Desenvolvimento de Conceito e Análise Estrutural de um Kart que

Desenvolvimento de Conceito e Anlise Estrutural de um Kart que Acompanha o Crescimento da Criana

Vtor Joo Antunes Beltro

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Mecnica

Jri

Presidente: Professor Doutor Rui Manuel dos Santos Oliveira Baptista

Orientador: Professor Doutor Pedro Miguel dos Santos Vilaa da Silva

Vogais: Tenente-Coronel Eng. SMat Joo Paulo Pereira da Silva

Professor Doutor Pedro Alexandre Rodrigues Carvalho Rosa

Lisboa, Outubro de 2009

i

AGRADECIMENTOS

Pretendo neste ponto, demonstrar o meu sincero agradecimento a todo o conjunto de

pessoas, empresas e instituies que me auxiliaram na realizao deste trabalho.

Ao meu orientador, o Senhor Professor Pedro Miguel dos Santos Vilaa da Silva, por ter

acreditado e encorajado a realizao deste trabalho e, acima de tudo, por proporcionar as condies

necessrias execuo do projecto.

Aos meus grandes amigos e camaradas da Academia Militar, que me acompanham nesta

caminhada desde o primeiro ano: Jos Pinto, Jos Dias, Jaime Coelho e Tiago Flamb que sempre

me auxiliaram e prestaram apoio.

Aos meus colegas Eldio, Filipe e Catarina pelas constantes conversas, no sentido do

melhoramento e da soluo dos entraves que foram surgindo.

MCG, em especial ao Sr. Jos Miguel, por me ter possibilitado a presena na sua empresa,

o que se traduziu numa experincia muito gratificante ao poder conviver com a realidade empresarial

do nosso pas. Ainda em relao a esta empresa, o meu profundo agradecimento a toda a Seco de

Ferramentas, liderada pelo Engenheiro Carlos Saraiva, pela integrao que me fizeram e pelo

contnuo aconselhamento e auxlio acerca do trabalho l desenvolvido. No me poderei esquecer do

Sr. Janurio, uma pessoa bastante experiente e com quem eu muito aprendi.

Ao Sr. Joo e sua empresa SPORTKART que, atravs da sua enorme experincia com a

modalidade que o karting, me permitiu um contnuo esclarecimento de dvidas e um importante

auxlio na resoluo de alguns problemas.

Ao Senhor Professor Miguel Neves pelo permanente incentivo e pela disponibilidade

apresentada em me ajudar.

A toda a minha famlia, em especial aos meus pais e irmos, que sempre acreditaram em

mim e que me incitaram realizao deste projecto.

Sara, por tudo.

ii

RESUMO

Este trabalho trata do desenvolvimento do conceito de um kart para crianas dos 7 aos 12

anos de idade que se adapta geometricamente, permitindo acompanhar o seu crescimento. Esta

capacidade de afinao/regulao conseguida atravs de um conjunto de inovaes realizadas ao

nvel do chassis, de um sistema banco/bero, da coluna de direco e dos pedais. De referir ainda a

preocupao que foi tida em conta para equipar este veculo com elementos de segurana passiva,

de forma a torn-lo um brinquedo seguro.

Os objectivos do trabalho passam, essencialmente, pelo desenvolvimento do conceito acima

descrito e pela anlise estrutural do mesmo. A inteno do produto permitir o desenvolvimento das

inmeras capacidades cognitivas e reactivas que a criana necessita de aplicar na utilizao de um

kart, de forma segura e fivel, ao longo de pelo menos 5 anos de pleno crescimento. O

desenvolvimento deste conceito no tem como finalidade o mercado do karting de competio mas

sim do karting de aprendizagem e lazer.

Para a elaborao deste projecto foi seguida uma metodologia de desenvolvimento de

produto. Como tal, o correcto ajuste dos componentes do kart dimenso da criana foi efectuado

com base nos dados antropomtricos das crianas da faixa etria considerada. Para verificar e

confirmar, de uma forma efectiva, a viabilidade da utilizao do kart por pilotos entre os 7 e os 12

anos de idade, foram criados trs bonecos virtuais (dummys) correspondentes s idades de 7, 9 e 12

anos. Este passo permitiu avaliar a efectiva adaptao do kart aos vrios tamanhos de uma criana,

no intervalo de idades definido.

Outra ferramenta utilizada neste trabalho diz respeito ao software ANSYS. Este programa foi

empregue para se poder realizar uma anlise em elementos finitos estrutura que se definiu como o

conceito final. De salientar ainda a execuo de uma anlise de custos referente produo de um

prottipo.

De entre as principais consideraes que so possveis de estabelecer, como resultado do

trabalho efectuado nesta fase de desenvolvimento do kart, destacam-se as amplitudes de afinao

obtidas nos conjuntos banco/bero, coluna de direco e pedais, as quais so extremamente

importantes para a adaptao do veculo ao tamanho da criana. Evidenciam-se tambm os valores

alcanados na anlise estrutural do chassis, a qual apresentou um melhoramento da rigidez torsional

em relao a um chassis de competio e um bom comportamento em curva.

PALAVRAS-CHAVE

Kart para criana

Desenvolvimento de Conceito

Anlise de Elementos Finitos

Anlise de Fabrico

Plano de Oportunidade

iii

ABSTRACT

This work is based on the development of a karts concept for children from 7 to 12 years of

age that fits geometrically possible to monitor their growth. This ability to tune or adjust is achieved

through a series of innovations developed at the chassis, the seat and cradle system, the steering

column and the pedals. Note also the concern that was taken into account to equip this vehicle with

passive safety features, in order to make it a safe toy.

The objectives of the work are essentially the development of the concept described above

and the structural analysis of the same. The intent of the product is to allow the development of many

cognitive and reactive abilities that the child needs to apply to use a kart safely and reliably, over at

least 5 years of strong growth. The development of this concept has no intention in the competitions

market but the learning and leisure karting.

For the elaboration of this project it was followed a methodology for product development. As

such, the proper adjustment of the components of the kart to the size of the child was based on

anthropometric data of children in the age range considered. To verify and confirm, in an effective

manner, the feasibility of kart use by pilots between 7 and 12 years of age, it were created three

dummies corresponding to the age of 7, 9 and 12 years. This step allowed us to evaluate the effective

adaptation of the kart to various sizes of a child in the age range defined.

Another tool used in this work refers to the software ANSYS. This program was used in order

to perform a finite element analysis of the structure defined as the final concept. Also note the

implementation of a cost analysis for production of a prototype.

Among the main considerations that are possible to establish, as a result of the work done at

this stage of development of the kart, we highlight the tuning amplitudes obtained in the sets of

bank/cradle system, steering column and pedals, which are extremely important for adaptation of the

vehicle to the size of the child. It's also significant to became evident the values achieved in the

structural analysis of the chassis, which reported an improvement in torsional stiffness compared to a

chassis for competition and a good behaviour in turning.

KEY-WORDS

Kart for Child

Concept Development

Finite Element Analysis

Manufacturing Analysis

Opportunity Plan

iv

NDICE

AGRADECIMENTOS ........................................................................................................................................... I

RESUMO .............................................................................................................................................................. II

PALAVRAS-CHAVE .......................................................................................................................................... II

ABSTRACT ......................................................................................................................................................... III

KEY-WORDS ..................................................................................................................................................... III

NDICE ................................................................................................................................................................ IV

LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................................................... VI

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................................................ IX

LISTA DE NOMENCLATURA .......................................................................................................................... X

1 - OBJECTIVOS E INTRODUO ............................................................................................................. 1

1.1 OBJECTIVOS ............................................................................................................................................... 1 1.2 CARACTERIZAO DO PRODUTO ................................................................................................................ 1 1.3 ENQUADRAMENTO HISTRICO ................................................................................................................... 2 1.4 ENQUADRAMENTO DE MERCADO ............................................................................................................... 5 1.5 GUIA DE LEITURA ....................................................................................................................................... 6

2 - ESTADO DE ARTE .................................................................................................................................... 7

2.1 CONCEITO ANTERIOR ................................................................................................................................. 7 2.2 CHASSIS E SOLUES EXISTENTES NO MERCADO ....................................................................................... 8

2.2.1 CRG ................................................................................................................................................................... 8 2.2.2 MACH 1 KART ..................................................................................................................................................... 9 2.2.3 INTREPID ........................................................................................................................................................... 9 2.2.4 SODI KART ........................................................................................................................................................ 10 2.2.5 TONY KART ....................................................................................................................................................... 10

2.3 REGULAMENTAO E RECOMENDAES ................................................................................................. 11 2.3.1 REGULAMENTO TCNICO ................................................................................................................................... 11

2.3.1.1 Definies ................................................................................................................................................. 11 2.3.1.2 Prescries gerais ..................................................................................................................................... 12

2.3.2 RECOMENDAES PARA O KARTING DE LAZER ..................................................................................................... 18

3 - DESENVOLVIMENTO DO CONCEITO .............................................................................................. 19

3.1 DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO ............................................................................................................ 19 3.2 FORMULAO DO PROBLEMA .................................................................................................................. 20

3.2.1 ESTUDO DE ANTROPOMETRIA ............................................................................................................................. 20 3.3 FASES DE DESENVOLVIMENTO ................................................................................................................. 22

3.3.1 RESUMO DA EVOLUO DO CONCEITO ............................................................................................................... 23 3.3.2 MATERIAIS ENVOLVIDOS .................................................................................................................................... 25

3.4 SOLUO FINAL ....................................................................................................................................... 26 3.4.1 MEMRIA DESCRITIVA ....................................................................................................................................... 26 3.4.2 CONJUNTOS ...................................................................................................................................................... 27

3.4.2.1 Chassis ...................................................................................................................................................... 27 3.4.2.2 Sistema Banco e Bero ............................................................................................................................. 32 3.4.2.3 Coluna de Direco .................................................................................................................................. 36 3.4.2.4 Pedais........................................................................................................................................................ 38 3.4.2.5 Transmisso .............................................................................................................................................. 40

3.4.3 COMPONENTES DE SEGURANA ......................................................................................................................... 41 3.4.3.1 Carenagens ............................................................................................................................................... 41 3.4.3.2 Pra-choques Envolvente .......................................................................................................................... 42 3.4.3.3 Proteces do Eixo Traseiro e do Motor ................................................................................................... 42 3.4.3.4 Encosto de Cabea .................................................................................................................................... 43

3.4.4 CONCEITO FINAL ............................................................................................................................................... 43 3.4.5 KART + DUMMY ................................................................................................................................................ 44

v

4 - PROJECTO ESTRUTURAL ................................................................................................................... 46

4.1 ELEMENTOS ROSCADOS ........................................................................................................................... 46 4.1.1 VERIFICAO DA SECO ROSCADA DOS PINOS DO BERO ................................................................................... 46

4.2 ANLISE DE ELEMENTOS FINITOS AO CHASSIS .......................................................................................... 49 4.2.1 MTODO DOS ELEMENTOS FINITOS .................................................................................................................... 49 4.2.2 RIGIDEZ TORSIONAL DO CHASSIS ........................................................................................................................ 51 4.2.3 SIMULAO EM SITUAO DE CURVA .................................................................................................................. 53

4.2.3.1 Situao de Curva para a Direita .............................................................................................................. 56 4.2.3.2 Situao de Curva para a Esquerda ........................................................................................................... 58

5 - PREPARAO PARA FABRICO DE PROTTIPO .......................................................................... 62

5.1 TAREFAS DESENVOLVIDAS ...................................................................................................................... 62 5.1.1 DESENHO DE CONJUNTO .................................................................................................................................... 64 5.1.2 COMPONENTES A ADQUIRIR ............................................................................................................................... 64 5.1.3 COMPONENTES A FABRICAR ............................................................................................................................... 64

5.2 OPERAES DE FABRICO .......................................................................................................................... 65 5.2.1 OXICORTE ........................................................................................................................................................ 65 5.2.2 CORTE POR LASER ............................................................................................................................................. 66 5.2.3 ELECTRO-EROSO COM FIO ............................................................................................................................... 66 5.2.4 DOBRAGEM DE TUBOS ....................................................................................................................................... 67 5.2.5 MAQUINAGEM ................................................................................................................................................... 67 5.2.6 TORNEAMENTO ................................................................................................................................................. 67 5.2.7 FRESAGEM ....................................................................................................................................................... 68 5.2.8 FURAO ......................................................................................................................................................... 68 5.2.9 FORJAMENTO ................................................................................................................................................... 69 5.2.10 ESTAMPAGEM ................................................................................................................................................... 69 5.2.11 SOLDADURA MIG/MAG ....................................................................................................................................... 70

5.3 SEQUNCIA DE MONTAGEM ...................................................................................................................... 70

6 - PLANO DE OPORTUNIDADE ............................................................................................................... 71

6.1 ANLISE ESTRATGICA ............................................................................................................................ 71 6.1.1 ESTRATGIA DE MERCADO ................................................................................................................................. 71 6.1.2 ANLISE SWOT .................................................................................................................................................. 71

6.2 ANLISE DE CUSTOS................................................................................................................................. 73 6.2.1 DIMENSO DE NEGCIO .................................................................................................................................... 73 6.2.2 ANLISE DE FABRICO ........................................................................................................................................ 73

7 - CONCLUSES.......................................................................................................................................... 78

8 - PROPOSTAS PARA TAREFAS A DESENVOLVER NO FUTURO .................................................. 80

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................................................. 80

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................................. 81

ANEXOS .............................................................................................................................................................. 83

A) Equivalncia das espessuras em funo dos dimetros externos ......................................................................... 83 B) Norma NF S52-002 (AFNOR) ............................................................................................................................ 83 C) Dados Antropomtricos 6 aos 12 anos .............................................................................................................. 85 D) Evoluo do Conceito ......................................................................................................................................... 87 E) Lista de todas as peas que compem o conceito final ........................................................................................ 92 F) Diviso do conceito final em conjuntos e subconjuntos ....................................................................................... 95 G) Anlise de Custos para Produo de um Prottipo ............................................................................................ 102

vi

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1 KART E BONECO (DUMMY) DE 12 ANOS .............................................................................................. 2 FIGURA 1.2 KART DE JAMES OLIVE DAY .............................................................................................................. 2 FIGURA 1.3 O PRIMEIRO KART............................................................................................................................... 3 FIGURA 1.4 KARTDROMOS EM PORTUGAL .......................................................................................................... 4 FIGURA 1.5 KART ACTUAL .................................................................................................................................... 4 FIGURA 1.6 BABY KART ( ESQUERDA) E KART CADETE ( DIREITA) .................................................................. 6 FIGURA 2.1 AFINAO DA COLUNA DE DIRECO ................................................................................................ 7 FIGURA 2.2 AFINAO DOS PEDAIS ....................................................................................................................... 7 FIGURA 2.3 AFINAO DO BANCO......................................................................................................................... 8 FIGURA 2.4 KART DE ALUGUER DA CRG .............................................................................................................. 8 FIGURA 2.5 KART DE ALUGUER DA MACH 1 ......................................................................................................... 9 FIGURA 2.6 KART DE ALUGUER DA INTREPID ........................................................................................................ 9 FIGURA 2.7 KART DE ALUGUER DA SODI KART ................................................................................................... 10 FIGURA 2.8 KART DE ALUGUER DA TONY KART ................................................................................................. 10 FIGURA 2.9 CHASSIS DE UM KART ....................................................................................................................... 12 FIGURA 2.10 CHASSIS-QUADRO .......................................................................................................................... 13 FIGURA 2.11 EXEMPLO DE CARROARIA ............................................................................................................. 14 FIGURA 2.12 EXEMPLO DE SISTEMA DE TRAVAGEM HIDRULICO ........................................................................ 14 FIGURA 2.13 CREMALHEIRA E CORRENTE ........................................................................................................... 15 FIGURA 2.14 EXEMPLO DE UMA COLUNA DE DIRECO ...................................................................................... 15 FIGURA 2.15 TIRANTE DA DIRECO .................................................................................................................. 16 FIGURA 2.16 PEDAL DO ACELERADOR ................................................................................................................. 16 FIGURA 2.17 EXEMPLO DE MOTOR ...................................................................................................................... 17 FIGURA 2.18 RESERVATRIO DE COMBUSTVEL ................................................................................................. 17 FIGURA 2.19 JANTES E PNEUS ............................................................................................................................. 18 FIGURA 3.1 DADOS ANTROPOMTRICOS DAS CRIANAS DOS 6 AOS 12 ANOS ...................................................... 21 FIGURA 3.2 PRIMEIRO CONCEITO DO CHASSIS ..................................................................................................... 23 FIGURA 3.3 PRIMEIRO CONCEITO DO SISTEMA BANCO E BERO ........................................................................... 23 FIGURA 3.4 SEGUNDO CONCEITO DO SISTEMA BANCO E BERO ........................................................................... 24 FIGURA 3.5 COLUNA DE DIRECO ..................................................................................................................... 24 FIGURA 3.6 PRIMEIRO CONCEITO DOS PEDAIS ..................................................................................................... 25 FIGURA 3.7 SEGUNDO CONCEITO DOS PEDAIS ..................................................................................................... 25 FIGURA 3.8 DIMENSES GERAIS DO KIDART .................................................................................................... 27 FIGURA 3.9 DIMENSES DO QUADRO DO CHASSIS ............................................................................................... 28 FIGURA 3.10 TUBO 2 ........................................................................................................................................... 28 FIGURA 3.11 FRACTURA DE UM CHASSIS DE COMPETIO .................................................................................. 28 FIGURA 3.12 TUBO 3 ........................................................................................................................................... 29 FIGURA 3.13 CHUMACEIRAS ............................................................................................................................... 29 FIGURA 3.14 PLACAS DE SUPORTE DO BERO DO BANCO NA ZONA INTERMDIA DO QUADRO ............................. 30 FIGURA 3.15 APOIO DA COLUNA DE DIRECO ................................................................................................... 30 FIGURA 3.16 SEGUNDO APOIO DA COLUNA DE DIRECO ................................................................................... 30 FIGURA 3.17 CHAPAS DE SUPORTE DA PLACA DE FUNDO (A VERMELHO) E TUBOS DAS MANGAS (A AZUL) .......... 31 FIGURA 3.18 VISTA DA ZONA DIANTEIRA ............................................................................................................ 31 FIGURA 3.19 CHASSIS ......................................................................................................................................... 31 FIGURA 3.20 BANCO ........................................................................................................................................... 32 FIGURA 3.21 BERO DO BANCO .......................................................................................................................... 32 FIGURA 3.22 PLACAS DE SUPORTE TRASEIRAS .................................................................................................... 33 FIGURA 3.23 PLACAS DE SUPORTE DIANTEIRAS E ESTRUTURAS DE APOIO ........................................................... 33 FIGURA 3.24 CONJUNTO CHASSIS E BERO .......................................................................................................... 34 FIGURA 3.25 POSICIONAMENTO DO BANCO ......................................................................................................... 34 FIGURA 3.26 SISTEMA BANCO E BERO E CHASSIS .............................................................................................. 35 FIGURA 3.27 POSIES EXTREMAS DA AFINAO EM COMPRIMENTO ................................................................. 35 FIGURA 3.28 POSIES EXTREMAS DA AFINAO EM ALTURA ............................................................................ 35 FIGURA 3.29 COLUNA INFERIOR E SUPERIOR ....................................................................................................... 36 FIGURA 3.30 COLUNA DE DIRECO ................................................................................................................... 36

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vii

FIGURA 3.31 AFINAO EM COMPRIMENTO DA COLUNA DE DIRECO ............................................................... 37 FIGURA 3.32 ESTRUTURA DE JUNO ENTRE O APOIO E A COLUNA DE DIRECO ............................................... 37 FIGURA 3.33 AFINAO ANGULAR DA COLUNA DE DIRECO ............................................................................ 37 FIGURA 3.34 NOVA CALHA E NOVA POSIO ...................................................................................................... 38 FIGURA 3.35 CALO E CALHA GRADUADA .......................................................................................................... 38 FIGURA 3.36 PEDAL DIREITO ............................................................................................................................... 39 FIGURA 3.37 CONJUNTO CALO-PEDAL .............................................................................................................. 39 FIGURA 3.38 AFINAO EM COMPRIMENTO DOS PEDAIS ..................................................................................... 39 FIGURA 3.39 MOTOR COMER S 80 ...................................................................................................................... 40 FIGURA 3.40 SISTEMA DE TRAVAGEM ................................................................................................................. 41 FIGURA 3.41 CAIXA LATERAL ............................................................................................................................. 41 FIGURA 3.42 CARENAGEM DIANTEIRA ................................................................................................................ 41 FIGURA 3.43 PAINEL FRONTAL ............................................................................................................................ 41 FIGURA 3.44 PRA-CHOQUES .............................................................................................................................. 42 FIGURA 3.45 PROTECO DO EIXO TRASEIRO ..................................................................................................... 43 FIGURA 3.46 PROTECO DO MOTOR .................................................................................................................. 43 FIGURA 3.47 ENCOSTO DE CABEA ..................................................................................................................... 43 FIGURA 3.48 CONCEITO FINAL DO KART ............................................................................................................. 44 FIGURA 3.49 KART + DUMMY PARA A IDADE DE 7 ANOS ..................................................................................... 44 FIGURA 3.50 KART + DUMMY PARA A IDADE DE 10 ANOS ................................................................................... 45 FIGURA 3.51 KART + DUMMY PARA A IDADE DE 12 ANOS ................................................................................... 45 FIGURA 4.1 ESQUEMA DE FORAS NO PLANO X,Y ................................................................................................ 46 FIGURA 4.2 SECO ROSCADA ............................................................................................................................ 46 FIGURA 4.3 ESQUEMA DE FORAS NO PLANO Y,Z ................................................................................................ 46 FIGURA 4.4 ELEMENTO PIPE16 .......................................................................................................................... 50 FIGURA 4.5 ELEMENTO SHELL181 .................................................................................................................... 51 FIGURA 4.6 DEFORMADA DO CHASSIS ORIGINAL ................................................................................................. 52 FIGURA 4.7 DEFORMADA DO NOVO CHASSIS ....................................................................................................... 52 FIGURA 4.8 COMPORTAMENTO DE UM KART NUMA CURVA PARA A DIREITA ....................................................... 54 FIGURA 4.9 FORAS NO KART EM SITUAO DE CURVA PARA A DIREITA ............................................................ 54 FIGURA 4.10 FORAS QUE ACTUAM NUM VECULO DEVIDO AO SEU PRPRIO PESO ............................................. 55 FIGURA 4.11 DEFORMADA DO CHASSIS ORIGINAL EM CURVA PARA A DIREITA ................................................... 57 FIGURA 4.12 DEFORMADA DO NOVO CHASSIS EM CURVA PARA A DIREITA .......................................................... 57 FIGURA 4.13 TENSES EQUIVALENTES NO CHASSIS ORIGINAL, EM CURVA DIREITA ......................................... 58 FIGURA 4.14 TENSES EQUIVALENTES NO NOVO CHASSIS, EM CURVA DIREITA ............................................... 58 FIGURA 4.15 DEFORMADA DO CHASSIS ORIGINAL EM CURVA PARA A ESQUERDA ............................................... 59 FIGURA 4.16 DEFORMADA DO NOVO CHASSIS EM CURVA PARA A ESQUERDA ..................................................... 59 FIGURA 4.17 TENSES EQUIVALENTES NO CHASSIS ORIGINAL, EM CURVA ESQUERDA ..................................... 60 FIGURA 4.18 TENSES EQUIVALENTES NO NOVO CHASSIS, EM CURVA ESQUERDA ........................................... 60 FIGURA 5.1 CONJUNTO DO CHASSIS .................................................................................................................... 62 FIGURA 5.2 EXEMPLO DE UMA FERRAMENTA DE ESTAMPAGEM .......................................................................... 63 FIGURA 5.3 JIG DE SOLDADURA DO CONJUNTO BERO DO BANCO ....................................................................... 63 FIGURA 5.4 DESENHO DE CONJUNTO DO KART .................................................................................................... 64 FIGURA 5.5 OPERAO DE ESTAMPAGEM ........................................................................................................... 69 FIGURA C.1 DADOS ANTROPOMTRICOS DA CRIANA DE 6 ANOS....................................................................... 85 FIGURA C.2 DADOS ANTROPOMTRICOS DA CRIANA DE 8 ANOS....................................................................... 86 FIGURA C.3 DADOS ANTROPOMTRICOS DA CRIANA DE 10 ANOS ..................................................................... 86 FIGURA C.4 DADOS ANTROPOMTRICOS DA CRIANA DE 12 ANOS ..................................................................... 87 FIGURA D.1 PLACA DE SUPORTE (A VERMELHO) E ESTRUTURA DE APOIO (A AZUL) ............................................ 88 FIGURA D.2 SISTEMA DE CALHAS E RANHURAS .................................................................................................. 88 FIGURA D.3 CALHA E MOLA ................................................................................................................................ 89 FIGURA D.4 PINO E FUROS .................................................................................................................................. 89 FIGURA D.5 ESTRUTURA DE APOIO DO BANCO .................................................................................................... 89 FIGURA D.6 COLUNA SUPERIOR .......................................................................................................................... 89 FIGURA D.7 COLUNA INFERIOR ........................................................................................................................... 89 FIGURA D.8 CALHA DOS PEDAIS ......................................................................................................................... 90 FIGURA D.9 ESTRUTURA DE LIGAO ENTRE O PEDAL E A CORREDIA............................................................... 91 FIGURA D.10 NOVA POSIO DAS CALHAS ......................................................................................................... 91 FIGURA D.11 CORREDIA DO SEGUNDO CONCEITO ............................................................................................. 92 FIGURA D.12 PEDAL DO SEGUNDO CONCEITO ..................................................................................................... 92

file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961009file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961010file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961011file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961012file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961013file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961015file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961014file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961016file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961017file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961018file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961021file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961020file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961019file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961022file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961023file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961024file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961025file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961026file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961027file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961028file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961029file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961030file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961031file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961032file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961033file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961034file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961035file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961036file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961037file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961038file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961039file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961040file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961041file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961042file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961043file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961044file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961045file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961046file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961047file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961048file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961049file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961050file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961051file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961052file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961053file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961054file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961055file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961056file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961057file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961058file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961059file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961060file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961061file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961063file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961062file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961064file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961065file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961066file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961067file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961068

viii

FIGURA F.1 REPRESENTAO DO CONJUNTO DO CHASSIS ................................................................................... 95 FIGURA F.2 SUBCONJUNTO A.............................................................................................................................. 95 FIGURA F.3 SUBCONJUNTO B .............................................................................................................................. 96 FIGURA F.4 SUBCONJUNTO C .............................................................................................................................. 96 FIGURA F.5 SUBCONJUNTO E .............................................................................................................................. 97 FIGURA F.6 SUBCONJUNTO F .............................................................................................................................. 97 FIGURA F.7 SUBCONJUNTO BRAADEIRA_PEDAL ............................................................................................... 98 FIGURA F.8 SUBCONJUNTO CALOS ................................................................................................................... 98 FIGURA F.9 SUBCONJUNTO CHAPA FIXAO ...................................................................................................... 98 FIGURA F.10 SUBCONJUNTO PEDAL DIREITO ...................................................................................................... 98 FIGURA F.11 SUBCONJUNTO REGULAO PEDAIS .............................................................................................. 99 FIGURA F.12 SUBCONJUNTO TUBO_BRAADEIRA .............................................................................................. 99 FIGURA F.13 CONJUNTO BERO DO BANCO ........................................................................................................ 99 FIGURA F.14 SUBCONJUNTO PARTE INFERIOR .................................................................................................. 100 FIGURA F.15 SUBCONJUNTO PARTE SUPERIOR ................................................................................................. 100 FIGURA F.16 CONJUNTO PRA-CHOQUES ......................................................................................................... 100 FIGURA F.17 CONJUNTO PEGA TRASEIRA ......................................................................................................... 101 FIGURA F.18 CONJUNTO OUTROS COMPONENTES ............................................................................................ 101

file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961069file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961070file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961071file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961072file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961073file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961074file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961076file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961075file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961077file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961078file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961080file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961079file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961081file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961082file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961083file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961084file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961085file:///I:/Relatrio_Final.doc%23_Toc244961086

ix

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 CARACTERSTICAS DO KART DA CRG ............................................................................................... 9 TABELA 2.2 CARACTERSTICAS DO KART DA MACH 1 ........................................................................................... 9 TABELA 2.3 CARACTERSTICAS DO KART DA INTREPID ....................................................................................... 10 TABELA 2.4 CARACTERSTICAS DO KART DA SODI KART .................................................................................... 10 TABELA 2.5 CARACTERSTICAS DO KART DA TONY KART .................................................................................. 11 TABELA 3.1 MEDIDAS PARA CRIANAS DOS 6 AOS 12 ANOS ............................................................................... 21 TABELA 3.2 AMPLITUDES ENTRE MEMBROS DO CORPO ....................................................................................... 22 TABELA 3.3 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ....................................................................................................... 26 TABELA 3.4 CARACTERSTICAS DO CONCEITO FINAL .......................................................................................... 27 TABELA 3.5 CARACTERSTICAS DO MOTOR COMER S 80 ..................................................................................... 40 TABELA 3.6 AMPLITUDES DAS AFINAES .......................................................................................................... 44 TABELA 4.1 CARACTERSTICAS DO MATERIAL PARA A ANLISE DE ELEMENTOS FINITOS .................................... 51 TABELA 4.2 PARMETROS PARA DETERMINAR A RIGIDEZ TORSIONAL ................................................................ 53 TABELA 5.1 COMPONENTES A ADQUIRIR ............................................................................................................. 64 TABELA 6.1 ANLISE SWOT .............................................................................................................................. 72 TABELA 6.2 MEIOS DE PRODUO ENVOLVIDOS NO FABRICO ............................................................................. 74 TABELA 6.3 MATERIAIS UTILIZADOS E RESPECTIVAS COTAES ........................................................................ 74 TABELA 6.4 PROCESSOS DE FABRICO E CUSTOS ASSOCIADOS A CADA HORA-HOMEM E A CADA HORA-MQUINA 75 TABELA 6.5 CUSTO TOTAL DA PRODUO POR REFERNCIA DE 1 UNIDADE ........................................................ 76 TABELA 6.6 CUSTO TOTAL DA PRODUO POR REFERNCIA DE 100 UNIDADES .................................................. 76 TABELA 6.7 CUSTO TOTAL DA PRODUO POR REFERNCIA DE 1000 UNIDADES ................................................ 76 TABELA A.1 TABELA DE EQUIVALNCIA DAS ESPESSURAS EM FUNO DOS DIMETROS EXTERNOS .................. 83 TABELA E.1 LISTA DE TODAS AS PEAS DO CONCEITO FINAL .............................................................................. 95 TABELA G.1 ANLISE DE CUSTOS PARA PRODUO DE UMA UNIDADE ............................................................. 106

x

LISTA DE NOMENCLATURA

Ad rea da seco transversal da parte lisa do elemento roscado; [Ad] = mm2

Am rea da seco transversal da junta; [Am] = mm2

At rea resistente traco do elemento roscado; [At] = mm2

ACP Automvel Clube de Portugal

AFNOR Associao Francesa de Normalizao

AISI American Iron and Steel Institute

a acelerao; [a] = m/s2

1a Distncia do eixo dianteiro ao centro de massa do veculo; [ 1a ] = mm

2a Distncia do eixo traseiro ao centro de massa do veculo; [ 2a ] = mm

bM Brao do momento flector; [bM] = m

bT Brao do momento torsor; [bT] = m

C Rigidez da junta, Carbono

Cr Crmio

Cu Cobre

CAD Computer Aided Design

CAE Computer Aided Engineering

CAM Computer Aided Manufacturing

CHH Custo de cada hora-homem

CHM Custo de cada hora-mquina

CIK Comisso Internacional de Karting

CM Centro de massa do banco e criana

CNC Computer Numeric Control

CV Cavalo-vapor

cm3 Centmetro cbico

d Dimetro; [d] = mm

de Dimetro exterior; [de] = mm

di Dimetro interior; [di] = mm

E Mdulo de Young (elasticidade); [E] = GPa

Em Mdulo de Young da junta; [Em] = GPa

F Fora; [F] = N.

Fa Fora devida acelerao do motor; [Fa] = N

Fc Fora centrfuga; [Fc] = N

Fi Pr-tenso; [Fi] = N

FM Fora devida ao momento flector; [FM] = N

Fp Carga de prova; [Fp] = N

FT Fora devida ao momento torsor; [FT] = N

Fy Fora directa devida ao peso; [Fy] = N

Fz Fora normal; [Fz] = N

xi

Fe Ferro

FIA Federao Internacional do Automvel

FPAK Federao Portuguesa de Automobilismo e Karting

fm Coeficiente de atrito na junta

G Mdulo de corte do material; [G] = Pa

GJ Rigidez torsional; [GJ] = N.m2

GN Giga Newton

GPa Giga Pascal

g Acelerao da gravidade; [g] = 9,8 m/s2, Grama

HH Horas homem

HM Horas mquina

h Hora

IGES Initial Graphics Exchange Specification

J Momento polar de inrcia; [J] = m4

Kb Rigidez do elemento roscado; [Kb] = GN/m

Kf Factor de concentrao de tenses

Km Rigidez da junta; [Km] = GN/m

kg Quilograma

km Quilmetro

L Distncia do ponto de aplicao do momento at ao ponto de encastramento

da estrutura; [L] = m

l Curso; [l] = mm

l Distncia entre eixos; [ l ] = mm

ld Espessura da parte lisa; [ld] = mm

lm Espessura da junta; [lm] = mm

lt Espessura da parte roscada; [lt] = mm

M Momento flector; [M] = N.m

My Momento segundo o eixo y

Mn Mangans

Mo Molibdnio

MAG Metal Active Gs

MIG Metal Inert Gas

MPa Mega Pascal

m Massa; [m] = kg , Metro

m2 Metro quadrado

mm Milmetro

mm2 Milmetro quadrado .

N Newton

Ni Nquel

NASA National Aeronautics and Space Administration

xii

n Nmero de cilindros

nb Coeficiente de segurana do elemento roscado

ncomb Coeficiente de segurana combinado

nf Coeficiente de segurana fadiga

np Coeficiente de segurana prova

n Nmero

P Fora de traco exterior; [P] = N, Fsforo

Pa Fora de traco alternada; [Pa] = N

Pm Fora de traco mdia; [Pm] = N

Pmx Fora de traco mxima; [Pmx] = N

Pmin Fora de traco mnima; [Pmin] = N

PS Fora de corte resultante; [PS] = N

Pa Pascal

R Fora de reaco na roda que levanta; [R] = N

REF. Referncia

r Raio; [r] = m

ri Distncia entre o elemento roscado e o centro de massa; [ri] = m

rad Radiano

S Enxofre

Se Tenso limite de fadiga; [Se] = MPa

Sp Tenso de prova; [Sp] = MPa

Su Tenso de rotura; [Su] = MPa

Si Silcio

s Segundo

si Distncia entre elemento roscado e o seu eixo de charneira; [si] = m

T Momento torsor; [T] = N.m

t Tempo; [t] = s

v Velocidade linear; [ v ] = m/s

0v Velocidade inicial; [ 0v ] = m/s

V Volume; [V] = cm3, Volt

W Watt

2D Duas dimenses

3D Trs dimenses

max Diferena entre as distncias correspondentes s idades de 12 e 7 anos

Coeficiente de Poisson

Densidade

a Tenso alternada; [a] = MPa

i Tenso mnima; [i] = MPa

Velocidade angular; [] = rad/s

ngulo de toro ou de giro; [rad

1

1 - OBJECTIVOS E INTRODUO

1.1 OBJECTIVOS

O trabalho que se est a apresentar assume como principal meta o desenvolvimento

do conceito e preparao para fabrico de prottipo de um kart para criana que acompanhe o

seu crescimento, dos 7 aos 12 anos de idade. Este acompanhamento ser permitido atravs

de um conjunto de inovaes realizadas ao nvel do chassis, pedais, coluna de direco e

bero do banco. Este conceito dever permitir, com um s produto, o desenvolvimento das

inmeras capacidades cognitivas e reactivas que a criana necessita de aplicar na utilizao de

um kart, de forma segura e fivel, ao longo de pelo menos 5 anos de pleno crescimento. O

desenvolvimento deste conceito no tem como finalidade o mercado do karting de competio

mas sim o do karting de aprendizagem e lazer.

O desenvolvimento do conceito geomtrico ser sustentado por uma anlise estrutural

computacional e pretende-se tambm o estabelecimento de procedimentos de preparao para

fabrico de um prottipo e ainda a elaborao de um plano de oportunidade estratgica e

financeira.

1.2 CARACTERIZAO DO PRODUTO

O produto desenvolvido neste trabalho foi designado de KidART (ser este o nome

utilizado para o identificar no texto que se segue) e assume-se como um conceito inovador de

um kart, cuja caracterstica principal a capacidade de utilizao por crianas desde os 7 aos

12 anos de idade, o que possibilitado pelo conjunto de afinaes existentes no conceito.

Estas afinaes so realizadas, tal como indicado no ponto anterior, ao nvel dos componentes

que permitem, de uma forma simples, segura e eficaz, a adaptao do kart dimenso

corporal de uma determinada criana situada na faixa etria j referenciada. Na figura 1 pode

ser visualizado um exemplo desta aplicao, nomeadamente, o kart e o boneco (dummy)

relativo idade de 12 anos. A criao de cada um destes bonecos passou por um cuidado

estudo de antropometria, de onde se retiraram as dimenses mdias relativas a cada idade

pretendida. De salientar tambm o desenvolvimento de componentes de segurana passiva,

cujo objectivo primordial dotar o kart de elementos que permitam torn-lo um brinquedo de

conduo seguro.

2

Outra particularidade que pode ser associada a este conceito, diz respeito ao

posicionamento deste produto num mercado que no abrange o karting de competio. Torna-

se assim possvel enquadr-lo em trs reas essenciais, relativamente ao seu campo de

aplicao: i) lazer/diverso; ii) formao cvica e iii) aprendizagem. A conjugao de todos

estes factores permite a referncia ao KidART como um brinquedo que fomenta variadas

competncias fundamentais no desenvolvimento de uma criana.

1.3 ENQUADRAMENTO HISTRICO

Durante a 2 Grande Guerra Mundial, os militares ingleses e americanos construram

pequenos veculos motorizados para movimentarem os mecnicos e as ferramentas nos

respectivos campos de aviao. Para este fim utilizavam peas de avies e chegaram a fazer

corridas amigveis entre eles, quando dispunham de tempo livre. Estes veculos, bem como o

kart de James Olive Day (construdo em 1943 na Inglaterra), constituem os antecessores dos

karts de hoje [1]. De referir que eram veculos que raramente alcanavam os 50 km/h.

Apesar do confronto blico ter originado a criao deste tipo de veculos, a evoluo

que se adivinhava para os anos posteriores no se concretizou. Foi preciso aguardar pela

dcada de 50, mais propriamente em Setembro de 1956, para se assistir ao aparecimento

daquele que considerado o primeiro e efectivo kart. Os seus criadores tinham como objectivo

Figura 1.2 Kart de James Olive Day

Figura 1.1 Kart e boneco (dummy) de 12 anos

3

construir algo que lhes pudesse originar divertimento, nunca pensando numa actividade que

fosse, para eles, fonte de rendimento.

Art Ingels, habitualmente denominado como o pai do karting, era desde 1951,

engenheiro e designer de carros de corrida na fbrica Kurtis Kraft em Glendale Califrnia, nos

Estados Unidos da Amrica e construa hot rods1 nos seus tempos livres.

Lou Borelli, amigo e vizinho de Art Ingels desde criana, trabalhava como engenheiro

de manuteno das estaes de servio da Standard Oil.

Em Agosto de 1956, Art e Lou preparavam a construo de um hot rod numa garagem

quando decidiram reunir todas as peas para a construo do primeiro kart. Este foi ento feito

com tubos de ao que utilizava nos carros de corrida, rodas de avio, um pequeno motor a dois

tempos de um corta-relva e um volante de um antigo avio fora de utilizao.

Com o passar do tempo, o karting foi se implementando em outros locais dos Estados

Unidos e, consecutivamente, comearam as primeiras competies. Conseguiu-se superar

rapidamente a barreira dos 50 km/h e inseriram-se mais e melhores tcnicas. Durante os anos

60 este desporto foi introduzido na Europa atravs da Frana e Inglaterra, chegando depois

Pennsula Ibrica nos anos 70.

A primeira referncia do karting em Portugal, pela comunicao social, feita numa

revista do ACP, no nmero publicado em Dezembro de 1958, ou seja, h mais de 50 anos. Por

essa altura, chegavam ecos de corridas efectuadas no estrangeiro e a Mundo Motorizado

avanava na divulgao da modalidade, criando mesmo uma rubrica regular em que

incentivava realizao de corridas de karting em Portugal.

A modalidade foi crescendo aos poucos e rapidamente comearam a ser construdos

os primeiros karts portugueses. Os principais especialistas do karting nacional associam o ano

de 1987 ao aparecimento oficial deste desporto motorizado em terras lusas. No entanto, ele s

era conhecido em algumas zonas do pas e na vertente de competio, o que dificultava a

prtica em grandes nmeros. De referir ainda que o primeiro kartdromo que surgiu em

Portugal foi na cidade alentejana de vora [1].

No incio da dcada de 90, a modalidade atingiu uma grande expanso, ficando

conhecida em todo o territrio nacional e acessvel a todos.

1 Hot rods so carros americanos com grandes motores, modificados para velocidade linear.

Figura 1.3 O primeiro kart

4

Actualmente, o karting em Portugal encontra-se num estado de desenvolvimento

similar ao internacional, com representaes de praticamente todas as marcas da modalidade.

regulamentado pela Federao Portuguesa de Automobilismo e Karting (FPAK) e existem 27

kartdromos espalhados por todo o pas, sendo 13 deles homologados (na Figura 1.4 a azul)

pela federao referida e 14 no (a negro) [2].

1 Almancil 2 Baltar 3 Batalha 4 Braga 5 vora 6 Faial (Madeira) 7 Ftima 8 Leiria 9 Palmela 10 Poiares 11 Santo Andr 12 Viana do Castelo 13 Vila Real 14 Abrantes 15 Almeirim 16 Bombarral 17 Bragana 18 Cabo do Mundo 19 Chaves 20 Covilh 21 Fafe 22 Odivelas 23 Oliveira do Bairro 24 Pombal 25 Portalegre 26 Porto Santo 27 Serpa

Desde os seus primeiros dias, a evoluo dos karts tem sido uma constante. Os

chassis foram ganhado estabilidade e segurana e, hoje em dia, os karts podem alcanar

velocidades superiores aos 150 km/h, com uma segurana equiparvel aos monolugares da

Frmula 1. A Itlia considerada como o maior protagonista mundial tanto no fabrico de

chassis como de motores para karts.

Figura 1.5 Kart actual

O Karting conseguiu obter durante todo este tempo o respeito e reconhecimento,

constituindo-se como um desporto automobilstico completo e uma sensacional escola de

conduo. Como exemplo, destaca-se a formao de pilotos de grande nome internacional

Figura 1.4 Kartdromos em Portugal

5

como Ayrton Senna, Michael Schumacher, Fernando Alonso, Lewis Hamilton e tantos outros

que tiveram o seu incio desportivo ao volante de um kart.

Actualmente, os campeonatos internacionais so uma montra de oportunidades para

fabricantes e pilotos, no entanto, o karting no limitado a esta competio de topo. Em todo o

mundo, a baixos custos, h quem participe em competies amigveis, quer a nvel regional ou

nacional. A grande maioria das pessoas pratica o desporto em convvios com karts de aluguer.

Nos circuitos ao ar livre ou nos circuitos indoor, os amantes do kart, independentemente da

sua idade, podem descobrir o verdadeiro prazer de conduzir de acordo com o seu gosto e

motivao.

1.4 ENQUADRAMENTO DE MERCADO

O fundamento do karting no s as corridas. Mais do que isso, ele uma actividade

desportiva e de lazer bastante completa e pode servir de ferramenta na educao e

desenvolvimento de uma criana. Ao praticar esta modalidade, aprendem-se no s tcnicas

de conduo defensiva e agressiva, como tambm se aprende a cumprir regras de boa

educao e respeito pelos outros. Permite ainda conhecer os limites da capacidade humana e

dominar uma mquina com controlo da cabea, tronco e membros.

Durante a prtica, dado a conhecer um regulamento, muito mais complexo do que

em outros desportos, aprende-se a tomar decises sob presso e, se a curiosidade e o gosto

estiverem presentes na criana, adquirem-se vrios conhecimentos de mecnica.

Paralelamente, o karting permite o melhoramento de capacidades motoras como a

velocidade de reaco e a sensibilidade a estmulos exteriores, nomeadamente, saber sentir o

comportamento do kart ou ainda saber ouvir o motor. Ao mesmo tempo, a criana pode

melhorar a sua capacidade de comunicao tcnica, ao saber traduzir para palavras aquilo que

sente em pista. Para completar esta panplia de vantagens que o karting pode induzir numa

criana, ser importante realar ainda, o facto da introduo num ambiente de convvio (e na

possibilidade de um ambiente de competio), sempre importante para um desenvolvimento

equilibrado e saudvel de uma pessoa.

A idade mnima para se poder participar numa prova de karting de 8 anos. No

entanto, esse facto no impeditivo da eventualidade de iniciar uma criana de menor idade.

Apenas no poder ser num mbito competitivo. Para este efeito, existem karts apelidados de

baby-karts, destinados a idades inferiores aos 7 anos e tambm os denominados karts

cadete que tm como alvo as crianas entre os 7 e os 10 anos de idade, os quais podem ser

observados na Figura 1.6.

De salientar ainda que, numa perspectiva de pesquisa de mercado, e com vista

obteno de produtos fora do captulo da competio e que se insiram no mbito do lazer,

sero apresentados, no ponto respeitante s solues existentes no mercado, os principais

concorrentes ao nosso produto.

6

1.5 GUIA DE LEITURA

Este ponto tem como finalidade apresentar ao leitor a estrutura do relatrio, ou seja,

dar a conhecer o que foi efectuado e descrever as tarefas que cada captulo engloba. Sendo

assim, possvel afirmar que o trabalho se encontra dividido em seis partes principais, onde a

primeira diz respeito parte introdutria que se encerra neste sub-captulo. No captulo 2 pode

ser encontrada informao relativa ao estado de arte dos produtos j existentes,

nomeadamente, o conceito anterior, chassis presentes no mercado e alguma regulamentao

respeitante aos karts. O captulo 3 inclui o desenvolvimento do conceito, mais especificamente,

a formulao das condicionantes do produto, as fases pelo qual passou e ainda a

representao do conceito final. A quarta parte trata do clculo estrutural do produto

conceptualizado e abrange o projecto de alguns elementos roscados e a anlise em elementos

finitos ao chassis. No captulo 5 abordam-se as tarefas envolvidas na preparao para fabrico

de um prottipo e diz respeito aos componentes a fabricar e a adquirir. Ser tambm dado

enfoque aos processos de fabrico utilizados, assim como sequncia de montagem do kart. O

captulo 6 refere-se ao plano de oportunidade e vai ter em conta a elaborao de uma anlise

S.W.O.T. e de uma anlise de custos.

Por fim, aps a exposio destes contedos, sero apresentadas as concluses de

todo o estudo e indicadas as propostas para tarefas a desenvolver no futuro.

Figura 1.6 Baby Kart ( esquerda) e Kart Cadete ( direita)

7

2 - ESTADO DE ARTE

Neste ponto pretende-se dar a conhecer um pouco da evoluo do conceito, isto ,

quando surgiu originalmente, a envolvente externa que o caracterizou e as influncias que

recebeu atravs do estudo de mercado e da regulamentao elaborada pelos principais rgos

que tm a cargo a tutela da modalidade que o karting. Ser ainda dedicado um subcaptulo

para fazer referncia ao que hoje em dia pratica realizar no campo da anlise de

comportamento estrutural.

2.1 CONCEITO ANTERIOR

A ideia de desenvolver um kart deste tipo, ou seja, um kart que acompanhe o

crescimento de uma criana dos 7 aos 12 anos de idade, de cariz essencialmente de lazer e

aprendizagem, surgiu em 2006 [3] com a idealizao de um conceito baseado num chassis

para crianas j existente. O processo inicial apoiou-se na engenharia inversa, de forma a

tornar possvel o maior e melhor conhecimento dos vrios componentes que dizem respeito a

um veculo deste gnero. A partir daqui, estabeleceu-se um conjunto de solues ao nvel de

alguns componentes do kart, de modo a permitir a afinao para as idades acima referidas. As

afinaes mencionadas so relativas coluna de direco (ver figura 2.1), aos pedais (ver

figura 2.2) e ao banco (ver figura 2.3), contando todos eles com afinaes longitudinais e ainda

a direco que acrescida de afinao angular. Apresentam-se de seguida, figuras

representativas destas mesmas afinaes:

Figura 2.1 Afinao da coluna de direco

Figura 2.2 Afinao dos pedais

8

2.2 CHASSIS E SOLUES EXISTENTES NO MERCADO

Para a execuo deste ponto foi elaborado um estudo de mercado que se baseou na

pesquisa de vrios fabricantes de produtos (chassis de karts) que se possam comparar como

futuros concorrentes do nosso produto. Um dos objectivos desta pesquisa passou por

identificar alguns dos pontos fortes e pontos fracos dos vrios tipos de karts para crianas, para

que fosse possvel a conjugao de vrias ideias, formas ou conceitos e, deste modo, criar um

produto seguro, atractivo e com qualidade.

De seguida, sero apresentados alguns karts e respectivas caractersticas, das

principais empresas dedicadas a esta actividade. O critrio de seleco desta apresentao

est relacionada com o mercado alvo de cada empresa, isto , deu-se privilgio aos karts de

lazer para crianas, assim como o conjunto de solues inovadoras apresentadas nos seus

karts.

2.2.1 CRG

Mini Spit Fire

Figura 2.3 Afinao do banco

Figura 2.4 Kart de aluguer da CRG

9

Caractersticas Tcnicas: Tipo

Gama de utilizao (no disponvel)

Sistema de travagem Hidrulico

Afinaes Banco

Componentes de Segurana Pra-choques envolvente

Tabela 2.1 Caractersticas do kart da CRG

2.2.2 MACH 1 KART

In/Outdoor Kart


Gama de utilizao Adultos

Sistema de travagem Mecnico

Afinaes No tem


Proteco do eixo

Tabela 2.2 Caractersticas do kart da Mach 1

2.2.3 INTREPID

Mini Rental Kart

Figura 2.6 Kart de aluguer da Intrepid

Figura 2.5 Kart de aluguer da Mach 1

10


Gama de utilizao Dos 8 aos 12 anos


Afinaes No tem


Proteco do eixo

Tabela 2.3 Caractersticas do kart da Intrepid

2.2.4 SODI KART

Sodi Fun Kid


Gama de utilizao Dos 9 aos 12


Afinaes Banco e pedais

Componentes de Segurana

Pra-choques envolvente

Proteco do eixo

Proteco do motor

Tabela 2.4 Caractersticas do kart da Sodi Kart

2.2.5 TONY KART

Viper

Figura 2.7 Kart de aluguer da Sodi Kart

Figura 2.8 Kart de aluguer da Tony Kart

11


Gama de utilizao (no disponvel)


Afinaes Banco


Proteco do eixo

Tabela 2.5 Caractersticas do kart da Tony Kart

2.3 REGULAMENTAO E RECOMENDAES

2.3.1 REGULAMENTO TCNICO

Para uma melhor percepo de alguns conceitos e parmetros relacionados com este

desporto e com este tipo de veculos, entendeu-se como necessrio recorrer a alguma

legislao para que esta metodologia tivesse presente a coerncia e o rigor assumidos pelas

principais organizaes desta modalidade que o karting.

Sendo assim, de seguida apresenta-se um resumo do que mais importante para este

estudo pode ser retirado de regulamentos de competio elaborados por algumas federaes

[4].

2.3.1.1 Definies

Definio de um kart

Um kart um veiculo terrestre monolugar, sem tecto nem habitculo, sem suspenso,

com ou sem carroaria, equipado com 4 rodas no alinhadas que esto em contacto com o

solo, das quais as duas da frente asseguram a direco e as duas traseiras, ligadas por um

eixo monobloco, a locomoo. As partes principais so o chassis (incluindo a carroaria), os

pneus e o motor.

Aquisio de dados

Qualquer sistema (com ou sem memria) instalado num kart e que permita ao piloto

durante ou aps a corrida, ler, indicar, adquirir, registar, informar ou transmitir toda a

informao.

Partes mecnicas

Todas as necessrias propulso, direco e travagem, bem como todo o acessrio,

mvel ou no, necessrio ao seu normal funcionamento.

12

Chassis

Estrutura de conjunto do kart que engloba todas as partes mecnicas e de carroaria,

incluindo qualquer pea solidria com a referida estrutura.

Quadro

Parte portadora principal e monobloco do chassis, recebendo as peas principais e

auxiliares.

Motor

Cilindrada Volume V engendrado no(s) cilindro(s) do motor pelo deslocamento

ascendente ou descendente do(s) pisto(s), expresso em centmetros cbicos [4]:

V = 0,7854 x d2 x l x n (1)

em que: d = dimetro, l = curso, n = nmero de cilindros.

Reservatrio de carburante

Qualquer capacidade que contenha carburante, susceptvel de correr para o motor.

Roda

definida pela jante com pneu e serve para a conduo e/ou locomoo do kart.

2.3.1.2 Prescries gerais

Kart

Quanto s exigncias gerais, um kart compe-se de chassis-quadro (com ou sem

carroaria), pneus e motor. Deve cumprir com as seguintes condies gerais:

Posio de conduo: sobre o banco com os ps para diante;

Nmero de rodas: 4 (quatro);

Material: a utilizao de titnio no chassis proibida.

De seguida so referenciadas as exigncias especiais.

Chassis

composto pelo seguinte:

Figura 2.9 Chassis de um kart

13

a) Chassis-quadro a parte central e portadora de todo o kart, serve de conexo

rgida das partes principais correspondentes do chassis e incorporao de peas auxiliares e

confere ao kart a resistncia necessria s foras eventualmente suportadas quando em

marcha.

b) Peas principais do chassis todas as partes que transmitem as foras da pista ao

chassis-quadro apenas por intermdio dos pneus: jantes com suporte, eixo traseiro, mangas de

eixo, eixos pivots e suportes de eixo dianteiro e de eixo traseiro.

O veio traseiro (eixo) deve ter um dimetro exterior mximo de 50 mm e uma

espessura de parede mnima em qualquer ponto, de 1,9 mm. A tabela de equivalncia das

espessuras em funo dos dimetros externos pode ser visualizada no Anexo A.

c) Peas auxiliares do chassis: fixaes dos traves, do motor, do escape, da direco,

do banco, dos pedais, dos pra-choques e do silenciador de admisso. Com a finalidade de

tornar o kart mais slido, podem ser acrescentados mais tubos e perfis (peas auxiliares). No

entanto, essas peas no devem representar um risco para a segurana do condutor e para os

outros concorrentes.

Piso

Deve existir um piso em material rgido, unicamente desde a travessa central do

quadro at dianteira do kart, sendo rematado lateralmente por um tubo ou um rebordo que

impeam os ps do piloto de escorregarem para fora da plataforma. Um orifcio com um

dimetro mximo de 35 mm autorizado mas unicamente para aceder coluna de direco.

Carroaria

constituda por todas as partes do kart em contacto com o ar exterior (com excepo

das peas mecnicas referidas no ponto relativo ao chassis), o reservatrio e os porta-

nmeros. Deve ter um acabamento irrepreensvel e no ser de carcter provisrio nem possuir

nenhuma aresta viva.

A carroaria tem de ser constituda, obrigatoriamente para todas as categorias, por

duas caixas laterais, por uma carenagem dianteira e um painel frontal, e, facultativamente, por

uma carenagem traseira. Toda a carroaria deve ser homologada pela CIK/FIA. De salientar

Figura 2.10 Chassis-quadro

14

que a juno dos trs elementos da carroaria homologados de marcas ou modelos diferentes

autorizada. As duas caixas laterais devem ser utilizadas conjuntamente.

Quanto aos materiais, eles devem ser no metlicos e a fibra de carbono, o kevlar e a

fibra de vidro so proibidos, excepto para a categoria Superkart. Para todas as categorias, no

caso do material ser plstico, este dever ser do tipo no estilhavel, no apresentando

arestas vivas em caso de ruptura.

Transmisso

A transmisso de movimento deve sempre ser efectuada pelas rodas traseiras. O seu

mtodo livre, mas proibido qualquer tipo de diferencial, seja pelo eixo, pelo cubo da roda ou

por qualquer outro meio.

Na parte traseira do kart, mais propriamente no eixo, e numa zona perto dos extremos,

esto localizados os sistemas de travagem e acelerao. Do lado esquerdo do veculo (quando

este est a ser visto da retaguarda), temos o sistema de travagem que composto por um jogo

de pastilhas e pina, podendo esta ltima ser hidrulica ou mecnica.

Do outro lado do veio, aproximadamente numa zona equivalente, encontra-se a

cremalheira e a respectiva corrente, responsvel por transmitir o movimento de rotao ao veio

e por sua vez ao kart.

Figura 2.11 Exemplo de carroaria

Caixa lateral

Painel frontal

Carenagem dianteira

Figura 2.12 Exemplo de sistema de travagem hidrulico

15

Proteco de Corrente/Correia

Este tipo de proteco obrigatrio em todas as Categorias com ligao directa e deve

criar uma proteco eficaz em cima e dos dois lados expostos da corrente e do pinho e

prolongar-se, no mnimo, at ao plano inferior do eixo traseiro.

Suspenso

interdito o uso de qualquer dispositivo de suspenso, elstico ou articulado. Assim,

os dispositivos de amortecimento hidrulicos, pneumticos, ou mecnicos so proibidos em

todo o kart.

Direco

A direco deve ser controlada por um volante de forma circular com um permetro

contnuo. Por razes de segurana o volante no deve apresentar nenhuma parte angulosa.

Uma parte correspondente a 1/3 do crculo (superior ou inferior) pode apresentar um raio

diferente ou ser em linha recta.

No caso de existir um dispositivo de medida montado no volante, ele no poder

ultrapassar em mais de 20 mm o plano que assenta sobre o volante, nem ter arestas vivas.

Todos os elementos da direco devero comportar um sistema de fixao que oferea

completa segurana (porcas com cavilhas ou freios, contra - porcas ou porcas autoblocantes).

A coluna de direco deve apresentar um dimetro mnimo de 18 mm e uma espessura mnima

de 1,8 mm. A direco deve, obrigatoriamente, ser montada com um sistema de clip de

segurana para a porca de fixao ao apoio inferior.

Figura 2.13 Cremalheira e corrente

Figura 2.14 Exemplo de uma coluna de direco

16

De realar ainda os elementos responsveis pela mobilidade da direco do kart, que

so as mangas de eixo. Estas permitem a ligao entre o cubo da roda e os tirantes. Por sua

vez, os tirantes iro fazer a ligao coluna de direco. As ligaes referidas so feitas por

intermdio de rtulas de direco.

Banco

O banco do condutor deve ser concebido de modo a que o piloto fique eficazmente

encaixado, evitando desta forma, qualquer "escorregamento" para a frente ou para os lados,

nas curvas ou nas travagens.

De salientar ainda que o banco deve estar fixo ao chassis, no mnimo, em quatro

pontos distintos por motivos de segurana. Os pontos posicionam-se, normalmente, nas faces

laterais e na aba dianteira do banco.

Pedais

O sistema de pedais, qualquer que seja a sua posio, no dever de forma alguma

ultrapassar o chassis. Este sistema constitudo por dois pedais, o do acelerador e o do

travo. O pedal do acelerador ligado ao motor do kart por um sistema de bicha e cabo. Este

cabo deve estar fixo ao chassis de forma a no ficar totalmente esticado nem apresentar folgas

que possam ser prejudiciais conduo do veculo. De modo a aumentar a segurana, este

pedal deve possuir uma mola de retrocesso e ter um parafuso na sua dianteira, cuja funo

servir de barreira de esforo do cabo do acelerador (um fim de curso) e evitar que este se

quebre.

Figura 2.15 Tirante da direco

Figura 2.16 Pedal do acelerador

17

No que diz respeito ao pedal do travo, no caso do sistema ser hidrulico, deve existir

um cabo de ligao do pedal bomba, e consequente ligao ao respectivo travo do kart que

se apresenta na traseira do veculo. Este componente deve ser constitudo por uma ligao

dupla, para que em caso de falha de um dos cabos, no exista a possibilidade de ficar sem

travo.

Motor

Por motor entende-se o conjunto propulsor do veculo em estado de marcha, e

constitudo por um bloco cilindro, crter, eventualmente caixa de velocidades, um sistema de

ignio, um ou vrios carburadores e um silenciador de escape. A utilizao de qualquer

sistema de injeco proibida, bem como a pulverizao de qualquer produto que no seja o

carburante. De referir que o motor deve ser sem compressor ou qualquer outro sistema de

sobrealimentao.

Quanto sua localizao, o motor est fixo ao chassis e posiciona-se do lado direito do

kart, ao lado do banco. Este componente tem uma ligao ao reservatrio de combustvel, ao

pedal do acelerador e ainda corrente.

Reservatrio de Combustvel

Este componente deve estar fixo ao chassis e concebido de tal forma que, por ele ou

pelas tubagens de alimentao, no exista o perigo de fuga ou derrame durante a prova. Deve

alimentar o motor somente sob a presso atmosfrica normal e estar situado entre os tubos do

chassis, frente do banco e atrs da linha de rotao das rodas da frente. O reservatrio deve

ainda possuir dois orifcios, um destinado ao abastecimento do motor e outro para a entrada de

ar.

Figura 2.17 Exemplo de motor

Figura 2.18 Reservatrio de Combustvel

18

Rodas Jantes e Pneus

As rodas so constitudas por jantes que, por sua vez, devem estar equipadas de

pneus (com ou sem cmara de ar). De salientar que as rodas da frente devem apresentar

rolamentos e o nmero de rodas fixado em 4. Por jogo de pneus, designa-se 2 pneus da

frente e 2 pneus de trs. Qualquer outra combinao interdita.

Por ltimo, referir que s os pneus podem estar em contacto com o solo quando o

condutor est a bordo.

2.3.2 RECOMENDAES PARA O KARTING DE LAZER

Sendo a elaborao de um produto para crianas um dos objectivos do presente

trabalho, torna-se crucial falar acerca do factor segurana. Sero deste modo, abordados neste

ponto, as mais importantes regras que esto associadas a uma utilizao segura dos karts de

lazer.

Tendo iniciado a pesquisa de regulamentos ou recomendaes nos rgos

portugueses a que dizem respeito a composio destes artigos, nomeadamente a FPAK,

apenas foram encontradas determinaes relativas ao karting de competio. A segurana dos

karts estabelecida pela federao portuguesa pelo seguinte: Os Karts apenas sero

autorizados a competir se estiverem num estado que corresponda s normas de segurana e

se estiverem em conformidade com o Regulamento. Devero ser concebidos e mantidos de

modo a permitir o respeito pelo Regulamento e no constituir um perigo para o condutor e os

outros participantes [2].

Uma vez que a federao nacional no contempla nenhum tipo de legislao sobre

segurana relativa aos karts de lazer, efectuou-se uma pesquisa em outras federaes,

principalmente na internacional, no tendo, da mesma forma, encontrado algum documento

que dite parmetros ou normas relacionados com a mesma temtica. Deste modo, abrangeu-

se a pesquisa a outro tipo de instituies, tendo sido encontrada uma referncia no rgo

francs que elabora vrios tipos de normas (AFNOR). Esta referncia, de nome NF S52-002,

assume-se para este trabalho como um documento guia que ir ser seguido para estabelecer

ou definir alguns componentes relativos segurana do kart em desenvolvimento [5]. Os itens

mais importantes desta norma podero ser visualizados no Anexo B.

Figura 2.19 Jantes e Pneus

19

3 - DESENVOLVIMENTO DO CONCEITO

3.1 DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO

O desenvolvimento de produto o conjunto de actividades que se iniciam com a

compreenso de uma oportunidade de mercado e finalizam com a produo, venda e entrega

de um produto [6]. A realizao dessas actividades, bem como o seu

relacionamento/interaco, respeita uma metodologia estruturada, a qual apresenta as

seguintes vantagens: torna mais explcito o processo de deciso, providencia uma lista de

tarefas, de forma a que no sejam esquecidos certos passos essenciais para o processo de

desenvolvimento, reduz o tempo e custo de desenvolvimento e aumenta a experincia de toda

a equipa para projectos futuros. Esta metodologia caracterizada por diversas etapas [7]:

Fase 0 Planeamento: esta fase serve para analisar o mercado e verificar

a existncia ou no de empresas que fabriquem produtos que se possam assumir como futuros

competidores. Mais especificamente, corresponde fase em que se inicia a pesquisa de

mercado, com vista obteno dos pontos fortes e dos pontos fracos apresentados pelos

produtos mais susceptveis de se tornarem concorrentes do produto a desenvolver.

Fase 1 Desenvolvimento de Conceitos: esta fase caracterizada pela

realizao de vrias tarefas, onde a primeira trata da identificao das necessidades dos

clientes, de modo a traduzi-las em especificaes realistas. Aps este passo, necessrio

realizar o estabelecimento das especificaes de produto, que no mais do que um processo

de converso das necessidades em especificaes. Neste campo, ainda importante

seleccionar as especificaes dos produtos concorrentes, com vista a atingir as especificaes

finais. A tarefa seguinte a executar passa pela gerao de conceitos, a qual deve englobar as

fases de clarificao do problema, procura externa e procura interna. Aps o desenvolvimento

de vrios conceitos, aplicam-se mtodos quantitativos e qualitativos com vista definio da

soluo final seleco do conceito.

Fase 2 Desenvolvimento de Sistemas: esta fase pode ser iniciada

conjuntamente com as tarefas da fase anterior e abrange, para alm das referidas, o teste aos

conceitos (atravs de modelos de CAD, prototipagem rpida, entre outros) e a arquitectura de

produto (onde se definem os critrios de modularidade do produto, os sub-sistemas e o

respectivo projecto de integrao de sub-sistemas).

Fase 3 Projecto de Detalhe: nesta fase trata-se do design industrial, ou

seja, realizam-se as tarefas de desenho de fabrico e de preparao da construo de um

prottipo.

Fase 4 Teste e Refinamento: a fase onde se procede identificao

dos componentes crticos do produto cujo desempenho deve ser avaliado e, se possvel,

melhorado.

Fase 5 Incio da Produo.

20

3.2 FORMULAO DO PROBLEMA

Este captulo diz respeito s especificaes do produto e pretende explorar as

condicionantes que se vo impor

Documents

Desenvolvimento de Conceito e Análise Estrutural de um Kart que