Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Departamento de Engenharia Mecânica

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Henrique Lancastre Stachinski
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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br SEGUNDO RELATÓRIO DE ESTÁGIO Período: 03/06/2010 a 03/09/2010 KJET Tecnology Amphious Machine Aluno: Joseph Pedro Mattielo Supervisor: Fabio Artur Knorr Orientador: Lauro Cesar Nicolazzi Florianópolis, 2011.

2 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Novos pontos de suspensão... 4 Figura 2 - Simulação do comportamento da suspensão... 5 Figura 3 - Simulação do comportamento das duas suspensões... 5 Figura 4 - Visualização da suspensão... 6 Figura 5 - Cambagem... 6 Figura 6 - Visualização da distância miníma... 7 Figura 7 - Tabela da distância entre pneus... 7 Figura 8 - Ângulo e descolamento do pneu no recolhimento da suspensão... 8 Figura 9 - Ângulo de convergência da roda dianteira com o curso total da suspensão... 8 Figura 10 - Esquemático da supensão... 9 Figura 11 - Tabela das cruzetas com o trabalho da suspensão... 9 Figura 12 - Ângulo das cruzetas Figura 13 - Tabela de deslizamento do eixo estriado Figura 14 - Deslocamento relativo entre os semi-eixos Figura 15 - Tabela da rigidez e pré- tensão Figura 16 - Bumpstop Stiffness Figura 17 - Damper force vc Velocidade Figura 18 - Whell Rate Figura 19 - Variação do wheel rate - Traseira Figura 20 - Força de reação pneu-solo - Traseira Figura 21 - Variação de Cambagem Figura 22 - Passeio do roll center Figura 23 - Variação de convergência da roda dianteira Figura 24 - Variação do braço a terra... 17

3 1.0 INTRODUÇÃO Para esse relatório foi desenvolvido o mecanismo de recolhimento da suspensão assim como o modelo cinemático do mesmo. Para que os resultados fossem alcançados, houve a elaboração de um modelo tridimensional no programa ADAMS VIEW, que foi necessário para a concretização do projeto. 1.1 Cronograma Concepção Préconcepção Pósconcepção Tarefas Junho Julho Agosto Setembro Estudo dos conceitos de suspensão Estudos dos modelos cinemáticos Estudo da dinâmica veicular Estudo do mecanismo Elaborar componetes Montagem do sistema Detecção de interferência Levantamentos dos gráficos do comportamento da suspensão Geração de alternativas Análise do mecanismo Análise da variação veicular Validação dos resultados 2.0 Modelo Cinemático Para o desenvolvimento da segunda parte do projeto foram levantadas as principais características do mesmo, são elas : Bitola: 1400mm Entre eixos: 1650mm Pneus: 25x8x12 Massa total: 700kg Distribuição de carga dianteira/traseira: 50/50 Ground clearance: 200mm Linha d água: 500 a 600mm Espaço para o banco com as rodas recolhidas: 400mm.

Para um melhor entendimento do modelo cinemático foi desenvolvido novos pontos de suspensão, que podem ser vistos no gráfico a seguir: Figura 1 - Novos pontos de suspensão Com o entendimento

4 Para um melhor entendimento do modelo cinemático foi desenvolvido novos pontos de suspensão, que podem ser vistos no gráfico a seguir: Figura 1 - Novos pontos de suspensão Com o entendimento da nova supensão foi elaborado modelos em ADAMS View para simulação do basculamento e em ADAMS Car para simulação do comportamento da suspensão, e isso pode ser entendido pelas figuras a seguir:

5 Figura 2 - Simulação do comportamento da suspensão Figura 3 - Simulação do comportamento das duas suspensões

6 Figura 4 - Visualização da suspensão Com o estudo feito da suspensão pode-se considerar dois parâmetros : a cambagem máxima de 12 graus e a distância mínima. Cambagem máxima de 12 graus é o ângulo da roda quando a aresta inferior está a 135mm do solo. Este é o curso máximo da suspensão. Figura 5 - Cambagem

7 A distância mínima entre os pneus é medida na aresta superior como mostrado nas figuras acima, quando a aresta inferior está a 500mm do solo. Medidas adicionais com aresta inferior são de 550 e 600mm Figura 6 - Visualização da distância miníma As distâncias entre os pneus, para diferentes alturas de linha d água, considerando a bitola de 1400mm, podem ser analisadas na tabela a seguir. Distância entre pneus L. d água mm L. d água mm L. d água mm Figura 7 - Tabela da distância entre pneus

8 Figura 8 - Ângulo e descolamento do pneu no recolhimento da suspensão Figura 9 - Ângulo de convergência da roda dianteira com o curso total da suspensão

Figura 10 - Esquemático da supensão No conjunto de roda traseiro, aonde teremos um eixo de transmissão de força saindo da caixa redutora até as rodas, é importante analisar o ângulo de trabalho das

9 Figura 10 - Esquemático da supensão No conjunto de roda traseiro, aonde teremos um eixo de transmissão de força saindo da caixa redutora até as rodas, é importante analisar o ângulo de trabalho das cruzetas com o curso da suspensão para essas trabalharem dentro de um limite aceitável de angulação. Quanto menor o ângulo de trabalho, melhor o rendimento da transmissão de força para as rodas. Os valores podem ser visualizados na tabela abaixo. Ângulo das cruzetas com o trabalho da suspensão Posição Cruzeta da roda Cruzeta do motor Carga estática (zero) 5,1 5,1 Rebound (roda para baixo) 20 17,8 Bump (roda para cima) 20,2 8,2 Figura 11 - Tabela das cruzetas com o trabalho da suspensão

10 Figura 12 - Ângulo das cruzetas Além da variação do ângulo das cruzetas com o trabalho da suspensão há também uma variação no comprimento do eixo, que trasmite a força para a roda, logo descobrir essa variação é um conhecimento necessário para que a seleção do comprimento e deslizamento do eixo seja suficiente para suprir a demanda do projeto. Deslizamento do eixo estriado Posição Deslocamento (mm) Rebound -8 (fechando) Bump 26 (abrindo) Aresta inferior a 500mm 62 Aresta inferior a 550mm 66 Aresta inferior a 600mm 70 Figura 13 - Tabela de deslizamento do eixo estriado

11 Figura 14 - Deslocamento relativo entre os semi-eixos 3.0 DINÂMICA VEÍCULAR As características apresentadas a seguir definem o comportamento da dinâmica veicular do KJET. 3.1 Molas O conjunto mola-amortecedor foi calculado para a freqüência natural em bounce do conjunto de suspensão dianteiro ser de fn=1,4hz e da traseira ser fn=1,7hz. A pretensão apresentada é para o conjunto carregado com 700kg. Para isso, chegou-se nos valores de rigidez de molas conforme tabela abaixo: Rigidez (N/mm) Pré tensão (N) Dianteira Traseira Figura 15 - Tabela da rigidez e pré- tensão

12 3.2 Batente de mola O batente de mola, responsável por dissipar a energia do final de curso do amortecedor, foi dimensionado para carga de 3g. As características do batente encontra-se abaixo: Rigidez: 130 N/mm; Clearance: 51mm. x (mm) F (N) Figura 16 - Bumpstop Stiffness 3.3 Amortecedor: O amortecedor foi desenvolvido com o dimensional baseado no mecanismo especial de suspensão que o KJET utilizará. Suas dimensões são tamanho fechado de 238mm, tamanho aberto de 333mm, curso de 95mm, beta de amortecimento de Bc= 0,4 N/(mm/s) e Bt=1,5 N/(mm/s).

13 V (mm/s) F (N) Figura 17 - Damper force vc Velocidade Como resumo dos resultados das análises da suspensão pode perceber que o curso é de 150mm bump e -50mm rebound. A suspensão possui as seguintes características Variação de cambagem: 13º Bump steer: 0,9º Altura do roll center: 300mm Scrub radius: 39mm Wheel rate dianteiro: 11,7 N/mm Wheel rate traseiro: 16,7 N/mm Utilizando o software de análise muticorpos MSC.Adams/Car fica possível avaliar a variação dessas características ao longo do curso da suspensão. Os resultados podem ser visualizados nos gráficos que seguem abaixo:

14 Figura 18 - Whell Rate Figura 19 - Variação do wheel rate - Traseira

15 Figura 20 - Força de reação pneu-solo - Traseira Figura 21 - Variação de Cambagem

16 Figura 22 - Passeio do roll center Figura 23 - Variação de convergência da roda dianteira

17 Figura 24 - Variação do braço a terra CONCLUSÃO Após esses estudos pode-se conhecer algumas características do KJET. Infelizmente, devido as inúmeras restrições do projeto do mecanismo no recolhimento das rodas, o comportamento dinâmico do KJET fica fora de alguns parâmetros considerados ideais para projetar uma suspensão. Porém foi trabalhado ao máximo respeitando algumas relações de compromisso para se atingir os resultados apresentados. Percebe-se que a grande variação no ângulo de cambagem com o curso da suspensão e a altura do centro de rolagem são os fatores que mais podem ser prejudiciais na estabilidade do veículo. Pelo deadline no projeto da suspensão ter acabado, irá se manter esse conceito para seguir com outros pontos do projeto que dependem da finalização deste. Futuramente, com os conceitos gerais do carro mais desenvolvidos, poderá se trabalhar numa otimização do mecanismo de suspensão.

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