relatorio_1456_567_3

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Universidade Federal de Santa Catarina 
Centro Tecnológico 
Departamento de Engenharia Mecânica 
Coordenadoria de Estágio do Curso de 
Engenharia Mecânica 
CEP 88040-970 - Florianópolis - SC - BRASIL 
www.emc.ufsc.br/estagiomecanica
 
estagio@emc.ufsc.br
 
RELATÓRIO DE ESTÁGIO – 3 /3 
Período: de 01/11/2008 a 31/12/2008 
Nome do aluno: Frederico Nodari Pio 
Nome do supervisor: Rodivaldo Henrique da Cunha 
Nome do orientador: Lauro César Nicollazi 
São Paulo, 30 de dezembro de 2008. 
 
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1. Sumário 
2. Introdução e cronograma 
3. Trabalhos desenvolvidos na área estrutural 
3.1. Curso de capacitação Patran/Nastran 
4. Trabalhos desenvolvidos na área dinâmica 
4.1. Projeto suspensão a ar ônibus 
4.1.1. Metodologia de projeto 
4.1.2. Análises realizadas 
4.1.3. Resultados 
5. Conclusões 
6. Referências bibliográficas 
3 
3 
3 
4 
4 e 5 
5, 6 e 7 
5, 6, 7, 8, 9,10 
10 e 11 
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2. Introdução e cronograma 
Os trabalho na área estrutural abordado neste relatório ficou restrito a um curto 
período, uma vez que houve a necessidade da aplicação do curso referido adiante. 
Na etapa do projeto descrito nas atividades desenvolvidas na área dinâmica, as 
referidas análises elastocinemáticas das suspensões dos modelos tratam do levantamento dos 
comportamentos dos sistemas frente a diversos parâmetros, visando identificar se os mesmos 
encontram-se adequados conforme indicações para suspensões do segmento de ônibus. 
São analisados também os esforços nas buchas dos tirantes e barra estabilizadora, 
verificando se estes esforços encontram-se dentro de valores toleráveis em cada uma das 
direções. O estudo nas suspensões dianteira e traseira são semelhantes, porém algumas 
variáveis analisadas na suspensão dianteira não são avaliadas na suspensão traseira, devido a 
fatores, tais como a influência do conjunto direção. 
Semanas 
Atividades 17ª 18ª 19ª 20ª 21ª 22ª 23ª 24ª 
Curso Patran/Nastran 
 
Projeto Suspensão Ônibus
 
Tabela 01: Cronograma 
3. Trabalhos desenvolvidos na área estrutural 
3.1. Curso de Capacitação Patran/Nastran 
Após a obtenção das licenças dos softwares MSC.Patran e MSC.Nastran por 
intermédio da Multicorpos Engenharia junto a MSC.Softwares Brasil, a Equipe Baja - UFSC 
recebeu treinamento por três dias, equivalentes vinte horas, para capacitação no uso das 
ferramentas agora dispostas ao grupo. 
O treinamento consistiu na aplicação de exercícios do material de treinamento MSC. 
Softwares. Os tutoriais aplicados foram selecionados do material disposto nas apostilas de 
treinamento MSC. Na parte final do curso também foi disposto um período para estudo de 
caso dentro das necessidades da equipe. 
O balanço geral do curso foi muito positivo, pois serviu como aprendizado para ambas 
as partes, os membros da equipe e o próprio instrutor que teve aquela como primeira 
experiência em treinamentos. 
 
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4. Trabalhos desenvolvidos na área dinâmica 
4.1. Projeto Suspensão a ar Ônibus 
No estudo da dinâmica vertical, os objetivos são melhorar o conforto dos passageiros e 
integridade das cargas através do isolamento de vibrações que são transmitidas ao veículo e 
aumentar a segurança na operação proporcionando a melhor condição de aderência no contato 
pneu/pista. São listados abaixo os métodos utilizados para satisfazer tais objetivos. 
A tolerância do passageiro é um dos parâmetros determinantes para análise de 
conforto da suspensão de um veículo. A sensibilidade às vibrações depende da amplitude e 
freqüência conforme a direção das acelerações. O estudo da dinâmica vertical em softwares 
de simulação virtual permite avaliar as vibrações a que o veículo está submetido, reduzindo 
tempo e principalmente custo no desenvolvimento de uma suspensão. Com a modelagem do 
veículo nas suas características reais e a reprodução das mesmas condições do campo, é 
possível realizar simulações virtuais introduzindo melhorias no modelo sem a necessidade de 
fabricação de diversos protótipos e repetição de testes físicos. 
 
Figura 01: Modelo teórico de sistema de suspensão 
4.1.1. Metodologia de projeto 
Para este trabalho, foi utilizado o software MSC.Adams/Car que é um software 
específico para a análise de veículos. O software conta com uma biblioteca que contém 
sistemas de um veículo já modelados, tais como suspensões, sistemas de direção, pneus, 
facilitando assim o trabalho de modelagem. 
 
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Durante a modelagem de um veículo, recomenda-se a seguinte seqüência de etapas de 
trabalho: 
 
Descrição do modelo físico do sistema, juntamente com as hipóteses 
estabelecidas; 
 
Obtenção de equações constitutivas que descrevam matematicamente o 
comportamento do sistema; 
 
Resolução das equações, para obtenção do comportamento estimado do 
sistema; 
 
Verificação dos resultados do modelo por comparação ao sistema real; 
 
Modificação do modelo físico, se necessário, ou utilização para a análise do 
projeto. 
As configurações analisadas foram as seguintes: 
 
Sistema de suspensão dianteira: constituído pela suspensão, barra estabilizadora 
dianteira e direção. Podendo assim analisar o comportamento do sistema dianteiro 
completo, com acoplamento de direção; 
 
Sistema de suspensão traseira: constituído pela suspensão traseira e barra 
estabilizadora traseira. 
O modelo caracterizou um bolsão de ar e uma válvula niveladora além dos 
normalmente demais itens caracterizados numa suspensão. Para cada tipo de análise 
simulada, definimos os parâmetros a serem utilizados, entre eles: o número de steps, modo de 
simulação, deslocamento da roda, entre outros. Por motivos contratuais os valores destes 
parâmetros e demais detalhes da constituição do modelo serão omitidos. 
 
4.1.2. Análises realizadas 
Dois tipos de análises diferentes foram realizados: 
 
Parallel Wheel Travel: esta análise desloca com mesma magnitude e direção à 
roda direita e esquerda da suspensão em análise. 
 
Opposite Wheel Travel: esta análise desloca com mesma magnitude, mas direção 
contrária (com defasagem de 180°) a roda direita e esquerda da suspensão em análise. 
Para ambas as análises os seguintes parâmetros foram checados. 
 
Ângulo de Cambagem 
Ângulo de cambagem é o ângulo que o plano médio da roda faz com a linha vertical 
do veículo. A medição do ângulo de cambagem é feita através da determinação do ângulo de 
inclinação do veículo, que consiste no ângulo entre a linha do eixo e o plano da superfície de 
rolagem. 
 
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O valor do ângulo de cambagem positivo caracteriza que o topo do pneu é inclinado 
para fora do corpo do veículo. O ângulo de cambagem é reportado em graus (°) no ambiente 
Adams. 
 
Figura 01: Medição do Ângulo de Cambagem 
 
Ângulo de Convergência 
É o ângulo entre a linha longitudinal do veículo e a linha de intersecção entre o plano 
médio da roda e o plano XY do veículo. 
O ângulo de convergência é positivo quando à frente dos pneus esta direcionada em 
direção ao corpo do veículo e o mesmo é reportado em radianos (rad) no ambiente Adams. 
 
Figura 02: Medição do Ângulo de Convergência 
 
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Ângulo de Caster 
Ângulo de caster é o ângulo entre a linha do pino-mestre e a linha vertical do veículo 
projetado no plano lateral (XZ) do veiculo. 
O ângulo de caster é positivo quando a linha do pino-mestre é inclinada para cima e 
para trás. O ângulo de caster é reportado em graus (°) no ambiente Adams. 
 
Figura 03: Medição do ângulo de caster 
 
Ângulo de inclinação do pino mestre 
O ângulo de inclinação do pino mestre é o ângulo entre a linha do pino-mestree a 
linha vertical do veículo projetados no plano frontal (YZ) do veículo. 
O ângulo assume valor positivo quando a linha do pino-mestre é inclinada pra cima e 
pra dentro. A unidade no ambiente Adams é graus (°). 
Figura 04: Medição de inclinação do pino mestre 
 
Ride Rate 
Caracteriza a taxa de deformação da mola em parâmetros relativos à rigidez. É 
mensurada no contato do pneu. 
A unidade no ambiente Adams é Newtons/milímetros (N/mm). 
 
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Ride Steer 
Ride Steer é a mudança do ângulo do pino-mestre por unidade de deflexão vertical no 
centro da roda devido a equivalentes forças verticais no centro da roda. 
Também pode ser definida como a razão da inclinação do ângulo do pino-mestre pela 
curva do deslocamento vertical da roda. 
A unidade é descrita em graus/milímetros ((º)/mm) no ambiente Adams. 
 
Wheel Rate 
Wheel rate é rigidez vertical da suspensão relativa ao corpo, medida no centro de giro 
da roda. A unidade no ambiente Adams é Newtons/milímetros (N/mm). 
 
Roll Center Location 
Trata-se da localização do ponto no corpo onde o momento lateral e a força vertical 
exercidas pelas “suspension links” se reduzem a zero. 
 
Figura 05: Medição da localização do centro de rolagem 
 
Suspension Roll Rate 
È a razão entre o torque (aplicado em relação às forças verticais no contato do pneu) e 
o ângulo de rolamento. O mesmo é medido em relação ao centro da roda. 
A unidade no ambiente Adams é Newtons.milímetros/grau (N.mm/(°)). 
 
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Figura 06: Medição da taxa de rolagem da suspensão 
 
Scrub Radius 
Scrub radius é a distância da intersecção entre a linha do pino-mestre e o plano de 
contato do pneu até a intersecção do plano médio do pneu com o plano de contato do pneu. 
Este valor é assumido como positivo quando a intersecção da linha do pino-mestre e 
do plano de contato do pneu está direcionado para dentro da área de contato do pneu. 
A unidade é descrita em milímetros (mm) no ambiente Adams. 
 
Figura 07: Medição do scrub radius 
 
Ângulo de Ackerman 
É o angulo o qual a tangente é a razão entre a distância entre eixos e raio de curva do 
veículo. O ângulo de Ackerman tem valor positivo para curvas à direita. 
O ângulo de Ackerman é reportado em graus (°) no ambiente Adams. 
 
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Figura 08: Medição do ângulo de Ackerman 
Em ambas as análises (paralela e oposta), os parâmetros foram analisados, porém 
devido à influência do sistema de direção alguns destes foram analisados somente para o 
sistema de suspensão dianteiro, são eles: 
 
Inclinação do pino-mestre; 
 
Ride Steer; 
 
Scrub Radius; 
 
Ângulo de Ackerman. 
4.1.3. Resultados 
Devido ao fato do projeto tratar de um novo conceito concebido pelo cliente nenhuma 
figura do modelo, nem gráficos ilustrativos dos parâmetros analisados puderam ser aqui 
ilustrados. Todavia seguem relatadas abaixo algumas das conclusões da análise dos mesmos. 
Os parâmetros apresentaram valores dentro dos limites esperados para ambos os 
conjuntos de suspensão do ônibus. 
Por ser uma suspensão com eixo rígido quadrilink eram esperadas pequenas variações 
nos valores de ângulos de cambagem, caster e convergência, inclinação do kingpin e scrub 
radius, expectativa esta confirmada nas análises. 
As variações do ângulo de convergência tiveram uma atenção especial, devido às 
características do sistema de direção utilizado, esta variação pode gerar mudança na direção 
do veículo, principalmente em situações de emergência como frenagens bruscas. Esta 
variação é principalmente influenciada pelo comprimento do draglink. 
O valor da freqüência natural não amortecida de massa suspensa com veículo 
carregado para a dianteira se apresentou um pouco alta. O estudo destas modificações será 
feito nas análises de veículo completo. 
Os tirantes longitudinais da suspensão têm como resultantes forças com ordem de 
grandeza menor que as cargas de ensaio. 
 
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As buchas ligadas à barra estabilizadora e ao chassi são representativas, pois as 
ligações são rígidas radialmente e livres axialmente. Suas ordens de grandeza de forças são 
apresentadas e não apresentam valores demasiadamente altos. 
As buchas dos jumelos com a barra estabilizadora e da estabilizadora com os suportes 
fundidos apresentam ordem de grandeza muito pequenas nas excitações paralelas. Somente 
nas excitações opostas, com movimento de roll, a direção Y da bucha (vertical do veículo) e a 
magnitude ficam com valores mais altos. 
O comportamento dos elementos elásticos (mola pneumática e amortecedor) e barra 
estabilizadora são estudados junto às análises do veículo completo. 
 
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5. Conclusões 
A etapa final do período de estágio focou principalmente um único projeto. Isto ocorre 
devido ao fato dos projetos na área dinâmica serem na maior parte de mais longo prazo. O 
último relatório descreveu oito semanas de trabalho que coincidiram com o término de uma 
das etapas previstas no projeto em questão, a análise dos parâmetros antes já citados. 
Os resultados obtidos foram apresentados ao cliente e análises irão continuar uma vez 
que o projeto tem prosseguimento. Alguns detalhes serão re-analisados perante 
questionamentos ocorridos quando da apresentação dos resultados ao cliente. 
O balanço geral após o término do estágio foi extremamente positivo. A inserção na 
equipe durante os seis meses foi completa. A poli valência devido à capacitação de trabalho 
em mais de uma área também foi um fator que vale ser destacado. Fatores estes que 
contribuíram para a proposta de contratação do estagiário logo terminado o período de 
estágio. Sendo que atualmente o mesmo exerce função de engenheiro de aplicações da área 
estrutural. 
Cabe aqui ainda por fim, os agradecimentos a todos que estiveram envolvidos neste 
trabalho, colegas de trabalho, professores, enfim, cada parcela de colaboração teve seu devido 
valor. 
 
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6. Referências Bibliográficas 
1. SHIGLEY, Joseph. Mechanical Engineering Design. Fourth edition, Mc Graw-Hill 
International Book Company, 1983. 
2. GILLESPIE, Thomas. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Society of Automotive 
Engineers, 1992. 
3. HARTOG, J. P. Den. Mechanical Vibrations. Fourth edition, New York: Dover 
publications, 1985. 
4. JORDAN, Roberto. Vibrações Mecânicas em Sistemas Lineares. Versão 2.1, 2003. 
5. Quick Reference Guide MSC.Nastran. MSC.Software, 2001.