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Project Cars #04

Como é construído o chassi tubular do nosso monoposto Fórmula SAE, o Project Cars #04

Fala, galera do FlatOut! Aqui é o Carlos Viana, atualmente sou o responsável pela área estrutural de projeto da Equipe Fênix Racing da UNESP de Ilha Solteira. Espero que todos gostem do post, em que vamos mostrar um pouco do nosso trabalho. Se você não lembra da nossa história, leia aqui o primeiro post e aqui o segundo.

Bom, o projeto do sistema estrutural da nossa equipe engloba a concepção e manufatura não somente do chassi, mas também do assoalho e corta-fogo do veículo, que são importantíssimos na proteção dos sistemas internos do veículo em relação aos detritos da pista, assim como a proteção em casos de incêndio, realizando a proteção do cockpit. Outro item importante, que é desenvolvido por nossa área é o chamado Atenuador de Impacto, que consiste em um dispositivo responsável pela absorção de energia em situações de impacto frontal ao veículo. Falaremos melhor sobre o chassi e o atenuador de impacto nessa oportunidade.

 

Propósito do chassi

Dentro do universo Fórmula SAE podemos observar que os carros das equipes, em sua maioria, possuem o mesmo formato geral (o mesmo jeitão). Isso não ocorre por acaso, ou por cópia de projetos, mas sim devido ao Regulamento Geral da competição, que impõe dimensões, características e comportamentos mínimos e máximos para os sistemas. Com isso, a diferenciação entre os carros na competição se dá por variações dentro destes limites, mas por outro lado também pela criatividade e inovação. Para o chassi, o Regulamento da competição abre a possibilidade de fabricá-lo com material metálico ou compósito (chamado de monocoque).

Uma das funções do chassi de um veículo Fórmula SAE é abrigar todos os demais subsistemas. Ou seja, o projeto do chassi envolve adequações, ajustes e conversas com as outras áreas, para que a harmonia final seja alcançada e todos os subsistemas possam funcionar de acordo com os seus requisitos.

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Outro ponto importante de estudo no chassi é a questão da Rigidez Torcional. Este tema já foi abordado aqui no Flatout, e faz menção a uma propriedade da estrutura, assim dizendo, dada pela facilidade (ou dificuldade) em torcer. Em termos da relação com as áreas, a Rigidez Torcional é importante porque serve de base para o comportamento dinâmico do veículo, devendo ser compatível com a Rigidez do sistema de suspensão, para que o veículo não perca desempenho em conjunto na pista devido aos carregamentos verticais.

O automóvel é uma estrutura apoiada no solo por apenas quatro pontos (bem, ignore o Morgan 3 Wheeler por alguns instantes): os pneus. Conectando os pneus à carroceria, temos o conjunto de suspensão, composto por diversos itens tais como mangas de eixo, bandejas, molas, amortecedores, buchas, etc. Situações de curva, obstáculos (lombadas, buracos, etc), frenagens e acelerações causam transferências de peso que se convertem em forças verticais. Essas cargas são captadas pelos pneus e rodas e transmitidas à carroceria a partir do sistema de transmissão pelos pontos de fixação. Cada componente absorve um pouco desta energia, especialmente os mais flexíveis, como os pneus, buchas de suspensão, molas e amortecedores.

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Para imaginar uma situação de pista, simule uma curva para a esquerda em alta velocidade. Devido a inércia, o peso é transferido para a direita e os pneus do lado direito recebem muito mais carga que os do lado esquerdo. Os vetores (hipotéticos) de forças se tornam desiguais e é essa diferença de torque aplicado na carroceria que causa a torção. Se há frenagem ou aceleração combinados na curva, cada um dos quatro vetores ficaria com uma magnitude – afinal, frear e acelerar causam transferências longitudinais de peso, que se transformariam em diagonais nestas circunstâncias.

Para você entender a torção de forma fácil, pegue uma folha sulfite e cole nela quatro dedos seus com fita crepe, um em cada vértice, simulando os pontos de apoio da suspensão. Agora, force o papel para cima com estes dedos, fazendo múltiplas combinações: apenas um, em duplas, cruzados, só de um lado, só de outro. Você vai ver que a folha flerte em vários sentidos. É lógico que a carroceria não dobra desta forma, mas a força atua da mesma maneira.

Ao definir inicialmente o material da estrutura, busca-se a geometria para os tubos, de acordo com aqueles limites mínimos e máximos do Regulamento. Não iremos tratar aqui das partes específicas do chassi, mas basicamente dando uma explanada geral – o chassi Fórmula SAE é composto por dois arcos principais, chamados de Front Hoop e Main Hoop, ligados a estes dois arcos estão os tubos laterais do Side Impact, e na parte da frente os primeiros tubos são denominados de Front Bulk Head.

Assim, a geometria da estrutura é gerada com adequação de todos os outros sub-sistemas, chegando, portanto, a um desenho inicial, que passará pela fase de análises, simulações e testes teóricos em software. Nesta etapa são impostas as condições que o chassi poderá sofrer em situações como Impactos Frontais, Traseiros, Capotamento, Flexões e Comportamentos de pista, sendo que as premissas de segurança do piloto e integridade do veículo devem ser colocadas em primeiro lugar sempre.

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O chassi

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Como sabemos o país passa por uma situação economica pouco favorável, o que afetou claramente as Universidades Públicas. Por esse motivo, não dispomos de muita verba para o financiamento do projeto total e manufatura. Em nossa equipe utilizamos um chassi tubular metálico de aço, SAE 1020, por ser talvez o material mais barato dentro das imposições de resistência que buscamos. Os tubos utilizados no projeto foram disponibilizados por patrocínio pela Empresa Coferpol Tubos de Aço.

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No mesmo período, um membro da equipe realizava um projeto pessoal de construção de um carro de corrida para si mesmo e fez uma pesquisa na internet sobre como fazer o encaixe dos tubos (as famosas boquinhas), tendo encontrado uma ferramenta que gerava o desenho do encaixe! Isso foi demais, pois, sim! Cliquem Aqui! para acessar essa ferramenta! Usamos isto como maneira principal de manufatura das boquinhas dos nossos tubos.

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Após o desenho do encaixe, o material era removido com o esmeril. Mesmo que a alternativa mais viável seria utilizar a fresadora para remoção o material, esta gerava muito tempo de setup da angulação, o que acumulava um tempo exorbitante no final. Assim, essa foi uma alternativa barata, fácil e até mesmo divertida (pergunte aos membros da equipe sobre as boquinhas hahaha) para manufatura dos tubos.

 

O atenuador de impacto

Localizado logo à frente do anteparo frontal, o chamado Atenuador de Impacto deve ser deformável e absorvedor de energia a fim de garantir segurança ao piloto. É um dispositivo instalado à frente dos tubos do Front Bulk Head, com pelo menos 200mm de comprimento e orientado para frente.

A equipe deve apresentar dados de testes para validação do atenuador de impacto. O ensaio pode ser feito com o chamado “Drop Test”, em que literalmente um peso despenca em queda livre e deforma o dispositivo, ou no formato chamado “Quase-estático”, com uma deformação progressiva e lenta do atenuador.

Para o projeto considera-se a massa do veículo (~300Kg), em colisão com uma barreira sólida de impacto, devendo apresentar uma velocidade de impacto maior ou igual 7m/s, resultando numa desaceleração de aproximadamente 20g’s. Essa desaceleração deve ter um pico de menor ou igual a 40g’s. Assim, o dispositivo deve ser capaz de absorver uma quantidade maior que 7.350 J aproximadamente.

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Todo veículo, de qualquer categoria, que obedeça a padrões de segurança e órgãos regulamentadores, deve obrigatoriamente conter um atenuador de impacto, que no caso de uma colisão, absorverá parte da energia proveniente da batida. No caso de um veículo de passeio, o atenuador de impacto está dividido em várias partes, como no caso dos Para-Choques que exerce a função de evitar o amassamento da lataria em caso de alguma colisão mais leve. Já para batidas mais fortes, o air-bag entra em ação, protegendo o motorista.

É isso aí. Espero que tenham curtido a nossa área e nosso projeto. São muitos detalhes envolvidos, que infelizmente não cabem em apenas um post. Mas qualquer dúvida, comentário, crítica, sugestão que tiverem, fiquem à vontade para comentar ou entrar em contato com a nossa equipe. As novidades continuam sendo atualizadas na nossa página do facebook (https://www.facebook.com/fenixracing). Até a próxima FlatOut! 😀

#vaifênix.

Por Carlos Viana, Project Cars #04

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