PROJETO MINI-BAJA: SUSPENSÃO
PROJECT MINI-BAJA: SUSPENSION
Cristina Silva Gonçalves1; Lidinalva Silva dos Santos2; Maycon Sulyvan da Silva Jacinto3
Euzébio de Souza4 (Orientador)
Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, [email protected]; [email protected]; [email protected];
RESUMO: O projeto Baja SAE foi realizado no Brasil pela primeira vez em 1995, e promove aos estudantes da área de tecnologia e engenharia a oportunidade de explorar sua capacidade de projetar e construir veículos do tipo off-road almejando sua participação nas competições nacionais e internacionais. Este artigo teve como objetivo apresentar o desenvolvimento do estudo do sistema de suspensão para veículos Mini Baja, ao qual nos levou explorar o conhecimento a esse respeito. Na montagem do leque superior dianteiro observamos que o processo de desenvolvimento precisa ser avaliado cuidadosamente cada item considerado indispensável para o bom andamento do projeto.
PALAVRAS-CHAVE: Suspensão, Mini Baja, Competição.
ABSTRACT: The Baja SAE project was carried out in Brazil for the first time in 1995, and promoted to students of engineering and technology an opportunity to explore their ability to design and build vehicles off-road type targeting their participation in national and international competitions. This article aims to present the development of the study of the suspension Mini Baja vehicle, which led us to explore knowledge about this system. When installing the upper front range we observed that the development process needs to be carefully evaluated each item considered essential to the smooth running of the project.
KEYWORDS: Suspension, Mini Baja Competition.
____________________________________________________________________________
1 INTRODUÇÃO
A Society of Automotive Engineers (SAE), com sede
nos EUA, promove desde 1976 eventos Baja SAE,
tendo como objetivo explorar a capacidade dos alunos
de projetar e construir veículos protótipos do tipo off-
road para se apresentarem e disputarem na
competição.
Realizado pela primeira vez no Brasil em 1995, conta
com a presença de equipes nacionais. Este promove
aos estudantes dos diversos segmentos da
engenharia a oportunidade de desenvolver um
trabalho em equipe e adquirir experiência profissional
através da participação em todas as etapas do
desenvolvimento de um protótipo recreativo, fora de
estrada (off-road), monoposto, robusto, objetivando
sua participação em competições nacionais e
internacionais.
Anualmente são realizadas competições regionais e
uma nacional, que habilita a equipe campeã e a vice,
a participarem do evento internacional.
As equipes precisam ter seus valores construídos na
educação esportiva, pois independente da modalidade
o comportamento do competidor é seu bem maior
nesse complexo mundo do alto rendimento. Seja qual
for a razão que leva alguém a entrar numa disputa, ela
jamais deve se sobrepor ao comportamento ético.
Dissimulações, manobras, rasteiras e mentiras devem
ficar de fora da luta pelo pódio.
Durante a competição as equipes serão submetidas a
provas que visam à avaliação de projeto cálculos,
análises, resultados de testes, considerações de
custos e avaliações de desempenho como aceleração,
velocidade máxima, tração e suspensão e enduro de
resistência.
Os protótipos também serão avaliados desde sua
criação e projeto até sua construção e capacidade de
produção, se consagrando como campeã aquela que
somar o maior número de pontos. Desde o projeto até
o carro já pronto, os integrantes devem obedecer às
normas estabelecidas pela SAE.
A suspensão é um sistema importante para os carros
comuns e também os da competição Mini Baja. Com a
função de absorver as vibrações. É elemento vital
para assegurar os níveis pretendidos de estabilidade
do veículo, nas freadas, em curvas, e em situações
onde o melhor comportamento do veículo.
Sabendo de sua relevância escolhemos essa estrutura
para ser estudado nesse trabalho
2 PROBLEMA DE PESQUISA
Entender as características construtivas da
suspensão.
2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA
É necessário um estudo detalhado, para o
desenvolvimento do trabalho e para o entendimento
do funcionamento da suspenção, pois isso contribuirá
para determinar suas limitações e vantagens.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVOS GERAIS
A realização deste trabalho tem o objetivo de analisar
e estudar a aplicação da suspenção nos veículos de
competição do Mini Baja, não saindo dos pré-
requisitos do SAE Brasil.
3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Pesquisar os componentes da suspenção
Duplo A e seu funcionamento.
Pesquisar os materiais necessários.
Criar uma das partes da suspenção para
entender na pratica o seu funcionamento e
construção da mesma.
4 JUSTIFICATIVAS
A relevância deste estudo se justifica pelos seguintes
motivos:
O estudo dos sistemas de suspensão visa
garantir segurança e estabilidade oferecendo
assim um melhor desempenho para os
veículos competição.
Esse projeto poderá contribuir para
comunidade acadêmica, a fim de desenvolver
e ou melhorar o sistema já existente.
Para os pesquisadores esse projeto é uma
forma de desenvolver a capacidade de
trabalhar em equipe de cada integrante do
grupo, bem como tem a função de
proporcionar aprendizado prático e
conhecimento, aliando o que foi aprendido nas
aulas ministradas no curso de engenharia
mecânica.
6 METODOLOGIA
Este trabalho é classificado como pesquisa
exploratória devido às características como as quais
ele vem sendo formulado. De acordo com DUARTE,
3
(2014) Pesquisa exploratória é a sondagem, com
vistas a aprimorar ideias, descobrir intuições e,
posteriormente, construir hipóteses.
Os procedimentos foram iniciados com uma pesquisa
no assunto e logo por uma revisão bibliográfica, que
teve por objetivo ampliar o conhecimento do grupo
sobre o tema, além de obter dados para a discussão
dos procedimentos para uma melhor elaboração do
projeto.
Com base nas orientações para executar o projeto, o
primeiro passo consistiu - se analisar os estudos e
competições já realizadas, levando em consideração a
mais adequada suspenção.
A próxima etapa consiste em entender as técnicas
construtivas associadas a construção das bandejas e
seleção dos componentes.
Executar testes para avaliação do desempenho.
7 INTRODUÇÃO TEÓRICA
O sistema de suspensão absorve por meio dos seus
componentes todas as irregularidades do solo e não
permite que trancos e solavancos cheguem até o
piloto, também é responsável pela estabilidade do
automóvel.
Os principais componentes do sistema de suspensão
são:
Molas;
Amortecedores;
Pinos esféricos (pivôs);
Bandejas de suspensão.
Segundo o portal CLUBE R19, 2012, sem as molas e
os amortecedores que permitem a movimentação
controlada do sistema, o desconforto seria enorme,
principalmente em pisos irregulares iguais os da
competição Baja, e os fortes impactos diminuiria muito
a vida útil do veiculo.
Com os impactos, há sofrimentos tanto para o piloto
como para o automóvel. No automóvel podem vir a
causar trincas na sua estrutura, que praticamente
comprometeria todo o veículo.
Molas e amortecedores trabalham em conjunto. A
mola absorve os impactos sofridos pelas rodas e os
amortecedores seguram a sua distensão brusca,
evitando oscilações no veículo.
Toda energia absorvida pelas molas é liberada por
meio de oscilações, o que também gera desconforto,
além de comprometer a segurança, já que durante as
oscilações, há perda de aderência das rodas com o
solo, o que torna perigoso a condução do veículo,
principalmente nas curvas.
Os amortecedores limitam as oscilações, frenando a
abertura e fechamento da suspensão, tornado a
dirigibilidade muito mais segura e estável.
Os pivôs de suspensão fazem a ligação entre as
partes suspensas chassi, carroceria e as partes não
suspensas como a manga de eixo, cubo de roda. Eles
recebem grandes cargas e esforços durante a
aceleração, frenagem e curvas, e, em alguns casos,
também suportam o peso do veículo. O braço de
suspensão ou a bandeja permite a articulação das
rodas na suspensão.
As bandejas são peças fundamentais tanto para
veículos que usam suspensão ponte rígida. Nesses
sistemas, as bandejas têm a função de proporcionar
uma perfeita harmonia entre estabilidade, segurança e
conforto na condução do veículo. As bandejas têm
importante papel no perfeito trabalho dos demais
componentes da suspensão, assim se, por exemplo,
uma das bandejas estiver amassada ou trincada, a
dirigibilidade do veículo ficará totalmente
comprometida.
7.1 SUSPENSÃO DUPLO A
A suspenção Duplo A é a mais utilizada em carros de
competição de diversas categorias, pois possui uma
grande resistência que possibilita um melhor controle
dos parâmetros geométricos ao longo de todo o curso
do seu funcionamento e proporciona também um
ajuste refinado das características relacionadas à
cinemática do trabalho de suspensão.
Conhecida no Brasil como Duplo A ou Braços
Sobrepostos e encontrados no mercado nacional, em
alguns sistemas dianteiros de caminhonetes, como a
Chevrolet D20, além de alguns sistemas traseiros
como o do Honda Civic 2011. Este conceito de
suspensão como o próprio nome diz se caracteriza por
ter dois braços de suspensão wishbones em inglês,
um superior e outro inferior. Esses braços podem ter a
forma de A ou de L, e possuem suas extremidades
ligadas ao chassi e na manga de eixo, buchas e
pivôs respectivamente intermediam essa ligação.
É um tipo de suspensão largamente utilizado em
carros de alto desempenho por
combinar facilidade de manutenção e uma grande
liberdade para ajuste de diversos parâmetros da
geometria da suspensão. Suas principais vantagens e
desvantagens citadas abaixo:
Vantagens: controle mais preciso do ângulo de
camber; pequena variação de bitola ao longo do
curso; pouca vibração transmitida à estrutura do
veículo; elementos resistentes; curso útil
alongado; possibilidade de configuração sobre-
esterçante ou subesterçante.
Desvantagens: necessidade de muito espaço para
instalação; custo elevado em comparação com os
outros sistemas; redundância de elementos de
ligação; necessidade de um dimensionamento
criterioso para o correto funcionamento.
Figura 1 – Detalhe da suspensão na sua visão lateral.Fonte: CARRO INFOCO, 2014.
QUADRO1 PARTES DA SUSPENSÃO.
1 CONJUNTO DE MOLA AMORTECIDA
2 CAMBAGEM
3 BRAÇO INFERIOR
4 PIVÔ INFERIOR
5 PONTA DE EIXO
6 MANGA DE EIXO
7 PIVÔ SUPERIOR
8 BRAÇO SUPERIOR
7. 2 COMPONENTES DA SUSPENSÃO DUPLO A
Dois braços ou bandejas de suspensão, dois terminais
articulados, a manga de eixo, ponta de eixo, cubo de
roda, roda, pneu, amortecedor, mola. Alguns destes
componentes não são exclusividades do tipo Duplo A
o que diferencia um sistema de outro é a forma com
que os componentes são dispostos e fixados no carro.
5
Manga de eixo é o componente que faz a ligação dos
braços de suspensão e o cubo de roda é a peça que
fixa a roda no veículo.
Figura 2 – Detalhe da Manga de eixo na sua visão lateral.Fonte: AJUDA KART CROSS, 2012.
A manga de eixo é um elemento que não roda por
estar fixada nos braços de suspensão, e o cubo de
roda é um componente que gira juntamente com a
roda, torna-se necessária a existência de um elemento
de ligação entre esses dois elementos: esta é a
função da ponta de eixo.
A manga é a peça que fica entre os braços de
suspensão, porém para que os braços possam se
deslocar para cima e para baixo de forma suave, sem
causar danos à manga, é necessário um elemento de
ligação que possibilite este tipo de movimento. Se o
sistema for dianteiro, deve permitir ainda a rotação da
manga para esterçar a roda. A grande maioria dos
veículos encontrados no mercado utiliza uma peça
conhecida como pivô. Outra possibilidade é a
utilização de terminal rotular esférico.
A ponta de eixo é uma peça que passa por uma série
de rolamentos e fica fixa na manga de eixo ou no cubo
de roda, permitindo assim a rotação do cubo de roda.
O cubo de roda é um componente que fica móvel em
relação ao chassi, pois gira na mesma velocidade
angular que as rodas.
Figura 3 – Cubo da roda.Fonte: CLUBE DA RODA, 2014
Figura 4 – Detalhe dos Pivôs de Suspensão.Fonte: MUSA KCC, 2009.
Os últimos elementos a serem citados são os
amortecedores e molas. O conjunto destes dois
elementos é que tornará possível absorver os choques
e irregularidades do sistema.
As molas são responsáveis por armazenar energia,
enquanto os amortecedores serão responsáveis por
dissipar a energia armazenada. Caso um sistema
possua apenas molas sem amortecedores, irá oscilar
demasiadamente quando excitado e causar
desconforto ou até mesmo provocar a perda de
contato entre o pneu e o solo.
Figura 5 – Amortecedor Pneumático.Fonte: SPORT BAY, 2014.
As molas geralmente aparecem de duas formas:
helicoidal e feixe de molas. O feixe de molas é
bastante utilizado em veículos pesados ou com
grande capacidade de carga, como caminhões, ônibus
e caminhonetes, apesar de já ter sido utilizado em
carros de passeio no passado. As molas helicoidais
são as mais comuns em veículos de passeio e
aparecem em quase todos os carros presentes no
mercado nacional.
Figura 6 – Molas Elicoidal.Fonte: SUSAN PNEUS, 2014.
Bitola origina-se do significado medida entre as faces
interiores das cabeças de dois carris, alguns
sinônimos como dimensão, escalar, medida entre
outros, ou seja, a mesma consiste em medir no centro
dos pneus entre uma extremidade a outra ligada pelo
mesmo eixo com a função principal de estabilizar o
veículo em suas manobras diversas.
A bitola de um veículo está diretamente
relacionada com a estabilidade do carro, bem
como a manobrabilidade. Quanto maior a
bitola, maior será a dificuldade de projetar um
veículo que contorne curvas de raio pequeno,
porém será mais fácil projetar um veículo que
seja estável em curvas e em altas
velocidades. (ALMEIDA, 2012).
8 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
Com base nas teorias estudadas escolhemos o leque
superior dianteiro para fazer um protótipo, isso por ele
ser um importante componente da suspenção. Foi
desenvolvido um desenho esquematizado para termos
uma orientação de sua construção e estrutura. Tendo
como base as seguintes medidas 370 mm, 335 mm de
lateral e 70 mm no topo.
Figura 7: Desenho do protótipo em sua vista lateral.
Fonte: Professor Eusébio de Souza.
8.1 SELEÇÕES DOS MATERIAIS PARA O
PROTÓTIPO
Selecionado os materiais usados para construção do
protótipo. Com os diâmetros corretos, em uma loja
apropriada, comprou–se, dois tubos em ferro
galvanizado de 760 mm e uma chapa de 630 mm.
7
Figura 8 – Materiais
Fonte: Autoria própria
Após a escolha dos matérias o grupo começou o
processo de montagem, medindo as peças,
respeitando as cotas e angulações do desenho da
Figura 7.
Figura 9: Tubo em sua vista lateral, 760 mm.
Fonte: Autoria própria.
Figura 10: Medida da parede, 2,69 mm.
Fonte: Autoria própria.
Figura 11: Medida externa, 21.4 mm Fonte: Autoria própria.
Figura 11: Medida interna, 15.52 mm Fonte: Autoria própria.
Ao analisar as medidas dos tubos, observou-se a
necessidade de algumas mudanças nas cotas do
projeto. Sendo que o tubo seria cortado em duas
partes de 335 mm, e após os ajustes essas medidas
passariam a ser de 480 mm. É preciso saber as
medidas corretas para evitar interferências.
O esboço foi feito e em seguida redesenhado no
programa Unigraphics NX 8 .5 como mostra a figura
12 abaixo.
Figura 12: Desenho do projeto no Unigraphics NX 8 .5.
Fonte: Autoria própria.
Figura 13: Ajustando as medidas e angulações do
tubo para iniciar o corte da peça.
Fonte: Autoria própria.
Figura 14: Ajustando as medidas e angulações da
parte superior para iniciar o corte da peça.
Fonte: Autoria própria.
Tudo foi milimetricamente medido para não ocorrer
perda de material no processo de corte. Na montagem
do leque superior dianteiro precisávamos de dois
tubos de 480 mm para parte lateral, um tubo 70 mm
para ser fixado com solda em na parte superior e mais
dois pedaços de tubos de 42 mm, para ser adaptado
aos tubos maiores de 480 mm.
Toda etapa do corte realizada pelo grupo
acompanhado pelo nosso orientador, o professor
Euzébio de Souza.
Figura 15: Ajustando a peça na maquina de corte.
Fonte: Autoria própria.
Figura 16: O tubo já fixado pronto para o corte.
Fonte: Autoria própria.
9
Figura 17: Momento do corte.
Fonte: Autoria própria.
Figura 18: Todos os tubos cortados.
Fonte: Autoria própria.
Depois de todos os cortes serem realizados as peças
estavam preparadas para a soldagem, mas antes era
necessário saber a angulação para o encaixe correto
dos tubos. E através de uma analise e com ajuda da
maquina de corte conclui–se que o ângulo correto
para fazer o corte é de 18°.
Figura 19: Momento do calculo da angulação.
Fonte: Autoria própria.
8.2 SOLDAGEM
A soldagem é o processo de união de materiais
usados para ter a união localizada de metais e não
metais, produzida por aquecimento até uma
temperatura adequada, é realizada com o calor de um
arco elétrico mantido entre a extremidade de um
eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho.
Os tubos galvanizados que estamos trabalhando, são
revestidos com uma camada de zinco para protegê-los
contra o perigo de corrosão e prolongar sua vida útil.
O revestimento reforça-o, mas também dificulta no
momento da solda.
O motivo, é que tanto a temperatura do arco elétrico como a do maçarico de corte são superiores as temperaturas de fusão (4190C) e de vaporização do Zinco (9070C), razão pela qual estas operações danificam as zonas recobertas adjacentes aos cordões de solda e as bordas dos cortes, sendo necessário restaurar posteriormente estas zonas.(BBOSCH, 2011)
Para soldar os tubos galvanizados foi preciso antes
adoção de alguns métodos de segurança como:
O uso de máscara respiratória para cobrir rosto
enquanto você solda os canos galvanizados e também
o uso de luvas.
Lixou – se a galvanização na área onde os canos
foram soldados.
Houve a necessidade da montagem de um gabarito de
fixação para prender os tubos e não ocorrer perdas
nas angulações e medidas pré-definidas e os tubos
serem soldados na posição correta como mostra na
Figura 20 e 21.
Foi utilizado o eletrodo OK 4600 com base no seu
bom desempenho para soldas em tubos galvanizadas.
Há mais de 100 anos Oscar Kjelberg inventou o eletrodo revestido e deu origem à empresa que hoje é a ESAB e mundialmente conhecida
linha de Eletrodos OK. Produzidos com a mais alta tecnologia e rigorosos padrões de qualidade, os Eletrodos OK são, hoje, o líderes no mercado. (SOLDAGEM E CORTE, 2014)
Figura 20: Gabarito em sua vista superior.
Fonte: Autoria própria.
Figura 21: Gabarito em sua vista superior.
Fonte: Autoria própria
Figura 22: Eletrodo ok 4600.
Fonte: Autoria própria
Para a ligação das peças do leque superior dianteiro
soldamos as extremidades dos tubos nas áreas
lixadas, utilizando o bico de solda na temperatura
adequada com os eletrodos de solda.
Figura 23: Junção das peças.
Fonte: Autoria própria
Após a soldagem a peça foi mantida no gabarito até
seu resfriamento total de forma de natural, sem
processo de tempera.
Figura 24: Peça após a soldagem.
Fonte: Autoria própria
Figura 24: Peça terminada.
Fonte: Autoria própria
11
8.3 ESTATÍSTICA DA COMPETIÇÃO MINI BAJA
Realizamos uma pesquisa para saber quais equipes
foram destaques na competição SAE Baja Brasil entre
1995 a 2013.
Através de uma estatística quantitativa construímos o
quadro abaixo.
QUADRO 2: CAMPEÃS E VICE-CAMPEÃS
Baja SAE 25 EDIÇÕES Ano Campeã Vice - Campeã1995 EESC USP FEI1996 EESC USP Sem informações1997 EESC USP Sem informações1998 UFRN Sem informações1999 CEFET - MG UFRN2000 UFRN Sem informações2001 FEI EESC USP2002 FEI FEI2003 EESC USP FEI2004 MAUÁ FEI2005 FEI EESC USP2006 EESC USP Sem informações2007 FEI FEI2008 EESC USP Sem informações2009 FEI Sem informações2010 FEI FEI2011 FEI FEI2012 POLI - USP Sem informações2013 UFMG FEI
Com o QUADRO 2 podemos observar que a
faculdade FEI é uma das pioneiras da competição e
que mais conquistou títulos e ficando atrás dela a
EESC USP. Essas universidades sempre encararam
com muita seriedade a competição Baja SAE e
mesmo que elas não alcançassem a primeira
colocação se destacavam com inovações nos
veículos.
A FEI na 16ª Competição Baja SAE Brasil fez uso
intensivo de alumínio não ferroso em todo carro,
inclusive nos braços das suspenção que foi utilizado
com a intenção de ampliar a relação peso/resistência
do off-road., proporcionando maior aceleração, alto
desempenho dinâmico da velocidade e melhor
dirigibilidade. E em 2013 ela optou por usar a
suspensão traseira do tipo multi-link (tri-link) essa
tecnologia consiste em braços múltiplos para sustentar
o conjunto traseiro, gerando maior conforto e acima de
tudo, mais estabilidade e melhor nível de dirigibilidade.
De acordo com portal NOTICIAS AUTOMOTIVO, 2013
o conjunto multilink torna a suspensão traseira
independente em cada roda.
Essas características podem fazer a diferença na
competição.
9 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com o desenvolver do projeto, observamos a
necessidade de realização de estudos aprofundados
para compreendermos o funcionamento da
suspensão.
Para maior entendimento do projeto, escolhemos
realizar a montagem do Leque Superior Dianteiro por
este ser uma peça importante no conjunto de
suspenção, e vimos que todo processo precisou ser
desenhado e seguir medidas minuciosas para não
ocorrer interferências e não comprometer o
funcionamento do leque.
No percurso da fabricação do projeto e o protótipo,
observamos que deveríamos programar alguns
detalhes como dimensionamento e os materiais a
serem utilizados na montagem com o objetivo de
receber a força aplicada na suspensão e distribui-la de
maneira ordenada que não prejudique o
desenvolvimento do veículo.
Observando o protótipo final notamos que a parte
superior do leque está desalinhada, devido um
problema em uma das etapas onde cortamos primeiro
a base e em seguida soldamos, assim na hora da
montam gera problemas para fixar o leque. O que
precisa ser feito para isso não acontecer é soldar com
o tubo inteiro e depois cortar de acordo com o
esquema da Figura 7.
9 REFERÊNCIAS
Portal SAE BRASIL. SP, 2014. Disponível em: <http://www.saebrasil.org.br/>. Acesso em Acesso em: 20 de Fevereiro de 2014.
Portal CARRO INFOCO, Anderson Dias, 2012. Geometria de Suspensão: A inclinação do Pino Mestre. Disponível em: <http://www.carrosinfoco.com.br/carros/2012/07/geometria-de-suspensao-a-inclinacao-do-pino-mestre-kpi/>. Acesso em 10 de Março 2014.
Portal AJUDA KART CROSS, 2012. Um carro para trackdays. Disponível em:<http://musakcc.blogspot.com.br/2011/12/retrabalhos.html>. Acesso em: 10 de Março de 2014.
FREITAS, Luciano. Estudo Básico de uma suspensão do tipo DUPLO A, 2012. São Paulo. Disponível em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA9S4AK/estudo-basico-suspensao-tipo-duplo-a>. Acesso em 10 de Março de 2014.
ALMEIDA, Daniel de Araújo. Dimensionamento cinemático e dinâmico de suspensão duplo a. Brasília, 2012. Disponível em: <http://bdm.bce.unb.br/bitstream/10483/4137/1/2012_DanieldeAraujoAlmeida.pdf >. Acesso em: 13 de Março de 2014.
BBOSCH GALVANIZAÇÂO, 2011. Galvanização em foco: Disponível em: <http://www.bbosch.com.br/atividades.asp.> Acesso em. 22 de Maio de 2014
ESAB, Soldagem e corte Brasil, José Ângelo, 2000. Disponível em: < cemig.com. br>.Acesso em: 28 de Maio de 2014.
ABAL, Soldagem e corte Brasil, José Ângelo, 2000. Disponível em: < cemig.com. br>.Acesso em: 28 de Maio de 2014.
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