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R elatór io Car r inho de Rolimã
1- Introdução 1.1- Projetos mecânicos ecânicos Não se sabe ao certo certo a históri stória do mai maiss radi radical dos bri brinquedos quedos das crian crianças ças da década década de 70 e 80 da reg regiião sudeste do Brasil. Pode-se dizer que os primeiros exemplares foram construídos em cidades como São Paulo, Paulo, Rio Rio de Janeiro Janeiro e Belo Belo Horizon Horizonte, te, no fi final da décadas déc adas de d e 60, começo c omeço da década déca da de 70. 7 0. O princi principal pal material, as rodas, eram rolamentos conseguidos em oficinas de manutenção de automóveis. As oficinas em questão davam manutenção aos carros daquela época, os Chevrolets Belair, os Fordões 50 51, os Pontiacs os Mercuries Mercuries os o s Dogdes e os sof s ofiisticado sticadoss Ol O ldsmobil dsmobiles, es, todos carros importados. portados . Os rolimãs bons para fazer os carrinhos vinham da transmissão destes carrões americanos. Mas também qualquer carro nacional também descartava estas peças, e oficina para consertar as antigas latas velhas que zero Kilometro já apresentavam problemas com ruas esburacadas e falta de via apropriadas para o tráfego de veículos O maior problema era conseguir as rolimãs, sem pagar nada, simplesmente pedindo e as vezes executando pequen pequenos os serv serviços das of oficin cinas, na na mai maiori oriaa das vez vezes es de lilimpeza peza para obter obter o prêm prêmiio. Engraçado que carrinho de rolimã era brinquedo dos meninos mais pobres ou com menos condições que não podiam podiam ter um uma bici bicicl cleta, eta, mas mas torn tornou-se ou-se o pai, pai, hoje hoje avô avô dos bri brinquedos quedos radi radicai caiss no no Brasi Brasill. Os carrinhos de rolimã eram levados as ladeiras asfaltadas e que igualmente somente se popularizaram com a urbanização das cidades igualmente na época de 60 e 70, o que novamente confirma a época aproximada do surgim surgimento deste des te brinquedo brinquedo.. Hoje em dia é comum competições entre carrinhos de rolimã. Na USP (Universidade de São Paulo), acontece anualmente esse torneio. Os carrinhos são projetados, bem mais equipados e mais elaborados.
1.2- Pergunta Pergunta problema problema No decorrer decorrer do nosso nosso projet projeto o foram foram surg surgiindo problem problemas as e questõe questõess que que jul julgamos amos perti pertin nentes entes para para a construção do carrinho, tais como: - Como enquadrar o projeto dentro do regulamento da competição? - Como fazer um sistema de freio que seja eficiente? - Qual o tamanho ideal do carrinho para que possa ser utilizado pelo piloto escolhido? - Como funcionará o sistema de direção? Haverá sistema de amortecimento? 1.3- Objetivo O objetivo desse trabalho é projetar e construir um carrinho de rolimã aplicando ao máximo o que aprendemos na disciplina, visando a participação no 1º GPUFOP – Campeonato de Carrinhos de Rolimã. 1.4- Justificativa Primeiramente fomos direcionados pelo professor Paulo Henrique Vieira Magalhães a realizar a construção do carrinho, por razão da disciplina por ele lecionada, CAT101 - Mecânica Aplicada. Posteriormente, a notícia da competição nos motivou ainda mais a aplicar o que aprendemos na disciplina, para construção do carrinho. 2 – Pré-Projeto 2.1- Condições de contorno Exigências estabelecidas pelo regulamento do campeonato de carrinhos de rolimã como tamanho do www.tr abalhosfeitos.com/impr i mir /Relatór io- C ar r inho- De- R olimã/151923
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rolamento, distância entre eixos, assento com encosto e dispositivos de segurança; Tamanho do piloto da equipe, restringindo a distância entre banco e eixo dianteiro para boa dirigibilidade; Peso do piloto da equipe. Como o corpo do carrinho é feito de madeira e é esbelto, foi necessário acoplar um metalon na parte de baixo do shape para diminuir a flambagem do carrinho; Materiais disponíveis para construção do carrinho. Como várias peças do carrinho foram recuperadas de um carrinho já construído, nos limitamos a dimensões de corpo, eixo dianteiro e eixo traseiro já prontos. 2.2- Materiais utilizados e tensões admissíveis Material | Tração | Compressão | Cisalhamento | Flexão | Madeira | 60 kg/cm² | 50 kg/cm² | 35 kg/cm² | 60 kg/cm² | Nylon | 10000 PSI | 1300 PSI | - | - | Aço | 3500 kgf/cm² | 3500 kgf/cm² | 2600 kgf/cm² | 3500 kgf/cm² | Ferro | 300 kg/cm² | 800 kg/cm² | 240 kg/cm² | 300 kg/cm² | Madeira: corpo do carrinho Nylon: encaixe para rolamentos no eixo traseiro Aço e Ferro: metalon dos dois eixos, metalon de sustentação embaixo do carrinho, molas de suspensão, porca, parafusos e juntas em geral Molas: Para determinar a constante elástica da mola foi feito o seguinte ensaio: 1. Medimos o tamanho das molas sem deformação (6 cm) 2. Sobre as duas molas (idênticas) colocamos uma carga de 83 kg 3. Medimos o novo comprimento da mola com o carregamento (3 cm) 4. Realizamos os seguintes cálculos: 83 kg . 9,8 m/s² = 813,4 kgf 813,4 . 1,6 = 1301,4 N 1301,4 N/3 cm = 433,8 N/cm para 2 molas 433,8/2 = 216,9 N/cm Kmola = 216,9 N/cm 2.3- Dimensionamentos O primeiro dimensionamento foi quanto ao tamanho do carrinho, distância entre o assento e o eixo de direção. Optou-se por uma distância que permitisse a um piloto de estatura mediana pudesse dirigir o carrinho com tranqüilidade, logo esta distância ficou de 80 cm. O freio foi pensado de maneira a ser um sistema inovador e aplicado à engenharia. Definiu-se um esquema de cabos de aço finos que puxam uma barra na parte traseira do carrinho que entra em contato com os rolamentos proporcionando a frenagem. O acionamento é realizado por uma barra instalada a frente do piloto conectada aos cabos de aço. O travamento do eixo dianteiro foi realizado por duas pastilhas de aço parafusadas na parte de baixo do carrinho de maneira a impedir o giro do eixo, para que o piloto não perca o controle da direção. Estipulou-se um ângulo de 35º (permite que o carrinho realize as curvas necessárias) e as pastilhas travantes foram instaladas na posição que oferecia a liberdade desejada ao eixo de direção. O eixo traseiro não oferecia condições para o acoplamento da rolimã a solução foi embutir um eixo de nylon dentro do metalon. O tarugo de nylon foi usinado nas pontas ficando com o mesmo diâmetro do buraco do rolamento e parafusado por dentro do metalon garantindo um encaixe firme e seguro. Demais dimensionamentos foram realizados para parafusos, furos e encaixes; analisando-se tamanhos de peças, solicitação que deveria ser resistida e outros fatores estruturais. 3 – Metodologia de construção do carrinho e testes www.trabalhosfeitos.com/imprimir/Relatório-Carrinho-De-Rolimã/151923
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3.1- Equipamentos a serem utilizados Durante o projeto e a montagem do carrinho observamos a necessidade do uso de serra, broca, além de outros equipamentos e ferramentas disponíveis no laboratório de mecânica da UFOP, como fresa para usinagem, furadeira e esmeril. Entretanto, algumas limitações foram impostas pela falta de equipamentos disponíveis. Como um exemplo podemos citar a falta de um policorte, que facilitaria a perfuração da madeira para encaixe da barra de acionamento do freio. Na ausência desse equipamento nos laboratórios da UFOP, realizamos essa furação com furadeira, o que gerou uma abertura irregular, uma que o equipamento utilizado não foi o adequado. 3.2- Sistemas e funcionamento O carrinho contém quatro rolimãs (rolamentos), sendo uma em cada extremidade dos dois eixos existentes e é constituído de um corpo de madeira, existindo uma cadeira de plástico para assento. O eixo da frente é móvel, sendo utilizado para controlar o carrinho enquanto este desce pela rua. O freio deve ficar em posição diagonal no centro do carrinho. Para diminuir a velocidade, freando o carrinho, deve-se então puxar uma barra de metal (que foi projetado para permitir este movimento de rotação), acionando um cabo de aço ligado em uma barra de metal que fica atrás do eixo traseiro. Essa barra então aproxima-se do rolamento encostando uma borracha nos rolamentos, diminuindo a velocidade do carrinho. 3.3- Etapas de construção Primeiramente uma chapa de madeira foi cortada nas dimensões projetadas para o carrinho, e nela foi feita uma abertura para colocação da barra de acionamento do freio. Feito isso os eixos dianteiro e traseiro foram preparados, já com seus respectivos rolamentos (conforme consta no pré-projeto, para o eixo traseiro destaca-se a presença do sistema de amortecimento), e montados no carrinho. Posteriormente o sistema de freio foi montado, também conforme projeto, e por fim fixou-se o banco do piloto. 3.4- Testes a serem realizados O teste de carregamento e deformação será realizado a partir da colocação de carga no carrinho e medida da deformação causada (abaixamento) de acordo com as cargas colocadas. Primeiramente faremos o teste de maneira a medir a deformação causada por uma única pessoa sobre o carrinho e prosseguiremos com o teste para até três pessoas, medindo a altura de deformação para cada um dos três testes. O teste de velocidade, por princípio, determinará qual a velocidade alcançada em diferentes situações de mesma carga e diferente inclinação da rampa de teste. Iremos determinar três pontos de teste (ruas com inclinações diferentes e parecidas com a rua da competição) onde uma mesma pessoa descerá por uma determinada distância com o carrinho para medirmos assim o tempo gasto. A partir dos resultados obtidos poderemos comparar os valores alcançados de velocidade com valores encontrados na literatura e outras fontes e assim fazer uma avaliação do nosso equipamento. Com esses dados, caso a equipe julgue necessário, podemos então pensar em alguma mudança na construção do carrinho que permita uma melhora na sua performance dinâmica. 4 – Dados da montagem realizada e do dimensionamento Para confecção do carrinho, inicialmente precisou-se fazer o dimensionamento do mesmo. E pra isso foi necessário o conhecimento de algumas variáveis como, a altura e peso do piloto. A partir daí, pôde-se definir o tamanho e a espessura da madeira a ser utiliza, o material que deve ser usado para fazer os eixos e se havia necessidade de reforço na estrutura do carrinho. Após a realização do dimensionamento houve uma listagem dos materiais necessários para confecção do mesmo. Com os materiais em mãos deu-se o início na construção do rolimã. Inicialmente definiu-se o formato do carrinho, realizando assim o corte da madeira com ferramentas apropriadas. Em seguida, foi utilizado um metalon 30x30 mm com XXX metros de comprimento para realização do reforço necessário. A fixação do metalon foi feita utilizando 4 parafusos com porcas e ruelas www.trabalhosfeitos.com/imprimir/Relatório-Carrinho-De-Rolimã/151923
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de espessura 8 mm e aproximadamente 8 cm de comprimento. Para a construção do eixo dianteiro, utilizou-se um metalon 40x25 mm de XXX metros. Sendo que, para a fixação dos rolimãs, que são menores do que os traseiros, realizou-se uma solda de um mesmo metalon com aproximadamente 7 cm perpendicularmente ao eixo. Para que assim o carrinho tenha uma altura maior, favorecendo sua dirigibilidade. A fixação dos rolimãs ao metalon foi realizada com 2 parafusos com porcas e ruelas de 20 mm de espessura e 10 cm de comprimento. Ainda, o acoplamento do eixo à madeira foi feita com o mesmo tipo de parafuso utilizado nos rolamentos. Em seguida houve a construção do sistema do eixo traseiro. Sendo que o mesmo possui um sistema de amortecedor com molas. Inicialmente, 2 barras de nylon de 30 mm de diâmetro e aproximadamente 12 cm de comprimento, foram submetidas a um abaulamento em uma de suas extremidades até alcançar um diâmetro de 25 mm, de forma que o rolimã seja acoplado sob pressão às barras de nylon. Posteriormente, as barras, já com os rolimãs instalados, foram fixadas no interior de um metalon 40x25 mm e XXX metros de comprimento, para tal fixação utilizou-se 4 parafusos com porcas e ruelas de espessura de aproximadamente 5 mm e 8 cm de comprimento. Em seguida, utilizando 2 parafusos com porcas e ruelas de ½ polegada e 20 cm de comprimento, montou-se o sistema do eixo com molas. Sendo que o parafuso faz a união da madeira, passando por um furo adequado, em seguida é envolvido pela mola de aproximadamente 7 cm de comprimento, por fim vasa o metalon que já está com os rolimãs acoplados. Formando assim o sistema de eixo traseiro com amortecedor. Após instalação dos eixos, houve a construção do sistema de freio. Sendo que para isso, fez-se um corte na madeira com formato retangular, de forma que a largura do mesmo fosse um pouco maior do que o diâmetro de uma barra de alumínio com comprimento aproximadamente 30 cm e 20 mm de diâmetro. Essa barra foi fixada no metalon de reforço na parte inferior da madeira. Em seguida, dois cabos de aço, de comprimento aproximadamente 1 metro cada, tiveram uma de suas extremidades fixadas à barra e a outra fixada na extremidade de uma segunda barra também de alumínio, de comprimento XXX metros e diâmetro 20 mm. Essa segunda barra foi acoplada no metalon do eixo traseiro por 2 parafusos, com porcas e ruelas, de aproximadamente 15 cm de comprimento e 6 mm de diâmetro. Sendo que os parafusos são envolvidos por molas, de forma que seja mantida uma distância entre a barra e aos rolimãs que estão acoplados no metalon. Dessa forma, o sistema de freio do carrinho é concluído. Para o acionamento do mesmo, basta puxar a alavanca, uma vez que feito isso os cabos de aço serão tracionados, puxando assim a barra de alumínio e a mesma entrando em atrito com os rolimãs. Lembrando que nas extremidades da barra de alumínio foram acopladas borrachas para aumentar o coeficiente de atrito no freio, e minimizar o desgaste dos rolimãs. Para finalizar a construção do carrinho de rolimã montou-se o banco. Para isso utilizou-se uma cadeira de estrutura metálica com os pés cortados. A mesma foi fixada no carrinho por quatro parafusos com porcas e ruelas de 6 mm de diâmetro e 8 cm de comprimento. Vale ressaltar que o local de fixação do banco foi determinado após testes com os possíveis pilotos, uma vez que um mau posicionamento do mesmo pode comprometer a dirigibilidade do carrinho.
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