Proj Mec Parte A

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<p>Projetos Mecânicos</p><p>Prof. Gilson Tristão</p><p>2º. Semestre de 2023</p><p>INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E</p><p>TECNOLOGIA – ICET</p><p>Engenharia Mecânica</p><p>ENGENHARIA</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 2</p><p>Introdução</p><p>No decorrer de nossa vida profissional iremos nos deparar com inúmeras aplicações de eixos de</p><p>transmissão. O projeto de um eixo por si só, exigirá uma gama de conhecimentos adquiridos no</p><p>decorrer do curso de engenharia da Unip. Pensando em ministrar um curso onde, juntos, professor e</p><p>aluno, trataremos de “construir nosso conhecimento” sobre o assunto, e também o de propiciar uma</p><p>contumaz familiaridade com um dos livros que, particularmente, considero um dos melhores e mais</p><p>completos, dentre os materiais que tive acesso, para os estudos dos senhores, quase engenheiros:</p><p>Projeto de Máquinas- Uma abordagem integrada</p><p>Robert L. Norton</p><p>Editora Bookman</p><p>Importante frisar que trata-se de uma disciplina complexa e com uma carga de informação e</p><p>conhecimento PESADA. Logo, será preciso uma grande de dose de boa vontade e muita “garra” de</p><p>todos os senhores aluno, para essa jornada final do curso.</p><p>Prof. Gilson Tristão</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 3</p><p>Nota:</p><p>Em função da necessidade de condensar mais o material de estudo, para podermos cobrir todo o conteúdo pertinente</p><p>à disciplina, os conceitos aqui apresentados “resumidamente”, podem e devem ser complementados com a leitura do</p><p>livro.</p><p>10.1 Cargas em eixos</p><p>Predominantemente, em eixos, temos 02 tipos:</p><p>Torção- devido ao torque.</p><p>Flexão- devido a cargas transversais em engrenagens, polias e acoplamentos diversos.</p><p>Tensões Alternadas</p><p>Um eixo sujeito a cargas de flexão transversal fixas. Qualquer elemento de tensão na superfície do eixo vai de tração a</p><p>compressão, em cada volta do eixo. Opa, isso pode causar a fadiga do meu eixo (lembrem do movimento de romper um</p><p>arame).</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 4</p><p>Tensão Repetida- ciclos distintos que se repetem a cada volta, deixando de aplicar carga em períodos distintos.</p><p>Tensão Pulsante- quando em movimento, sempre existirão cargas no eixo.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 5</p><p>10.2 Conexões e concentração de tensões</p><p>Degraus, rasgos de chavetas, furos de encosto, furos passantes, acoplamentos por atrito, causam concentração de</p><p>tensão no eixo.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 6</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 7</p><p>Comentários da figura 10-2:</p><p>A- Folga Axial-> evita tensões axiais no caso de dilatação térmica do eixo.</p><p>B- Colar Engastado-> permite fixação axial e radial em função do assento cônico. Foi instalado numa região de</p><p>torque reduzido.</p><p>C- Chaveta-> O rasgo da chaveta woodruff (meia-lua) é visivelmente profundo e a área de contato da chaveta com</p><p>o eixo, é maior do que com o cubo.</p><p>D- Anel Retentor-> Antes e após o anel retentor do mancal, há um canal de alívio de tensões. Em seguida, temos</p><p>mais um artifício de alívio, antes do degrau da polia.</p><p>E- Pino Cônico-> O pino cônico foi utilizado numa região onde o torque no eixo é nulo (sem torção).</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 8</p><p>Nota:</p><p>Acoplamento por atrito, geram baixa concentração de tensão, mas não permitem sincronismo (fase repetível).</p><p>10.3 Materiais para eixo</p><p>A fim de minimizar as deflexões o aço é a escolha lógica para o material de eixo, por causa do seu elevado módulo</p><p>de elasticidade, embora o ferro fundido ou nodular seja também usado algumas vezes, especialmente se as</p><p>engrenagens e outras junções forem integralmente fundidas com o eixo.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 9</p><p>O bronze ou o aço inoxidável pé usado às vezes para ambientes marítimos ou corrosivos. Em locais onde o eixo se</p><p>apoia no mancal, girando dentro de um mancal de deslizamento, a dureza pode tornar-se um aspecto relevante. Aço</p><p>endurecido total ou parcialmente pode ser a melhor escolha de material para o eixo nesses casos (cementados).</p><p>Mancais de rolamento não requerem eixos endurecidos.</p><p>A maior parte dos eixos de máquinas é feita de aço de baixo ou médio carbono, obtido por laminação a frio ou a</p><p>quente, embora aços-liga sejam também usados quando se precisa de sua alta resistência.</p><p>Os aços laminados a frio são usados para eixos de diâmetros menores (< 3 in em diâmetro), e os laminados a</p><p>quente, para tamanhos maiores.</p><p>Atenção: A mesma liga quando laminada a frio, apresenta propriedades mecânicas mais elevadas (tensões residuais</p><p>de tração na superfície). A usinagem para a fixação de chavetas, acoplamentos, pinos etc., liberam essas tensões</p><p>residuais e podem causar empenamento do eixo. Lembremos de uma ponte sobre um rio, suspensa e sustentada por</p><p>cabos de aço.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 10</p><p>10.4 Potência no eixo</p><p>Apenas para relembrarmos:</p><p>P= T.ω</p><p>P: Potência [Hp] – horse power ; [Cv] – cavalo vapor; [Kw]- kilowatts (sistema métrico)</p><p>T: Torque</p><p>ω: Velocidade angular (radianos/tempo)</p><p>Logo:</p><p>P média = T médio. ω média</p><p>10.5 Cargas no eixo</p><p>O caso mais geral de carregamento do eixo é aquele onde temos um torque variado e um momento variado em</p><p>combinação.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 11</p><p>Ainda podemos ter cargas axiais, oriundas de engrenagens helicoidais ou cremalheira, ou linha de centro vertical.</p><p>Para minimizar os efeitos destas cargas axiais, podemos aplicar mancais axiais, o mais próximo possível da fonte de</p><p>carga.</p><p>Importante:</p><p>Mancais axiais podem ser de esferas e de rolos, sendo que os de rolos são aplicados para cargas mais elevadas e</p><p>velocidades menores devido ao alto atrito existente entre os rolos e a pista.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 12</p><p>No desenvolvimento do exercício do exemplo 10-1, aprenderemos os cuidados que devem ser tomados no</p><p>projeto de um eixo sujeito a tensões variadas. Examinaremos as posições ao longo do comprimento do eixo que</p><p>pareçam ter grandes momentos e /ou torques (especialmente se em combinação com concentração de tensão)</p><p>precisam ser examinadas para verificar a existência de possíveis falhas por tensão, e assim, as dimensões</p><p>transversais ou as propriedades do material ajustadas devidamente.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 13</p><p>10.6 Tensões no eixo</p><p>Devemos primeiro encontrar as tensões aplicadas em todos os pontos de interesse. As tensões de flexão média e</p><p>alternada máxima estão na superfície externa e são encontradas a partir de:</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 14</p><p>: Tensão torcional de cisalhamento média.</p><p>: Tensão torcional de cisalhamento alternante.</p><p>: Fatores de concentração de tensão torcional de fadiga</p><p>para componentes média e alternante, respectivamente.</p><p>: Segundo momento polar de área.</p><p>: Tensão média.</p><p>: Tensão alternante.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 15</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 16</p><p>10.7 Falha do eixo em carregamento combinado</p><p>Serão apresentados dois gráficos, obtidos empiricamente, por Davies e Gough e Pollard, na Inglaterra na década de</p><p>1930. Descobriu-se que a combinação da torção e Flexão em materiais dúcteis, em fadiga, geralmente segue a</p><p>relação elíptica como definida pelas equações:</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 17</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 18</p><p>10.8 Projeto do eixo</p><p>Precisamos considerar tanto as tensões quanto as deflexões para o projeto de um eixo.</p><p>As tensões podem ser calculadas em vários pontos de interesse, ao longo de um eixo com base nas cargas</p><p>conhecidas e nas seções transversais nesses pontos.</p><p>Logo, considerando as tensões projetamos um eixo inicialmente e definimos sua geometria, para só então</p><p>fazermos os cálculos das deflexões, quando procederemos com os ajustes necessários de diâmetro e</p><p>especificação de um novo material, se houver necessidade.</p><p>Lembrando que a relação entre as frequências naturais do eixo (tanto em torção, quanto</p><p>em flexão) e o</p><p>conteúdo de frequência das funções força e torque com o tempo, também podem ser fundamentais. Pois se estas</p><p>frequências forem próximas às frequências naturais do eixo, a ressonância pode criar vibrações, tensões elevadas</p><p>e grandes deflexões.</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 19</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 20</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>gilsontristao® 21</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>Apresentar material de concentração de tensões</p><p>gilsontristao® 22</p><p>PMEC- Projetos Mecânicos (Prof. Gilson)</p><p>FIM</p><p>gilsontristao® 23</p>