PROJETO DA PARTE MECÂNICA DE UMA CADEIRA DE RODAS
MOTORIZADA
Cristiano Henrique Schuster
Acadêmico do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Pampa
[email protected]
Tonilson de Souza Rosendo
Professor/Pesquisador do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Pampa
[email protected]
Jumar Luis Russi
Professor/Pesquisador do curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pampa
[email protected]
Resumo. Após uma análise de mercado das
cadeiras de rodas motorizadas existentes
constatou-se que estas são em sua maioria
muito sofisticadas e por isso caras, custando
de R$ 4.700,00 a R$ 16.500,00,
característica que não ampara grande parte
dos interessados neste tipo de equipamento.
Para solucionar este problema busca-se
simplificar os componentes e a estrutura da
cadeira de rodas motorizada para
desenvolvê-la a um custo menor. Como
objetivo tem-se o projeto da parte mecânica,
mais especificamente da estrutura e
transmissão, de uma cadeira de rodas
motorizada com menor preço. O método
utilizado para alcançar os objetivos é a
pesquisa a bibliografia existente. A partir da
revisão bibliográfica será criado um modelo
3D da cadeira de rodas, neste modelo serão
realizadas análises por métodos numéricos.
O dimensionamento da transmissão, eixos e
árvores será realizado utilizando-se de
métodos analíticos. Como resultados
espera-se desenvolver uma cadeira de rodas
motorizada a um preço mais baixo.
Palavras-chave: Cadeira de rodas.
Acessibilidade. Motorizada.
1.
INTRODUÇÃO
Segundo dados do Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística (IBGE) em censo
realizado em 2010, aproximadamente 13
milhões de brasileiros apresentam pelo
menos alguma dificuldade motora, o que
representa a significativa parcela de quase
7% da população. Estes dados ressaltam a
importância de políticas e pesquisas que
busquem melhorar a acessibilidade desta
parcela da população (IBGE, 2010).
Neste contexto, após uma análise de
mercado das cadeiras de rodas motorizadas
existentes, constatou-se que estas são em sua
maioria muito sofisticadas e por isso caras,
custando em torno de R$ 4.700,00 a R$
16.500,00, característica que não ampara
grande parte dos interessados neste tipo de
equipamento.
Para solucionar este problema trabalhase com a hipótese de que simplificando os
componentes e a estrutura da cadeira de
rodas motorizada é possível desenvolvê-la a
um custo menor.
O presente trabalho tem como principal
objetivo o desenvolvimento de um projeto
da estrutura e da transmissão de uma cadeira
de rodas motorizada. Como objetivos
secundários
têm-se:
desenvolver
a
concepção de uma estrutura simplificada
para a cadeira de rodas; dimensionar a
estrutura e projetar a transmissão da cadeira
de rodas.
A seguir são descritas a metodologia,
concepção da estrutura, modelagem para
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análise de tensões, características
transmissão e considerações finais.
2.
da
METODOLOGIA
A metodologia e as atividades realizadas
para chegar aos objetivos são descritas a
seguir:
Modelagem 3D: primeiramente será
construído um modelo 3D da estrutura,
seguindo as dimensões especificadas pela
NBR 9050 (ABNT, 2004), utilizando para
isto o software SolidWorks®.
Simulação da estrutura: para determinar
as solicitações na estrutura será utilizado o
método dos elementos finitos com software
ANSYS®;
Projeto da transmissão: para o projeto
da transmissão será adotada a metodologia
apresentada por Budynas e Nisbett (2011),
que leva em conta as recomendações e
normas da American Gear Manufacturers
Association (AGMA);
3.
As Fig. 2, 3 e 4 trazem as dimensões
(em milímetros) dos principais componentes
da montagem da estrutura da cadeira de
rodas.
Figura 2 - Estrutura lateral.
CONCEPÇÃO DA ESTRUTURA
Atentando
para
os
problemas
encontrados e as soluções sugeridas em
estudos anteriores, desenvolveu-se uma nova
estrutura para a cadeira de rodas. A Fig. 1
mostra a montagem da estrutura em um
software CAD, esta consiste basicamente em
duas peças laterais iguais, duas peças que
permitem o dobramento da cadeira em x e os
furos para a fixação dos eixos traseiros e
dianteiros.
Figura 3 - Peça direita que compõem o x.
Figura 4 - Peça esquerda que compõem o x.
A estrutura da cadeira possui um perfil
de tubos redondos de 25,4 mm (1”) diâmetro
e espessura de parede de 1,5875 mm (1”/16).
Figura 1 - Estrutura da cadeira de rodas.
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4.
MODELAGEM PARA A ANÁLISE
DE TENSÕES DA ESTRUTURA
Como a estrutura é uma geometria um
tanto quanto complexa, optou-se por fazer
uma análise computacional das tensões (pelo
critério de falha de von Mises) equivalentes
atuantes na estrutura da cadeira de rodas,
para a análise utilizou-se o software ANSYS
®.
Considerações para a análise: a estrutura
é estática; todas as articulações são unidas;
as massas de uma pessoa de 100 kg, dois
motores (total 5,4 kg) e duas baterias (total
5,4 kg) atuando como pontos de massa sobre
estrutura da cadeira de rodas; os furos de
suporte dos eixos dianteiros e traseiros como
pontos fixos e o vetor gravidade atuando na
vertical apontando para baixo.
A Fig. 5 mostra a modelagem da
situação descrita.
situação estática. A Fig. 6 mostra os
resultados obtidos na simulação.
Figura 6 - Tensões na estrutura.
Da Fig. 6 tem-se que a tensão máxima
na estrutura é de aproximadamente 60 Mpa.
Como o material de construção da cadeira de
rodas será a liga de alumínio ABNT 6061T6 com limite de escoamento de 240 MPa,
obtém-se um coeficiente de segurança maior
que 4 para o escoamento do material.
5.
CARACTERÍSTICAS
TRANSMISSÃO
DA
A transmissão será construída utilizando
dois estágios de redução, um com parafuso
sem-fim (NW) e coroa (NG) e outro de rodas
dentadas (Z3 e Z4) e corrente, como mostra o
diagrama da Fig. 7.
Figura 5 - Modelagem da situação descrita.
Na Fig. 5 tem-se a representação dos
pontos de massa da pessoa, dos dois motores
e das duas baterias dada pelas letras A, B e
C, D e F e E, respectivamente.
4.1 Tensões na estrutura
Após a modelagem do problema,
utilizando o software ANSYS ®, que é
capaz de calcular as tensões na estrutura
usando o método dos elementos finitos,
determinou-se as tensões que a cadeira de
rodas estará sujeita considerando-se uma
Figura 7 - Diagrama da transmissão.
Após o dimensionamento da árvore I,
eixo I, NW, NG, Z3 e Z4, conforme a
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metodologia apresentada por Budynas e
Nisbett (2011), montou-se o compilado das
características da transmissão mostrado na
tabela 1.
6.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Considerando a estrutura da cadeira de
rodas como estática, obteve-se uma tensão
equivalente máxima de aproximadamente 60
MPa na mesma, que quando combinada com
o material selecionado para sua construção
(liga alumínio ABNT 6061) apresenta um
coeficiente de segurança maior que 4 para o
escoamento do material, fato que prova que
a construção da cadeira de rodas é viável
utilizando o material e a estrutura propostos,
mantendo-se uma segurança aceitável.
Mostrou-se também a possibilidade de
adequação do projeto da transmissão em
relação ao motor elétrico selecionado. Sendo
esta construída em dois estágios, onde o
primeiro é composto com um par sem-fim
coroa com relação de redução de 1:25 e o
segundo será construído de rodas denta e
corrente com relação de redução de 1:1,5.
A Fig. 8 mostra a montagem da cadeira
de rodas, onde se pode observar a estrutura e
a transmissão concebida.
Figura 8 – Montagem da cadeira de rodas.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR
9050:
Acessibilidade
e
edificações,
mobiliário, espaços e equipamentos urbanos.
Rio de Janeiro: ABNT, 2004. 97p.
BUDYNAS, R. G.; NISBETT, J. K.
Elementos de máquina de Shigley: Projeto
de engenharia mecânica. Tradução técnica
João Batista de Aguiar, José Manoel de
Aguiar. 8ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2011.
1084 p.
INSTITUTO
BRASILEIRO
DE
GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA - IBGE.
Censo demográfico 2010: características
gerais da população, região e pessoas com
deficiência. Rio de Janeiro, 2010. Disponível
em:<ftp://ftp.ibge.gov.br/Censos/Censo_De
mografico_2010/Caracteristicas_Gerais_Reli
giao_Deficiencia/caracteristicas_religiao_def
iciencia.pdf>. Acesso em: 30 de junho de
2014.
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