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TCC_Kelysson Final (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
CURSO DE BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
KELYSSON GURGEL SALES
OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE PEDAL DE FREIO PARA PROTÓTIPO BAJA
CARAÚBAS-RN
2021
KELYSSON GURGEL SALES
OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE PEDAL DE FREIO PARA PROTÓTIPO BAJA
Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Ciência e Tecnologia.
Orientador: Prof. Dr. JACKSON DE BRITO SIMÕES
CARAÚBAS-RN
2021 
Dedico este trabalho a minha Adriana Patrícia Gurgel Sales 
E ao meu pai Carlos Ferreira de Sales.
AGRADECIMENTOS
	Agradeço em primeiro lugar à Deus, por ter iluminado meu caminho, me guiando nos momentos difíceis e concedido discernimento durante todo o tempo da graduação.
	Agradeço a minha família, pelo incentivo e empenho na formação da minha educação. Aos meus pais Carlos e Patricia, minha irmã Kaylhanne, por sempre me apoiarem nas minhas decisões e entenderem pelas vezes que abdiquei de estar com elas.
Agradeço ao meu orientador Dr. Jackson de Brito Simões por todo apoio e dedicação para a realização do trabalho.
Agradeço a minha namorada Jamylle Ketelly, por estar presente em minha vida todos os momentos, me apoiando e incentivando em minhas decisões, sempre me ajudando a alcançar meus objetivos.
À equipe Caraubaja, pela disponibilidade do protótipo estudado, bem como o apoio de todos que fazem o projeto para a realização deste trabalho.
Aos amigos Sammuel Carvalho, Gênesis Izidio, Mikaelly Soares e Luis Felipe, Joyce Lohayne que me ajudaram de alguma forma para a realização deste trabalho.
Agradeço à todos os amigos que ganhei na UFERSA, Cleiton Ferreira, Tulio Emmanul, Nayara Souza, Luan Mendes, Marcos Felipe, Paulo Henrique, que durante esse tempo de graduação conviveram comigo, sorriram comigo, choraram comigo, aguentaram os meus estresses e se tornaram minha família.
À todos um muito obrigado!
	
	
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo principal projetar um novo pedal de freio para o protótipo Severo 2.0 da equipe Caraubaja SAE (Sociedade de Engenheiros de Mobilidade), visando a melhor relação entre redução de massa e confiabilidade. Buscando atender todas as normas da baja SAE Brasil, um programa que proporciona os estudantes de engenharia pôr em prática os conhecimentos adquiridos durante o curso, na construção de um baja (veículo off-road). Para tal, foi realizado uma análise nas literaturas, visando o melhor dimensionamento da peça. Com esses dados, foi possível calcular a melhor relação do pedal e tensão nos pontos de fixação. A partir desse ponto, foi possível fazer a modelagem do pedal em software CAD. Sendo melhorada através da otimização topológica, simulada em software CAE, obtendo uma redução de massa de 18,2 % em comparação ao pedal de freio atual. Também foi possível determinar o melhor material para construção da peça, sendo escolhido o alumínio por ter diversas vantagens em comparação a outros materiais. Para o processo de fabricação, foi designado o método fundição, pois é o que melhor atende os requisitos de projeto. Foram realizadas simulações estruturais pelo método de elementos finitos no software Autodesk Invento, para averiguar se o pedal suportaria a carga necessária para o travamento das rodas do veículo. Ao fim, suportou todos os esforços adequadamente com fator de segurança aproximadamente 1,9. Após análise dos resultados obtidos, conclui-se que o projeto é satisfatório, proporcionando segurança para o piloto e as pessoas presentes ao redor do veículo.
Palavras-chave: pedal de freio, redução de massa, otimização topológica, Baja.
ABSTRACT
This work has as main objective to design a new brake pedal for the Prototype Severo 2.0 of the Caraubaja SAE team (Society of Mobility Engineers), aiming at the best relationship between mass reduction and reliability. Seeking to meet all the standards of baja SAE Brazil, a program that provides engineering students to put into practice the knowledge acquired during the course, in the construction of a baja (off-road vehicle). For this, an analysis was performed in the literature, aiming at the best dimensioning of the piece. With these data, it was possible to calculate the best ratio of the pedal and tension at the fixation points. From this point, it was possible to do the pedal modeling in CAD software. Being improved through topological optimization, simulated in CAE software, achieving a mass reduction of 18.2 % compared to the current brake pedal. It was also possible to determine the best material for construction of the part, being chosen aluminum because it has several advantages compared to other materials. For the manufacturing process, the casting method was designated, as it is the one that best meets the design requirements. Structural simulations were performed using the finite element method in the Autodesk Invento software to verify whether the pedal would withstand the load required for locking the wheels of the vehicle. In the end, it supported all efforts adequately with safety factor approximately 1.9. After analyzing the results obtained, it is concluded that the project is satisfactory, providing safety for the pilot and the people present around the vehicle.
Keyword: brake pedal, mass reduction, topological optimization, Baja
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1: Sistema de freio a disco	5
Figura 2: Relação do pedal	6
Figura 3: Principio de pascal (Multiplicação hidráulica).	7
Figura 4: Cilindro mestre duplo - Ilustração interna.	8
Figura 5: Pinça de freio.	9
Figura 6: disco de freio	10
Figura 7: Demonstração do princípio de pascal	12
Figura 8: Demonstração do princípio de Arquimedes em equilíbrio	13
Figura 9: Forças estáticas agindo em um veículo	15
Figura 10: Cargas dinâmicas agindo em um veículo durante a frenagem	17
Figura 11: Tipos de configuração de linhas de freio	19
Figura 12: Eslogan da SAE Brasil	21
Figura 13: Fluxograma	23
Figura 14: Dimensões do pedal para uma relação de 6.5	27
Figura 15: Pressão x força de acionamento	28
Figura 16: Esquema da modelagem do pedal de freio	29
Figura 17: Modelagens 3D em ambiente CAD.	30
Figura 18: Redução de massa ainda falta fazer	31
Figura 19: Diagrama de forças no pedal de freio.	32
Figura 20: pedal atual	33
Figura 21: Otimização topológica	34
Figura 22: Analise estrutural	35
Figura 23: Fator de segurança e deslocamento	36
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1: Temperaturas de ebulição dos fluidos de freio.	9
Tabela 2: Propriedades Mecânicas de ligas Al-Mg.	22
Tabela 3: Dados primários	25
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	1
1.1 OBJETIVO	2
1.1.1 Objetivo Geral	2
1.1.2 Objetivos Específicos	2
2 REFERECIAL TEORICO	2
2.1 SISTEMA DE FREIOS	2
2.1.1 Normas de segurança SAE	3
2.1.2 Freios a disco	4
2.2 CONCEITOS DE DINÂMICA DE FRENAGEM	11
2.2.1 Multiplicação hidráulica (Princípio de pascal)	11
2.2.2 Princípio de alavanca (vantagem mecânica)	12
2.2.3 Composições de um sistema freios	13
2.2.4 Influências do Peso e da Velocidade no sistema de freios	14
2.2.5 Forças estáticas e dinâmicas durante a frenagem	15
2.2.5 Distância de frenagem	18
2.2.6 Configurações do circuito de freio	18
2.3 PROBLEMAS COM OS FREIOS	19
2.4 PROJETO MINI BAJA	20
2.5 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DO PEDAL DE FREIO	21
3 METODOLOGIA	23
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES	25
4.1 DIMENSIONAMENTO DA FORÇA PARA TRAVAMENTO DAS RODAS	25
4.2 DIMENSIONAMENTO DA FORÇA DE ACIONAMENTO	26
4.3 MODELAGEM DO PEDAL	29
4.4 ANÁLISE DE CARREGAMENTOS NO PEDAL DE FREIO	32
4.4 ANÁLISE ESTRUTURAL	33
4.5 FABRICAÇÃO DO PEDAL DE FREIO POR FUNDIÇÃO	36
5 CONCLUSÃO	38
6 REFERÊNCIAS	39
1 INTRODUÇÃO
	A roda foi uma invenção que trouxe diversas vantagens para o homem na história, conseguindo eliminar a limitação de deslocar uma carga de massa muito superior à sua. Entretanto, com este avanço, teve início na necessidade de algum equipamento para prover a parada deste movimento, que culminou ao desenvolvimento dos freios.
 	Os primeiros
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