DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS IV COORDENAÇÃO DE MECÂNICA

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INSTITUTO FEDERAL DE GOIÁS / CÂMPUS GOIÂNIA

DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS IV

COORDENAÇÃO DE MECÂNICA

DISCIPLINA: ELEMENTOS DE MÁQUINAS

PROJETO DE TRANSMISSÃO DE BICICLETA COM 14 MARCHAS

Aluno

SÓCRATES RODRIGUES TAVARES BOTELHO

Professor

ÉCIO NAVES DUARTE

GOIÂNIA

MARÇO de 2019

1. Objetivos

         

        Projetar uma catraca para uma bicicleta com 14 marchas utilizando um sistema de transmissão por corrente. Dimensionar os elementos envolvidos no projeto da catraca como corrente e coroa. Determinar as características finais da catraca e relacionar as suas aplicações.

2. Introdução

         Uma catraca é parte fundamental de um sistema de transmissão por corrente em uma bicicleta, tendo o objetivo de receber o movimento circular promovido pelo ciclista, no eixo acoplado a coroa, através de uma corrente e transmitir esse movimento para a roda traseira através do eixo traseiro, também chamado de cubo. São vários os parâmetros que irão influenciar no dimensionamento e características do produto final, como quantidade de dentes nas rodas dentadas da catraca, quantidade de rodas dentadas, relação de rodas dentadas na catraca e na coroa (marchas), diâmetros, tipo de corrente, material utilizado, etc. Estes parâmetros irão influenciar na velocidade final atingida pela bicicleta, bem como na força aplicada para pedalar e a potência atingida.

[pic 1]

Figura 1: representação do sistema de transmissão de uma bicicleta. (FONTE, google imagens)

        O sistema de transmissão utilizado numa bicicleta é do tipo amplificador que significa que a quantidade de voltas realizadas pela catraca é maior que as realizadas pela coroa. Portanto a coroa da bicicleta, que receberá a rotação inicial, deve ter maior diâmetro e mais dentes que as rodas dentadas da catraca.

[pic 2]

Figura 2: tipo de transmissão e relação de transmissão (FONTE pedaleria,)

3. Recursos materiais

        3.1. Materiais

• Bloco de alumínio 7075 com 200x200 mm de base e 100 mm de altura.

        3.2 Máquinas, equipamentos, ferramentas e instrumentos

• Máquina fresadora CNC

4. Atividades

4.1 Escolha do material

        Foi escolhido o alumínio 7075 pela sua boa resistência mecânica e baixa densidade. Essa escolha se justifica pela necessidade de baixar o peso total da bicicleta para atingir maior eficiência e devido aos esforços admitidos nas engrenagens não serem tão grandes a ponto de se necessitar de um material mais resistente como o aço inoxidável.

4.2 Método de fabricação para a catraca

        O método de fabricação utilizado foi o de usinagem por fresadora CNC. Este método garante uma ótima tolerância dimensional, possibilidade de fabricação de diferentes geometrias, baixa incidência de defeitos na peça, alta velocidade de fabricação, etc.

[pic 3]

Figura 3: Exemplo de coroa de alumínio 7075 feita por usinagem. (FONTE, google imagens)

4.3 Relação de marchas

        Para que a bicicleta possua as 14 marchas desejadas é preciso obedecer uma relação que envolve a quantidade de coroas e pinhões (ou cogs). A quantidade de marchas é dependente da combinação de acoplamentos entre cada coroa e cada pinhão, sendo que o seu valor é dado pela multiplicação do número de coroas e pinhões, portanto para uma bicicleta de 14 marchas as únicas configurações possíveis são uma coroa e 14 pinhões ou 2 coroas e 7 pinhões. A configuração escolhida é a de 2 coroas e 7 pinhões por evitar uma quantidade elevada de pinhões na catraca, a tornando pesada e difícil de dimensionar, apesar que a configuração com 2 coroas também tem suas desvantagens, visto que a troca da corrente em outra coroa aumenta o desgaste da mesma e apresenta uma maior complexidade para o ciclista.

4.4 Dimensionamento do sistema de transmissão (corrente, coroa e catraca)

        Para dimensionar a catraca é preciso também dimensionar a corrente e a coroa, pois se trata de um sistema de transmissão onde cada elemento funciona em conjunto, portanto as dimensões da catraca dependem das dimensões da coroa e corrente.

4.4.1 Parâmetros de entrada: rotação na coroa, relação de transmissão, potência e distância entre centros (, i, P, C)[pic 4]

Os valores foram escolhidos de acordo com valores altos em relação à média de ciclistas comuns. A rotação na coroa utilizada é de = 180 rpm, o que representa 3 voltas por segundo. A relação de transmissão utilizada é de i = 1,6, enquanto a potência utilizada é 400W. A distância entre centros medida em bicicletas comuns é de 443 mm.[pic 5]

4.4.2 Rotação na catraca ([pic 6]

Como a corrente de rolos cilíndricos é mais simples e possui o menor custo, opta-se por esse tipo e corrente. Nesse caso a Vp fica limitada no máximo a 12 m/s (Vp<12 m/s).

[pic 7]

4.4.3 Número de dentes do pinhão e coroa (Z1 e Z2)

Para i = 1.6, encontra-se em tabela, que Z1 = 28 dentes.

Número de dentes da coroa:

Z2 = Z1*i = 28*1.6 = 45 dentes

Com Zmáx = 120, conclui-se que a coroa com 45 dentes se encontra no intervalo de perfeito funcionamento.

4.4.4 Passo da corrente