Mecânica de Contato

Contato de Rolamento

A roda é o elemento de vínculo de contato entre o veículo e a pista. Permite o deslocamento longitudinal suportando a carga vertical e limitando os movimentos lateral e longitudinal. Este elemento vincular de contato de rolamento permite o movimento de translação longitudinal paralelo ao seu  plano de rotação e restringe quatro graus de liberdade (y, z, wx e wz). Para o caso de roda ferroviária, inteiramente de aço, ocorrem deformações muito pequenas. O conceito de escorregamento é fundamental para a compreensão do fenômeno de transmissão das forças horizontais no contato de rolamento. A força de contato entre dois corpos em rolamento é relacionada com deformação local produzida pela diferença entre a velocidade de translação e velocidade de rolamento.  Veja este  ARTIGO para saber mais.

 

 

No caso Metro-ferroviário o rodeiro rígido com rodas metálicas cônicas forma um par de contato com os dois trilhos d via férrea. Este par tem a função de alinhas o rodeiro no trafego em trecho reto e permitir a inscrição adequada das curvas.

 

 

 

 

 

Outro aspecto importante é a identificação das propriedades de contato entre as rodas cônicas do rodeiro e os trilhos na bitola da via conforme ilustrado no vídeo a seguir:

 

 

As propriedades de contato do sistema rodeiro (duas rodas cônicas) com a via férrea (dois trilhos) são:

Passeio lateral do ponto de contato na roda em função do deslocamento lateral do rodeiro;
Passeio do ponto de contato no trilho em função do deslocamento lateral do rodeiro;
Pontos de contato Roda-Trilho e Elipses;
Diferença de Raios de Rolamento entre as Rodas;
Inverso da conicidade efetiva;
Ângulo de contato na Roda;

Área da elipse de contato;
Tensão de contato;
Raio de Inscrição do Rodeiro.

Cada propriedade revela características representativas do comportamento em rolamento com distribuição da carga (passeio), ângulo de contato (segurança), estabilidade (conicidade), área de contato (tensão) e inscrição em curvas (Desgaste).

 

 

 

 

Interação Veículo Pavimento (Via)

A movimentação dinâmica do veículo é decorrente do traçado geométrico e irregularidade da superfície que lhe dá suporte. No caso de veículos metro-ferroviários a via férrea provê a guia para os rodeiros (conjunto rígido formado por duas rodas cônicas e um eixo). A variação da cota vertical da superfície do pavimento pode ser linear (pista inclinada) ou variável (irregularidade oscilatória). Pode conter um comprimento de onda longo (pista inclinada passando sobre um montanha) ou um comprimento de onda curto (depressão ou buraco na pista). De forma geral a superfície contem ondulações com diferentes comprimentos de onda cada comprimento com sua amplitude típica e fase correspondente.

 

Irregularidade de Superfície

A irregularidade da superfície pode ser periódica (repetitiva) ou aleatória. No caso da repetição pode-se definir um período (comprimento de onda) e uma amplitude (magnitude da variação da onda). Em geral a superfície tem forma aleatória podendo conter repetições determinísticas ou randômicas. As propriedades estatísticas podem descrever as irregularidades com fundamentos matemáticos. Uma das formas científicas de quantificar a irregularidade de uma superfície é utilizar a técnica espectral. Nesta técnica a cota vertical da superfície é descrita por seu conteúdo em comprimento (espectro).

 

PNEU

O pneu automotivo é o elemento de vínculo de contato entre o veículo e a pista. Permite o rolamento provendo o deslocamento longitudinal suportando a carga vertical e limitando adicionalmente os movimentos lateral e longitudinal. Como a roda possui uma cobertura elástica de borracha, as forças vinculares em geral produzem deformação. O conceito de deformação é fundamental para a compreensão do fenômeno de transmissão das forças horizontais no contato de rolamento. A força de contato entre dois corpos em rolamento é relacionada com deformação local produzida pela diferença entre a velocidade de translação e velocidade de rolamento que pode ser apreciada no próximo vídeo

 

 

Aquaplanagem de Pneu

 

Para mais informações sobre a física do contato entre corpos, acesse:

Para mais informações sobre contato de rolamento e física do contato entre corpos, leia artigo ou acesse:

Descrição das Forças de Interação e Contato

TU_Delft – Holanda  Laboratórios na Universidade de Delft,  teste de rodas e pantógrafos.

TU-Delft – Holanda  Teste de trilhos

Laboratório  Poly-Pedal  ; Universidade de Berkeley.