livro pdf Elementos de Maquinas

Prévia do material em texto

Indaial – 2019
Práticas de 
elementos de máquinas
Prof.a Vanessa Moura de Souza
1a Edição
Copyright © UNIASSELVI 2019
Elaboração:
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
SO729p
Souza, Vanessa Moura de
Práticas de elementos de máquinas. / Vanessa Moura de Souza. 
– Indaial: UNIASSELVI, 2019.
170 p.; il.
ISBN 978-85-515-0388-1
1. Elementos de máquinas. - Brasil. II. Centro Universitário 
Leonardo Da Vinci.
CDD 620
III
aPresentação
Caro acadêmico! Neste momento, você está iniciando o estudo da 
disciplina de Prática de Elementos de Máquina, que tem como objetivo 
complementar as disciplinas de Elemento de Máquina I e II através de 
teorias e técnicas de estudos atuais, assim como sugestões de projetos e 
práticas. Seja bem-vindo!
Sou a professora Vanessa Moura de Souza, Engenheira Mecânica, 
Mestre em Engenharia com ênfase em processos de fabricação, Especialista 
em Educação para Engenharia, cursando doutorado e lecionando há alguns 
anos. É com grande satisfação que escrevo este livro didático com o intuito 
de que você, acadêmico, se aproxime desta disciplina e perceba quanto o 
seu estudo é indispensável na otimização de produtos, na implementação 
de novas tecnologias, na prevenção de falhas e melhorias de processos já 
existentes. Nossa meta, como professora de mecânica, é através deste livro 
didático despertar seu interesse pela disciplina, pela pesquisa científica, 
preparando-o para uma formação profissional promissora e concreta.
Na Unidade 1, estudaremos as técnicas que norteiam os projetos 
em engenharia: aplicações, questões organizacionais e patentes assim como 
estrutura de máquina nos quesitos de designer e ergonomia. Estudaremos 
também a tribologia das superfícies e aplicação desses conceitos no aumento 
da vida útil de ferramentas com a engenharia de superfície. 
A Unidade 2 abrangerá um conceito mais prático: mecanismos, 
seus pares e aplicações seguido de ensaios mecânicos e tribológicos para 
garantirem a escolha certa de cada elemento de máquina.
A Unidade 3 contempla as ferramentas de análise de projetos, 
contemplando estudos tecnológicos recentes. Com o estudo dessa unidade, 
você será capaz de projetar peças e máquinas, além de realizar pequenas 
simulações com elementos finitos.
Boa leitura e bons estudos!
Prof.ª Vanessa Moura de Souza
IV
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há 
novidades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova 
diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também 
contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade 
de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto 
em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
NOTA
V
VI
VII
UNIDADE 1 – PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES..........................................................1
TÓPICO 1 – TÉCNICAS DE PROJETO .............................................................................................3
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................3
2 TÉCNICAS DE PROJETOS E PATENTES .....................................................................................4
3 ESTRUTURA E DESIGN DE MÁQUINAS ...................................................................................7
RESUMO DO TÓPICO 1......................................................................................................................24
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................25
TÓPICO 2 – TRIBOLOGIA..................................................................................................................31
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................31
2 DEFINIÇÃO .........................................................................................................................................32
3 ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA CONFORMAÇÃO MECÂNICA ......................................35
4 ATRITO E DESGASTE ......................................................................................................................37
RESUMO DO TÓPICO 2......................................................................................................................41
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................42
TÓPICO 3 – ENGENHARIA DE SUPERFÍCIES .............................................................................43
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................43
2 MATERIAIS DE ENGENHARIA .....................................................................................................43
3 TÉCNICAS DE ENGENHARIA DE SUPERFÍCIES ....................................................................51
3.1 ASPERSÃO TÉRMICA OXICOMBUSTÍVEL DE ALTA VELOCIDADE – 
 HIGH VELOCITY OXYFUEL (HVOF) .........................................................................................53
3.1.1 Preparação de superfície para deposição do revestimento ............................................55
3.2 NITRETAÇÃO A PLASMA ..........................................................................................................56
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................59
RESUMO DO TÓPICO 3......................................................................................................................64
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................65
UNIDADE 2 – ENSAIOS MECÂNICOS EM ELEMENTOS DE 
 MÁQUINAS E MECANISMOS ..............................................................................67
TÓPICO 1 – MECANISMOS ...............................................................................................................69
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................69
2 TIPOS DE MECANISMO ................................................................................................................69
3 MECANISMOS APLICADOS..........................................................................................................77
RESUMO DO TÓPICO 1......................................................................................................................85AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................86
TÓPICO 2 – ENSAIOS MECÂNICOS ...............................................................................................87
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................87
2 ENSAIO DE FLUÊNCIA....................................................................................................................88
3 ANÁLISE DE VIBRAÇÕES APLICADAS À DETECÇÃO DE FALHAS ................................89
4 ENSAIO POR ULTRASSOM ..........................................................................................................92
5 APLICAÇÕES EM ELEMENTOS DE MÁQUINAS ....................................................................94
sumário
VIII
5.1 TÉCNICAS DE DETECÇÃO DE FALHAS EM ROLAMENTOS ...........................................94
5.2 ANÁLISE DE TENSÕES EM DENTES DE ENGRENAGENS ................................................97
RESUMO DO TÓPICO 2......................................................................................................................99
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................100
TÓPICO 3 – ENSAIOS TRIBOLÓGICOS ........................................................................................101
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................101
2 TRIBÔMETRO ....................................................................................................................................101
3 PINO NO DISCO ................................................................................................................................104
4 ESFERA NO DISCO ...........................................................................................................................105
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................110
RESUMO DO TÓPICO 3......................................................................................................................115
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................116
UNIDADE 3 – FERRAMENTAS DE ANÁLISE ...............................................................................119
TÓPICO 1 – DESENHO DE MÁQUINA ..........................................................................................121
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................121
2 CROQUI E ESBOÇO DIGITAL ......................................................................................................122
3 PROTOTIPAGEM DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS .............................................................128
RESUMO DO TÓPICO 1......................................................................................................................131
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................132
TÓPICO 2 – SIMULAÇÃO POR ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS ..................................133
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................133
2 ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS ..........................................................................................134
3 FERRAMENTA COMPUTACIONAL GRÁFICA: CÍRCULO DE MOHR ..............................137
RESUMO DO TÓPICO 2......................................................................................................................140
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................141
TÓPICO 3 – ESTUDOS DE CASO .....................................................................................................143
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................143
2 MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS NO ESTUDO DAS TENSÕES 
 DE FLEXÃO EM ENGRENAGENS ................................................................................................143
3 ANÁLISE DAS SOLICITAÇÕES DO BRAÇO DO FREIO DE UMA BICICLETA ...............148
4 ANÁLISE DAS SOLICITAÇÕES EM UM MECANISMO DE QUATRO BARRAS .............153
LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................................159
RESUMO DO TÓPICO 3......................................................................................................................163
AUTOATIVIDADE ...............................................................................................................................164
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................................165
1
UNIDADE 1
PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• entender o conceito de projeto vinculado à engenharia e a produtos;
• identificar patentes, executar buscas e confecções básicas;
• aplicar os conceitos da tribologia em projetos mecânicos;
• selecionar materiais conforme sua aplicação;
• otimização de vida útil de superfícies através de técnicas de revestimento.
Esta unidade está dividida em três tópicos. Em cada um deles você encontrará 
atividades visando à compressão dos conteúdos apresentados.
TÓPICO 1 – TÉCNICAS DE PROJETO
TÓPICO 2 – TRIBOLOGIA
TÓPICO 3 – ENGENHARIA DE SUPERFÍCIE
2
3
TÓPICO 1
UNIDADE 1
TÉCNICAS DE PROJETO
1 INTRODUÇÃO
Caro acadêmico, você já refletiu a respeito da importância dos projetos de 
máquina? Da manufatura aplicada em produtos brutos? Países de terceiro mundo 
são países que se caracterizam por apenas ser regiões de extração e fabricações 
simples, manutenção para manter esse ciclo; enquanto países de primeiro mundo 
desenvolvem, criam, inovam e agregam valor a produtos. É de suma importância 
que nós, futuros engenheiros, sempre trabalhemos no sentindo de manufaturar 
para potencializar a matéria-prima, ou seja, agregar valor e desenvolvê-la para 
aumentar os lucros e os ganhos por trás de cada venda. 
Atualmente, o Brasil é competitivo em uma série de itens, mas em sua 
maioria, com produtos de baixo valor agregado, por exemplo, café, soja, suco de 
laranja, celulose, minério de ferro. Vamos fazer uma comparação? Se em termos kg 
a soja custa R$ 0,10, o ferro R$ 10,00, um automóvel R$ 100,00, um avião R$ 10.000,00 
e um satélite 50.000,00, pode-se perceber que quanto mais processos de manufatura 
envolvidos na produção do item ou quanto mais complexo é o material maior será 
o valor de venda. Por isso, a importância de aplicarmos os conhecimentos obtidos, 
buscando sempre o desenvolvimento das matérias-primas obtidas. 
Segundo Asimow (1968), projeto de engenharia é uma atividade orientada 
para o atendimento das necessidades humanas, principalmente aquelas que 
podem ser satisfeitas por fatores tecnológicos da nossa cultura. É um processo 
inovador e altamente interativo, multidisciplinar e de tomada de decisões, 
algumas próprias da criatividade do engenheiro, outras técnicas e legislativas. 
A engenharia é uma mistura criteriosa de ciência e arte; em que a ciência 
consiste no conhecimento organizado e a arte na habilidade adquirida, ou seja, 
na criatividade, intuição, estudo, observação e experiência. O engenheiro deve 
possuir habilidades suficientes para prever situaçõesde risco, além de saber 
relacionar tecnologia, fabricação com designer, ética e economia. Ao longo deste 
tópico, estudaremos alguns desses aspectos.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
4
2 TÉCNICAS DE PROJETOS E PATENTES
A abordagem científica, sua organização e métodos começaram a ser 
estudadas e interpretadas a partir dos anos 1950 devido ao grande progresso 
tecnológico obtido durante a Segunda Guerra Mundial. A primeira Conferência 
de Técnicas de Projetos aconteceu em Londres em 1962 e é considerada o evento 
que marcou o lançamento de metodologia de projeto como objeto de pesquisa.
A primeira geração de pesquisadores desta área foi Asimow (1962), 
Woodson (1966), Cain (1969), Koller (1976), Rodenacker (1976), Pahl e Beitz 
(1977) com abordagens específicas de métodos de projeto. Já na segunda geração 
descaram-se os estudiosos Blanchard e Fabrycky (1981), Pugh (1991), Ullman 
(1992), Clausing (1993), Rozemburg e Eekels (1995), Ulrich (1995), que abordaram 
adaptação de mercado consumidor globalizado, ou seja, conhecimento específico 
vinculado às necessidades do cliente.
Atualmente, um projeto cria e resolve circunstâncias que a sociedade, 
às vezes, sequer tinha noção de que necessitava; no século passado os projetos 
atendiam necessidades imediatas da sociedade, não se previam essas situações 
antes delas chegarem aos clientes. Existem diversos tipos de projetos, entre os 
quais se destacam:
• Projeto adaptativo – é baseado em um projeto já existente, porém os princípios 
de solução são conservados. Envolve adaptação de produto, atualização.
• Projeto evolutivo – inicia-se sobre um projeto existente focando na atualização, 
por exemplo escala, limites, conceitos.
• Projeto inovador – é um projeto totalmente novo, porém baseado em princípios 
científicos e uso da criatividade. Não está necessariamente relacionada a uma 
invenção em si (ASIMOW, 1968).
Há também os projetos baseados em métodos (ASIMOW, 1968):
• Projeto racional – é baseado pela determinação das tensões e deformações e 
assim dimensionado os componentes.
• Projeto empírico – baseado em fórmulas empíricas e experimentado na prático, 
pela observação e experiência.
• Projeto industrial – relacionado com as considerações industriais, normas 
versus mercado, observações da concorrência, capacidade instalada, baixo 
custo, padrões e otimização.
Criatividade é a capacidade das pessoas gerarem novos projetos, produtos 
ou ideias que, até o momento da geração eram completamente desconhecidos 
do criador, e esse elemento é diferente de inovação. Inovação é um processo de 
seleção e tradução de uma ideia em realidade enquanto a criatividade é apenas a 
geração da ideia em si. Todo tipo de projeto inicia através da mesma prerrogativa: 
criatividade (FABRYCKY, 1981). Claro, sem dúvidas, há uma série de etapas que 
devem ser consideradas no desenvolvimento de um produto, conforme se observa 
na Figura 1, mas a criatividade aliada a recursos técnicos, sempre estão presentes. 
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
5
FIGURA 1 – DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE PRODUTO: PROCESSO DE PROJETO
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2017, p. 11) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/3950501/mod_resource/content/0/aula2_tecnicas_de_projeto.pdf>. 
Acesso em: 18 jun. 2019.
Reconhecimento da necessidade
Definição do problema
Síntese
Análise e otimização
Avaliação
Documentação
A ruptura da tecnologia existente e a adoção de uma tecnologia inovadora 
se dá com o passar do tempo, com a resposta do mercado. As fases fundamentais 
de um projeto se baseiam na Figura 1, na qual:
• O reconhecimento da necessidade são as informações sobre a necessidade 
de um produto. Envolve pesquisa de mercado, oportunidades, tecnologia, 
criatividade, definição do produto, segmento do mercado e riscos. 
• Já a definição do problema são as especificações do produto. 
• A síntese do produto está relacionada ao projeto propriamente dito: conceito, 
forma, design e dimensões. Emprega-se modelagem geométrica nesta etapa, 
geralmente por Desenho Assistido por Computador (CAD).
• Análise e otimização é a análise e melhoria da proposta apresentada pela 
síntese do produto, empregam-se cálculos e simulações através de Engenharia 
Assistido por Computador (CAE). 
• Avaliação do protótipo físico ou digital, verifica-se o atendimento das 
especificações impostas na definição do problema. 
• Documentação, desenhos de fabricação e métodos, novamente utiliza-se o 
desenho automatizado (FORTULAN, 2019).
É muito importante a utilização destas etapas na pesquisa e concepção de um 
projeto ou produto, como se pode ver na Figura 2, quanto maior o investimento em 
conceito e planejamento menor será o custo com protótipos e com a produção em si.
FIGURA 2 – GRÁFICO DESEMPENHO X CUSTO
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2017, p. 18)
<https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3950501/mod_resource/content/0/aula2_tecnicas_
de_projeto.pdf>. Acesso em: 18 jun. 2019.
Con
ceit
ual
Plan
ejam
ent
o
Pro
tóti
po
Pro
duç
ão
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
6
Outra etapa interessante e necessária ao desenvolver um produto é 
a confecção de uma patente. Patente é uma concessão pública, conferida pelo 
estado, que garante ao seu titular a exclusividade ao explorar comercialmente a 
sua criação. A propriedade intelectual é um fator decisivo para o desenvolvimento 
econômico e social sustentável de um país, pois, para somar a sua competitividade 
precisa criar um ambiente de negócios de modo a proporcionar as empresas a 
proteção ao investimento e ao estímulo a inovação e a capacitação tecnológica. 
Logo, é essencial a existência de um respaldo jurídico por meio de uma legislação 
atual sobre as regras para marcas e patentes e sobre a propriedade intelectual 
(ROZEMBURG, 1995).
Entre as nações que buscam posicionar a produção do conhecimento no 
meio do desenvolvimento econômico e social, o Brasil se encontra em situação 
intermediária. A defesa da propriedade intelectual produziu efeitos benéficos 
para as grandes potências e para as economias emergentes, a utilização do sistema 
de propriedade intelectual proporciona desenvolvimento econômico, tecnológico 
e social pois instiga a produtividade e a geração de empregos internos.
No Brasil, o órgão que gerencia a emissão de patentes é o Instituto 
Nacional de Produtividade Intelectual (INPI). Este instituto exige minimamente 
um relatório descritivo para o pleito de uma patente. De acordo com Marson 
(2014), toda patente bem redigida contém os itens:
• Título
• Campo da invenção
• Estado da técnica
• Objetivo da invenção
• Sumário da invenção
• Breve descrição das figuras
• Descrição detalhada da invenção
• Reivindicações
• Resumo.
O título deve descrever detalhadamente a patente, incluindo palavras-
chave e de maneira objetiva. No campo de invenção faz-se uma descrição da 
utilização da patente, ou seja, onde ela se insere, como definida. O estado da 
técnica é a relação com outras patentes já existente, comparando, diferenciando 
e defendendo o ineditismo dela; mostram-se as inovações e o que existe não 
atende às necessidades atuais. O objetivo da invenção, como próprio nome diz, 
significa apresentar quais são as metas e expectativas da criação e, mais uma vez, 
demonstrar seu diferencial. Na sequência temos o sumário da invenção o qual 
engloba a descrição resumida das funcionalidades da criação, seu funcionamento 
seguido da breve descrição das figuras. Por fim, na descrição detalhada da 
invenção se faz a explicação da invenção e se buscam as figuras e seus números 
para explicar o funcionamento do equipamento, também se reforçam as diferenças 
com as outras patentes e declara-se que todo o descrito é objeto de patente. As 
reivindicações são enumeradas de 1 a n, a partir de 10 haverá custo adicional. 
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
7
Reivindicação 1 – apresentação da principal reivindicação, a caracterização; a 
Reivindicação 2 – deve ser relacionada coma anterior e assim sucessivamente, 
por exemplo: dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela 
justificativa adequada do processo. O resumo deve apresentar o título e resumo 
da patente, em parágrafo único. 
Durante o processo de documentação e estabelecimento da patente podem 
ocorrer questionamentos, pois os técnicos responsáveis executam um relatório 
de busca de anterioridade, por isso, é importante descrever e caracterizar a 
criação, sabendo desenvolver respostas e mostrar as diferenças e ineditismo, caso 
encontrado um produto similar na busca, defendendo assim a patente.
Acadêmicos! Neste link, você terá acesso a um exemplo de desenvolvimento 
de patente e todo o passo a passo de confecção. Acesse e aproveite: https://edisciplinas.
usp.br/course/view.php?id=51891.
DICAS
3 ESTRUTURA E DESIGN DE MÁQUINAS
Máquina é um dispositivo, engenho, equipamento capaz de transformar 
uma forma de energia em outro ou utilizar essa energia para produzir determinado 
mecanismo. Facilita a realização de um trabalho, pois de acordo de Koller (1976), 
é capaz de:
• transferir uma força de um lugar para outro;
• mudar a direção de uma força;
• aumentar a magnitude de uma força;
• aumentar a velocidade de uma força;
• automatizar uma força.
Uma máquina é constituída basicamente de estrutura, movimentação, 
atuação e controle, conforme mostra a Figura 3.
FIGURA 3 – CONSTITUINTES DE UMA MÁQUINA
FONTE: A autora
Estrutura
• Material
• Desenho
• Fabricação
Movimentação
• Linear
• Rotativo
• Contínuo
• Pulsante
Atuação e Controle
• Hidráulico ou 
Pneumático
• Rotativo de motor
• Precisão e estabilidade
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
8
É de extrema importância a consideração de alguns aspectos em um 
projeto de máquina, nessa mesma estrutura da Figura 3, como os tipos de cargas 
e tensões causadas pelo carregamento, por exemplo: cargas estáticas e dinâmicas, 
choques eventuais ou impactos relacionados à velocidade de aplicação, tensões 
normais de tração e compressão, cisalhamento, flexão e tensões térmicas. O 
desenho e as dimensões serão determinados pela aplicação de forças ou torque 
nos componentes de tal forma que uma falha, ruptura ou deformação excessiva 
não ocorra. Além da cinemática da máquina, ou seja, os movimentos dos 
componentes, é necessário encontrar uma disposição simples, mas eficiente. 
Associado à seleção dos materiais, suas propriedades e comportamento em 
condição de trabalho: resistência, dureza, durabilidade, flexibilidade, peso, 
resistência ao calor, corrosão, condutividade elétrica, usinabilidade, entre outros.
 
A estrutura tem a função de receber esforços, ter resistência e rigidez 
necessária; também localiza e posiciona os componentes, amortece as vibrações, 
recebe e conduz calor, logo, é necessário projetar as questões de expansão térmica e 
condutividade. Precisa ser uma estrutura funcional, ergonômica e estética. A forma 
segue a função; a função e a estética devem ser tratadas com igual importância.
FIGURA 4 – (a) ESTRUTURA EM L; (b) ESTRURA EM PONTE 
FONTE: Adaptado de SLOCUM (1992)
Mesa de trabalho Mesa de trabalho
ZZ
Y
Y
X
X
A Figura 4 apresenta dois tipos de estrutura em L e em ponte. Ambas as 
estruturas têm suas vantagens e desvantagens, por exemplo, na Figura 4(a) na 
estrutura em L, a mesa de trabalho fica mais ampla e com movimento em x e y, 
porém o eixo da ferramenta mantém-se apenas em Z. Na Figura 4(b) observa-
se movimentação nos eixos y e z, porém a mesa de trabalho fica mais estrita na 
questão de área e na movimentação de apenas o eixo x. 
Na fase conceitual, uma estrutura baseada no material deve ser decidida, 
as principais classes de estrutura são: ferro fundido, soldadas, granito, concreto, 
compósitos, parafusada, estrutura impressa em 3D, dentre outras. 
No Quadro 1 podem-se visualizar as características e propriedades de 
alguns desses materiais, como resistência tração (σt), resistência à compressão 
(σc), módulo de Young (E), massa específica (ρ), Dureza Brinnell, Dureza Vickers 
e tenacidade à fratura (KIC).
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
9
QUADRO 1 – CONSTITUINTES DE UMA MÁQUINA
Materiais para 
estrutura σt (MPa) σc (MPa) E (GPa) ρ (g/cm
3) Dureza Brinnell
Dureza 
Vickers
Kic.
MPa.(m) 1/2
Ferro fundido 
cinzento classe 
20
152 572 66-97 7,15 156 161 -
Fofo nodular 
ASTM A897 965 1380 163 7,1 302 - 22,1
AISI 1020 
laminado 450 - 200 7,87 143 179 51,9
AISI 1045 
laminado a 
quente
565 - 200 7,87 163 170 51,9
Alumínio 
6063-T5 186 - 68,9 2,7 60 70 209
FONTE: Adaptado de <http://www.matweb.com/search/PropertySearch.aspx>. 
Acesso em: 26 jun. 2019.
As estruturas em ferro fundido são a base da indústria de máquinas e 
ferramentas devido a sua facilidade de fundição, conformabilidade, atrito, 
amortecimento, capacidade de fabricação de grandes dimensões, baixo custo 
além das propriedades já citadas no Quadro 1. Algumas desvantagens estão 
relacionadas ao molde, baixa soldabilidade, resistência a fadiga e, no caso do 
nodular e cinzento, baixa resistência mecânica e usinabilidade. 
As estruturas soldadas geralmente podem ser fabricadas sem grandes 
investimentos de infraestrutura e equipamentos com possibilidade de montagem 
parcial e muitas vezes até totalmente em campo. Uma das grandes vantagens 
é o baixo custo, a alta resistência mecânica, usinabilidade e estabilidade. As 
desvantagens referem-se às distorções que podem ocorrer de forma geométrica 
e dimensional, falhas em juntas soldadas e mão de obra qualificada. Em 
contrapartida, as estruturas parafusadas, trazem uma rapidez de montagem, 
padronização, acabamento e facilidade de alterações.
Compósito caracteriza-se por ser um material multifásico os quais as 
propriedades sejam uma combinação, uma sinergia de duas ou mais fases que 
o constituem. Geralmente são constituídos por dois materiais distintos que 
apresentam um comportamento único e distinto através das propriedades 
individuais. As vantagens de uma estrutura fabricada com materiais compósitos 
são leveza, rigidez, estética e resistência mecânica, já as desvantagens, 
encontram-se na necessidade de juntas, na manufatura complexa e na difícil 
automação e descarte.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
10
Você sabia que o carro Lamborghini Sesto Elemento pesa apenas 999 kg? 
Esse baixo peso é devido ao compósito com o qual foi confeccionado: um pastoso de 
fibra de carbono e resina epóxi é injetado a alta pressão em moldes especiais. Este novo 
material foi chamado de Forged Composite (compósito forjado, em alusão aos processos 
de forjamento de alta pressão em moldes fechados).
CARRO FABRICADO COM COMPÓSITO
DICAS
FONTE: Adaptado de Ciência dos materiais (2014, p. 7)
<https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%20
3200%20-%20Semana%204%20-%20Compósitos.pdf>. Acesso em: 27 jun. 2019.
Estrutura impressas em 3D, também chamada de manufatura aditiva, é 
um processo de fabricação de peças tridimensionais a partir da adição de material 
em camadas planas. É uma tecnologia cuja origem se baseia em duas técnicas: 
a topografia e a fotoescultura. A primeira foi um método desenvolvido por 
Blanther, no final do século XIX, para a confecção de mapas de relevo, e consiste 
na impressão de uma série de discos de areia, contendo as curvas de nível das 
cartas topográficas. Já no início da década de 1970, Matsubara da Mitsubishi 
Motors propôs um processo fotográfico. Regiões de uma camada de fotopolímero 
recoberta por pó de grafite ou areia eram endurecidas após a exposição à luz, 
e, mais tarde, as outras partes eram retiradas com a utilização de um solvente. 
Verificou-se que essa técnica poderia ser empregada para reproduzir as superfícies 
de fabricação complexa, em função da operação da máquina.
A estereolitografia (SLA) é uma das mais utilizadas no mundo na 
fabricação de componentes 3D, baseia-se na polimerização de uma resina 
fotossensível; acrílica, epóxi ou vinil; composta de monômeros, fotoiniciadores e 
aditivos,através de um feixe de laser ultravioleta (BADOTTI, 2003). A máquina 
contém uma cuba preenchida com a resina, no interior da qual há uma plataforma 
que se movimenta na vertical. Um computador transmite para a plataforma 
a primeira camada do modelo virtual a ser polimerizada, e então o controle 
numérico da máquina posiciona a plataforma na superfície da resina e os espelhos 
galvanométricos direcionam o feixe de laser para a porção correspondente à 
primeira fatia. Desencadeia-se uma reação localizada que promove a formação 
de uma cadeia polimérica entre as moléculas do monômero dispersas na resina, 
ocorrendo a solidificação (CAPUANO; CARVALHO, 2000). A Figura 5 ilustra 
este princípio básico de funcionamento.
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
11
FIGURA 5 – FUNCIONAMENTO DA TÉCNICA DE ESTEREOLITOGRAFIA (SLA)
FONTE: Raulino (2011, p. 9)
el
ev
ad
or
 (z
)
espelhos (xy)
feixe do laser
nível da resina 
coincidente 
com o foco do 
feixe de laser
camada sendo 
construída
plataforma
faca
objeto suportes
cuba c/ resina fotossensível
ótica laser
Após a conclusão desse primeiro passo, a plataforma desce, imergindo a 
primeira camada solidificada na resina, permitindo assim que uma nova camada 
seja polimerizada sobre a primeira, e assim sucessivamente. Uma faca regulariza 
a camada de resina líquida, devido à viscosidade elevada. Quando pronto, 
o modelo sólido é removido do banho e lavado. Os suportes são retirados e o 
modelo é introduzido em um forno de radiação ultravioleta para ser submetido a 
uma cura completa (RAULINO, 2011). 
Na Unidade 3 estudaremos outras técnicas de manufatura aditiva.
ESTUDOS FU
TUROS
Outra etapa importante na constituição de uma máquina é o design. 
Afinal, que é design? Design é uma atividade especializada de caráter técnico-
científico, criativo e artístico, com vistas à concepção e desenvolvimento de 
projetos de objetos e mensagens visuais que equacionem sistematicamente 
dados ergonômicos, tecnológicos, econômicos, sociais, culturais e estéticos, que 
atendam concretamente às necessidades humanas (PUGH, 1991). Pode-se dizer 
que o design está intimamente ligado à ciência, através da aplicação da física, 
química e tecnologia aliada a uma arte útil, prática e funcional. 
O design possui alguns princípios norteadores os quais utilizam 
basicamente aspectos da matemática, podendo-se conseguir diferentes tipos de 
composições, estilos e consistência visual. Todos os princípios do design podem 
ser aplicados a qualquer projeto, e a maneira como eles são utilizados determinam 
a eficácia da mensagem e quão interessante e atraente o design será. Seguem os 
seis principais princípios norteadores do designer de acordo com Pugh (1991):
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
12
• Unidade e harmonia
• Balanço
• Hierarquia
• Escala e proporção
• Ênfase
• Similaridade e contraste
Unidade e harmonia
O conceito de unidade refere-se à similaridade, continuação, repetição 
e ritmo. Similaridade é quando um elemento se repete com outros elementos. 
Continuação é um padrão que se estende de alguma forma. Repetição são 
elementos copiados e repetidos diversas vezes. Por sua vez, ritmo se caracteriza 
quando elementos possuem aspectos em comum que de alguma forma estejam 
em um padrão, por exemplo posição, cor e tamanho (ROZEMBURG, 1995). 
Quando um observador encontra vários elementos em algo qualquer, 
o cérebro automaticamente tenta associar conexões, o designer utiliza isto a 
seu favor, arranjando objetos para criar um significado e melhor disseminar 
a mensagem, isto chama-se harmonizar. A harmonia cria um vínculo entre os 
elementos de uma página; objetos próximos uns dos outros sugerem algum tipo 
de relacionamento, se estiverem mais longe, realçam a diferença. A Figura 6 
ilustra o contraste da harmonia.
FIGURA 6 – CAOS x HARMONIA
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 12) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Balanço
É o princípio do equilíbrio dos elementos, ou seja, de que forma os elementos 
são dispostos e quanto da composição está sendo ocupada. Por exemplo: simetria 
– os elementos em ambos os lados estão dispostos de forma similar; assimetria – 
os elementos em ambos os lados são diferentes em formato, porém, ainda estão 
em equilíbrio; radial – elementos dispostos em uma forma circular. A Figura 7 
ilustra uma máquina de costura do século passado sem balanço em comparação 
a uma máquina atual, com designer aplicado.
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
13
FIGURA 7 – MÁQUINA SEM DESIGNER X COM DESIGNER APLICADO
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 15) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Hierarquia
Demonstra a partir de alguns aspectos de disposição dos elementos quais 
devem chamar a atenção primeiro à ordem do projeto. Exemplos: árvore – os 
elementos são dispostos a partir de uma árvore com as ramificações sendo os 
próximos níveis abaixo; ninho – os elementos estão interligados e a partir dos 
elementos principais as ramificações são criadas; peso – podemos utilizar o 
tamanho que o elemento ocupa numa composição para destacar sua posição 
hierárquica.
Escala e proporção
O tamanho e a proporção desempenham um papel importante na 
construção de uma composição visual, a partir desse princípio é possível 
estabelecer diferentes relações e organizar as informações. Exemplos: tamanho 
– elementos de diferentes tamanhos se relacionam de formas diferentes; proporção 
– elementos dispostos em uma proporção fixa podem trazer harmonia visual; 
divisão – assim como a proporção, dividir elementos dentro dos seus espaços na 
composição ajudam a dar mais equilíbrio. 
A Figura 8 mostra o designer de uma marca no século passado sem 
proporção e escala e atualmente, aplicando os conceitos de designer.
FIGURA 8 – SEM PROPORÇÃO E ESCALA X COM PROPORÇÃO E ESCALA
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 19) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
14
Ênfase
Significa destacar um elemento específico através de uma quebra da regra 
ou da hierarquia visual. Por exemplo, a cor, para distinguir elementos quando 
possuem outros aspectos em comum, como a forma. O tamanho também deve 
ser considerado, algo com grandes dimensões ou minimalista demais, pode 
chamar a atenção. 
Similaridade e contraste
O contraste ocorre quando dois elementos são diferentes, e quanto maior 
a diferença maior o contraste. A dica mais importante é fazer com que a diferença 
seja óbvia – pouca diferença pode dar a aparência de ser um erro. Os métodos 
mais comuns de contraste são os de criar diferenças em tamanho, valor, cor e tipo. 
Utiliza-se o contraste no design para dar ênfase ao que é mais importante ou para 
direcionar o olhar do observador. 
Designer ao longo dos séculos
A industrialização constituiu, historicamente, o fator mais poderoso no 
processo de aceleração do crescimento econômico e desde o século passado o 
designer, mesmo que rudimentar era utilizado. O setor industrial exerceu 
impacto dinâmico sobre outros setores da economia e todo o ambiente social 
e institucional. A indústria de máquinas e equipamentos é o setor-chave 
no processo de industrialização e desenvolvimento econômico de um país, 
fornecendo máquinas e equipamentos que transformam as condições de 
produção da agricultura e da indústria. Além disso, essa indústria é importante 
para o desenvolvimento econômico porque incorpora novos conhecimentos 
tecnológicos ao processo produtivo, por meio da introdução de novos bens de 
capital que elevam a produtividade e a eficiência do sistema econômico. 
A indústria mecânica possui característica especial, uma vez que seu 
desenvolvimento dá apoio à expansão deoutros setores industriais, ou seja, 
seus produtos são destinados a aparelhar os outros setores por meio da oferta 
de máquinas e equipamentos. A forma mais comum de aperfeiçoamento 
técnico no processo de industrialização, dá-se mediante mudanças tecnológicas, 
principalmente com o desenvolvimento de máquinas para construir máquinas 
(MARSON, 2014). Portanto, o desenvolvimento da indústria mecânica é 
fundamental no processo de industrialização e o designer está profundamente 
interligado com essa evolução. Observe a Figura 9:
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
15
FIGURA 9 – DESIGN DAS MÁQUINAS FERRAMENTAS DE SÉCULOS ANTERIORES
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 23) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Descrição da Figura 9.
a) Balancim de Nicholas Briot (1626), projetado por Leonardo da Vinci.
b) Torno de Gravação; equipada com ARC (1435), princípio de operação ainda em uso em 
alguns países.
c) Esboço de um torno de pedal e duplo polo de Leonardo da Vinci, que não conseguiu 
construir devido à falta de meios (século XV).
NOTA
Nos próximos anos descobriu-se novas fontes de energia e o 
desenvolvimento das máquinas continuou, conforme aponta Marson (2014):
• 1775 – Perfuradora Wilkinson, propulsão hidráulica encomenda por James Watt.
• 1797 – Torno Maudslay marcou uma nova era, cuja influência na máquina-
ferramenta britânica, durou grande parte do século XIX.
• 1800 – Maudslay construiu o primeiro torno feito inteiramente do metal para 
parafusos de competência, padrão: fuso. Diz-se que Maudslay passou dez anos 
de trabalho para conseguir um fuso padrão satisfatório.
• 1818 – Hitney Co máquina para produzir rifles durante a guerra da independência 
americana. O eixo poderia ser desengatado com o uso de uma coroa dentada.
• 1862 – Primeira máquina de usinagem universal fabricada por Joseph R. 
Brown, equipada com divisor, mesa XY automática com a implementação do 
acoplamento Cardan.
• 1863 – As primeiras máquinas-ferramentas fabricadas na Espanha: a imprensa 
tipo Thonelier, construída por "La Maquinista Terrestre y Maritime” para a 
Casa da Moeda de Madrid.
• 1884 – Fresadora universal por Cincinnati, que foi incorporada pela primeira 
vez uma RAM cilíndrica deslizante axialmente, atingiu o desenvolvimento 
máximo deste tipo de máquinas.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
16
Percebe-se em ambas as máquinas um designer rudimentar, focava-se 
apenas na produtividade sem projetar sua estética, ergonomia e funcionalidade 
e em como isso, muitas vezes, afeta diretamente o custo; otimizando processos e 
evitando acidentes de trabalho.
 
Não se inseria princípios de designer como harmonia, unidade, proporção, 
ênfase e balanço. Acreditava-se ser desnecessário, um custo extra no projeto. 
Porém, com um planejamento no sentido de designer de materiais, pode-se 
reduzir custos. Um exemplo muito interessante é a lata de achocolato, conforme 
podemos ver a evolução na Figura 10. 
FIGURA 10 – EVOLUÇÃO DE EMBALAGENS
FONTE: Adaptado de <https://www.nestle.com.br/nescau/produtos/nescau-2-0>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Você acha que essa lata foi remodelada apenas por beleza? Não! Houve 
todo um estudo, simulações, pesquisas e cálculos para chegar em uma embalagem 
que mantivesse o mesmo volume de achocolatado com o mínimo de matéria-
prima na fabricação da embalagem. 
Outra evolução significativa ocorreu na área industrial, nas linhas de 
montagem, observe as roupas e o esforço nas Figuras 11 e 12:
FIGURA 11 – LINHA DE MONTAGEM AUTOMOTIVA EM 1920
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 28) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
17
FIGURA 12 – LINHA DE MONTAGEM AUTOMOTIVA EM 1922
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 29) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Compare, agora, as Figuras 11 e 12 com as Figuras 13 e 14: observa-se uma 
maior organização e automatização nos processos, o que, consequentemente, 
gera um menor esforço e maior produtividade.
FIGURA 13 – LINHA DE MONTAGEM AUTOMOTIVA EM 2000
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 42) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
FIGURA 14 – LINHA DE MONTAGEM AUTOMOTIVA EM 2002
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 43) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
18
Antes de 1980, as máquinas costumavam ser cinza-escuros ou pretas para 
não mostrar a sujeira a óleo ou graxa, a tinta era espessa também para encobrir 
defeitos de acabamento prévio conforme mostra a Figura 15. 
FIGURA 15 – MÁQUINA EM AMBIENTE FABRIL DO SÉCULO PASSADO
FONTE: Adaptado de Projeto mecânico (FORTULAN, 2018, p. 36) <https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/4825943/mod_resource/content/0/aula4_design_em_maquinas.pdf>. 
Acesso em: 21 jun. 2019.
Hoje, ao contrário, a pintura busca destacar a sujeira para incentivar a 
limpeza. A cor, o tom e o brilho têm grande efeito sobre mentalidade e filosofia 
humana, nas máquinas têm várias funções: estética no sentido de harmoniosa 
e moderada; sinalização, organização dos setores de trabalho; limpeza; 
representação do nível científico e tecnológico e sua precisão; marca e marketing; 
confiabilidade e até mesmo perigo. 
Em 1965, Ralph Nader, advogado, escreveu um livro chamado Unsafe at 
any speed com críticas à falta de segurança de diversos automóveis, em especial 
ao Chevrolet Corvair, acabou sendo processado pela GM, fabricante do Corvair, 
porém ganhou a causa. Com isso, ao passar dos anos, surgiram as normas de 
segurança aplicadas a máquinas, como Ergonomia, referente à NR17. 
A NR17 (2009) é uma norma regulamentadora que visa estabelecer 
parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características 
psicofisiológicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar o máximo de 
conforto, segurança e desempenho eficiente. No item 17.3.2 consta que:
para trabalho manual sentado ou que deva ser realizado em pé, as 
bancadas, mesas, escrivaninhas e os painéis devem proporcionar 
ao trabalhador condições de boa postura, visualização e operação e 
devem atender aos seguintes requisitos mínimos:
• Ter altura e características da superfície de trabalho compatíveis 
com o tipo de atividade, com a distância requerida dos olhos ao 
campo de trabalho e com a altura do assento.
• Ter área de trabalho de fácil alcance e visualização pelo trabalhador.
• Ter características dimensionais que possibilitem posicionamento e 
movimentação adequados dos segmentos corporais (NR17, 2009).
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
19
FIGURA 16 – CARACTERÍSTICAS DA NR17 REFERENTE A TRABALHOS EM PÉ E SENTADO
FONTE: Adaptado de Dul (2004)
Já o item 17.3.2.1, traz a informação que:
para trabalho que necessite também da utilização dos pés, além dos 
requisitos estabelecidos no subitem 17.3.2, os pedais e demais comandos 
para acionamento pelos pés devem ter posicionamento e dimensões 
que possibilitem fácil alcance, bem como ângulos adequados entre as 
diversas partes do corpo do trabalhador, em função das características 
e peculiaridades do trabalho a ser executado (NR17, 2009). 
FIGURA 17 – POSICIONAMENTO E DIMENSÕES DE OPERADOR EM SUAS ATIVIDADES 
CONFORME NR17
FONTE: Dul (2004)
O item 17.4.1 salienta que “todos os equipamentos que compõem um 
posto de trabalho devem estar adequados às características psicofisiológicas dos 
trabalhadores e à natureza do trabalho a ser executado” (NR17, 2009).
Na Figura 18 pode-se visualizar duas situação, em que, sem espaço paraos pés, o operador fica com uma postura inclinada, e que ao longo dos anos 
pode trazer desgaste físico; paralelamente, mostra que, um simples espaço de 
10x10 cm, obtém-se um local correto para os pés, facilitando a postura ereta, 
evitando, assim, futuras dores e desgaste na lombar. É muito importante o 
planejamento, pensar nesses detalhes nos projetos de máquina, faz a diferença 
na produtividade e na saúde da equipe. 
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
20
FIGURA 18 – OPERAÇÃO MANUAL COM ESPAÇO PARA OS PÉS E SEM ESPAÇO PARA OS PÉS
FONTE: Iida e Buarque (2016, p. 34)
No item 17.4.3 a norma traz que:
 
os equipamentos utilizados no processamento eletrônico de dados 
com terminais de vídeo devem observar o seguinte:
a) Condições de mobilidade suficientes para permitir o ajuste da 
tela do equipamento à iluminação do ambiente, protegendo-a 
contra reflexos, e proporcionar corretos ângulos de visibilidade ao 
trabalhador.
b) O teclado deve ser independente e ter mobilidade, permitindo ao 
trabalhador ajustá-lo de acordo com as tarefas a serem executadas.
c) A tela, o teclado e o suporte para documentos devem ser colocados 
de maneira que as distâncias olho-tela, olho-teclado e olho-
documento sejam aproximadamente iguais. 
d) Serem posicionados em superfícies de trabalho com altura ajustável 
(NR17, 2009).
No Quadro 2 têm-se as recomendações para a altura das mãos e dos 
olhos, nas posturas sentada ou em pé, conforme NR17:
QUADRO 2 – ALTURAS RECOMENDADAS PARA SUPERFÍCIE DE TRABALHO
FONTE: Adaptado de NR 17 (2009)
TIPO DE TAREFA ALTURA DA SUPERFÍCIE DE TRABALHO
Uso dos olhos: muito
Uso das mãos e braços: pouco 10 a 30 cm abaixo da altura dos olhos
Uso dos olhos: muito
Uso das mãos e braços: muito 0 a 15 cm abaixo da altura do cotovelo
Uso dos olhos: pouco 
Uso das mãos e braços: muito 0 a 30 cm abaixo da altura do cotovelo
Na Figura 19 podemos ver um exemplo ilustrado das alturas para superfícies 
de trabalho: alturas para homem e mulher, e trabalhos com e sem o antebraço.
Postura inclinada Postura ereta
Sem espaço para os pés Com espaços para os pés
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
21
FIGURA 19 – OPERAÇÃO EM PÉ: ESPAÇAMENTO DAS SUPERFÍCIES
FONTE: Iida e Buarque (2016, p. 37)
Trabalho de Precisão Trabalho Leve Trabalho Pesado
No item 17.5.2.1 “para as atividades que possuam características 
definidas no subitem 17.5.2, mas não apresentam equivalência ou correlação 
com aquelas relacionadas na NBR 10152, o nível de ruído aceitável para efeito 
de conforto será de até 65 dB e a curva de avaliação de ruído (NC) de valor não 
superior a 60 dB” (NR17, 2009).
Com relação à carga, no Art. 198 constam “60 quilogramas o peso máximo 
que um empregado pode remover individualmente, ressalvadas as disposições 
especiais relativas ao trabalho do menor e da mulher”. O Art. 390 consta que “ao 
empregador é vedado empregar a mulher em serviço que demande o emprego de 
força muscular superior a 20 quilos para o trabalho continuo, ou 25 quilos para o 
trabalho ocasional”.
Na prática a NR17 recomenda 14 kgf (Quilograma-força) de peso máximo 
com apenas um dos membros superiores ou 20 kgf de peso máximo individual, 
sendo a partir daí necessário auxílio de outras pessoas ou equipamentos.
Outra norma importante em projetos é a NR12 que trata da proteção ao 
trabalho em máquinas e equipamentos. Seguem os seguintes princípios gerais 
(NR12, 2018):
NR-12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS 
E EQUIPAMENTOS
12.1. Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências 
técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a 
saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos 
para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e 
de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda a sua 
fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, 
em todas as atividades econômicas, sem prejuízo da observância do disposto 
nas demais Normas Regulamentadoras – NR aprovadas pela Portaria nº 3.214, 
de 8 de junho de 1978, nas normas técnicas oficiais e, na ausência ou omissão 
destas, nas normas internacionais aplicáveis.
H 100-110 90-95 75-90 105
M 95-105 85-90 70-85 85
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
22
12.24. Consta que os dispositivos de partida, acionamento e parada das 
máquinas devem ser projetados, selecionados e instalados de modo que: 
a) não se localizem em suas zonas perigosas; 
b) possam ser acionados ou desligados em caso de emergência por outra 
pessoa que não seja o operador; 
c) impeçam acionamento ou desligamento involuntário pelo operador ou por 
qualquer outra forma acidental; 
d) não acarretem riscos adicionais; 
e) não possam ser burlados.
12.94. As máquinas e equipamentos devem ser projetados, construídos e 
mantidos com observância aos os seguintes aspectos: 
a) atendimento da variabilidade das características antropométricas dos 
operadores;
b) respeito às exigências posturais, cognitivas, movimentos e esforços físicos 
demandados pelos operadores; 
c) os componentes como monitores de vídeo, sinais e comandos, devem 
possibilitar a interação clara e precisa com o operador de forma a reduzir 
possibilidades de erros de interpretação ou retorno de informação; 
d) os comandos e indicadores devem representar, sempre que possível, a 
direção do movimento e demais efeitos correspondentes; 
e) os sistemas interativos, como ícones, símbolos e instruções devem ser 
coerentes em sua aparência e função; 
f) favorecimento do desempenho e a confiabilidade das operações, com 
redução da probabilidade de falhas na operação; 
g) redução da exigência de força, pressão, preensão, flexão, extensão ou torção 
dos segmentos corporais; 
h) a iluminação deve ser adequada e ficar disponível em situações de 
emergência, quando exigido o ingresso em seu interior.
12.95. Os comandos das máquinas e equipamentos devem ser projetados, 
construídos e mantidos com observância aos seguintes aspectos:
a) localização e distância de forma a permitir manejo fácil e seguro; 
b) instalação dos comandos mais utilizados em posições mais acessíveis ao 
operador; 
c) visibilidade, identificação e sinalização que permita serem distinguíveis 
entre si; 
d) instalação dos elementos de acionamento manual ou a pedal de forma a 
facilitar a execução da manobra levando em consideração as características 
biomecânicas e antropométricas dos operadores; 
e) garantia de manobras seguras e rápidas e proteção de forma a evitar 
movimentos involuntários.
FONTE: Portaria SIT nº 197, de 17 de dezembro de 2010. Altera a Norma Regulamentadora 
nº 12. Máquinas e Equipamentos, aprovada pela Portaria nº 3.214, de 8 de junho de 1978. 
Disponível em: http://www.normaslegais.com.br/legislacao/portariasit197_2010.htm. Acesso 
em: 3 out. 2019.
TÓPICO 1 | TÉCNICAS DE PROJETO
23
Entre outros aspectos que englobam a NR12, também é importante no 
planejamento de projetos de equipamentos, máquinas, produtos e rotinas é 
a Consolidação das Leis do Trabalho, também chamada de CLT, surgiu pelo 
Decreto-Lei nº 5.452, de 1 de maio de 1943, sancionada pelo então presidente 
Getúlio Vargas, unificando toda legislação trabalhista existente no Brasil. 
Seu principal objetivo é, até os dias de hoje, a regulamentação das relações 
individuais e coletivas do trabalho, nela previstas. A CLT é o resultado de 13 
anos de trabalho – desde o início do Estado Novo até 1943 – de destacados 
juristas, que se empenharam em criar uma legislação trabalhista que atendesse 
à necessidade de proteção do trabalhador, dentro de um contexto de estado 
regulamentador. As CLTs regulamentam as relações trabalhistas, tanto do 
trabalho urbano quanto do rural. Desde sua publicação, já sofreu várias 
alterações, visando adaptar o texto às nuances da modernidade. Apesar disso, 
ela continua sendo o principal instrumento para regulamentar as relações de 
trabalho e protegeros trabalhadores. Seus principais assuntos são: Registro do 
Trabalhador/Carteira de Trabalho; Jornada de Trabalho; Período de Descanso; 
Férias; Medicina do Trabalho; Categorias Especiais de Trabalhadores; Proteção 
do Trabalho da Mulher; Contratos Individuais de Trabalho; Organização 
Sindical; Convenções Coletivas; Fiscalização; Justiça do Trabalho e Processo 
Trabalhista.
FONTE: BRASIL. Decreto-Lei nº 5.452, de 1 de maio de 1943. Aprova a Consolidação das 
Leis do Trabalho. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto-lei/del5452.
htm. Acesso em: 3 out. 2019.
24
Neste tópico, você aprendeu que:
• Os tipos de projeto são: adaptativo, evolutivo e inovador.
• Os projetos baseados em métodos são: racional, empírico e industrial.
• Inovação é um processo de seleção e tradução de uma ideia em realidade 
enquanto a criatividade é apenas a geração da ideia em si.
• O processo de projeto baseia-se em reconhecimento da necessidade, definição 
do problema, síntese, análise e otimização, avaliação e documentação.
• Patente é uma concessão pública, conferida pelo estado, que garante ao seu 
titular a exclusividade ao explorar comercialmente a sua criação.
• No Brasil, o órgão que gerencia a emissão de patentes é o Instituto Nacional de 
Produtividade Intelectual (INPI).
• Máquina é um dispositivo, engenho, equipamento capaz de transformar uma 
forma de energia em outro.
• Uma máquina é constituída basicamente de estrutura, movimentação, atuação.
• A estrutura tem a função de receber esforços, ter resistência e rigidez necessária; 
também localiza e posiciona os componentes, amortece as vibrações, recebe e 
conduz calor.
• Design é uma atividade especializada de caráter técnico-científico, criativo 
e artístico, com vistas à concepção e desenvolvimento de atendendo 
concretamente às necessidades humanas.
• A NR17 é uma norma regulamentadora que visa estabelecer parâmetros 
que permitam a adaptação das condições de trabalho às características 
psicofisiológicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar um máximo de 
conforto, segurança e desempenho eficiente.
• NR12 é a norma referente à segurança no trabalho em máquinas e equipamentos, 
trata da proteção ao trabalho em máquinas e equipamentos.
RESUMO DO TÓPICO 1
25
1 Elabore um fluxograma de desenvolvimento de um projeto a ser desenvolvido 
nesta disciplina; esboce um planejamento de suas atividades e cronologia 
no desenvolvimento do projeto. Podendo englobar melhoria de projetos de 
máquina ou produtos já existentes, projetos de minimáquinas ou kit didáticos.
Segue modelo com características básicas necessárias nesta atividade:
AUTOATIVIDADE
Concepção do projeto
Ensaio ou simulação 
computacionais
Eventuais otimizações 
de medidas
Conjunto + Subconjunto + 
Componentes para a fabricação
Construção de um protótipo
Estimativas das frequências 
de vibração e amplitude
Funcionamento ideal de 
vibração para a moagem
Testes de moagem
METODOLOGIA 
MINIMOINHO VIBRATÓRIO
Identificação da 
necessidade
Estudo da viabilidade 
física e econômica
Projeto detalhado
Fabricação do 
minimoinho
Concepção do 
minimoinho e jarros
Deter conhecimento de projeto
Falta de um equipamento 
nacional para a moagem de 
partículas submicrométicas
Projeto adaptativo
Há conhecimento tecnológico?
Qual o custo?
Verificação da infraestrutura: há 
processos e máquinas suficientes 
e sem grandes adaptações para a 
fabricação dos componentes?
A tecnologia em cerâmica é 
conhecida?
Estudos econômicos para eventuais 
adaptações ou serviços terceirizados
Técnicas de solução e avaliação
Mais esboços
Escolha de 1 ou 2 soluções 
viáveis
Há equipamentos nacionais?
Há demanda?
Projeto preliminar
26
2 Observe a estruturação de uma patente conforme Tópico 1 e em uma folha 
A4, respeitando as margens e legenda, esboce uma página de rosto de uma 
patente, ou que for possível dela, exemplo:
• Título 
• Inventor
• Resumo – utilizar as palavras “caracterizado por”
• Desenho (esboço – projeção ortogonal, isométrica) com numeração
Note e descreva inovações em seu projeto seguindo o modelo a seguir:
Título: kdsufmgsrie kusfe faskfa
Inventor: ksfu fsfagç hkwosj
Resumo: çsopf,a que caracteriza das 
sl,lçikosf lçsjkpoara fsf a
Figura: esboço (corte, vista frontal 
ou perspectiva).
Para esta atividade pode-se utilizar o Software: Solid Edge 3D Profissional. É 
um software gratuito, está disponível para todos os alunos ou instrutores em 
atividade acadêmica, o qual o download se realiza diretamente do site https://
www.plm.automation.siemens.com/pt_br/academic/resources/solidedge/
studentdownload.cfm. Acesso em: 3 out. 2019. 
Segue modelo com características básicas necessárias nesta atividade:
• Título:
 MOINHO VIBRATÓRIO PARA PROCESSAR MATERIAIS CERÂMICOS
• Campo da Invenção:
Esta patente se refere a um moinho vibratório para processamento de cerâmica 
técnica (pode ser usado para reforçar algum valor) ou para suprir uma 
necessidade do processamento cerâmico.
• Estado da Técnica:
A patente PI9503979-1 citada como estado da técnica diz respeito a um Moinho 
com Mecanismo de Agitação; esse moinho com mecanismo de agitação 
apresenta. Não são conhecidos no estado da técnica moinhos vibratórios com 
a característica de mini máquina.
27
• Objetivo da Invenção:
Visando oferecer soluções para esses problemas existentes no estado da 
técnica, bem como disponibilizar... foi desenvolvido o moinho vibratório 
para processar materiais cerâmicos. Esse moinho vibratório irá preencher 
uma grande lacuna... O objetivo do moinho vibratório descrito no presente 
documento é reprocessar as cerâmicas através... capaz de reduzir o tamanho 
das partículas abaixo de 1,0 micrometro, ou seja, na escala nanométrica.
• Sumário da Invenção:
A invenção compreende um moinho vibratório de pequeno porte para 
processar materiais cerâmicos, que o caracteriza como uma minimáquina 
de processamento de materiais. Pode processar (moer) simultaneamente 
diferentes... é constituído de duas partes separadas por molas helicoidais para 
suspensão; uma parte é estacionária e a outra é suspensa.
• Breve Descrição das Figuras:
A figura do arquivo é uma representação gráfica em uma perspectiva frontal 
do Moinho Vibratório para Processar Materiais Cerâmicos sem os jarros de 
moagem. A figura 1B é uma representação gráfica do interior do Moinho 
Vibratório para Processar Materiais Cerâmicos sem os jarros de moagem.
• Descrição Detalhada da Invenção:
A presente invenção trata de um moinho vibratório para processar materiais 
cerâmicos, que é um minimoinho.... processar materiais cerâmicos compreende: 
base cilíndrica (02); motor elétrico (03); contrapesos (04); flange basal (05); 
flange (06); cilindro (07); base de jarros (09); molas helicoidais (10); jarros 
(14) ... Como mencionado anteriormente, o referido moinho vibratório para 
processar materiais cerâmicos é caracterizado como moinho por processar ou 
moer partículas de minerais cerâmicos com diâmetro micrométrico relativo 
maior do que 1,0 micrometros.
• Reivindicações:
1) Moinho Vibratório para Processar Materiais Cerâmicos, caracterizado pelo 
fato de compreender: base cilíndrica 02); motor elétrico (03); contrapesos 
(04); flange basal (05); 
2) Moinho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato moer 
materiais cerâmicos ou similares em partículas submicrometricas
3) Moinho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ter 
250,0 a 350,0 mm de altura.
• Resumo:
MOINHO VIBRATÓRIO PARA PROCESSAR MATERIAIS CERÂMICOS
A invenção compreende um moinho vibratório de pequeno porte para processar 
materiais cerâmicos, que o caracteriza como uma mini máquina. Pode processar 
(moer) simultaneamente diferentes materiais em quantidades variadas. O 
moinho vibratório é constituído de duas partes separadas por molas helicoidais. 
Quando em operação, a parte estacionária fica, portanto, parada e a parte.
28
• Relatório de Busca de Anterioridade:
Foram encontrados os seguintes documentos:
1 –US 6098906 – Esse documento possui muita relevância, pois descreve 
um mecanismo de funcionamento do moinho muito próximo ao mecanismo 
descrito pelos inventores. Ou seja, a vibração é fornecida por um motor 24 que 
possui pesos centrais de modo a proporcionar um movimento do moinho para 
cima e para baixo. Além disso, pode-se notar a presença de molas abaixo do 
plano onde as partículas são moídas.
3 Fazer buscas sobre o respectivo projeto, selecionar e baixar um mínimo de 
10 patentes utilizando os seguintes recursos:
• www.inpi.org.br 
• https://worldwide.espacenet.com
• www.uspto.gov
• Thomson Reutersentrar → portal Capes (http://www.capes.gov.br/) → 
Periódicos → buscar base → Derwent Innovations Index-DII (Thomson 
Reuters Scientific) 
• Google patentes
Segue modelo com características básicas necessárias nesta atividade:
Apresentar imagem e código de patente, conforme segue:
1 CADEIRA DE RODA AUTOMATIZADA:
2 PRENSA ISOSOSTÁTICA
Ivan Santos Porpíglio/2011
BR 10 2014 012646-5
Tenório (2011)
Margarido, A (2011)
Araujo, LA (2009)
29
3 EQUIPAMENTO PARA FISIOTERAPIA
4 Dinâmica em grupo para desenvolvimento de produto em três etapas:
a) Cada aluno, em uma folha, escrever um produto que queira ser desenvolvido.
b) Trocar de folhas e o outro aluno, em desenho, tentar atender ao requerente.
c) Retornar o desenho ao requerente e este avaliar a satisfação do atendimento.
5 As Normas Regulamentadoras (NR) são orientações que definem 
procedimentos que devem, obrigatoriamente, serem aplicadas. São 
elaboradas por comissões específicas formadas por representantes do 
governo, empregadores e trabalhadores. Nesse contexto, descreva e defina 
a NR17 e a NR12:
BR 10 2013 002784-7
BR 10 2015 0006381-4
30
31
TÓPICO 2
TRIBOLOGIA
UNIDADE 1
1 INTRODUÇÃO
A tribologia pode parecer um tema contemporâneo e associado às 
tecnologias de última geração, porém a preocupação com assuntos voltados para 
esta área começou apenas no final do século XX. Grandes cientistas e inventores 
da antiguidade já se preocupavam com a fricção e com o desgaste de componentes 
mecânicos séculos atrás. Leonardo da Vinci já desenvolvia estudos relacionados à 
fricção, associando a rugosidade com a facilidade de deslizar um material sobre 
uma superfície, 200 anos antes de Newton estabelecer os primeiros conceitos do 
que era força. Além de da Vinci, outros grandes nomes da história preocuparam-
se com assuntos relacionados à tribologia, como Coulomb e Gibbs. Estudos 
relacionados à tribologia estão em toda parte, desde o desenvolvimento dos mais 
simples componentes mecânicos, processos de fabricação como conformação 
mecânica e usinagem, até o desenvolvimento de carros de Fórmula 1.
 
Todavia, muitas vezes não é dada a devida atenção a certos conceitos que 
envolvem esse estudo: pesquisas esquecem que o coeficiente de atrito depende de 
todo um sistema tribológico; duas superfícies em contato, atmosfera, lubrificação, 
entre outros; e ao fazerem estudos relacionados ao desempenho tribológico do 
material, esquecem também da importância que todos os fatores podem ter. O 
setor metalomecânico é um dos que mais perde dinheiro devido ao uso equivocado 
de conceitos tribológicos, desde a seleção e design de materiais inadequados até 
má aplicação dos mesmos. 
O estudo das propriedades tribológicas é de grande contribuição para não 
só reduzir a taxa de desgaste do ferramental como também para que o produto 
acabado seja produzido com melhor acabamento. Os mecanismos de desgaste 
de abrasão e adesão são responsáveis por praticamente dois terços do desgaste 
de ferramentas, sendo que para reduzi-los, muitas vezes, apenas a aplicação 
de um revestimento ou tratamento superficial adequado já poderia causar um 
incremento de mais de 100% na vida útil da ferramenta. Outro erro cometido 
é não se preocupar com as propriedades mecânicas e físicas do material que 
será trabalhado, pois as mesmas influenciarão em fatores como a formação de 
rebarba, formação de cavaco, adesão à ferramenta, formação de partículas duras 
abrasivas, dentre outros.
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
32
2 DEFINIÇÃO
A tribologia é definida como a ciência e tecnologia envolvidas na relação 
entre duas superfícies com movimento relativo entre si. Esta ciência envolve o 
estudo de fricção, desgaste e lubrificação. No momento que dois corpos sólidos se 
tocam, forças de ação e reação surgem, além disso, a estrutura da superfície é alterada 
durante a interação, podendo haver fraturas na região de contato. Pequenas porções 
de material também podem ser transferidas entre as duas superfícies, caracterizando 
uma maneira diferente de desgastar as superfícies (MENEZES et al., 2013).
Tribologia é a ciência e tecnologia de superfícies interativas que possuem 
movimento relativo entre si. O estudo da tribologia concentra-se no contato físico 
e mecânico das superfícies em movimento que geralmente envolve dissipação 
de energia. Sua aplicação primária se dá na engenharia mecânica e no design, na 
qual interfaces tribológicas são utilizadas para transmitir, distribuir ou converter 
energia. O contato entre dois materiais e a fricção que um exerce sobre o outro, 
causará um inevitável processo de desgaste (BHUSHAN, 2013). Tratando-se de 
processos de fabricação, tribologia é algo que precisa ser estudado para reduzir o 
desgaste da ferramenta e produzir peças com integridade superficial. Astakhov 
(2006) considera que o objetivo final da tribologia dentro da usinagem é a 
redução da energia de corte, considerando todos os processos físicos e químicos 
que tomam conta do processo. Aumento da vida útil da ferramenta, melhoria 
no acabamento superficial da peça usinada e melhor eficiência e estabilidade do 
processo são as principais metas dos estudos tribológicos. 
Uma série de fatores influenciará na vida útil da ferramenta, desde a 
escala nanométrica, como a textura da superfície, até fatores como o design e as 
condições de uso da mesma, vale lembrar que uma alteração na geometria da 
ferramenta poderá causar uma modificação na tensão máxima e sua distribuição 
na interface ferramenta-peça, o que também poderá causar uma modificação na 
temperatura de contato. Tratando-se de processos de fabricação, tribologia é algo 
que precisa ser estudado para reduzir o desgaste da ferramenta e produzir peças 
com integridade superficial. 
O comportamento tribológico de um sistema é afetado por diversos fatores, 
por exemplo, o material dos corpos em contato, a rugosidade e tipo de acabamento 
dado a cada superfície, a lubrificação, meio em que o sistema tribológico se 
encontra, carga aplicada no sistema, velocidade de deslizamento entre os corpos, 
entre outros. Há diversas formas de analisar esse comportamento, as principais 
delas são através de ensaios tribológicos para obtenção do coeficiente de atrito 
do sistema em função do tempo ou da distância percorrida, associado à taxa de 
desgaste ou perda de massa do material. Considerando um aço ferramenta, seu 
módulo de elasticidade e a rugosidade superficial é possível verificar a influência 
na área de contato real, Figura 20, que será formada durante o deslizamento em 
relação a outro material e como as asperezas da superfície se comportarão, se 
aderirem às asperezas do segundo corpo e romper, formando um debris, ou seja, 
uma partícula de terceiro corpo, o que poderá aumentar ou não a taxa de desgaste. 
TÓPICO 2 | TRIBOLOGIA
33
FIGURA 20 – ÁREA DE CONTATO REAL ENTRE DOIS CORPOS
FONTE: Adaptado de MENEZES et al. (2013, p. 124)
Materiais com boa ductilidade são desejáveis, todavia a deformação 
plástica excessiva e o arrasamento ou junção do material causando adesão (galling) 
é prejudicial para o aço ferramenta (PUJANTE et al., 2013). Hase e Michina (2009) 
propuseram um modelo, conforme mostra a Figura 21, no qual óxidos e filmes 
adsorvidos também afetam o contato entre dois corpos.
FIGURA 21 – MODELO QUE PROPÕE A INFLUÊNCIA DE ÓXIDOS, FILMES ADSORVIDOS E 
LUBRIFICAÇÃO DE CONTORNOINFLUENCIANDO NA ÁREA DE CONTATO ENTRE DOIS CORPOS
Área de 
contato real
FONTE: Hase e Michina (2009, p. 139)
O tipo de topografia e o grau de rugosidade do revestimento são fatores 
importantes referentes à interpretação de resultados relativos à qualidade e à 
estabilidade dimensional. 
Toda a superfície é rugosa, por mais que pareça perfeitamente polida, além 
de possuir erros, os quais são classificados em: erros macrogeométricos e erros 
microgeométricos. São erros macrogeométricos os erros de forma, verificáveis 
por meio de instrumentos convencionais de medição, como micrômetros, 
relógios comparadores, projetores de perfil. Erros microgeométricos são os erros 
conhecidos como rugosidade.
Existem diferentes escalas para mensurar essa rugosidade. A rugosidade 
de uma superfície geralmente é caracterizada através da variação de amplitude 
de suas asperezas em função de uma determinada distância linear ao longo da 
superfície do material. Além da rugosidade, a topografia de uma superfície pode 
apresentar outras características, como ondulação, direção e imperfeições, a saber: 
• Rugosidade: a rugosidade superficial é produzida devido a picos e vales de 
asperezas de diferentes amplitudes e larguras.
AtmosferaAtmosfera
Área de contato verdadeira
Área de contato real
Camadas de contorno
Camada de óxidos
Filmes adsorvidos
Lubrificante
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
34
• Ondulações: são irregularidades da superfície que possuem elevados 
comprimentos de onda. Podem ser causadas devido às vibrações durante a 
usinagem ou tratamento térmico. 
• Direção: é a direção principal para a qual a superfície está “orientada”; 
imperfeições são interrupções inesperadas na estrutura da superfície, devido a 
deslocamentos e defeitos em outros materiais.
A rugosidade de uma superfície é caracterizada através da Rugosidade 
Superficial Média (Ra), que é a média aritmética dos desvios de uma linha média, 
medidos dentro de um deslocamento (Equação 1). A rugosidade também pode 
ser caracterizada através da medição da rugosidade total (ten point height) (Rz) 
que é uma média entre os 5 maiores picos e os 5 vales mais profundos (Equação 
2), o que impede que alguns riscos e irregularidades da superfície interfiram no 
resultado (MENEZES et al., 2013; BHUSAN, 2013). 
1
1 
n
i
i
Ra z z
n =
= −∑
1 1
1 n n
picos vales
i i
Rz R R
n = =
 
= − 
 
∑ ∑
(Equação 1)
(Equação 2)
Onde n é o número de pontos medidos no perfil longitudinal e z são os 
pontos pontuais medidos ao longo do perfil e o ponto médio, respectivamente. 
A Figura 22 demonstra que a rugosidade superficial média é medida a partir de 
um valor absoluto. 
FIGURA 22 – ESQUEMATIZAÇÃO DA MEDIÇÃO DO VALOR DE RA
FONTE: Menezes et al. (2013, p. 68)
Perfil
Eixo X
Valor absoluto
Eixo X
a
b
Ei
xo
 Z
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 E
ix
o 
Z
1.50
1.00
0.50
0.00
-0.50
-1.00
1.50
1.00
0.50
0.00
TÓPICO 2 | TRIBOLOGIA
35
Apesar de ser a mais usada e uma maneira muito cômoda de caracterizar a 
topografia de uma peça, não se pode esquecer que Ra é apenas uma das maneiras 
de analisar uma superfície. Por exemplo, uma superfície polida e uma lixada 
podem ter a mesma Ra, mas irão se comportar de maneira muito diferente em 
serviço, ou até mesmo caso queira-se fazer um tratamento superficial na mesma.
3 ASPECTOS TRIBOLÓGICOS DA 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Irregularidades superficiais, também chamadas de asperezas, e seu 
comportamento durante o deslizamento associadas à lubrificação e propriedades 
químicas da superfície são fatores-chave para entender o comportamento 
friccional de ferramentas de conformação mecânica (ASM INTERNATIONAL 
HANDBOOK COMMITTEE, 1997). Processos de conformação, geralmente, 
consistem no movimento de pelo menos uma ferramenta em relação à geratriz 
(peça a ser conformada), sendo necessária a aplicação de elevadas tensões para que 
haja a deformação do material. A influência da fricção no desgaste da ferramenta 
é mais visível em processos de forjamento e extrusão a quente, devido à maior 
dificuldade em a matriz reter lubrificante. A curva de Stribeck, conforme a Figura 
23 é uma ferramenta muito utilizada para analisar regimes de lubrificação, em 
que o coeficiente de atrito (µ) será função do número de Stribeck (S), definido 
através da velocidade de deslizamento entre as superfícies (U), a viscosidade 
do lubrificante (η) e a carga aplicada na interface (F) para os três regimes de 
lubrificação: elasto-hidrodinâmica, mista e de contorno (DAVIM, 2013)
FIGURA 23 – CURVA DE STRIBECK
FONTE: Davim (2013, p. 52)
A lubrificação de contorno, Figura 24, apresenta alguns regimes de 
lubrificação durante processos de conformação mecânica. Quando os filmes 
de lubrificante com espessura igual ao tamanho de algumas moléculas do 
lubrificante, Figura 24 (c), (d), a fricção é fortemente afetada pela rugosidade e 
propriedades-físico químicas das superfícies (DAVIM, 2013),
Lubrificação de contorno
Mista
Elastohidrodinâmica
.US
F
η
=
UNIDADE 1 | PROJETOS MECÂNICOS E SUPERFÍCIES
36
FIGURA 24 – REGIMES DE LUBRIFICAÇÃO NA CONFORMAÇÃO MECÂNICA
FONTE: Davim (2013, p. 85)
L - lubrificante F - ferramente P - peça
Filme de 
lubrificação 
de contorno
O desgaste das ferramentas começa através da adesão entre as duas 
superfícies em deslizamento, formando junções de asperezas, que com a 
deformação contínua, rompem e são arrancadas das superfícies. Estas partículas 
duras poderão causar o desgaste abrasivo das superfícies, além disso, debris duros 
formados com oxigênio ou outros elementos químicos presentes, podem acelerar 
ainda mais o desgaste da ferramenta (DAVIM, 2013; MENEZES et al., 2013).
Pujante et al. (2013) desenvolveram um estudo no qual é analisado o 
fenômeno de galling de alumínio comercialmente puro em aço ferramenta ABNT 
H13 com diferentes temperaturas durante os ensaios tribológicos. Para os ensaios 
feitos a 30 °C, Figura 25 (a) e (b), o alumínio apresentou alguns pontos de adesão 
ao longo da trilha desgasta; os ensaios realizados a 150 ºC, Figura 25 (c) e (d), o 
fenômeno de galling é extremamente severo devido à maior conformabilidade 
do alumínio; já os ensaios feitos a 450 ºC, Figura 25 (e) e (f), em que o alumínio 
apresenta altas taxas de oxidação, o qual limitou a adesão de alumínio na 
superfície de ABNT H13, todavia, houve a formação de debris extremamente 
duros de óxido de alumínio (Al2O3) que formaram sulcos profundos na superfície 
do aço ferramenta (PELCASTRE; HARDELL; PRAKASH, 2013).
FIGURA 25 − (A, C, E): TOPOGRAFIAS TRIDIMENSIONAIS DA CROSS-SECTION DAS TRILHAS 
DESGASTADAS; (B, D, F): IMAGENS DE MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DAS 
TRILHAS DESGASTADAS NO AÇO ABNT H13 
FONTE: PUJANTE et al. (2013, p. 89)
TÓPICO 2 | TRIBOLOGIA
37
A relevância deste trabalho foi demonstrar que um aço ferramenta 
pode sofrer diversos tipos de desgaste para conformar um mesmo material, 
dependendo das condições nas quais o processo é realizado.
4 ATRITO E DESGASTE
De acordo com Bowden e Tabor (2001), o atrito pode ser definido a partir 
de duas componentes: uma de adesão e outra de fricção, logo, o coeficiente de 
atrito (µ) pode ser expresso a partir da Equação 3. A componente de adesão 
depende da dureza do material mais macio e da área de contato real entre os dois 
corpos, enquanto a componente de abrasão depende da capacidade das asperezas 
do material duro penetrarem no material macio. 
adesão abrasãoµ µ µ= + (Equação 3)
O desgaste de um material metálico acontece através da adesão entre 
as asperezas, e depois do arrancamento de asperezas durante o deslizamento. 
Todavia, ao ter-se um par tribológico do tipo duro-mole, a tendência é que o 
desgaste seja adesivo no material duro (LEMM et al., 2015) e abrasiva no material 
mole. Na Figura 26 é apresentada a formação de partículas de terceiro corpo, 
estas partículas são oriundas de reações entre os elementos dos dois corpos em 
deslizamento com a atmosfera, Figura 26 (a) e (b), formando