Projetos Informacional e Conceitual EMC5005 – Projeto Integrado em Engenharia Mecânica Amortecedor de alta performance para veículo off-road Projetos Informacional e Conceitual Equipe: Alexandre Neves Trichez Júnior Fabricio Pereira Gabriela Khouri Giménez Isasi Raphael Weber Mello Thiago de Jesus de Araujo Rios Thyane Fuhrmann Gonçalves de Oliveira Vinicius Ferigollo Manfio Professor: Lauro Cesar Nicolazzi, Dr. Eng. Outubro/2012

Amortecedor de alta performance para veículo off-road EMC5005 – Projeto Integrado em Engenharia Mecânica Amortecedor de alta performance para veículo off-road Sumário Contextualização – Baja SAE e Suspensão Trailing Arm; Histórico e funcionamento dos amortecedores; Requisitos de usuário e projeto: a casa da qualidade; Brainstorming: geração de concepções; Seleção da concepção.

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização: Baja SAE e Suspensão Trailing Arm Protótipo Baja SAE Monoposto Robusto All-terrain Vehicle Regulamento da SAE International Suspensão Trailing Arm Monoposto = feito para um único ocupante All-terrain vehicle = preparado para transpor qualquer obstáculo Regulamento da SAE = limitações quanto à segurança e motorização Também é chamada de “Braço Arrastado” Suspensão que permite movimento independente das rodas em um mesmo eixo Permite o uso de barra anti-rolagem O único parâmetro variável com o curso de suspensão é a distância entre-eixos do veículo

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Histórico: Até 1910: amortecedores eram dificilmente utilizados 1910 – 1925: eram utilizados principalmente amortecedores do tipo sólido-sólido 1925 – 1980: inicialmente amortecedores hidráulicos simples. Desenvolvimento progressivo até a criação de amortecedores ajustáveis. [1934: Monroe inicia a produção do tipo telescópico. 1947: Koning introduz o modelo telescópico ajustável. 1950: Carbon inventa e produz amortecedores telescópico com gás-pressurizado.] 1980 – 1985: grande entusiasmo quanto a possibilidade da utilização de suspensão ativa (o que eliminaria o amortecedor), porém não foi posto em prática devido a seu alto custo. 1985 – : desenvolvimento de amortecedores rapidamente auto-ajustáveis 2000 – : introdução, para veículos de alto custo, de um amortecedor magnetoreológico controlável. magnetorheological : When subjected to a magnetic field, the fluid greatly increases its apparent viscosity, to the point of becoming a viscoelastic solid.  4

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Funcionamento: O amortecedor tem três funções básicas distintas: Manter o contato dos pneus com o solo Controlar os movimentos de abertura e fechamento das molas Proporcionar conforto, estabilidade e segurança ao veículo 5

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Funcionamento: Amortecedor telescópico com óleo Os amortecedores pressurizados diminuem a possibilidade de formação de bolhas no fluido quando este é submetido altas temperaturas ou quando há movimentação intensa da suspensão. O gás nitrogênio produz uma ação mais rápida no trabalho do amortecedor. Seu desempenho é mais constante trazendo melhor dirigibilidade e segurança. O amortecedor é instalado entre o chassi do carro e a roda. Quando a roda se movimenta verticalmente devido a irregularidades da superfície, a haste do amortecedor também se movimenta no mesmo sentido. Este movimento faz com que o óleo contido no amortecedor passe pelos tubos de pressão e reservatório, atravessando as válvulas do pistão e de base. A resistência do óleo ao passar pelas válvulas cria internamente uma pressão momentânea – chamada tecnicamente força de amortecimento ou carga – responsável por controlar os movimentos do veículo. O amortecedor segue um princípio da física que diz: "A energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada". Em outras palavras, o amortecedor ajuda a dissipar o excesso de energia acumulada pelas molas durante uma determinada pressão sobre a suspensão, estabilizando-a o mais rápido possível. Como consequência temos o conjunto roda (composto por aro + pneu) em contato constante com o solo, garantindo estabilidade e segurança na rodagem do veículo. 6

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Patentes: US970390 – Shock Absorber For Automobiles C. A. Petersen (1910) US1028400 – Shock Absorber H. B. Stanton (1912) US1054010 – Shock Absorber B. W. Matthews (1913)

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Patentes: US3167309 – Hidropneumatic Shock Absorber For Automotive Vehicles F. Wössner (1965) US4546959 – Shock Absorber Having Adjustable Damping Means Including na Auxiliary Oil Tank Satoru Tonu (1985)

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Histórico e funcionamento dos amortecedores Normas: ABNT NBR 13308:2010: Veículos rodoviários automotores – Amortecedor da suspensão — Verificação de desempenho e durabilidade — Método de ensaio ABNT NBR 15830:2010 : Veículos rodoviários automotores — Amortecedor da suspensão — Classificação, terminologia e identificação

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Projeto Informacional Organograma das Atividades Realizadas Questionário e Pesquisa de Mercado Avaliação das Respostas Necessidades de Usuário Requisitos de Projeto Avaliação dos Requisitos Requisitos de Usuário Construção da Casa da Qualidade Importância dos Requisitos Projeto Conceitual

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Pesquisa de Mercado

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Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Requisitos de Usuário e Projeto Requisitos de Usuário Custo Segurança Design/Formato Manutenção Conforto proporcionado Dificuldade para montagem Massa Tamanho Resistência a ambientes agressivos Material Utilizado Durabilidade Eficiência Requisitos de Projeto Unidade associada Eficiência Estrutural % Condutividade Térmica Jm²/K Intervalo de Manutenção h Horas Úteis de Uso Usinabilidade -- Volume Ocupado m³ Tempo de Regulagem Tempo de Montagem Peso N Custo com Produção R$ Custo com Manutenção Custo com Materiais Número de Componentes

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Casa da qualidade Requisitos de Projeto 1 – Número de Componentes 2 – Eficiência Estrutural 3– Custo com Materiais 4 - Peso 5 – Custo com Manutenção 6 – Volume Ocupado 7 – Horas úteis de uso 8 – Tempo de montagem

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Projeto Conceitual Atividades Desenvolvidas Projeto Informacional Estrutura de Funções Brainstorming Escolha das concepções Matriz morfológica Seleção das ideias mais relevantes Avaliação das concepções Matriz de Pugh Solução Ideal Projeto Preliminar

Estrutura de Funções Dissipar Energia Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Estrutura de Funções Dissipar Energia Foi desconsiderado o uso de eletricidade gerar o efeito de amortecimento! Armazenamento do material para fricção Fricção Configuração do amortecedor Regulagem Fixação no carro Fixação no braço de suspensão Batente de fim de curso Posicionamento das molas Rebound Ponto Inferior Ponto Superior Compressão rápida Compressão lenta

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Brainstorming: geração de concepções Buscar soluções para as funções do produto descritas anteriormente Sólido - Sólido Fluido Viscoso Fricção Não se deve “julgar” nenhuma idéia nessa etapa de projeto Efeito Fluidodinâmico Alavanca de Palhetas Feita em reunião com a equipe durante o período de aula Configuração do Amortecedor Telescópio Alavanca com Pistões Paralelos Fluido A seleção das ideias é feita posteriormente, eliminando soluções inviáveis Nitrogênio Ar Fluido Viscoso

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Soluções Funções elementares Princípios de Solução Armazenamento de fluido Interno Externo Externo suspenso   Fixação no carro Olhal Junta esférica Fixação no braço de suspensão Posicionamento mola Externo em paralelo Dois batentes com rosca Flanges roscadas Duas flanges fixas Batente de fim de curso tração Mola interna na carcaça Elastômero interno na carcaça Batente de fim de curso compressão Elastômero na haste Elastômero fixo na carcaça Fluido Óleo viscoso Ar Nitrogênio Regulagem compressão rápida Agulha regulável com parafuso externo Regulagem mola/esfera Regulagem parafuso/esfera Regulagem compressão lenta Regulagem rebound Regulagem na haste interna Regulagem na haste externa

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Concepções Funções elementares Concepções do produto Opção I (pistões paralelos) Opção II (telescópio) Opção III (telescópio) Armazenamento de fluido Interno Externo Externo suspenso Fixação no carro Fixação no braço de suspensão Posicionamento mola Mola externa ao amortecedor Batente de fim de curso tração Batente de fim de curso compressão Fluido Nitrogênio Ar Regulagem compressão rápida Regulagem compressão lenta Regulagem rebound

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Matriz de Pugh Foi utilizado como referência o amortecedor da Elka Requisitos de Usuário Peso Concepção 1 Concepção 2 Concepção 3 Custo 2,6 -1 1 Segurança 4,2 Design/Formato 3,4 Manutenção 4 Conforto proporcionado 3,6 Dificuldade para montagem Massa 4,8 Tamanho 4,4 Resistência a ambientes agressivos Material Utilizado Durabilidade Eficiência SOMA (SEM PESO) -2 10 5 SOMA (COM PESO)  -7,6 37,8 19,6

Amortecedor de alta performance para veículo off-road Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Concepção Final Funções elementares Concepção II - Configuração do tipo "Telescópio" Armazenamento de fluido Externo, fixo à carcaça do amortecedor Fixação no carro Junta esférica Fixação no braço de suspensão Posicionamento mola Flanges roscadas, permitindo a regulagem de pré-carga Batente de fim de curso tração Elastômero na haste, externo ao amortecedor Batente de fim de curso compressão Mola interna na carcaça Fluido Nitrogênio Regulagem compressão rápida Regulagem mola/esfera Regulagem compressão lenta Agulha regulável com parafuso externo Regulagem rebound Regulagem na haste externa

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Dúvidas

Contextualização Histórico Requisitos Concepções Seleção Amortecedor de alta performance para veículo off-road Referências https://www.monroe.com.br/ - acesso em 05/10/2012 http://www.elkasuspension.com/ - acesso em 2/10/2012 http://www.lcool.org/technical/shock_absorbers/shock_absorbers.html - acesso 7/10/2012 http://www.youtube.com/watch?v=vcSH2z706rU DIXON, J. C. The Shock Absorber Handbook. Second Edition. Warrendale: SAE, 2007