Introdução à Engenharia da Motocicleta

Transcrição

1 Depto de Engenharia Mecânica da UFPE Introdução à Engenharia da Motocicleta Fábio Magnani e Ramiro Willmersdorf 2010

2 Parte 2: Ciclística Aula 01

3 Programa Movimento em linha reta; Movimento em curva; Equilíbrio de forças: Aceleração e frenagem; Efeitos da transmissão de potência; Dirigibilidade; Pneus; Vibração; Quadro e Aerodinâmica; Suspensão; Freios;

4 Bibliografia Motorcycle Design and Technology Gaetano Cocco; Motorcycle Dynamics Vittore Cossalter; Dinâmica; Elementos de Máquinas;

5 Principais diferenças motos X carros

6 Principais diferenças motos X carros

7 Principais diferenças motos X carros Na motocicleta, o peso, posição e comportamento do condutor são fundamentais para o comportamento dinâmico do veículo;

8 Movimento em linha reta Efeitos importantes para o equilíbrio: Inerciais; Giroscópicos; Endireitamento devido ao trail;

9 Efeito Inercial

10 Efeitos Giroscópicos Não é a coisa mais intuitiva do mundo, para a maioria das pessoas; Nada mais é, no entanto, que uma expressão da inércia (de corpos em rotação); Pequena revisão justifica-se;

11 Partícula em trajetória circular Em equilíbrio? v= R R R Como a velocidade muda de direção, a partícula não está em equilíbrio.

12 Partícula em trajetória circular Examinando a partícula: v t v (t +Δ t ) v

13 Partícula em trajetória circular F R A força externa necessária para manter a partícula em movimento circular uniforme é então:

14 Partículas em trajetória circular 2P P R P

15 Rotação do Plano de Rotação R

16 Rotação do Plano de Rotação Para que o plano gire, a partícula precisa ter aceleração transversal ao plano de rotação! Analogamente ao caso anterior:

17 Rotação do Plano de Rotação

18 Rotação do Plano de Rotação A força perpendicular ao plano, para causar a rotação de uma partícula, é então: As forças nas duas partículas são, claramente, auto-equilibradas! O momento (conjugado) necessário para efetuar a rotação é:

19 Rotação do Plano de Rotação Claro que, no caso: No caso de um objeto composto de partículas:

20 Rotação do Plano de Rotação

21 Momento de Direção

22 Na condução em linha reta Três efeitos importante devido ao efeito giroscópico: Momento de direção (steering moment); Momento de rolagem (roll moment); Momento de guinada (yaw moment);

23 Momento de Direção

24 Momento de Rolagem

25 Momento de Guinada

26 Efeito Combinado É extremamente complexo, pois um momento pode gerar rotação, que gera outro momento, que pode gerar rotação, Os efeitos giroscópicos contribuem pronunciadamente para a estabilidade da moto; Os efeitos giroscópicos, obviamente, aumentam com a velocidade;

27 Fontes de Efeito Giroscópico Obviamente, as rodas são a maior fonte; Motor é importante também: Volante; Girabrequim; Mesmo com a massa menor, podem operar a velocidades angulares muito altas; Efeito perceptível com a moto parada!

28 Efeitos de endireitamento Dependem da geometria da motocicleta! A combinação destes fatores contribui fortemente para as características de dirigibilidade da moto; Fatores geométricos: Ângulo do caster; Trail; Offset; Distância entre eixos;

29 Geometria Eixo de direção

30 Geometria Eixo de direção

31 Eixo de Direção

32 Ângulo de Caster

33 Trail

34 Offset

35 Offset

36 Offset

37 Atrito na Roda Dianteira Gira sem deslizar. Qual a força de atrito?

38 Atrito na Roda Dianteira Velocidade absoluta? +

39 Atrito na Roda Dianteira Velocidade absoluta A velocidade relativa entre o ponto de contato e o piso é zero!

40 Atrito na roda dianteira Se a roda não está reta... Força de atrito!

41 Efeito de endireitamento

42 Efeito de endireitamento Claramente, o valor do momento é proporcional a: Trail normal; Valor da força de atrito: Coeficiente de atrito; Força normal na roda dianteira; Momento = trail x efeito dinâmico

43 Trail Se o trail é positivo, o momento atua contra perturbações, o comportamento da moto é estável; A situação oposta gera instabilidade e necessidade do motociclista atuar para manter a moto em linha reta;

44 Trail

45 Trail Todas as motos tem trail positivo (em condições normais); Valores típicos: entre 40 e 110 mm; Situações especiais podem causar trail negativo; Variações rápidas de trail (e do momento) podem causar instabilidade dinâmica;

46 Trail

47 Trail

48 Trail R f Raio da roda dianteira ângulo de caster ângulo de rotação do guidão d offset

49 Efeito do Ângulo de Caster Da fórmula, e da figura, quanto maior o ângulo, maior é o trail e mais estável é a moto; Custom: 28 a 40 Moto GP: ~21

50 Raio da Roda Dianteira Óbvio: aumentar o raio aumenta o trail, e vice-versa; Mesmo pequenas variações (mudança de pneus) podem fazer alterações significativas; Alteração do raio das rodas, portanto, não necessariamente boa idéia;

51 Raio da Roda Dianteira

52 Offset Na prática, entre 25 e 40 mm.

53 Offset

54 Fator Dinâmico Primordialmente influenciado pelas forças que agem entre a roda e o piso, resultantes de: Peso da moto e piloto; Velocidade; Coeficiente de atrito;

55 Peso Depende do peso total e de sua distribuição; Quanto maior o peso, maior a força de atrito resultante e maior o momento de endireitamento; Mais estabilidade (além do efeito de inércia);

56 Distribuição de Peso A distribuição de peso é um dos fatores mais importantes para a estabilidade, e é relativamente controlável pelo piloto.

57 Distribuição de Peso Peso concentrado na dianteira: Mais difícil de girar o guidão, mais estável; Em altas velocidades, no entanto, arraste diminui a carga na roda dianteira: Diminui o momento de endireitamento, diminui a estabilidade; A distribuição adequada, portanto, depende do uso pretendido para a motocicleta;

58 Distribuição de Peso Motos normais: ~ 50/50; Com o piloto: ~ 60/40; Peso do piloto entre 1 e 1/3 do peso da moto! Efeito muito importante; Posição do piloto pode aumentar ou diminuir a carga nas rodas de uns 5 a 7 kg. (A situação é imensamente mais complicada nas curvas;)

59 Velocidade Atrito de Coulomb teórico independe da velocidade; Na prática, depende da velocidade de deslizamento; Quando começa o desvio da trajetória reta, começa uma trajetória curva, e começa a ação da inércia, transversal ao movimento; Esta força é equilibrada pelo atrito, e produz momento de endireitamento;

60 Coeficiente de Atrito Óbvio, quanto maior, maior o momento de endireitamento; O reverso é obviamente verdade também, e facilmente perceptível; É praticamente impossível controlar uma motocicleta em um piso de atrito muito baixo;

61 Conclusões Principais Para estabilidade em linha reta, quanto mais rápido, melhor... Sempre um compromisso entre estabilidade e agilidade; Muitos efeitos que interagem: geométricos, dinâmicos, aerodinâmico, atitude do piloto, etc; Na prática, muito ajuste experimental e manual, e muito ajuste do piloto.