Análise Cinemática e Cinética do Mecanismo Biela Manivela de

Análise Cinemática e Cinética do Mecanismo Biela Manivela de Motores
Automotivos
Autor: Rafael Aguera Rezeno da Silva, Orientador: Prof Dr José Elias Tomazini, Guaratinguetá, FEG,
Engenharia Mecânica, [email protected]
®
Palavras Chave: Método de Kane, SimMechanics , Biela - Manivela
Introdução
Atualmente, a indústria automotiva trabalha no
sentido de aperfeiçoar o projeto de motores, tendo
em vista a demanda pela redução dos níveis de
consumo sem que haja perda de eficiência As
ferramentas de simulação computacional são de
extrema importância para que o componente em
questão seja dimensionado de forma rápida e
precisa, logo, o desenvolvimento de ferramentas
versáteis, de baixo custo e de fácil utilização é
essencial para que pesquisadores, tanto no ramo
industrial, quanto no ramo acadêmico, possam obter
novas soluções para os problemas encontrados no
desenvolvimento e na otimização de motores à
combustão.
comprimento do modelo) e a componente Y normal
a primeira.
Figura 1. Forças na junta Biela – Manivela (ponto A)
Material e Métodos
O Trabalho propõe a obtenção da posição,
velocidade e aceleração dos pontos de interesse de
um mecanismo biela – manivela, através da análise
do movimento plano geral do mecanismo, porém
com uma abordagem matricial (TOMAZINI, 1997),
®
empregada no Software MatLab . As forças nas
juntas da biela foram encontradas através da
aplicação do método de Kane (KANE; LEVINSON,
1985), método de análise multicorpo que possibilita
ao usuário obter a equação do movimento do
sistema, assim como as forças nos pontos de
contato sem que seja necessária a descoberta de
todas as forças reativas. Os resultados obtidos pelo
método citado foram comparados aos obtidos com a
modelagem
do
mecanismo
no
programa
®
SimMechanics , uma plataforma de simulação de
arranjos mecânicos incorporada ao software
®
Simulink .
Resultados e Discussão
Após as simulações, foram obtidos os gráficos de
força nas juntas da biela versus ângulo de manivela,
dados esses fundamentais para uma análise
estrutural por elementos finitos. O comportamento
cinemático do pistão durante o ciclo do motor
também foi analisado, e os resultados foram muito
semelhantes aos encontrados por Fatemi (2007). As
figuras 1 e 2 apresentam os gráficos das forças nas
juntas da Biela, sendo todos os dados referenciados
ao sistema local de coordenadas desse segmento,
fixado em seu centro de massa. A componente X
está na direção axial do componente (ao longo do
XXV Congresso de Iniciação Científica
Figura 2. Forças na junta Biela – Pistão (ponto B)
Conclusões
As análises realizadas pelo método de Kane e com
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o software SimMechanics
apresentaram
resultados muito precisos e condizentes com a
realidade. Futuramente pretende-se usar esses
dados para uma análise estrutural da Biela através
de elementos finitos.
Agradecimentos
Agradeço a Deus e a meu orientador prof. Dr. José
Elias Tomazini.
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KANE, Thomas R.; LEVINSON, David A.. Dynamics :Theory
and Applications. New York: Mcgraw-hill, 1985. 379 p. (Series in
Mechanical Engineering).
MONTAZERSADHD, Farzin H; FATEMI, Ali. Stress Analysis
and Optimization of Crankshafts Subject to Dynamic
Loading. Toledo: American Iron And Steel Institute, 2007. 185 p.
TOMAZINI, J. E.. O modelo multicorpo aplicado a um
manipulador: modelo rígido e flexível. 1997. 126 f. Tese
(Doutorado em Engenharia Mecânica – Dinâmica) - Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São
Carlos, 1997.