Apostila_Veículos_2012_Cap1_12
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Apostila_Veículos_2012_Cap1_12


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UFSC
 
 
 
 
Uma introdução à 
modelagem quase-estática 
de automóveis 
 
 
 
 
Publicação interna do GRANTE 
Departamento de Engenharia 
Mecânica da UFSC 
 
 
 
 
Autores: 
Longuinho da Costa Machado Leal \u2013 lcmleal@yahoo.com.br 
Edison da Rosa \u2013 darosa@emc.ufsc.br 
Lauro Cesar Nicolazzi \u2013 lauro@grante.ufsc.br 
 
Fevereiro de 2012 
Sumário
1 Pneus 1
1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Partes constituintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1 Carcaça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Banda de rodagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Resistência ao rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Comentários iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.2 Perdas no pneu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 Perdas no solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.4 Perdas no contato pneu-solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.5 Coeficiente de resistência ao rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Aderência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 Deriva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5.1 Coeficiente de atrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.2 Carga sobre a roda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5.3 Pressão do pneu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.4 Relação altura/largura do pneu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.5.5 Tipos de construção do pneu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.6 Estado da banda de rodagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.7 Influência do camber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.6 Capacidade de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.6.1 Capacidade de carga de pneus de automóveis e caminhões . . . . . . 29
1.6.2 Pneus de veículos fora de estrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.6.3 Capacidade de carga de pneus agrícolas . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.7 Designação de pneus de automóveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.7.1 Tamanho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.7.2 Séries de pneus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.7.3 Capacidade de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.7.4 Velocidade limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1
1.7.5 Tipo de carcaça . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.8 Designação de outros pneus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.8.1 Pneus de camionetas, caminhões e ônibus . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.8.2 Tratores agrícolas e industriais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.8.3 Pneus para veículos fora de estrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2 Forças e acelerações em um veículo em operação 43
2.1 Resistências ao movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Resistência mecânica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3 Resistência ao aclive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4 Resistência de inércia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4.1 Massas em translação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4.2 Massas em rotação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.4.3 Superposição dos efeitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5 Resistência ao rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.6 Forças aerodinâmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.6.1 Resistência aerodinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.6.2 Desprendimento da camada limite e turbulência . . . . . . . . . . . . 55
2.6.3 Cálculo da resistência aerodinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.4 Área da seção transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.6.5 Pressão dinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.6.6 ??Coeficiente de resistência aerodinâmica . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.6.7 Coeficientes de penetração aerodinâmica de alguns carros . . . . . . . 62
2.7 Forças de sustentação e centrípeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.1 Forças de sustentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.2 Força centrípeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.8 Determinação do coeficiente de resistência aerodinâmica . . . . . . . . . . . . 65
3 Transmissão de força pneu pista: Modelo quase estático 69
3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2 Posição do centro de gravidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Carga nos eixos de um veículo parado em aclive . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.4 Carga nos eixos com o veículo em movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.5 Força motriz máxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.5.1 Aclives máximos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.5.2 Acelerações máximas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.6 Escorregamento e tombamento em curva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2
4 Mecânica da frenagem e freios 86
4.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2 A importância dos freios para o setor automotivo . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.3 Sistema de freio: definições básicas e princípio de funcionamento . . . . . . . 88
4.4 Manutenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.4.1 Manutenção corretiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.4.2 Manutenção preventiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4.3 Manutenção preditiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.5 Carga nos eixos com o veículo em frenagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.5.1 Freios na dianteira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5.2 Freios na traseira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5.3 Freios nas quatro rodas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.6 Desaceleração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.6.1 Caso 1 - Freio na dianteira apenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.6.2 Caso 2 - Freio na traseira apenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6.3 Caso 3 - Freio nas quatro rodas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6.4 Parâmetros de frenagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.7 Desempenho de frenagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.8 Balanço de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.8.1 Freiadas moderadas de longa duração . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.8.2 Freiada de emergência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.9 Tipos de freios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.10 Problemas com freios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.10.1 Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.10.2 Aquecimento . . . . . . . .