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.