Trabalho de ECM - Vera - EESC

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Departamento de Engenharia de Materiais

SMM 0194: Engenharia e Ciências dos Materiais II

Seleção de materiais para uma mola de bike de alta performance

Bruno Lefevre da Motta -

Felipe Porcel - n°USP 9897741

Lucas Russo e Silva - n°USP 9805682

Matheus Bragalia Rodrigues - nº USP 9436465

Pedro Cunha Bueno - n°USP 9866357

João Guilherme Pismel - nºUSP 9324690

São Carlos

2º Semestre / 2017

Sumário

1. Introdução                                                                                        x

2. Estudo De Caso                                                                                x

                2.1 Objeto Escolhido E Função

                2.2 Público-Alvo

3. Análise de Materiais

                3.1 Índice de Mérito

                3.2 Análise de diagramas

4. Custo e Conclusão

5. Referências

1. Introdução

Para fabricar um objeto qualquer, é preciso selecionar o seu material de acordo com as propriedades e comportamentos que se é esperado desse objeto.

É essencial escolher um material que atenda as necessidades do objeto a ser fabricado. Atualmente, devido ao desenvolvimento tecnológico, há entre 40.000 e 80.000 diferentes tipos de materiais considerando variantes de tratamento térmico e composição. Todavia, é praticamente impossível encontrar um material perfeito, pois, muitas vezes, é preciso abrir mão de certas propriedades, mesmo que ligeiramente, para a melhora de outras

Selecionar um material envolve um processo analítico. Como isso, o intuito desse projeto é analisar os fatores como índice de mérito e custo envolvidos na seleção de uma mola para amortecedor de bicicleta.

2. Estudo De Caso

2.1 Objeto Escolhido E Função

A peça escolhida a ser produzida é mola, cujo papel é ser um amortecedor de um veículo, no caso escolhido, bicicletas de mountain bike de alta performance. A função de um amortecedor é absorver as irregularidades do terreno, evitando que os impactos recebidos pela roda sejam transmitidos diretamente para o corpo do ciclista

Também poupa os componentes da bicicleta, que passarão ser menos exigidos. Portanto, é um equipamento que agrega durabilidade à bicicleta, além de conforto e segurança ao ciclista.

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Figura 1: Imagem ilustrativa de uma mola de amortecedor de bicicleta

2.2 Público-Alvo

Ciclistas de mountain bike de alta performance, de modo a exigir o melhor desempenho possível e fazendo com que o preço seja pouco relevante

3. Analise De Materiais

Para fazermos a seleção do material ideal para a nossa mola, levamos em consideração vários materiais, assim como suas características intrínsecas, a fim de ponderar e escolher o que melhor atende aos nossos requisitos.

3.1 Índice De Mérito:

Como nossa peça é uma mola e será um componente de uma bicicleta de alta

performance, ela deve ter um limite de escoamento elevado, para que se evite deformações permanentes. A mola deve ter uma elevada resiliência, para que tenha

uma grande capacidade de suportar altas tensões e retornar ao seu estado normal,

tendo assim uma alta capacidade de absorção de impacto. Ainda, ela deve apresentar

baixa densidade para que se obtenha uma bicicleta o mais leve possível. Por isso utilizaremos como Índice de mérito a divisão do produto da resiliência com a tensão de escoamento, pela densidade do material.

3.2 Análise de diagramas

Gráfico 1: tensão de escoamento x densidade

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No gráfico 1 está sinalizado com um círculo vermelho uma região que abrange materiais cuja tensão de escoamento é elevada e ainda, não possuem densidades muito altas, características que buscamos para a nossa mola. Os materiais que encontram-se nessa região são: Cerâmica, Compósitos, Vidro e Metal.

Tenacidade é uma medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Os materiais cerâmicos, por exemplo, têm uma baixa tenacidade.

Como a Cerâmica e o Vidro têm uma dureza maior que a do metal, consequentemente são mais frágeis, e por também terem uma baixa tenacidade,  decidimos descartar tais materiais (Cerâmica e Vidro) para a produção da nossa mola de alta performance.

Já os compósitos, como são uma mistura de dois materiais, torna-se complexa a comparação devido às inúmeras possibilidades possíveis de combinações, por isso não iremos considerar esse tipo de material.

Ficou decidido, assim, que o material utilizado para a confecção da nossa mola será um metal.

 

Grafico 2: resiliencia x densidade[pic 5] 

Resiliência: é a capacidade de um material de acumular energia, quando exigidos ou submetidos a estresse sem ocorrer ruptura.

   A nossa mola deve ter uma resiliência elevada, pois estará sujeita a constantes impactos, além disso devemos prezar pela densidade do material, característica a qual deve ser minimizada.

Analisando o Gráfico 2, observamos que os materiais teoricamente propensos a satisfazerem às condições desejadas da mola são o titânio, os aços, as ligas de Níquel, e as ligas de cobre.