REVISAO_BIBLIOGRAFICA_2BI

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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO
FUNDADA EM 21 DE DEZEMBRO DE 1964
MANTENEDORA DAS FACULDADES DE CIÊNCIAS ECONÔMICAS, ADMINISTRATIVAS E DACOMPUTAÇÃO, FILOSOFIA, CIÊNCIAS E LETRAS DOM BOSCO, FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE, FACULDADE DE PEDAGOGIA E LETRAS E DO COLÉGIO DE APLICAÇÃO DERESENDE
FABRÍCIO CARVALHO 18278111
GABRIEL DOMINGOS 15218111
KASSYA CAROLINE 20278016
LETÍCIA CARNEIRO 20278012
LUCAS DE OLIVEIRA 17278021
MECÂNICA TECNICA
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESENDE
2020
FABRÍCIO CARVALHO 18278111
GABRIEL DOMINGOS 15218111
KASSYA CAROLINE 20278016
LETÍCIA CARNEIRO 20278012
LUCAS DE OLIVEIRA 17278021
2º BIMESTRE - 2020
Trabalho apresentado para disciplina Mecânica Técnica, no curso de Engenharia de Mecânica, da Associação Educacional Dom Bosco, mantenedora da Faculdade de Engenharia de Resende. Como nota para o Segundo Bimestre.
Prof. Said.
RESENDE
2020
SUMÁRIO
1.	Revisão Bibliográfica	4
1.1 Direção Veicular	4
1.2 Direção Mecânica	4
1.3 Direção Hidráulica	5
1.4 Direção Elétrica	5
1.5 Caster:	5
1.6 Camber:	7
1.7 Scrub Radius:	8
1.8 Geometria De Ackermann:	10
1.9 Sistemas de Direção:	13
Bibliografia	16
1. Revisão Bibliográfica
1.1 Direção Veicular
A mobilidade hoje é fundamental para a vida das pessoas. Diariamente milhares de pessoas se locomovem pelas cidades das mais diversas formas. A mais comum é por transporte terrestre. Nos veículos que não transitam sobre trilhos se faz necessário um sistema que controle a direção que o veículo percorre. Para fazer esse controle com segurança sem comprometer o desempenho e agregando conforto aos veículos temos os sistemas direcionais, que podem ser dos mais variados tipos, sendo acionados mecanicamente pelo motorista e com ou sem assistência.
Desde o início da indústria automobilística o avanço tecnológico tem contribuído com o desempenho dos sistemas de direção. Os sistemas mais antigos eram mecânicos, dependentes da força do condutor, o que tornava a direção cansativa desconfortável. Hoje já podemos contar com assistências hidráulicas e/ou elétrica, o que diminui ou quase exclui a necessidade de o condutor exercer grandes forças ao volante.
1.2 Direção Mecânica
Conhecida como “direção manual”, esse tipo de suspensão faz uso de um conjunto de pinhão e cremalheira para transmitir o giro que o condutor faz no volante para as rodas do veículo.
É um sistema bastante simples e nada confortável por conta do esforço solicitado ao condutor. Porém, por ser um sistema simplesmente mecânico e com poucas peças, é um sistema barato e confiável e de baixa manutenção.
1.3 Direção Hidráulica
Chama de direção assistida, é bem semelhante a direção mecânica, porém com o auxílio de uma bomba hidráulica que faz o trabalho de adicionar força ao sistema, diminuindo o esforço do condutor.
Mais confortável que a direção mecânica, hoje está presente na maioria dos veículos. 
1.4 Direção Elétrica
Esse sistema é o mais moderno e o mais tecnológico entre os três listados. Funciona com uma central que faz a leitura do ângulo de rotação do volante e manda um sinal para um motor elétrico, e este motor é responsável por aplicar uma força no eixo de direção e controlar a direção do veículo, dispensando o uso de bomba hidráulica.
1.5 Caster:
É a medida em relação ao eixo de articulação de esterçamento inclinado de frente ou pra trás em relação a linha vertical ao solo que passa pelo centro da roda.
O caster deve ser observado pela vista lateral do veículo, conforme a Figura 1, sendo um ângulo entre a linha longitudinal do conjunto mola amortecedor e uma linha perpendicular ao solo (JAZAR,2014).
Figura 1: Caster negativo e positivo de um veículo de suspensão
O caster negativo auxilia na centralização do volante depois de uma curva e faz com que os pneus dianteiros voltem para a linha reta de maneira mais rápida. A maioria dos carros de rua tem caster negativo de 4° a 6° já que esta configuração tende a centralizar o volante quando o veículo está tracionando, assim aumentando a estabilidade em linha reta.
Caster positivo tendem a endireitar as rodas quando o veículo está se movimentando para frente e usado para realçar a estabilidade da linha reta. Este influi diretamente na estabilidade da direção pois quanto maior for o valor do caster, as forças de realinhamento serão mais intensas após a realização de uma curva. Por outro lado, um caster menor faz com que a direção fique mais leve. A diferença entre a regulagem das rodas também tem que ser considerada, pois havendo um caster desigual, faz com que a direção seja puxada para o lado menor.
Quando o caster é positivo, a roda é puxada, e é a linha de atuação de força que atua no eixo que passa em frente do ponto médio das rodas, sem levar em conta a direção do deslocamento do veículo. Cada tentativa pela roda de desviar da linha central de deslocamento, será neutralizada pela força gerada e pela resistência ao rolamento da roda.
No caso do caster negativo, onde a roda é empurrada, a linha de atuação de força que atua no eixo passa por trás do ponto médio da roda sem levar em conta a direção do deslocamento do veículo.
A melhor condição de estabilidade quando se quer um comportamento alinhado de direção, é com um valor de caster positivo e com a roda sendo puxada.
Se o valor do caster for igual a zero durante o esterçamento, o eixo de giro irá coincidir com o ponto central de contato da roda com o solo, e assim, o comportamento das rodas é neutro e sensível a qualquer força de perturbação que tente modificar a posição da linha de rodagem pelo fato de não temos a ação da força de retorno na direção (JAZAR, 2014).
1.6 Camber: 
Camber é o ângulo entre a roda do veículo e a linha perpendicular ao solo, sendo o veículo visto pela frente ou traseira. O paramêtro de camber pode ser medido em graus ou milímetros.
Um camber positivo é quando a roda se inclina no sentido externo ao chassi. No caso de camber negativo, é quando a roda se inclina no sentido interno ao chassi, conforme figura 2. 
Figura 2: Camber Negativo e Positivo de um veículo com suspensão
Quando o pneu está posicionado no piso e o desgaste da sua banda de rodagem é simétrico, o valor do camber é igual a zero, para todas as condições de trajeto criadas no uso do veículo. Sendo as condições variáveis, a necessidade de um ajuste do valor, seja ele positivo ou negativo, deve ser analisado em cada caso específicos.
O camber vai tender para positivo quando o veículo estiver vazio e negativo quando estiver totalmente carregado, se o sistema de suspensão estiver em uma posição clássica, a condição descrita acima será satisfeita. 
No passado, o camber positivo era utilizado de modo que um veículo carregando duas ou três pessoas tivesse um desgaste de pneus mais uniforme, já que o peso adicional no veículo diminuiria o ângulo positivo a valores próximos de zero. Atualmente a maioria dos veículos tem configuração de camber negativo, mesmo quando não carregam nenhum peso extra. O camber negativo traz melhor aderência lateral do pneu e dirigibilidade melhorada (REIMPELL, 2002).
1.7 Scrub Radius:
Uma maneira de definir esse parâmetro é que ele representa a distância entre a intersecção da projeção do kingpin com o solo e o centro do contato do pneu como mostra a figura (3). A maneira que o software utiliza para a determinação desse parâmetro é semelhante à da trilha mecânica do caster. É identificada a intersecção entre o vetor do kingpin e o solo, posteriormente é identificado o vetor que representa a distância entre essa intersecção e o centro do contato do pneu com o solo, como a figura (4).
Esse parâmetro está relacionado com a estabilidade do carro em retas. Dessa maneira, quando menor esse parâmetro melhor é a instabilidade, ou seja, a que dá menor estabilidade ao pneu em retas é a que tem valor de Camber -5º na figura (4). Portanto, a melhor configuração seria com o menor Camber. Isso porque segundo a figura (4), a -5º mais distante estará o plano central da roda do Kingpin. Relativamente ao Caster, Figura (5), o Caster maior terá o Kingpinprojetado no plano pista para o próximo do plano central da roda. Percebe-se, entretanto, que a mudança do Caster de -2° para -4° implica em uma sensibilidade grande e geométrica (Torres, 2011).
Figura 3 – Braço de momento do caster (Caster Moment Arm) e Scrub Radius . Car(Ref. Help car analyzes pag. 59)
Os gráficos das Fig. (1.2) (1.3) (1.4) mostram a variação do scrub em função do curso da roda.
Figura 3 – Grafico Scrub Radius - Camber (Ref. (Torres, 2011) – Pag 51)
Figura 4 – Gráfico Scrub Radius - Caster (Ref. (Torres, 2011) – Pag 52)
Figura 5 – Gráfico Scrub Radius - Toe (Ref. (Torres, 2011) – Pag 52)
1.8 Geometria De Ackermann:
O primeiro esquema de direção conhecido é de Richard Edgeworth, porém quem ficou famoso e acabou levando os créditos pela criação foi Rudolf Ackermann em 1817, patenteando o sistema de direção na Inglaterra. O sistema consiste em um trapézio isósceles ABCD articulado. Os pontos D e C são fixos na estrutura do carro e as barras AD e BC orientam as rodas. Assim, ao fazer uma curva o sistema evita que as rodas girem paralelamente, como ilustrado na figura 6.Para mostrar que isso ocorre, considere então um trapézio isósceles de bases de b com d > b, lado c e ângulos na base iguais a figura 6.Podemos escolher um sistema de coordenadas com origem em O e tendo a reta OP como eixo das abscissas com orientação positiva de P para O. Suponha que os segmentos AO e PB sofram rotações em torno de O e P, respectivamente, de ângulos a2 e a1. As coordenadas das respectivas imagens de a e B, os pontos A′ e B′, são: A′= (ccos(π+α−a2),csen(π+α−a2)) e B′= (−d+ccos(α+a1),−csen(α+a1)). (ALMEIDA-UFPB 2010)
Figura 6
A condição de Ackermann pode ser descrita através de um modelo simplificado de um veículo com sistema de direção FWS realizando, no caso, uma curva para a esquerda em baixa velocidade e, portanto, sem escorregamento nos pneus devido à mudança de direção conforme a Figura9. A condição de Ackermann é expressa por
Onde, oδ é o ângulo de esterçamento da roda externa a curva e iδ é o ângulo de esterçamento da roda interna a curva, w é a bitola e l a distância entre eixos. (OHARA-USP 2010) 
Figura 6 – Veículo FWS e a condição de Ackermann
Apesar de grande parte dos veículos de passeio possuir o mesmo valor de bitola dianteiro e traseiro é conveniente equacionar o movimento de maneira a abranger o maior número de casos possível. Em carros de corrida é comum que a bitola na traseira seja maior com o uso de pneus maiores e mais largos para aumentar a tração e a estabilidade. Para veículos de passeio essa diferença é mínima na traseira em comparação com a dianteira.
Com todo este conceito apresentado, era preciso que o eixo dianteiro girasse em partes em volta de um ponto central, que tem por nome pivô. Com isso, era preciso um grande movimento em direção angular do eixo dianteiro. Para solucionar o problema de acordo com a teoria Ackermann, o eixo de direção teria que funcionar fixo, sendo que o movimento de esterçar a roda virasse individual, ou seja, independentes (por roda), usando mangas de eixo independentes. Esta solução tem o objetivo de esterçar uma roda mais do que a outra ao decorrer da curva, fazendo com que os diâmetros de giro ficassem concêntricos, isto segundo a teoria de Ackermann, que se aplicou num veículo francês em 1878. 
A aplicabilidade dessa teoria faz com que as linhas que foram imaginadas e que passam pelos eixos de todas as rodas, tanto dianteira quanto traseira, também passem no mesmo ponto ou próximo deste, ou seja, ele irá corresponder o centro da curva que o veículo irá percorrer. Para conseguir este efeito, a roda da frente do lado interno da curva deve ser mais aberta, ou seja, mais esterçada em relação à externa, o que é possível conseguir com o auxílio da geometria do sistema de direção, interligando-se o afastamento entre centro a centro dos pontos para os esterçamentos das rodas da frente e o ato de afastar os pontos de acionamento das barras de direção (OHARA-USP 2010).
1.9 Sistemas de Direção:
O sistema de direção veicular é responsável pela transformação da necessidade direcional, identificada pelo condutor, em realidade, podendo a mesma ser atingida em diferentes formas como exemplo: o nível de esforço, ângulo do volante, sensibilidade da pista e variação de comportamento conforme a velocidade do veículo. 
Já GILLESPIE (1992) afirma que a função do sistema de direção é gerar ângulos nas rodas dianteiras e/ou traseiras em resposta às necessidades impostas pelo motorista para que seja possível controlar o veículo. Este sistema é de grande importância no comportamento estático e dinâmico, contudo, os ângulos de esterçamento efetivos podem ser modificados pela geometria da suspensão, direção e condições de tracionamento. Entre os principais requisitos do sistema direcional, destacam-se a transmissão ao condutor dos choques resultantes das irregularidades de pista com o máximo de amortecimento, de forma que a geometria de Ackermann seja considerada, o veículo deve reagir a uma mínima correção no volante e quando o volante é liberado o mesmo deve retornar a sua posição central e o sistema deve possuir a menor relação de redução possível para apresentar rápidas manobras. BOSCH (2005). 
2.2.7. Caixa de direção do tipo setor e rosca sem fim ZANARDI (2013) afirma que o sistema de direção do tipo setor e rosca-sem-fim é principalmente utilizado por veículos que possuem suspensões compostas por eixos rígidos montados sobre um sistema de feixe de molas que é o caso dos caminhões médios e pesados. 
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DIXON (2009, apud ZANARDI,2013) diz que os componentes mais importantes deste tipo de sistema são: a caixa de direção com o sistema setor e rosca sem fim, braço pitman, braço de direção e a barra de transmissão, conforme ilustra a Figura 2. 
 
 GILLESPIE (1992) detalha o funcionamento deste sistema ocorre da seguinte forma: a rotação provinda do volante faz o setor da caixa de direção se movimentar, que consequentemente transfere este movimento para o braço pitman e dele o movimento é transferido ao braço de transmissão que está acoplado a roda mais próxima da caixa (roda esquerda no Brasil), fazendo a mesma se movimentar. O movimento da roda oposta (direita) acontece através da transferência de movimento entre a barra de transmissão acoplada aos braços de direções esquerdos e direito.
2.2.8. Geometria de Ackermann De acordo com GREBOT (2010) as rodas dianteiras de um veículo não giram paralelamente entre si, ao realizar uma curva, as rodas do carro são sempre tangentes as trajetórias que realizam e perpendiculares ao raio da circunferência que a curva descreve. Portanto, se as rodas girarem paralelamente entre si, o comportamento do veículo será conforme a Figura 3.
Como pode ser verificado na Figura 3, ere e ri são, respectivamente, os raios de rotação da roda dianteira externa e interna a curva e as rodas estão paralelas entre si, porém, desta maneira cada roda gira em torno de um centro de rotação diferente, implicando na intersecção entre as trajetórias, como consequência deste fenômeno ocorre o deslizamento do veículo. Para evitar que isto aconteça, as rodas dianteiras devem girar em torno de um mesmo centro, que é conhecido como o centro da rotação do veículo, conforme apresentado na Figura 4.
BIBLIOGRAFIA
http://www.usp.br/ldsv/wp-content/uploads/2014/09/Relat%C3%B3rio-final-Erik-Ohara.pdf
http://www.mat.ufpb.br/bienalsbm/arquivos/Mini-Cursos/IgorAlmeida/Artigo_Grebot_Almeida.pdf 
Bibliografia
Torres, R. N. (07 de Julho de 2011). Contuibuição para o desenvolvimento de uma suspensão aplicada a um veculo fórmula sae. pp. 38-42-51-52.