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ADEVAILTON PINTO GOMES ALESSANDRO ALVES NOVAES ATAIDES DE ASSIS FERNANDES JOÃO PAULO PEREIRA SILVA RENAN SOUZA SILVA BARBOSA RENATO FABIO DA SILVA SAMUEL RODRIGUES DA SILVA
Autobus: Projeto Integrador de Veículo Autônomo
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO Campus Santo Amaro
2009/ 1° Semestre
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ADEVAILTON PINTO GOMES ALESSANDRO ALVES NOVAES ATAIDES DE ASSIS FERNANDES JOÃO PAULO PEREIRA SILVA RENAN SOUZA SILVA BARBOSA RENATO FABIO DA SILVA SAMUEL RODRIGUES DA SILVA
Autobus: Projeto Integrador de Veículo Autônomo
Trabalho de conclusão do projeto integrador de veículo autônomo apresentado como requisito da disciplina Introdução à Engenharia.
Prof° da Disciplina: Wagner M. Pommer
UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO Campus Santo Amaro
2009/ 1° Semestre
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SUMÁRIO
REFERENCIAL TEÓRICO 3
CONCEPÇÃO DO PROJETO 4
OBJETIVO 4
CARACTERÍSTICAS DO PROJETO 4
MATERIAIS UTILIZADOS 5
CÁLCULOS 7
MÓDULO NORMAL DA REAÇÃO 7
REAÇÃO NORMAL EM CADA RODA 7
FORÇA DE ATRITO 7
RAIO DA TRENA E TEMPO DE DESENROLAR DA TRENA 7
MOMENTO DE INÉRCIA APROXIMADO (I) 8
MOMENTO DE INÉRCIA DE CADA RODA (I) 8
ENERGIA CINÉTICA NO ATO QUE DESENROLAR DA TRENA 9
CÁLCULO DA ACELERAÇÃO DO VEÍCULO 9
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 10
MEMORIAL DESCRITIVO 10
ANEXOS 12
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REFERENCIAL TEÓRICO
A força possui duas características fundamentais em Física: ela é capaz de acelerar ou
deformar um corpo. Quando aplicamos uma força F em uma mola ela se deforma. O veículo
mostra um corpo de massa “m”, preso a ele uma trena de constante “K”. Inicialmente o corpo
está na posição A, quando aplicamos uma força F1 para levar o corpo para a posição B aparece
uma força F2, cuja função é estabelecer a aceleração desse corpo, fazendo com que ele se
mova.Você já sabe que para deformar uma mola de uma elongação “X”, é necessário um
trabalho, essa mola tenderá a sua deformação dependendo das composições de que são
produzidas.
O princípio da Conservação de Energia diz que "a energia pode ser transformada ou
transferida, mas nunca criada ou destruída". Por exemplo, no caso de elásticos de látex, esta
forma de energia está associada à energia necessária para deformar as ligações químicas entre os
átomos que constituem um determinado material. Quando comprimimos um material, estamos
aproximando os átomos constituintes, quando esticamos, estamos afastando-os. A quantidade de
deformação (compressão ou alongamento) suportável pelo material determina se ele é elástico ou
não. Um material elástico geralmente não se rompe quando sujeito a quantidades razoáveis de
deformação. Nos materiais elásticos, os átomos tendem a re-ocupar a sua posição normal, quando
liberados da deformação, como receberam energia para sair da posição normal, quando liberados
da deformação devem devolvê-la de alguma forma, um bom exemplo é o estilingue.
Em um estilingue, quando puxamos seu elástico com uma pedra encaixada, entregamos
energia do nosso corpo ao elástico e, ao liberar o elástico, este praticamente a devolve na forma
de energia cinética que impulsiona a pedra. Se não colocarmos a pedra, ao soltar o elástico este
entrega a maior parte da sua energia de volta para o corpo: a outra mão tem que absorver o
"tranco".
A energia potencial elástica é diretamente proporcional à deformação sofrida pelo
material. Assim, quanto mais deformado estiver o material, mais energia potencial elástica
acumulada ele terá. Ao esticarmos ou comprimirmos uma mola ou um elástico, sabemos que
quando soltarmos esta mola ela tenderá a retornar a sua posição natural (original), essa tendência
de retornar a posição natural é devido a energia que fica armazenada na mola, a medida que ela é
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esticada ou comprimida. Esta energia é chamada de Energia Potencial Elástica que, em seguida,
se transforma em Energia Cinética, a qual faz o veículo se mover. A Energia Cinética é uma das
formas da energia mecânica, definida como energia de movimento. Sua equação foi resultado do
estudo do trabalho produzido por uma força mecânica, aplicada em um corpo em repouso ou já
em movimento, alterando sua velocidade para um valor maior (acelerando-o) ou para um valor
menor (retardando-o), produzindo no corpo uma nova quantidade de movimento.
Projeto Integrador
CONCEPÇÃO DO PROJETO
OBJETIVO: Veículo Autônomo
Este trabalho objetiva a elaboração de um projeto envolvendo a concepção e construção
do protótipo de um veículo autônomo, movido por Energia Potencial Elástica, podendo adquirir
energia limpa sem agredir o meio ambiente.
CARACTERÍSTICAS DO PROJETO
O protótipo deverá ter uma massa com peso máximo de 500g e poderá ser confeccionado
por qualquer tipo de material, preferencialmente sucata.
O nosso projeto prevê um carrinho com o peso total de aproximadamente 467 g.
O mecanismo de propulsão escolhido pelo grupo foi a mola de uma trena de oito metros
de comprimento, onde está concentrada a Energia Potencial Elástica.
Após o inicio do movimento, o veículo não sofrerá interferência humana (dispositivo
autônomo). Este mecanismo é solidário ao veículo, tendo nosso grupo optado por colocá-lo no
centro do veículo ajustando seu ponto de equilíbrio.
Durante todo o deslocamento o veículo deverá estar apoiado no solo em pelo menos três
pontos. Para tal, previmos e testamos que com uma engrenagem, conseguimos reduzir a força de
impulsão da trena, evitando perda de força e garantindo maior autonomia.
Todos os itens foram confeccionados pelo nosso grupo de trabalho utilizando materiais
considerados como sucata, para serem usados como matéria-prima para o projeto.
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MATERIAIS UTILIZADOS
Item Quantidade Material Descrição
01 03 Nylon Roda
02 01 Alumínio (Cantoneira) Chassis
03 01 Plástico ABS Engrenagem com raio de 40 mm
04 01 Plástico ABS Engrenagem com raio de 2 mm
05 01 Aço Eixo dianteiro
06 01 Aço Eixo traseiro
07 01 Aço Eixo do rolamento
08 01 Plástico e Aço Trena Starret 8 metros
09 01 Aço Rolamento
10 01 Isopor Estrutura externa
11 20 Alumínio Rebite
12 10 Aço Porca m4
13 01 Nylon Linha (8 metros)
14 03 Borracha nitrílica Anel O’ring
15 01 Nylon Roldana
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O mecanismo de propulsão do carrinho foi desenvolvido utilizando duas engrenagens,
sendo uma delas com raio de 2 mm e outra com raio de 40 mm.
Na engrenagem de 40 mm foi acoplado um rolamento SKF de 10 mm X 9 mm .
No centro deste rolamento foi introduzido um eixo de aço em forma de rosca sem fim
com 4 mm de espessura e 150 mm de comprimento.
A engrenagem de raio 2 mm foi fixada ao eixo traseiro do veículo, que tem 4 mm de
espessura por 150 mm de comprimento.
Foi confeccionada uma trança de alumínio para sustentar o eixo da engrenagem de 40 mm
e impedir que ela se afaste da engrenagem de raio 2 mm, garantindo a tração para as rodas
traseiras.
Foi fixado na mola de uma trena uma das pontas do fio de nylon e a outra ponta foi fixada
ao eixo da engrenagem de 40 mm.
Girando o eixo da engrenagem de 40 mm, o fio de nylon irá se enrolar neste eixo,
esticando a mola e aumentando a sua força no sentido contrário, induzindo o desenrolar do fio de
nylon tendo finalmente a impulsão do carrinho.
Foram efetuados os testes na superfície oficial da competição, local onde o carrinho
atingiu a distancia de 52 metros.
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CÁLCULOS ENVOLVENDO O PROJETO INTEGRADOR DO VEÍCULO AUTÔNOMO
MÓDULO NORMAL DA REAÇÃO
P = M * G
P = 0,467 * 9,81
P = 4,58 N
REAÇÃO NORMAL EM CADA RODA
P = 4,58 ÷ 3
P = 1,53 N
FORÇA DE ATRITO
Fat = µ * N (0,5 a 0,9) Fat = µ * N
Fat = 0,5 * 1,53 Fat = 0,9 * 1,53
Fat = 0,765 N Fat = 1,377 N
RAIO DA TRENA E TEMPO DE DESENROLAR DA TRENA
Rp = 1,85 cm
Rm = 4,90cm
Rp + Rm ÷ 2
1,85 + 4,90 ÷ 2
6,75 ÷ 2
Rmédio = 3,375cm ÷ 100 = 0,033m
Rmédio = 0,033m
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n= Número de voltas da trena
t= Tempo que desenrola a trena
n = 8 ÷ 2 π * 0,033 T= t ÷ n
n = 8 ÷ 6,28 * 0,033 T= 0,033 ÷ 38,60
n = 8 ÷ 0,207 T= 0,000866 s
n = 38,60 ω = 2 π ÷ T
ω = 6,28 ÷ 0,000866
ω = 7251,73 rad/s
MOMENTO DE INÉRCIA APROXIMADO (I)
I = 0,5 * M * Rm2
I = 0,5 * 0,120 * 0,0332
I = 0,5 * 0,120 * 0,001089
I = 0, 00006534 N
MOMENTO DE INÉRCIA DE CADA RODA (I)
I = 0,5 * M * Rm2
I = 0,5 * 0,010 * 0,182
I = 0,005 * 0,0324
I = 0,000162 g/cm2
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ENERGIA CINÉTICA NO ATO QUE DESENROLAR DA TRENA
K = 0,5 * I * ω2
K = 0,5 * 0,00006534 * 7251,73
K = 0,2383 Nm
CÁLCULO DA ACELERAÇÃO DO VEÍCULO
M
wIV
²*=
467,0
²73,7251*00006534,0=V
467,0
99,52587587*00006534,0=V
smV /8577,0=
M
Fra =
467,0
2383,0=a
61,0=a
SaVV ∆−= **2²0²
S∆−= *61,0*2²77,85²0
S∆−= *61,0*25,7356²0
22,1
5,7356=∆S
cmS 6030=∆
mS 30,60≅∆
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DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
MEMORIAL DESCRITIVO
A idéia inicial era de um protótipo com caixas da Tetra Pak. Realizamos alguns testes no
qual não obtivemos sucesso, pois o veículo inclinava-se ao desenrolar do elástico e, às vezes até
capotava, então o grupo optou por alterar o projeto inicial, pesquisando em diversas fontes da
internet onde obtivemos as informações necessárias para a construção do protótipo atual. Para
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alcançarmos o resultado desejado, foi necessária buscar outros tipos de matéria-prima para a
realização trabalho, retirando peças obsoletas de máquina de café expresso.
Foi realizada uma pesquisa de campo nas fabricas Brinquedos Laura e California Toy
Company, onde foi possível o surgimento de um novo protótipo que atendia as normas da
competição. A idéia do mecanismo da relação de engrenagens surgiu a partir destas fontes, pois
com os relatos foi possível a visualização do mecanismo de rotação da hélice.
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ANEXOS
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Aeromodelo de vôo livre
“Foi usado papel de seda para cobrir a asa e o leme. A hélice foi feita de folha de alumínio com
150 mm. Um elástico, que serve para propulsão, foi preso na cauda do aeromodelo e conectado
ao eixo da hélice. Quando enrolamos o elástico, guardamos a energia potencial elástica sendo
que, quando esta é liberada é convertida em energia cinética e, posteriormente, é convertida em
energia mecânica, girando a hélice e impulsionando o aeromodelo para frente”.
Fonte: http://www.jornaljovem.com.br/edicao10/c_exatas_terra01.php
Febrace 2008
Fonte: http://www.geocities.com/davidvwilliamson/car.html
Como referenciar este texto:
GOMES, A. P. et al. Autobus: Projeto Integrador de Veículo Autônomo. 1 sem., 2009. Universidade Nove de Julho, São Paulo.