...28
2.14 LIGAÇÃO DAS ESTRUTURAS (SOLDAS) ...30
2.15 SELEÇÃO DO PROCESSO DE SOLDAGEM...30
2.16 CRITÉRIO PARA SELEÇÃO DE PROCESSO...31
2.17 CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS ...31
2.18 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ...31
2.19 ESPESSURAS DO MATERIAL ...32
2.20 POSIÇÃO DE SOLDAGEM ...32
3 DESENVOLVIMENTO...33
3.1 PROJETO...35
3.3 DIAGRAMAS DE CORPO LIVRE...38
3.3.1 Diagrama de corpo livre para ABF (XYZ)...38
3.3.2 Diagrama de corpo livre para eg (XWZ)...38
3.4 SOMATÓRIO DOS MOMENTOS EM XYZ...39
3.5 SOMATÓRIO DOS MOMENTOS EM XWZ...39
3.6 FLEXÃO ...40
3.6.1 Flexão das barras “E” ...40
3.6.2 Flexão das barras “G”...41
3.7 FLAMBAGEM DO TUBO “C”...41
3.7.1 Simplificação do tubo “C”. ...42
3.8 DETALHAMENTO DO PROJETO ...45
3.9 ANÁLISE ESTRUTURAL VIA ELEMENTOS FINITOS...47
3.10 CONCEITO DO METODO DE ELEMENTOS FINITOS...48
3.11 CONCEITO DO CAE ...48
4 CONCLUSÃO ...52
REFERÊNCIAS...53
1 INTRODUÇÃO
O nosso trabalho visa todo o procedimento para a fabricação de um protótipo de um quadro de motocicleta e todos os itens básicos que pode ser feito para a regulamentação das motocicletas customizadas e baixo custo para a fabricação artesanal.
Este produto foi escolhido devido à falta de especialistas no mercado para a fabricação artesanal do mesmo e a falta de orientação para a regulamentação.
1.1 PROBLEMA
O maior problema encontrado para os customizadores de motocicletas seria a montagem de uma estrutura onde respeitaria todos os itens de engenharia básicos para segurança, alguns fabricam quadros sem ao menos conhecer o melhor e mais barato material a ser empregado na estrutura e como garantir junto aos órgãos competentes para a sua regulamentação, o seu processo de projeto e quais critérios foram usados.
1.2 JUSTIFICATIVA
Dispondo das viabilidades encontradas para a regulamentação dos itens básicos de segurança para uma motocicleta customizada ou veiculo artesanal (resolução 63/98 - CONTRAN) como entra na Inspeção de Segurança Veicular ABNT-14180, este assunto de um Projeto Estrutural de um Quadro de Motocicleta Customizada para fins de Prototipagem é uma área pouco praticada por customizadores de motocicletas, que por sua vez ao estarem com suas motos customizadas pronta, encontram barreiras para fazer a regulamentação por que AO darem entrada com a documentação encontram algumas barreiras na vistoria do veiculo, de acordo com as normas técnicas de segurança veicular estabelecidas pelos órgãos repensáveis pela sua fiscalização.
1.3 OBJETIVOS
1.4 OBJETIVOS GERAIS
O presente estudo mostra projeto estrutural de um quadro de motocicleta customizada para fins de prototipagens, cálculos e forças aplicadas, materiais e regulamentação junto aos órgãos responsáveis e a possível fabricação.
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Apresentar cálculos estruturais.
• Solda especifica para quadros de motocicletas • Materiais aplicados
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 HISTÓRIA DA MOTOCICLETA
A motocicleta foi inventada simultaneamente por um americano e um francês, sem se conhecerem e pesquisando em seus países de origem. Sylvester Roper nos Estados Unidos e Louis Perreaux, do outro lado do atlântico, fabricaram um tipo de bicicleta equipada com motor a vapor em 1869. Nessa época os navios e locomotivas movidas a vapor já eram comuns, tanto na Europa como nos EUA, e na França e na Inglaterra os ônibus a vapor já estavam circulando normalmente. As experiências para se adaptar um motor a vapor em veículos leves foram se sucedendo, e mesmo com o advento do motor a gasolina, continuou até 1920, quando foram abandonadas definitivamente.
O inventor da motocicleta com motor de combustão interna foi o alemão Gottlieb Daimler, que, ajudado por Wilhelm Maybach, em 1885, instalou um motor a gasolina de um cilindro, leve e rápido, numa bicicleta de madeira adaptada, com o objetivo de testar a praticidade do novo propulsor. A glória de ser o primeiro piloto de uma moto acionada por um motor (combustão interna) foi de Paul Daimler, um garoto de 16 anos filho de Gottlieb. O curioso nessa história é que Daimler, um dos pais do automóvel, não teve a menor intenção de fabricar veículos motorizados sobre duas rodas. O fato é que, depois dessa máquina pioneira, nunca mais ele construiu outra, dedicando-se exclusivamente ao automóvel.
A primeira fábrica de motocicletas surgiu em 1894, na Alemanha, e se chamava Hildebrandt & Wolfmüller. No ano seguinte construíram a fábrica Stern e em 1896 apareceram a Bougery, na França, e a Excelsior, na Inglaterra. No início do século XX já existiam cerca de 40 fábricas espalhadas pela Europa. Muitas indústrias pequenas surgiram desde então e, já em 1910, existiam 394 empresas do ramo no mundo, 208 delas na Inglaterra. A maioria fechou por não resistir à concorrência. Nos Estados Unidos as primeiras fábricas - Columbia, Orient e Minneapolis - surgiram em 1900, chegando a 20 empresas em 1910.
Tamanha era a concorrência que fabricantes do mundo inteiro começaram a introduzir inovações e aperfeiçoamentos, cada um deles tentando ser mais original.
Estavam disponíveis motores de um a cinco cilindros, de dois a quatro tempos. As suspensões foram aperfeiçoadas para oferecer maior conforto e segurança.
A fábrica alemã NSU já oferecia, em 1914, a suspensão traseira do tipo mono choque (usado até hoje). A Minneapollis inventou um sistema de suspensão dianteira que se generalizou na década de 50 e continua sendo usada, hoje mais aperfeiçoada. Mas a moto mais confortável existente em 1914 e durante toda a década era a Indian de 998cm3 que possuía braços oscilantes na suspensão traseira e partida elétrica, um requinte que só foi adotado pelas outras marcas recentemente. Em 1923 a motocicleta inglesa Douglas já utilizava os freios a disco em provas de velocidade. Porém, foi nos motores que se observou a maior evolução, a tecnologia alcançando níveis jamais imaginados. Apenas como comparação, seriam necessários mais de 260 motores iguais ao da primeira motocicleta para se obter uma potência equivalente a uma moto moderna de mil cilindradas. Após a Segunda Grande Guerra, observou-se a invasão progressiva das máquinas japonesas no mercado mundial. Fabricando motos com alta tecnologia, design moderno, motor potente e leve, confortáveis e baratas, o Japão causou o fechamento de fábricas no mundo inteiro. Nos EUA só restou a tradicional Harley-Davidson. Mas hoje o mercado está equilibrado e com espaço para todo mundo.
2.2 MOTOCICLETAS CUSTOMIZADAS (CHOPPERS)
Com o fim da Segunda Guerra Mundial, muitos membros das forças armadas americanas foram desmobilizados e não conseguiram se readaptar vida da sociedade "normal" - deixando de lado aqui, o princípio da normalidade-. Era deprimente para eles, a rotina de trabalho, família, hipotecas, faculdades e etc. Acostumados com a adrenalina depois de tanto tempo vivendo no limite e ao mesmo tempo querendo desfrutar ao máximo a liberdade e o próprio fato de estarem vivos de volta ao seu país. Aos poucos foram se reunindo e encontraram na motocicleta o meio para satisfazer seu estilo de vida ideal. As motocicletas estavam baratas, vendidas como excesso de material nos leilões militares. A partir deste ponto começou modificações de chassis de motos para perder peso e ganhar estética. A
prática de tais modificações era chamada de "bobbing" ou "choppin' off", cuja tradução de ambos se entende por "cortar fora".
Uma das motos, porém, teve maior destaque na imprensa. Ela foi batizada com o nome de "The Bobber", pelo fato de ser uma moto com resultado de processos de "bobbing”.
O estilo da moto era muito próximo ao das choppers tradicionais, com guiador alto e sissy-bar (Santo António) também alto, ambos característicos do estilo "old school" de motos. Logo, se "bobber" vinha de "bobbing", "choppin' off" deu em "chopper", que ficou mais conhecido.
O conceito de moto chopper (motos customizadas), originado nos Estados Unidos, foi disseminado mundo afora através do filme “Easy Rider” (Sem Destino), lançado em 1969, em que os atores Peter Fonda e Denis Hopper interpretam os dois motociclistas que viajam pela América sobre suas incríveis motos. As motos do filme Easy Rider, que tinham nome (chamavam-se: Capitão América e Billy Bike), talvez sejam até hoje as “Choppers” mais famosas do mundo todo. Outro filme famoso da época que trazia as motocicletas choppers em destaque foi “The Wild One” (O Selvagem), interpretado pelo galã Marlon Brando. Com suas motos potentes, os astros de Hollywood inspiraram muitos jovens nas décadas de 60 e 70.
Embora grande intelectual crítica foi dirigida a este filme, para mim, muito simplesmente, Easy Rider é inspirador, bonito, inquietante, bem-humorado, provocador, thoughful ... Algo para se perder polegadas
Fig. 1: Foto do Filme Easy Rider (Sem destino 1969) Fonte: http://www.ezrider.co.uk
2.3 PROTOTIPAGEM
Protótipos são modelos construídos para simular a aparência e a funcionalidade de um produto em desenvolvimento que é uma representação da interface com qual se pode interagir e oferecer informações para propor mudanças e melhorias em um produto.
Por meio de um protótipo os futuros usuários do projeto podem interagir, avaliar, alterar e aprovar as características mais marcantes da interface e da funcionalidade do produto final.
No desenvolvimento dessa pesquisa será apresentada a penas os principais requisitos estruturais, sendo que para uma analise mais aprofundada seria necessário conhecimentos mais aprofundados na engenharia mecânica.
O protótipo apresentado será de alta confiabilidade e permitira a execução do mesmo, a funcionalidade do produto será desenvolvido apresentado com recursos gráficos computacionais de um sistema de CAD.
2.4 ETAPAS DO PROCESSO DE PROTOTIPAGEM.
• Desenvolver modelo conceitual • Desenvolver protótipo
• Avaliar protótipo
Com base nos resultados da avaliação, essas três etapas podem ser repetidas ciclicamente até que o resultado desejado seja alcançado.
Dimensionamento matemático para analise da resistência de uma estrutura
Os cálculos estruturais com as considerações de cargas e esforços externos, onde o conhecimento das Normas e Especificações sejam elas relativas aos critérios de estabilidade ou de escolha da qualidade do aço a ser adotado, além das referentes à fabricação e montagem, não podem ser negligenciadas. Nessa etapa como em muitas outras, o conhecimento teórico de estabilidade deverá ser sempre somada à experiência prática relativa aos processos de fabricação e montagem.
Apesar da grande valia dos atuais recursos de programas automatizados que permitem uma otimização dos dimensionamentos, muitos cuidados podem ser tomados com os resultados frios dos computadores.
A vivência do Projetista, sua familiarização com os processos de fabricação e de montagem e dos detalhes convenientes, não pode ser menosprezada.
Para um calculo simples da estruturas, serão usadas em nosso projeto estruturas de um quadro de motocicleta customizada para fins de protótipo, reações mecânicas, onde para que o veiculo sega regulamentado e que tenha o mínimo de segurança possível em sua estrutura.
2.5 CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL
As estruturas são classificadas em função do número de reações de apoio ou vínculos que possuem. Cada reação constitui uma incógnita a ser determinada. Para as estruturas planas, a Estática fornece três equações fundamentais:
0 = Σ x F 0 = Σ y F 0 = Σ A M
Para o nosso estudo foram hostilizadas Estruturas hipostáticas onde são aquelas cujo número de reações de apoio ou vínculos é inferior ao número de equações fornecidas pelas condições de equilíbrio da Estática.
Fig. 2: Condição de Equilíbrio. Fonte: Autores.
A figura a cima ilustra um tipo de estrutura hipostática. As incógnitas são duas: RA e RB. Esta estrutura não possui restrição a movimentos horizontais.
2.6 TENSÕES E DEFORMAÇÕES NA FLEXÃO
Considere-se a viga a simplesmente apoiada, submetidas a duas forças concentradas no mesmo plano xy que contém o eixo da barra, como ilustra a Figura abaixo.
Fig. 3: Flexão Fonte: Autores.
Essas forças produzem deslocamentos nos diversos pontos do eixo da viga dando origem a tensões internas.
A parte central da viga está sujeita somente ao momento fletor M=P.a, sem esforço cortante. Neste trecho diz-se que a solicitação é de flexão pura.
Nas seções da viga onde atuam simultaneamente momento fletor e força cortante diz-se que há flexão simples.
Define-se raio de giração como sendo a raiz quadrada da relação entre o momento de inércia e a área da superfície. A unidade do raio de giração é o comprimento. O raio de giração é utilizado para o estudo da flambagem.
Fig. 4: Momento de Inércia Fonte: Autores
2.7 MATERIAIS
O processo de escolha do material a ser utilizado para o projeto de protótipo de quadro de motocicleta foi o aço SAE 1020 que atende a critérios técnicos para a fabricação do quadro, e em termos logísticos e comerciais.
O aço SAE 1020 material que melhor se adapte as suas necessidades visando à formação de um produto eficiente, porém competitivo no mercado.
Não se pode dizer que exista uma única solução para materiais à medida que há inúmeros materiais que atendem às especificações. No entanto, foi buscado atender os critérios relacionados na seqüência da melhor forma possível.
Quanto aos critérios técnicos, é necessário um produto de boa normalização, soldabilidade, resistência à corrosão, boas características mecânicas e principalmente, que suporte a temperatura de 400º C por duas horas.
O critério logístico entende-se por disponibilidade do material no mercado, tempo de fornecimento, custos de transporte, etc.
Finalmente, os critérios comerciais remetem aos custos, aparência, confiabilidade perante o cliente, marketing da solução encontrada e o quanto o cliente valoriza a solução encontrada.
2.8 DENOMINAÇÃO DO AÇO 1020
Aço SAE 1020, que é um aço de baixo carbono segundo norma SAE, ele contem apenas 0,2 % de carbono. O aço 1020 é de fácil usinabilidade e alta tenacidade e baixa dureza.
Este tipo de aço é aplicado em mecânica em geral como peças comuns por ter baixo custo.
A classificação do aço 1020 segundo as normas da SAE (Society of Automotive Engineers - EUA) é a mais utilizada em todo o mundo, são os aços-carbono (aços sem adição de elementos de liga, além dos que permanecem em sua composição no processo de fabricação) e aços de baixa liga (aços com baixas porcentagens de elementos de liga).
A classificação SAE é baseada na composição química do aço. A cada composição normalizada pela SAE corresponde a uma numeração com 4 ou 5 dígitos.
A mesma classificação também é adotada pela AISI (American Iron and Steel Institute - EUA).
Um extrato contendo exemplos das classificações de alguns aços mais comuns é apresentado na listagem a seguir.
No total são previstas muitas dezenas de classificações. Nelas, os 2 dígitos finais XX indicam os centésimos da porcentagem de C (Carbono) contida no material, podendo variar entre 05, que corresponde a 0,05% de C, a 95, que corresponde a 0,95% de C. Se a porcentagem de C atinge ou ultrapassa 1,00%, então o final tem 3 dígitos (XXX) e a classificação tem um total de 5 dígitos.
SAE 1020 – Aço-Carbono simples (outros elementos em porcentagens desprezíveis, teor de Mn de no máximo 1,0%)
Fig. 5: Nomenclatura aços. Fonte: Autores.
2.9 AÇOS CARBONO (MAIS USUAL EM CONSTRUÇÃO METÁLICA)
Segundo a NBR 6215 aço carbono é aquele não contém elementos de liga isto é, apenas teores residuais de Cr = 0,20%, Ni = 0,25% etc e no qual os teores de Si e Mn não ultrapassem limites máximos de 0,60% e 1,65% respectivamente.
São classificados em função do teor de carbono.
O Aço SAE 1020 é de baixo Carbono sendo C £ 0,30% e o limite de sua resistência é de 440 N/mm².
Características: Boa tenacidade, conformabilidade e soldabilidade. Propriedades
Tabela 1: Propriedades mecânicas do Aço 1020. Fonte: Projetos de Máquinas.
2.10 NORMALIZAÇÃO DOS AÇOS
A normalização consiste na austenitização completa do aço, seguida de resfriamento ao ar. Tem por objetivo refinar e homogeinizar a estrutura do aço, conferindo-lhe melhores propriedades do que o recozimento.
É indicado normalmente para homogeinização da estrutura após o forjamento antes da tempera ou revenimento.
Se compararmos a estrutura normalizada da recozida tem-se na estrutura normalizada:
AÇO 1020
AÇO CARBONO % DE LIGA % DE CARBONO
Num aço hipoeutetóide, possivelmente menor quantidade de ferrita proeutetóide, e perlita mais fina. Em termos de propriedade mecânica a dureza e a resistência mecânica mais elevada, ductilidade mais baixa e resistência ao impacto semelhante.
Num aço hipereutetóide, menos carbonetos em rede ou massivos, e distribuição mais uniforme dos carbonetos resultantes, devido à dissolução para a normalização do que para revenimento.
Tabela 2: Normalização do Aço. Fonte: Metalúrgica Golin
A normalização (ou alívio de tensão) consiste no aquecimento do aço acima da linha crítica, mantê-lo nesta temperatura o tempo necessário a sua total transformação estrutural e seguir com um resfriamento ao ar calmo.
A normalização tem por objetivo principal, refinar a granulação e conferir ao aço, estruturas uniformes com as características normais de sua composição. Quando o aço sofre alterações de uniformidade na sua estrutura por efeito de trabalhos a quente, como por exemplo: forjamento, laminação, solda obtenção direta da peça fundida, etc., é indispensável que o mesmo seja normalizado após estas operações. A normalização reduz a tendência de empenamento das peças e facilita a dissolução dos carbonetos e elementos de liga.
2.11 FLAMBAGEM
É um fenômeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a barra de secção transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço de COMPRESSÃO AXIAL.
Pcr: Carga crítica de flambagem: faz com que a peça comece a flambar. Unidade = Kn,kgf Se P 〈 Pcr: não há flambagem. Equilíbrio estável. Se P=Pcr: Equilíbrio indiferente. Se P 〉 Pcr: Equilíbrio instável.
Quando a flambagem ocorre na fase elástica do material, a carga crítica (Pcr) é dada pela fórmula de Euler:
2
L I E Pcr=π ⋅ ⋅
E = módulo de elasticidade longitudinal do material. Unidade = KN / 2
cm
I min = menor dos momentos axiais de inércia da secção. Unidade = cm 4
Lfl = comprimento de flambagem da peça. Unidade = cm
Os comprimentos de flambagem dependem dos vínculos das extremidades. Bi - rotulada Lfl= L 2 L I E Pcr=π ⋅ ⋅
Fig. 6: Flambagem.
Fonte: Autores.
2.12 ERGONOMIA UFPR - UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
O estudo da análise postural para este tipo de protótipo mostra uma postura adotada pelo condutor conforme neste modelo de motocicleta. Também foi realizada uma pequena análise postural RULA, e também é apresentado o resultado de biomecânica obtido através da avaliação ergonômica virtual com o DASSAULT CATIA V5 R13
O presente estudo teve o objetivo de analisar, a postura do piloto obtida em diferentes modelos de motocicletas. A necessidade deste estudo decorre do, cada vez mais, crescente número de motoristas que estão a utilizar este tipo de veículo.
A análise da postura é apoiada nos métodos RULA e BIOMECHANICS, ambas feitas com o software DASSAULT CATIA V5 R13. Para tanto, foram realizadas fotografias com dois usuários de tamanhos distintos em diferentes modelos de motocicletas. A finalidade é verificar se há variação no resultado da análise. O primeiro apresenta altura de 1,90m e o segundo altura de 1,68m. Essas
fotografias foram retiradas lateralmente e frontalmente ao modelo. Também foi utilizado um retângulo vermelho com o comprimento de 0,10m para referência dimensional, assim através da proporção podemos medir os componentes necessários na fotografia para a construção do modelo virtual. Somente foram tomadas medidas de altura e peso dos usuários para a construção dos modelos.
Os modelos de motocicletas para os testes foram as Sport-Touring e a Cruizer (Customizada).
Sport-Touring - estas motocicletas combinam o conforto com alguma capacidade de bagagem. Possuem bom controle de direção, desempenho e freio semelhante ao das sportbikes. Possuem menos acessórios que as motos touring. É ideal para viagens médias onde as estradas são muito sinuosas.
Cruizer - atualmente uma das categorias mais populares do mercado. Centrada no clássico e tradicional estilo Norte-Americano. É dominado quase que exclusivamente pela Harley-Davidson, a categoria cruizer mais famosa. O perfil da moto é longo com uma baixa altura do banco. A ênfase nesta categoria está na aparência, no barulho e na postura de direção. Há pouca ênfase no desempenho. Os donos freqüentemente personalizam essas motos.
Na figura abaixo à direita, fotografia lateral do usuário montado. Na motocicleta e medição dos ângulos da postura adotada. Na figura à esquerda, a construção do manequim virtual no software.
Fig. 7: Postura.
Posteriormente, através da fotografia foram medidos os ângulos das posturas nos diferentes modelos de motocicletas. Esses ângulos são transpostos para ambos os modelos virtuais através do módulo Human Posture Analysis.
Após a construção dos modelos e de suas respectivas posturas é utilizado o módulo Human Activity
Analysis, onde são realizadas as avaliações RULA e BIOMECHANICS. Os resultados das posturas decorrentes dos diferentes modelos de motocicletas são comparados em uma tabela.
Fig. 8: Tabela da avaliação de postura RULA realizada no software Catia. Fonte: Universidade Federal do Paraná
2.13 AVALIAÇÃO BIOMECÂNCIA
A seguinte tabela demonstra os resultados obtidos na avaliação biomecânica realizada com o manequim da altura de 1,90m. Os resultados obtidos são: o momento; a força de compressão e a força de compressão por extensão nas vértebras L4 e L5 (relativas a parte lombar da coluna vertebral); a força abdominal e a pressão abdominal.
Fig. 9: Tabela da avaliação biomecânica realizada no software Catia. Fonte: Universidade Federal do Paraná
Nos resultados obtidos na avaliação RULA, os modelos de motocicletas com melhor pontuação.
(score 3) formam: Cruiser. Com relação ao tamanho do usuário, sendo este mais adequado a usuários de maior estatura. Outros modelos de motocicletas foi constatado que os usuários tem grande inclinação da coluna vertebral para frente e pela baixa posição da manopla de direção e outros pontos críticos comum a todos os modelos, apontado pelos estudos foi a posição do ombro. A abdução das pernas é maior nos modelos com maior cilindrada (Cruiser), mas que é levemente suprimida
pela posição das pernas serem inclinadas para frente, Já nos modelos como a abdução das pernas é menor, por causa da posição de direção, que é sentada ao invés de montada, permitindo o fechamento (adução) das pernas e também pelo tamanho e posição do motor, que é menor e é localizado mais abaixo, próximo a linha do pé. Na análise biomecânica a motocicleta de modelo Sport apresenta o maior número em todas as avaliações (taxas de compressão) e com menor número é representado o modelo Cruiser. Isso se deve principalmente ao ângulo de inclinação da coluna vertebral, onde no primeiro modelo a coluna é projetada para frente, enquanto que no segundo a coluna é projetada para trás.
Um fator importante é que com a coluna vertebral projetada para frente, o peso do tronco é sustentado pela mão apoiada no guidão, provocando maior cansaço durante longos períodos de direção. Outra determinante é que, supostamente, a vibração proveniente da suspensão dianteira da motocicleta é transferida para a coluna vertebral quando esta fica deslocada para frente, devido ao apoio do tronco no guidão. Com a coluna vertebral deslocada para trás, a sustentação do tronco também é realizada pela mão no guidão, mas não por compressão e sim por suspensão. Assim partes das vibrações podem ser amenizadas proporcionando mais conforto.
Supostamente, a agilidade de condução da motocicleta é melhor nos modelos que possuem uma posição mais recolhida das pernas e quando a posição da coluna vertebral é deslocada para frente. Talvez devido à localização do centro de gravidade do condutor e pelo modo como a motocicleta pode ser pendulada, pelo jogo de corpo do quadril e dos braços, para as tomadas de curva.
Muitos motociclistas profissionais (motoboys) adulteram o guidão original de fábrica, diminuindo a envergadura. Resta saber quais são as conseqüências desta alteração nas posturas, tanto estáticas quanto dinâmicas, do condutor e como isso afeta o modo de direção em motocicletas.
2.14 LIGAÇÃO DAS ESTRUTURAS (SOLDAS)
2.15 SELEÇÃO DO PROCESSO DE SOLDAGEM
Existem alguns materiais que não podem ser soldados, porém os que podem, não podem ser soldados por todo tipo de processo. Logo, antes de iniciar um trabalho de fabricação, é necessária a seleção de um processo de solda para realizar uma junta de especificações e qualidade desejadas. Alguns processos de soldagem estão associados com trabalhos específicos e indústrias. Por exemplo, Soldagem por Resistência por Pontos (RESISTANCE SPOT WELDING) é muito usado em trabalho com chapas metálicas na indústria automotiva e na fabricação de carcaças de geladeiras. Soldagem a Arco com Eletrodo de Tungstênio com Proteção Gasosa (GAS TUNGSTÊNIO ARC WELDING - GTAW) é bem aceito na fabricação de aeronaves, foguetes, mísseis e indústrias nucleares; soldagem por Arco Submerso (SUBMERGED ARC WELDING - SAW) é o único processo usado para soldagem em construção naval e na fabricação vasos de pressão; Soldagem por Feixe de Elétrons (ELECTRON BEAM WEALD - EBW) é principalmente empregado para soldar metais reativos, e Soldagem a Arco com Proteção Gasosa – Eletrodo Revestido (SHIELDED METAL ARC WELDING – SMAW) é usado para a solda de juntas com difícil acesso ou para soldagem de campo.
Em todos os casos acima, a seleção de processo pode ser atribuída ao fato de que a junta de solda de qualidade desejada seja realizada ao menor custo, assim sendo, custo é o principal critério de seleção. Em tais casos específicos pode não haver qualquer outra escolha e o exercício para seleção de um processo é redundante. Contudo, há muitas ocasiões onde vários processos podem ser igualmente empregados na fabricação do produto final. A seleção de processo é almejada para tais situações e, freqüentemente os processos escolhidos são os processos de solda à arco por fusão da família da soldagem à arco. A metodologia para seleção de processo para materiais específicos e indústrias é descrita resumidamente neste capítulo.
2.16 CRITÉRIO PARA SELEÇÃO DE PROCESSO
Quando há múltiplas escolhas para a seleção do processo de soldagem a ser realizada em uma junta é essencial fundamentar a decisão final nas seguintes considerações.
I) Considerações Técnicas; II) Considerações de Produção; III) Considerações Econômicas.
2.17 CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS
As maiorias dos fatores que afetam as considerações técnicas são: as propriedades dos materiais, sua espessura, projeto da junta e, também, acessibilidade bem como a posição de soldagem.
2.18 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
Materiais como o aço com baixo carbono ou mais especificamente aço doce podem ser soldados por quase todos os processos, mas este não é o caso para todos os materiais, como é o caso dos aços de alta liga, alumínio, cobre, titânio, etc. As principais propriedades do material que afetam a seleção de um processo de soldagem para a realização de solda de uma junta de qualidade desejável são: condutividade térmica, coeficiente de expansão térmica, reação com oxigênio atmosférico, resíduo de fluxo, e sensibilidade de trinca.
Sensibilidade à Trinca: Alguns materiais têm alta afinidade por hidrogênio a elevadas temperaturas resultando assim na absorção deste gás proveniente da umidade e produtos de hidrocarboneto na forma de óleo e graxa ao redor do equipamento de soldagem e consumíveis.
2.19 ESPESSURAS DO MATERIAL
A espessura do material possui um papel vital na seleção do processo de soldagem. Por exemplo, no caso do projeto de estrutura do quadro da motocicleta será usado uma lâmina de metal (≤ 3 mm de espessura) pode ser melhor soldada por Soldagem por Resistência, Soldagem Oxacetileno, Soldagem a Arco com Metal-Gás Inerte (MIG).
A espessura do material controla a taxa de resfriamento e decide o fluxo de calor requerido por unidade de tempo para alcançar uma boa solda. Altas espessuras significam altas taxas de resfriamento e conseqüente aumento na dureza do material significará que a taxa de resfriamento também será alta, aumentando assim a dureza do material e a ZTA. Isto pode conduzir freqüentemente em absorção de hidrogênio e em conseqüência pode originar trincas. Para contornar estes problemas é comum a realização de um pré-aquecimento e um tratamento térmico pós-solda. Porém, o custo da solda por unidade de comprimento fica mais caro, podendo inviabilizar o processo. O pré-aquecimento também é empregado para soldar metais não ferrosos de alta condutividade térmica, para assegurar a devida fusão entre a solda e o metal de base.
2.20 POSIÇÃO DE SOLDAGEM
O processo como Eletrodo Revestido, MIG/MAG podem ser realizadas em qualquer posição enquanto outras são limitadas a uma ou poucas posições. Por exemplo, Soldagem a Arco Submerso é mais apropriada para soldagem vertical descendente ou plana enquanto Soldagem por Eletro escória é freqüentemente aplicada para soldagem vertical ascendente. Para pequenas soldagens, as capacidades de posição podem não ser de grande importância, pois os produtos e as peças podem ser giradas até a posição mais vantajosa para soldagem. Para soldagem de campo, particularmente para grandes estruturas, não é possível que as giremos até a melhor posição. Por exemplo, para a fabricação do protótipo de quadro de motocicleta, precisa-se que se solde usando principalmente posições horizontais e verticais de soldagem. Isto geralmente significa condições difíceis de
soldagem, baixos padrões de corte e, além disso, aumento de problemas em alcançar a qualidade de solda desejada. Para tais situações um simples processo de soldagem como Eletrodo Revestido trabalha melhor. Por outro lado, soldagem de canos de pequenos diâmetros pode ser feita em qualquer posição e para tal trabalho métodos de soldagem mecanizados empregando carro de solda “welding bugs” servem bem.
3 DESENVOLVIMENTO
O projeto do protótipo do quadro de motocicleta surgiu a partir de uma necessidade pessoal de muitos motociclistas que customizam motocicletas, alguns não entendem a necessidade de se fazer um pequeno estudo para o que se vai construir. Com esta pesquisa foi possível estudar alguns pontos principais para a elaboração de um quadro de motocicleta, como um estudo ergonômico e a própria resistência do material que se vai usar.
Esse projeto tem o objetivo de avaliar o comportamento de uma motocicleta do tipo chopper de passeio, aplicando alguns conhecimentos teóricos obtidos em sala de aula, em termos de estrutura e parte dianteira, é basicamente a suspensão. Para a modelagem do quadro foi utilizada a como base de projeto dois tipos de quadro de motocicletas já existentes no mercado, a parte da frente do quadro foi inspirada no modelo ST-180.2 DA HARLEY DAVIDSON, e a parte traseira no modelo WJ-2 de 1948 também da DARLEY DAVIDSON, sendo que os modelos já existentes no mercado requerem um motor de modelo “V” com o cambio separado do motor, para isto foi desenvolvido uma área maior para suportar modelos de motor existente no BRASIL com caixa de marcha embutida, este quadro foi projetado pelos próprios alunos do SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Para fins de melhoramento na modelagem computacional, o projeto foi considerado satisfatório, tornando-se necessário um estudo mais aprofundado para o melhoramento do próprio conceito de prototipagem.
Em primeira instância, o protótipo foi desenhado no CAD. Colocaram-se todos os dados necessários da estrutura, os quais podem ser vistos nas tabelas a seguir.
TIPO DE
ELEMENTO MATERIAL SECÇÃO TRANSVERSAL DE TUBO Ø DO TUBO
ESTRUTURA
ARMADA AÇO 1020
CIRCULAR VAZADO DE 3,00mm
DE ESPESSURA 25mm 50mm
Tabela 3: Principais características da estrutura utilizada no AUTOCAD. Fonte: Autores.
Após a projetado em 2D, foi feita a análise dos ângulos e pontos de fixação da estrutura do quadro da motocicleta. Tal análise foi à obtenção de todos os possíveis ângulos e distancias para o modelamento em 3D no SOLID WORKS.
3.1 PROJETO
Após analisados todos os postos facultativos para o desenvolvimento do protótipo deu-se inicio ao modelamento e detalhes do projeto.
Fig. 10: Protótipo do Quadro. Fonte: Autores.
3.2 CÁLCULOS MATEMÁTICOS APLICADOS NO PROJETO
Calculo estrutural: 1. O protótipo 2. Simplificações 3. Cálculos
Com base nas medidas do protótipo do quadro, figura 11 foram realizadas algumas simplificações.
Fig. 11: Definição dos pontos. Fonte: Autores.
Os dois tubos E1 e E2 são idênticos, assim como os tubos G1 e G2 e F1 e F2, e para efeito de cálculo, serão considerados como apenas um tubo, tendo qualquer força resultante dividida igualmente entre cada par.
A estrutura foi dividida em duas estruturas lineares: XYZ e XWZ, como mostra a figura 12 abaixo:
Fig. 12: Simplificações. Fonte: Autores.
3.3 DIAGRAMAS DE CORPO LIVRE
Para encontrar as forças resultantes nas extremidades da estrutura, foram utilizados diagramas de corpo livre nas duas estruturas.
3.3.1 Diagrama de corpo livre para “ABF” (XYZ)
Fig. 13: Diagrama XYZ. Fonte: Autores.
A figura 13 mostra a atuação das forças e as dimensões consideradas nos cálculos para a estrutura XYZ.
• 15 kg – Peso do Tanque cheio
• 240 kg – Peso do Piloto + Peso aproximado do quadro montado 3.3.2 Diagrama de corpo livre para “EG” (XWZ)
Fig. 14: XYZ Fonte: Autores.
Na figura 14, é possível visualizar as forças aplicadas e dimensões utilizadas nos cálculos da estrutura XWZ.
• 60 kg – Motor
3.4 SOMATÓRIO DOS MOMENTOS EM XYZ
∑
Mxyz= 0 Adotando o sentido anti-horário como positivo e Z fixo:kgf , Rx mm kgf , mm kgf , Rx mm , mm , kgf mm , kgf mm , Rx 66 110 8 17464 2 178123 4 1767 0 32 1164 15 18 742 240 4 1767 = ⋅ + ⋅ = ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅ −
∑
Mxyz= 0 Adotando o sentido horário como positivo e X fixo:kgf Rz mm kgf mm kgf Rz mm mm kgf mm kgf mm Rz 23 , 144 245880 2 , 9046 4 , 1767 0 5 , 1024 240 08 , 603 15 4 , 1767 = ⋅ + ⋅ = ⋅ = ⋅ + ⋅ + ⋅ −
3.5 SOMATÓRIO DOS MOMENTOS EM XWZ
∑
Mxwz= 0 Adotando o sentido anti-horário como positivo e Z fixo:kgf , Rx mm kgf Rx mm , mm , kgf mm , Rx 38 24 43089 4 1767 0 15 718 60 4 1767 = ⋅ = ⋅ = ⋅ + ⋅ −
∑
Mxwz= 0 Adotando o sentido horário como positivo e X fixo:kgf Rz mm kgf Rz mm mm kgf mm Rz 62 , 35 62955 4 , 1767 0 25 , 1049 60 4 , 1767 = ⋅ = ⋅ = ⋅ + ⋅ −
3.6 RESULTANTE
Somando os valores de Rxe Rz obtidos nos cálculos anteriores, teremos as forças resultantes nas extremidades do quadro.
Resultante no ponto X: kgf Rx kgf kgf Rx Rx Rx Rx XYZ EG 04 , 135 38 , 24 66 , 110 = + = + = Resultante no ponto Z kgf Rz kgf kgf Rz Rz Rz Rz XYZ EG 85 , 179 62 , 35 23 , 144 = + = + = 3.7 FLEXÃO
Para verificar se os tubos “E” e “G” suportarão a carga sem sofrerem nenhuma flexão, serão utilizados os cálculos de Flexão.
3.7.1 Flexão das barras “E”
Momento de Inércia: mm kgf Mf mm kgf Mf dist F Mf ⋅ = ⋅ = ⋅ = 7 , 138445 22 , 1025 04 , 135 Módulo de resistência: 3 4 4 4 4 18 , 1022 25 32 ) ) 19 ( ) 25 (( 32 ) ( mm W mm mm mm W D d D W = ⋅ − = ⋅ − =
π
π
Substituindo Wf : 2 2 3 / 7 , 1328 / 44 , 135 18 , 1022 7 , 138445 mm N f mm kgf f mm mm kgf f Wf Mf f = = ⋅ = = σ σ σ σ
3.7.2 Flexão das barras “G”
Momento de Inércia: mm kgf Mf mm kgf Mf dist F Mf ⋅ = ⋅ = ⋅ = 28 , 129159 15 , 718 85 , 179 Módulo de resistência: 3 4 4 4 4 18 , 1022 25 32 ) ) 19 ( ) 25 (( 32 ) ( mm W mm mm mm W D d D W = ⋅ − = ⋅ − =
π
π
Substituindo Wf : 2 2 3 / 56 , 1239 / 36 , 126 18 , 1022 28 , 129159 mm N f mm kgf f mm mm kgf f Wf Mf f = = ⋅ = = σ σ σ σFLAMBAGEM DO TUBO “C”
Para garantir que o tubo “C” resistirá às forças aplicadas no quadro sem sofrer nenhuma deformação, utilizamos o cálculo de flambagem.
Se a carga crítica encontrada for maior que a carga aplicada no tubo, a flambagem não ocorrerá. 2 2 L I E Pcr=π ⋅ ⋅ 3.7.3 Simplificação do tubo “C”.
Para efetuar o cálculo de flambagem, utilizou-se outra simplificação, alterando o ângulo de inclinação do tubo “C” para 90° em relação aos cálculos anteriores, como demonstra a figura 15 abaixo:
Fig. 15: Simplificação do tubo “C”. Fonte: Autores.
Por seno: mm L mm L mm L sen 96 , 482 965 , 0 500 500 75 = ⋅ = = °
Cálculo do Momento de Inércia do tubo “C”:
Fig. 16: Raios tubo “C”. Fonte: Autores. 4 4 4 4 4 3 , 122808 4 ) 22 ( 4 ) 25 ( 4 4 mm I I r R I = ⋅ − ⋅ = ⋅ − ⋅ = π π π π
Substituindo L e I na equação de flambagem temos: Kgf Pcr N Pcr mm mm N Pcr mm mm MPa Pcr mm mm GPa Pcr 33 , 347 3 , 3407 36 , 233250 37 , 794752685 36 , 233250 3 , 122808 2060 ) 96 , 482 ( ) 3 , 122808 ( ) 06 , 2 ( 2 2 2 4 2 2 4 2 = = ⋅ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = π π
Como a carga crítica é maior do que as cargas aplicadas no tubo “C”, não haverá flambagem.
3.8 DETALHAMENTO DO PROJETO
Fig. 15: Vista Frontal. Fonte: Autores.
Para o detalhe da caixa de direção deverá ser visto a nota que se encontra na planta de montagem (ver anexos)
Fig. 16: Detalhe da caixa de direção. Fonte: Autores.
Chapa de apoio das barras inferior a barra superior
Fig. 17: Detalhe da barra central. Fonte: Autores.
A barra central de sustentação é um dos principais pontos de apoio para a realização dos cálculos, onde por sua vez é a barra que mais sofre variação de força
Fig. 18: Detalhe da parte traseira. Fonte: Autores.
Para o detalhe das chapas do eixo traseiro ver nota que se encontra na planta de montagem (ver anexo).
3.9 ANÁLISE ESTRUTURAL VIA ELEMENTOS FINITOS
A analise estrutural deste projeto foi desenvolvido pelo Professor do SENAI Joinville e Engenheiro mecânico Dionei Concer.
A presente simulação estrutural apresentou a tensão máxima atuante no valor de 104,5MPa para cargas alternadas de 1962N, valores correspondem à força peso do piloto que é de 200 Kgf , podendo assim determinar o melhor aço para a aplicação da estrutura.
Portanto a partir do resultado da simulação computacional, pode-se escolher com confiabilidade e otimização de custos a matéria prima, após uma breve análise de mercado, foi definido utilizar o aço SAE 1020 normalizado de grau 2 (conforme tabela fabricante metalúrgica Golin) onde sua tensão máxima de escoamento é de 260MPa.
Cruzando valores de tensão atuante na simulação, versus a tensão de escoamento do aço SAE, sendo que a tensão máxima de um material para carregamentos alternados é quando a sua tensão é dividido por dois.
Dispõem-se, entretanto, de métodos mais sofisticados. Alguns destes incluem um fator de segurança, alguns se dirigem especificamente a projeto, em contraste com analise, e outros são muitos analíticos.
3.10 CONCEITO DO METODO DE ELEMENTOS FINITOS
O método de elementos finitos fornece uma técnica geral para a resolução de problemas de equações diferenciais parciais. Sua idéia principal é que as funções de interpolação podem ser definidas de maneira independente sobre as sub-regiões do domínio e que, em cada subdomínio, podem aparecer funções simples, geralmente polinomiais de baixa ordem. De maneira geral, pode-se dizer que a idéia central do método de elementos finitos é subdividir o domínio em pequenas regiões finitas e adjacentes chamadas elementos finitos. O comportamento da grandeza física é aproximado por um polinômio, preferencialmente de baixa ordem. Em cada elemento, são identificados pontos chamados de nós ou pontos nodais. O conjunto de elementos que formam o domínio é chamado de malha de elementos finitos. São resolvidas as equações para cada elemento, para depois se conseguir uma solução geral do problema.
3.11 CONCEITO DO CAE
Como prescrito anteriormente pela falta de tempo não foi possível obter as dimensões do motor para locar corretamente seus pontos de apoio no quadro, como outros itens.
Computer Aided Engineering ou Engenharia Assistida por Computador é uma ferramenta de trabalho que utiliza o computador para dar suporte à engenharia, auxiliando no desenvolvimento de projetos, por meio de análises pré-definidas, tais como: análises estáticas, dinâmicas, térmicas, magnéticas, de fluidos, acústicas, de impacto e simulações (TEKNICAL). A essência do CAE é o método de Análise por Elementos Finitos (FEA), o qual discretiza o desenho de CAD em muitas partes pequenas, resolvendo então um conjunto de equações algébricas para obter os resultados desejados em função do carregamento e das condições de contorno. Os softwares de CAE baseados em análise por elementos finitos (FEA) são largamente utilizados para o cálculo de tensões, deslocamentos, vibração, transferência de calor, escoamento de fluidos, instalações industriais e outras aplicações.
Fig. 19: Modelo estrutural. Fonte: Eng. Dionei Concer.
Modelo estrutural, figura 19, para análise de tensões através do Critério de Von Misses.
A força aplicada sobre a barra central foi de 1962Ν , sendo cargas variáveis.
Fig. 20: Pontos de Tensão. Fonte: Eng°. Dionei Concer
Os pontos de maior tensão ocorreram nas barras “E” e “F” do Projeto, como mostra a figura 20.
As tensões maiores ocorreram devido à espessura do material, mas isto não interfere nos resultados finais.
Fig. 21: Distribuições de tensões no quadro. Fonte: Eng. Dionei Concer
A obtenção das tensões atuantes na estrutura, que inicialmente foi desenvolvido por um método analítico, foi evoluída com o auxílio do método dos elementos finitos, que foi simulado com um software de CAE, para processamento das condições de contorno. Tal processo exigiu maior comprometimento, resultando em um acréscimo de tempo não previsto inicialmente, planejava-se apenas desenhar a estrutura e usar uma ferramenta computacional pronta para a sua análise. Além desse imprevisto aumento de trabalho para a análise da estrutura, as complicações com o lado operacional da proposta desarranjaram ainda mais o cronograma, de modo que não se obteve todos os resultados numéricos esperados, nem tampouco se pode fazer a análise da adequação da solução ou a proposição de
outras soluções. Entretanto, o resultado desta análise foi positivo. O resultado mais palpável deste processo consiste em um programa para fabricação de um quadro de motocicleta pelo Método de reações mecânicas, que pode ser facilmente utilizado para outras estruturas.
A metodologia aqui seguida também se mostrou coerente, e, junto com a metodologia mais geral apresentada, poderá ser seguida futuramente em estruturas similares.
O aprendizado do método de reações mecânicas, flexão, flambagem ocorreu de fato, e maior proficiência em programação também foi adquirida.
Recomendações para o seguimento do trabalho Não se pode concluir o projeto do quadro de motocicleta sem o estudo criterioso da estrutura. Portanto, este deverá ser terminado, e, para tanto, algumas recomendações podem ser observadas.
4 CONCLUSÃO
4.1 CONCLUSÃO DO TRABALHO
O objetivo proposto no presente trabalho foi plenamente atendido.
A metodologia adotada para as observações demonstrou ser adequada para obtenção dos dados.
Do ponto de vista de estudos de ergonomia pudemos obter uma visão maior da importância de uma postura correta em cima de uma motocicleta, onde os modelos de motocicletas têm um peso muito grande em questão de saúde.
4.2 DESAFIOS ENCONTRADOS
Os cálculos aplicados foram os melhores escolhidos para o presente projeto, onde se avistou apenas um estudo simples para a fabricação artesanal de um quadro de motocicleta levando em conta alguns itens básicos para a o seu dimensionamento.
A análise estrutural rodado em um software específico para estruturas mecânicas auxiliado pelo Professor e Engenheiro Mecânico Dionei Concer, onde mostrou uma boa estabilidade em seus pontos de apoio e forças aplicadas.
4.3 OPORTUNIDADE DE MELHORIA
O protótipo do quadro de motocicleta desenvolvido para estudos e direcionamento para fabricação e regulamentação do mesmo junto aos órgãos competentes, este projeto foi movido pela mesma paixão que um motociclista tem pela sua moto, o alto nível de segurança foi essencial para o desenvolvimento deste projeto para o condutor. Como se trata de um protótipo acredita-se que seria adequado o desenvolvimento de novos estudos com vista à possibilidade de se realizar novos modelos e design arrojado.
REFERÊNCIAS
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Makron Books, 1996.
CATALOGO DE TUBOS. Disponível em: http://www.golin.com.br/ .Acesso em 15
out.2008.
GERE, James G. Mecânica dos Materiais – São Paulo: Editora Thomson, 2003; VALLOUREC & MANNESMANN TUBES (2000) – Tubos Estruturais de Seção
Circular (MHS): Dimensões, Propriedades Geométricas e Materiais. Edição set de 2000.
HISTORIA DA MOTOCICLETA: Disponível em
http://www.motoesporte.com.br/historia%20moto/historia%20moto.htm . acesso em 02 ago. 2008.
HISTORIA DO MOTO CLUBSMO. Disponível em:
http://www.rockriders.com.br/Detalhe_Dicas.aspx?id=270 . Acesso em 02 ago. 2008.
PROTEC - Projetista de Maquinas. São Paulo. Editora F. Provenza. 1990.
SERBENA, Henrique José. ANÁLISE POSTURAL EM DIFERENTES MODELOS DE MOTOCICLETAS-Universidade Federal do Paraná. 2003
SHIGLEY, Joseph Edward –Elementos de Maquinas – Resistência a fadiga sob
tensões variáveis. São Paulo: LIVROS TECNICOS E CIENTIFICOS EDITORA LTDA. 1984
SIQUEIRA, MILTON LUIZ, Seleção do Processo de Soldagem . Disponível em: http://www.unb.br/ft/enm/vortex/ftp/TecMec2/Selecao.pdf . acesso em 10 de out. 2008
TRATAMENTO TÉRMICO. Disponível em:
www.necesio.unifei.edu.br/arquivos/resumo-tt.doc . Acesso em 20 set 2008.
TRATAMENTO TÉRMICO. Disponível em:
http://www.menkecia.com.br/servicos_detalhes.php?ID=4 . Acesso em 20 set.2008.
XAVIER, Ademir L. Jr . Computer Assisted Engineering - Fundamentos e
perspectivas da Engenharia Assistida Por computador.
Metalúrgica GOLIN - T
abelas Internet
catálogo digital - www.golin.com.br - vendas@golin.com.br
BK / TD Trefilado Duro Nenhum tratamento térmico após a deformação a frio.
BKW / TM Trefilado Macio Após o tratamento térmico segue uma leve redução de acabamento (trefilação à frio). O tubo dentro de certo limite pode ser curvado/expandido.
GBK / RD Recozido Os tubos são recozidos em fornos com atmosfera controlada.
NBK / ND Normalizado Os tubos são normalizados em fornos com atmosfera controlada em temperatura acima da zona crítica.
Acabamento Retilineidade
Para diâmetros externos maiores que 15 mm, é garantida uma flecha máxima de 0,25% do comprimento, menores que 15 mm, não há como garantir a retilineidade, sendo a mesma verificada visualmente.
Tolerâncias para comprimento de fabricação
Os tubos em geral são fabricados em comprimentos de 3m a 7m. Para comprimentos fixos e múltiplos a tolerância deverá ser previamente acordada.
Ensaios
Os tubos podem ser fornecidos sob consulta prévia contemplando os seguintes testes:
• Hidrostático
• Elétrico Não Destrutivo (Eddy Current ou por Partículas Magnéticas)
• Charpy • Outros
Superfície
Os tubos são lisos, externo e internamente, podendo apresentar pequenos poros provenientes da condição superficial da matéria-prima utilizada.
Tubos nos estados de fornecimento BK e BKW podem ter nas superfícies interna e externa, uma camada de lubrificante (estearato de zinco) aderida pela trefilação.
A GOLIN possui tecnologia para garantir em seu processo de fabricação parâmetros de rugosidade controlada.
As extremidades são fornecidas com corte perpendicular ao eixo do tubo, isentas de rebarbas. Os tubos NBK e GBK podem ter superfícies escuras provenientes do tratamento térmico.
Certificado
Mediante solicitação, os tubos podem ser fornecidos com certificados que atestam a análise dimensional, composição química e as propriedades mecânicas.
T
refilados
T
Metalúrgica GOLIN - T
abelas Internet
catálogo digital - www.golin.com.br - vendas@golin.com.br
NBR 5599/95 - DIN EN 10305-02/03 (antiga DIN 2393)
Medidas
Diâmetro Externo: 6,00 mm a 220,00 mm Espessura: 0,50 mm a 9,00 mm
Aplicação
Utilizados para fins mecânicos, onde se exige exatidão dimensional e uniformidade de propriedades. Nestes tubos é garantida uma superfície adequada e de
boa qualidade, após tratamento prévio, para cromar, zincar e pintar.
tubos
trefilados
com costura
Propriedades Mecânicas, conforme NBR 5599/95
Grau do Aço
Trefilado Duro
(TD/BK) Trefilado Macio (TM/BKM) (RB/GBK ou RD/GZF)Recozido (NB/NBK ou ND/NZF)Normalizado Resistência à tração mín. (MPa) Alonga-mento % mín. Resistência à tração mín. (MPa) Alonga- mento % mín. Resistência à tração mín. (MPa) Alonga- mento % mín. Resistência à tração mín. (MPa) Limite de escoamento mín. (MPa) Alonga- mento % mín. A0 400 6 350 12 270 25 290 mín. 200 20 A1 420 6 360 11 310 26 320 - 440 215 28 A2 520 5 450 8 390 21 410 - 540 255 21 A3 590 4 540 6 490 22 490 - 630 355 22
Estes tubos são também adequados para uso em tubulações de
equipamentos hidraúlicos,
cardans, móveis e autopeças.
Tipos de Aço e Composição Química, conforme NBR 5599/95 Grau do Aço (%) máx.C (%) máx.Mn (%) máx.P S (%) máx. A0 0,23 0,90 0,05 0,05 A1 0,15 0,60 0,04 0,04 A2 0,15 - 0,23 0,30 - 0,90 0,04 0,04 A3 0,22 1,60 0,04 0,04 Dimensões (mm) e Tolerâncias, conforme NBR 5599/95 - DIN 2393 Diâmetro Externo D (mm) Tolerâncias (mm) Diâm. Interno e Externo D ≤ 10 ± 0,10 (A) 10 < D ≤ 30 ± 0,08 (B) 30 < D ≤ 40 ± 0,15 40 < D ≤ 50 ± 0,20 50 < D ≤ 60 ± 0,25 60 < D ≤ 70 ± 0,30 70 < D ≤ 80 ± 0,35 80 < D ≤ 90 ± 0,40 Dimensões (mm) e Tolerâncias, (continuação) Diâmetro Externo D (mm) Tolerâncias (mm) Diâm. Interno e Externo 90 < D ≤ 100 ± 0,45 100 < D ≤ 120 ± 0,50 120 < D ≤ 150 ± 0,70 150 < D ≤ 180 ± 0,80 180 < D ≤ 210 ± 0,90 210 < D ≤ 240 ± 1,00
(A) A Tolerância para diâmetro interno é ± 0,25mm
O CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO - CONTRAN, usando da competência que lhe confere o art. 12, inciso I, da Lei nº 9.503, de 23 de setembro de 1997, que instituiu o Código de Trânsito Brasileiro - CTB, e conforme Decreto n° 2.327, de 23 de setembro de 1997, que dispõe sobre a coordenação do Sistema Nacional de Trânsito, resolve:
Art. 1º Considera-se veículo de fabricação artesanal todo e qualquer veículo concebido e fabricado sob responsabilidade de pessoa física ou jurídica, atendendo a todos os preceitos de construção veicular, de modo que o nome do seu primeiro proprietário sempre coincida com o nome do fabricante.
Art. 2º Para proceder o registro e licenciamento dos veículos de que trata esta Resolução, o órgão de trânsito local deverá exigir do(s) proprietário(s) a apresentação do Certificado de Segurança Veicular - CSV expedido por entidade credenciada pelo INMETRO- Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualificação, conforme regulamentação específica, e os principais componentes utilizados, de acordo com as especificações do Anexo II.
§ 1º No caso dos reboques de fabricação própria, cujo o Peso Bruto Total - PBT não ultrapasse a 350 (trezentos e cinqüenta) quilogramas, o comprovante de que trata o caput deste artigo, poderá ser substituído por laudo emitido por profissional legalmente habilitado perante o Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia - CREA, na área de mecânica ou segurança veicular.
§ 2º Os procedimentos técnicos para operacionalização do disposto no parágrafo anterior, serão de acordo com a regulamentação específica do INMETRO.
Art. 3º Será permitido registro e licenciamento de no máximo 3 (três) veículos para cada fabricante, no período de 1º de janeiro a 31 de dezembro de cada ano.
Art. 4º O sistema de identificação dos veículos será feito de acordo com o Anexo I.
Art. 5º No caso específico de reboque, o sistema de engate entre o reboque e veículo trator deverá estar normatizado de acordo com a NBR 5545 da ABNT, quando aplicável.
Art. 6º O número do Certificado de Segurança Veicular - CSV ou registro do profissional legalmente habilitado pelo CREA, deverá ser inserido nos dados cadastrais dos reboques e veículos automotores que se encontram no Registro Nacional de Veículos Automotores - RENAVAM - BIN, em campo próprio.
Parágrafo único. A inserção desses dados no RENAVAM ocorrerá somente após a adequação do sistema.
Art. 7º Fica vedada a fabricação de veículo artesanal do tipo ônibus, microônibus e caminhão. Art. 8º Fica revogada a Resolução 758/92 do CONTRAN.
licenciamento de veículos de fabricação própria, através da obtenção do código VIN (NÚMERO DE IDENTIFICAÇÃO DO VEÍCULO)
Para efeito de padronização de identificação destes veículos foi fixado pela ABNT o WMI (IDENTIFICADOR INTERNACIONAL DO FABRICANTE), como sendo 9EZ, onde o primeiro dígito identifica o continente, o segundo caracteriza o país e o terceiro caracteriza "Fabricação própria".
O quadro abaixo apresenta a composição do Código VIN, específico para os veículos de fabricação própria. IDENTIFICADOR INTERNACIONAL FABRICANTE TIPO VEÍCULO CAPACIDADE DE CARGA ANO MODELO IDENTIFICAÇÃO NUMERAÇÃO SEQÜÊNCIAL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 9 E Z UNIDADE FEDERAÇÃO TABELA RENAVAM TABELA TABELA RENAVAM DETRAN/ CIRETRAN
Os campos 1, 2 e 3 estão reservados para o sistema de identificação internacional WMI.
Os campos 4 e 5 identificarão a unidade da Federação (UF ), não sendo permitido a utilização das letras I, O e Q, substituindo-se quando necessário a letra O pelo 0 (zero) e I pelo 1.
Os campos 6 e 7 caracterizam o tipo de veículo - sistema RENAVAM, conforme art. 96. do Código de Trânsito Brasileiro.
Os campos 8 e 9 identificam a capacidade de carga/lotação conforme a tabela abaixo: "PC" - até 350 quilogramas
"MC" - de 351 à 750 quilogramas "GC" - Acima de 750 quilogramas
Obs.: Quando se tratar de lotação considera-se o peso normal de um passageiro como sendo 70 quilogramas.
O campo de número 10 identifica o ano de modelo, conforme dispõe a Resolução nº 24/98 do CONTRAN:
ANO CÓDIGO ANO CÓDIGO ANO CÓDIGO ANO CÓDIGO
1971 1 1981 B 1991 M 2001 1 1972 2 1982 C 1992 N 2002 2 1973 3 1983 D 1993 P 2003 3 1974 4 1984 E 1994 R 2004 4 1975 5 1985 F 1995 S 2005 5 1976 6 1986 G 1996 T 2006 6 1977 7 1987 H 1997 V 2007 7 1978 8 1988 J 1998 W 2008 8 1979 9 1989 K 1999 X 2009 9 1980 A 1990 L 2000 Z 2010 A
Uma vez criado o sistema no órgão executivo de trânsito dos Estados e do Distrito Federal, e estabelecida a numeração seqüencial, o mesmo deverá ser repassado para o órgão máximo executivo de trânsito da União, para registro e controle.
bom estado, utilizados na fabricação artesanal de veículos.
1 - Fabricação própria de reboques com Peso Bruto Total - PBT (peso próprio mais carga), até 500 (quinhentos) quilogramas.
1.1 - Componentes novos: rodas; rolamentos; amortecedores; instalação elétrica e de iluminação. 2 - Fabricação própria de reboques com Peso Bruto Total - PBT acima de 500 quilogramas.
2.1 - Componentes novos: pontas de eixo; cubos de rodas; rolamentos; amortecedores; sistema completo de freio; sistema elétrico e de iluminação; sistema de engate normalizado; pneus.
3 - Fabricação própria de veículos de passageiros.
3.1 - Componentes novos: pontas de eixo; cubos de rodas; rolamentos; braço de direção; ponteira de direção; caixa de direção; amortecedores; molas; rodas; pneus; sistema de freio completo (dianteiro e traseiro); sistema elétrico e de iluminação; lanternas sinalizadoras.
3.2 - Os demais componentes, não especificados, poderão ser recondicionados ou em bom estado de conservação, verificados pela entidade credenciada pelo INMETRO.
O CONSELHO NACIONAL DE TRÂNSITO - CONTRAN, usando da competência que lhe confere o art. 12, inciso I, da Lei nº 9.503, de 23 de setembro de 1997, que instituiu o Código de Trânsito Brasileiro - CTB, e conforme Decreto n° 2.327, de 23 de setembro de1997, que trata da coordenação do Sistema Nacional de Trânsito, resolve:
Art. 1º Nos veículos e motores novos ou usados, mediante prévia autorização da autoridade competente, poderão ser realizadas as seguintes modificações:
I - Espécie; II - Tipo;
III - Carroçaria ou Monobloco; IV - Combustível;
V - Modelo/versão; VI - Cor;
VII - Capacidade/Potência/cilindrada; VIII -Eixo suplementar;
IX - Estrutura;
X - Sistemas de segurança.
Art. 2º Quando a alteração envolver quaisquer dos itens do artigo anterior, exigir-se-á Certificado de Segurança Veicular - CSV expedido por entidade credenciada pelo INMETRO- Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualificação, conforme regulamentação específica.
Parágrafo único. A alteração da cor predominante do veículo, dependerá somente da autorização do órgão executivo de trânsito dos Estados e do Distrito Federal.
Art. 3º Em caso de modificações do veículo, os órgãos executivos de trânsito dos Estados e do Distrito Federal, deverão fazer constar no campo de observações do Certificado de Registro de Veículos - CRV e do Certificado de Registro e Licenciamento de Veículos - CRLV a expressão “VEÍCULO MODIFICADO”, bem como os itens modificados e sua nova configuração.
Art. 4º O número do Certificado de Segurança Veicular-CSV deverá ser inserido nos dados cadastrais dos veículos automotores cadastrados no sistema de Registro Nacional de Veículos Automotores -RENAVAM, da Base de Índice Nacional - BIN, em campo próprio.
Parágrafo único. Fica proibida a modificação ou transformação da estrutura original de fábrica dos veículos para aumentar a capacidade de carga ou lotação, visando obter o benefício que trata o caput deste artigo.
Art. 6º A destinação e a capacidade de carga ou passageiros dos veículos fabricados ou montados originalmente com motor do ciclo diesel, serão especificadas por órgão competente do Ministério da Indústria, do Comércio e do Turismo, cujos modelos e características constarão em documento de certificação de fabricação veicular.
Art. 7º Não serão permitidas modificações da suspensão e do chassi do veículo classificado como misto ou automóvel.
Art. 8º Fica autorizada, para fins automotivos, a utilização do Gás Metano Veicular - GMV como combustível.
§ 1º Os componentes do sistema deverão estar certificados no âmbito do Sistema Brasileiro de Certificação - SBC.
§ 2º Para assegurar o cumprimento da certificação compulsória, deverão ser estabelecidos pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualificação - INMETRO, mecanismos adequados para a verificação, acompanhamento e fiscalização do mercado.
§ 3º Por ocasião do registro dos veículos automotores que utilizarem como combustível o gás metano veicular - GMV será exigido:
I - Certificado de Segurança Veicular - CSV expedido por entidade credenciada pelo INMETRO, conforme regulamentação específica;
II - Licença para Uso da Configuração de Veículo ou Motor-LCVM expedida pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis-IBAMA, conforme o disposto na Lei 8.723, de 23 de outubro de 1993.
Art. 9º Por ocasião do acidente de trânsito, os órgãos fiscalizadores deverão especificar no Boletim de Ocorrência de Acidente de Trânsito - BOAT a situação do veículo envolvido em uma das seguintes categorias:
I - dano de pequena monta, quando o veículo sofrer danos que não afetem a sua estrutura ou sistemas de segurança;
II - danos de média monta, quando o veículo sinistrado for afetado nos seus componentes mecânicos e estruturais, envolvendo a substituição de equipamentos de segurança especificados pelo fabricante, e que reconstituídos, possa voltar a circular;
III - danos de grande monta ou perda total, quando o veículo for enquadrado no inciso III, artigo 1º da Resolução 11/98 do CONTRAN, isto é, sinistrado com laudo de perda total.
