Universidade Federal de Sergipe

Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

Núcleo de Engenharia Mecânica

Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso

por

MACCLARCK PESSOA NERY

Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso sob a orientação do Prof. André Luiz Costa

São Cristóvão - SE

Abril de 2012

Universidade Federal de Sergipe

Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

Núcleo de Engenharia Mecânica

Análise de Tensões e Seleção de Quadros de Bicicletas Hardtail

por

MACCLARCK PESSOA NERY

Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso sob a orientação do Prof. André Luiz Costa

Proposta de Trabalho de Conclusão de curso

apresentado ao Núcleo de Engenharia

Mecânica como parte dos requisitos para

matricula na disciplina Trabalho de Conclusão

de Curso no curso de Engenharia Mecânica

São Cristóvão - SE

Abril de 2012

2

Análise de Tensões e Seleção de Quadros de Bicicletas Hardtail

RESUMO

Aracaju é uma cidade que tem uma grande extensão de ciclofaixas e um mercado de

bicicletas aquecido, com cada vez mais adeptos a esse veículo, tanto como meio de transporte

como por esporte. Algo que aumenta essa procura é o fato da cidade ser plana, de estar com o

trânsito cada vez mais complicado e também o grande número de grupos de ciclismo existente

na cidade, sendo muitos deles voltados para a prática do mountain bike. O tipo de bicicleta

mais usada no mountain bike é chamada de hardtail. No mercado sergipano encontramos

diversas bicicletas, mas podemos traçar o perfil de um ciclista que pratica tal esporte sem

gastar muito e encontrar opções de compra para o mesmo. Esse ciclista busca um produto de

qualidade e resistente. Com esse trabalho de conclusão de curso é apresentado o cenário do

mountain bike sergipano, tanto quanto a praticantes e mercado, os diferentes tipos de

bicicletas e com o estudo da ciência dos veículos de duas rodas, resistência dos materiais, e

analise de tensões buscando-se determinar entre os quadros de moutain bike do tipo hardtail

encontrados no mercado sergipano aquele que apresenta o melhor comportamento frente às

tensões mecânicas produzidas pelas forças atuantes sobre o mesmo, utilizando para isso a

modelagem e a simulação das forças sobre os quadros.

Palavras-chave: Quadro de Bicicleta; Hardtail; Mountain Bike; Sergipe; Ciência de veículos

de duas rodas.

SUMÁRIO

3

OBJETIVOS......................................................................................................................................5

DESCRIÇÃO.....................................................................................................................................6

METODOLOGIA..............................................................................................................................7

CRONOGRAMA...............................................................................................................................8

RECURSOS NECESSÁRIOS............................................................................................................9

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................10

OBJETIVOSOBJETIVO GERAL

4

Este projeto de conclusão de curso tem por objetivo utilizando os conhecimentos na

área de engenharia mecânica e de veículos de duas rodas, análise de tensões e sistemas CAD,

determinar melhor quadro hardtail encontrado no mercado para a prática do mountain bike.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

A partir do estudo da ciência de veículos de duas rodas encontrar as forças que atuam

sobre os quadros de bicicletas e suas intensidades;

Determinar por meio da resistência dos materiais o tipo de tensão que é provocado

pelas forças atuantes no quadro;

Modelagem do quadro da bicicleta em ferramentas de CAD;

Executar a analise de tensões estáticas e dinâmicas em 3 quadros hardtail encontrados

no mercado sergipano;

A partir da modelagem e do estudo da analise de tensões, apresentar o resultado e

determinar o melhor quadro.

DESCRIÇÃO

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Este é anteprojeto do trabalho de conclusão de curso que será desenvolvido com o

intuito de requisito parcial para a obtenção da graduação em engenharia mecânica, a temática

do trabalho de conclusão de curso que eu pretendo desenvolver envolve alguns tópicos da

engenharia mecânica, que são eles: a resistência dos materiais, a ciência dos materiais,

projetos mecânicos, analise de tensões e a dinâmica de veículos de duas rodas. Abrangendo

assim as seguintes disciplinas do curso: Mecânica dos Materiais, Elementos de Máquinas I,

Seleção de Materiais para Engenharia Mecânica, Materiais de Construção Mecânica, Desenho

de Maquinas I, e a disciplina optativa Engenharia do Produto. A motivação para tal é a

crescente procura por esse tipo de veículo na cidade de Aracaju, por ser uma cidade plana e

uma cidade onde o transito fica a cada dia mais complicado devido ao número de carros nas

ruas, e a oportunidade de desenvolver um estudo que engloba tanto a analise do projeto

mecânico, o estudo do cenário local no esporte, e o estudo de veículo de duas rodas. O escopo

desse trabalho de conclusão de curso envolve o estudo do cenário do mountain bike

sergipano, o estudo dos tipos de bicicletas, da geometria do quadro, os principais tipos de

materiais utilizados na construção dos mesmos, identificação da bicicleta hardtail, seleção de

quadros deste tipo encontrados no mercado sergipano, identificação das forças atuantes na

bicicleta por meio da dinâmica de veículos de duas rodas e modelagem em ferramentas de

CAD e seleção do quadro por meio da analise de tensões.

METODOLOGIA

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Pesquisar o cenário do ciclismo no estado sergipano com foco no mountain bike,

observando grupos existentes, praticantes e mercado.

Estudar os diferentes tipos de bicicletas e seus usos, os principais materiais utilizados na

construção dos quadros, bem como os parâmetros de construção do quadro referentes à trail,

cáster, entre-eixos, comprimento de triangulo traseiro, inclinação de seat tube, entre outros e

suas influências a partir da dinâmica de veículos de duas rodas sobre a geometria do quadro.

Estudar a teoria de ergonomia para o posicionamento adequado do ciclista sobre a

bicicleta.

A partir do estudo da ergonomia, dos diferentes tipos de bicicletas, descrever as

características de uma bicicleta de mountain bike do tipo hardtail e selecionar três modelos

destas no mercado sergipano.

Estudar a dinâmica para veículos de duas rodas, e por meio dela encontra as forças

atuantes sobre os quadros das bicicletas, os pontos onde elas atuam sobre o quadro e suas

intensidades.

Posteriormente, estudar a teoria da resistência dos materiais no que tange as solicitações

de tração, compressão, flexão, flambagem, dentre outras, para que se possa identificar as que

ocorrem no quadro da bicicleta.

Modelar em ferramentas de CAD, os quadros selecionados, descrever os valores

encontrados de cada um de seus parâmetros de geometria.

Estudar a análise de tensões estáticas e dinâmicas e aplica-la sobre os quadros

modelados em ferramentas de CAD.

Com o resultado da modelagem e da análise das tensões sobre os quadros selecionar e

determinar o melhor quadro hardtail para o perfil do ciclista encontrado no estudo.

CRONOGRAMA

Mês Atividade

7

Abril/2012 Definição do tema do Trabalho de Conclusão de

Curso a ser entregue ao Colegiado do Curso

Definição dos objetivos

Definição da Metodologia

Maio/2012 Pesquisar o cenário do ciclismo sergipano

Estudar os tipos de bicicleta e a sua dinâmica

Junho/ 2012 Estudar os tipos de bicicleta e a sua dinâmica

Estudar a Ergonomia para bicicletas

Descrever o quadro Hardtail

Julho/2012 Selecionar os quadros Hardtail e obter as suas

especificações

Identificação das forças atuantes nos quadros

Modelagem em CAD

Agosto/2012 Modelagem em CAD

Analise das tensões

Setembro/2012 Analise das tensões

Outubro/2012 Redação TCC

Novembro/2012 Redação TCC

Dezembro/2012 Apresentação TCC

RECURSOS NECESSÁRIOS

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Para este Trabalho de Conclusão de Curso serão utilizadas as seguintes ferramentas

computacionais:

Mathcad, TKSolver, ou ESS: software que funciona como ferramenta matemática, para

resolução de cálculos.

SolidWorks: o SolidWorks será utilizado na prototipagem virtual do sistema de

suspensão. Algumas análises também serão feitas utilizando esta ferramenta, como

análise estrutural, de massa, entre outras.

CosmosWorks: o Cosmos Works é um software que auxilia o SolidWorks na

prototipagem de peças pela sua função de simulação e validação de peças.

O equacionamento será em softwares de cálculo como MathCad, TKSolver, EES ou

Excel mas que ainda não foi definido, os três primeiros sem a necessidade de se comprar

licença já que os mesmos possuem licenças gratuitas para estudantes e o quarto está presente

no pacote Office nos computadores com Windows, já disponível para o aluno.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

9

BEER, F. P. JOHNSTON, JR. Resistência dos Materiais. 2ª Edição. São Paulo: McGraw-Hill, 1982. 652 p.

SHIGLEY, J. E, MISCHKE. C. R. Projeto de Engenharia Mecânica. 7ª Edição. São Paulo: Bookman, 2005. 960 p.

NORTON, R. Projeto de Máquinas: uma abordagem integrada. 2ª Edição. São Paulo: Bookman, 2007. 931 p.

ROZENFELD, H. et al. Gestão de desenvolvimento de produto: uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, 2006. 542 p.

WILSON, D. Bicycling Science. 3ª Edição. Massachusetts: The MIT Press, 2004. 477 p.

BALLANTINE, R. Bycicle Book: Richard’s 21st Century. 1ª Edição Revisada. Londres: Pan Books, 2000. 376 p.

BARNETT, J. Barnett's Manual: Analysis and Procedures for Bicycle Mechanics. 5ª Edição. 2007. 685 p.

FOALE, T. Motorcycle Handling and Chassis Design: the art and science. 1ª Edição. Espanha: 2002. 498 p.

SILVA, D. et al. Projeto Estrutural de um quadro de motocicleta customizada para fins de protótipo. (Trabalho de Conclusão de Curso). Joinville: SENAI, 2008. 116 p.

LIMA, W. Análise Estrutural de quadro Bicicleta. (Trabalho de Conclusão de Curso). Volta Redonda: UFF, 2010.

PEQUINI, S. Ergonomia Aplicada ao Design de produtos: um estudo de caso sobre o Design de bicicletas. (Tese). São Paulo: FAU-USP, 2005. 39 p.

10

O Orientador e o Aluno abaixo assinados assumem a responsabilidade no caso da não execução do trabalho nas condições e prazos acima estipulados.

________________________________________Assinatura do Aluno

________________________________________Assinatura do Prof. Orientador

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