Título: Síntese e Análise Cinemática de Mecanismos Aplicadas aos Sistemas de Suspensão e Direção de um Veículo do Tipo Fórmula
Título alternativo: Synthesis and Kinematic Analysis of Mechanisms Applied to the Suspension and Steering Systems of a Formula Vehicle
Autoria de: Vinicius de Abreu Silva
Orientação de: Henrique Leandro Silveira
Presidente da banca: Henrique Leandro Silveira
Primeiro membro da banca: Fábio Lúcio Santos
Segundo membro da banca: Wander Gustavo Rocha Vieira
Palavras-chaves: Modelagem multicorpos, Suspensão Duplo A, Sistema pinhão-cremalheira, geração de função, geração de trajetória
Data da defesa: 15/08/2024
Semestre letivo da defesa: 2024-1
Data da versão final: 21/08/2024
Data da publicação: 21/08/2024
Referência: Silva, V. d. A. Síntese e Análise Cinemática de Mecanismos Aplicadas aos Sistemas de Suspensão e Direção de um Veículo do Tipo Fórmula. 2024. 60 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.
Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma abordagem matemática e computacional para dimensionar geometricamente os sistemas de direção e suspensão de um veículo de competição da categoria Fórmula SAE, e analisá-los quanto ao seu comportamento cinemático. Uma vez que modificações estruturais e alterações dimensionais podem afetar drasticamente a performance do veículo, foi empregada a síntese dimensional de mecanismos para determinar diretamente as características geométricas dos sistemas, a partir da prescrição de parâmetros de movimento como ângulo de câmber, kingpin, curso de suspensão, ângulo de esterçamento das rodas e curso de cremalheira. De forma complementar, a análise cinemática sobre esses mecanismos sintetizados permitiu o estudo do movimento em diferentes condições de aplicação, sem considerar suas causas. Além disso, a pesquisa se concentrou em estudar os sistemas de suspensão e direção de forma integrada, pois a interação entre esses subsistemas é crucial para compreender fenômenos como o bump steer, que evidenciam as interferências no comportamento que um sistema exerce sobre o outro. Assim, a metodologia envolve a elaboração de modelos matemáticos implementados em ambiente computacional, realizando simulações numéricas que permitem demonstrar o funcionamento do conjunto. Os resultados compreendem os parâmetros dimensionais advindos do modelo de síntese, que posteriormente são implementados como entradas em modelos individuais de forma bidimensional de cada sistema, bem como um tridimensional acoplado. Para validar os resultados obtidos, foi utilizada de forma comparativa a simulação dos mecanismos de direção e suspensão em um software dedicado ao projeto deles. Ao fim, a metodologia de síntese retornou um sistema satisfatório ao ser projetado, e as pequenas divergências dos parâmetros geométricos e cinemáticos obtidos em ambos os sistemas sintetizados se deve ao fato de ser necessária a utilização de dados provenientes de um sistema originalmente espacial em ambos os sistemas aproximadamente planares para a síntese. Do mesmo modo, o modelo acoplado proposto foi capaz de descrever o comportamento cinemático do conjunto para entradas independentes e conjuntas referentes às ações da direção e de suspensão nas rodas, identificando as influências das elevações verticais das rodas no esterçamento.
Abstract: This work aims to develop a mathematical and computational approach to geometrically size the steering and suspension systems of a Formula SAE competition vehicle and analyze their kinematic behavior. Since structural modifications and dimensional changes can drastically affect the vehicles performance, dimensional synthesis of mechanisms was employed to directly determine the geometric characteristics of the systems, based on prescribed motion parameters such as camber angle, kingpin angle, suspension travel, wheel steering angle, and rack travel. Complementarily, the kinematic analysis of these synthesized mechanisms allowed for the study of motion under different application conditions without considering their causes. Additionally, the research focused on studying the suspension and steering systems in an integrated manner, as the interaction between these subsystems is crucial for understanding phenomena such as bump steer, which highlight the interferences in the behavior that one system exerts on the other. Thus, the methodology involves the development of mathematical models implemented in a computational environment, performing numerical simulations that demonstrate the operation of the assembly. The results include the dimensional parameters derived from the synthesis model, which are subsequently implemented as inputs in individual two-dimensional models of each system, as well as a coupled three-dimensional model. To validate the obtained results, a comparative simulation of the steering and suspension mechanisms was carried out using software dedicated to their design. In the end, the synthesis methodology returned a satisfactory system when designed, and the small discrepancies in the geometric and kinematic parameters obtained in both synthesized systems are due to the necessity of using data from an originally spatial system in both approximately planar systems for the synthesis. Similarly, the proposed coupled model was able to describe the kinematic behavior of the assembly for independent and joint inputs related to the steering and suspension actions on the wheels, identifying the influences of vertical wheel movements on steering.
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Vinicius de Abreu Silva e Universidade Federal de Lavras
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