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1 ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba PROJETO DE REDUTOR PARA CORREIA TRANSPORTADORA COM AVANÇO UNIFORME Elementos de Máquina ll Prof. Dr. Francisco José de Almeida Projeto de redutor para correia transportadora com avanço uniforme VERIFICAÇÃO 01 ENGRENAGENS 201200870 Diego Formaggio 201101157 Edenilson Carlos Paesman 201200735 Elias Zem 201200901 Wil Cleiton Braseliano Piracicaba SP Março de 2015 1. Cálculo da Engrenagem Os dados fornecidos para execução do projeto do redutor são: Potência do motor (N) = 17,5 CV Rotação de entrada (Ne)= 1200 rpm Rotação de saída (Ns)= 30 rpm 1. 1. Dimensionamento Geométrico Relação de transmissão Nota: Usaremos três pares de engrenagens para obtermos a redução desejada. 1. 1. 2. Número de dentes (z) para o 1° par de engrenagens Adotamos o número de dentes 14 conforme tabela 1 abaixo: Tabela 1. Número mínimo de dentes zmin zmin Tipo de transmissão = 20o = 14o30’ pequenas velocidades - pequenas cargas 10 18 velocidades médias (6 a 9 m/s) 12 24 cargas e velocidades elevadas 16 30 engrenamento externo z1 + z2 24 engrenamento interno z1 + z2 10 Obs:. O ângulo de pressão mais utilizado é o que a norma DIN867 recomenda, que corresponde á = 20o. Vale ressaltar que o ângulo de pressão “ = 14o30’” não vem mais sendo utilizado. 1. 1. 3. Número de dentes (z) para o 2° par de engrenagens 1. 1. 4. Número de dentes (z) para o 3° par de engrenagens 1. 2. Dimensionamento do 1° par de engrenagens Z1 = 14 para cargas e velocidades elevadas – tabela 1 = 20° usado por causa da boa qualidade de materiais atualmente. = 0 por ser engrenagem de dentes retos =25 tipo de construção – tabela 2 rf = 0,2.m raio do fundo do dente (rf = 0,1a 0,3.m) Tabela 2. Relação = l/m Tipo de construção = l / m dentes brutos de fundição limpa 6 dentes bem acabados suporte comum e saliente 10 suportes em vigas de aço 15 bons suportes em caixas de engrenagens 25 suportes rígidos de melhor qualidade 30 a 45 engrenagens de construção de elevada precisão até 200 1. 2.1. Estimativa do módulo – (Equação de Dubbell). Ye= 0,178 coeficiente da forma de Dubbell – tabela 14 e interpolação N= 17,5 potência do motor (dado fornecido) Ne=1200 rpm rotação de entrada (dado fornecido) Tabela 3. Coeficiente de forma de Dubbell Ye z1 Ye para z2/z1 1 2 5 14 0,142 0,165 0,190 0,216 16 0,147 0,175 0,204 0,234 17 0,150 0,180 0,212 0,243 20 0,155 0,189 0,225 0,260 30 0,159 0,201 0,246 0,289 50 0,160 0,207 0,256 0,304 150 0,162 0,213 0,265 0,318 E, interpolando: 2 -------------- 0,165 3,43 ---------- x 5 -------------- 0,190 X= 0,178 1. 2.2. Calculando Aço E=210 Mpa = 21.000 Kgf/mm² SN= 2 coeficiente de segurança à fadiga (adota-se entre 1,5 a 2,5) j2=1 coeficiente de viscosidade – tabela 4 j3= 0,8 específica a quantidade de choque 1,0 Tabela 4. Coeficiente de viscosidade j2 graus Engler a 50o C j2 1,5 0,70 3,0 0,75 5,0 0,80 9,0 0,90 13,5 1,00 19,0 1,10 26,0 1,20 35,0 1,30 40,0 1,35 1. 2.3. Material do Pinhão: Aço cementado (20 MnCr 5) HB=650 – conforme tabela 5 abaixo: rup=110 a 130Kgf/cm² Tabela5. Dureza Brinnell HB Material ruptura (kgf/cm2) Dureza HB Tipo - tratamento designação núcleo flanco fofo cinzento GG 18 18 170 fofo cinzento GG 26 26 210 fofo nodular ferrítico 60 170 fofo nodular perlítico 70 a 75 250 fofo nodular GG 90 80 a 90 300 aço fundido GS 52 52 150 aço fundido GS 60 60 175 aço carbono St 50.11 50 a 60 150 aço carbono St 60.11 60 a 70 180 aço carbono St 70.11 70 a 85 208 aço beneficiado C 22 50 a 60 140 aço beneficiado C 45 65 a 80 185 aço beneficiado C 60 75 a 90 210 aço beneficiado 34 Cr 4 75 a 90 260 aço beneficiado 37 MnSi 5 80 a 95 260 aço beneficiado 42 CrMo 4 95 a 110 300 aço cementado C 15 50 a 65 190 736 aço cementado 16 MnCr 5 80 a 110 270 650 aço cementado 20 MnCr 5 110 a 130 360 650 aço cementado 15 CrNi 6 90 a 120 310 650 aço cementado 18 CrNi 8 120 a 145 400 650 aço c/ temp. sup. Ck 45 65 a 80 220 595 aço c/ temp. sup. 37 MnSi 5 90 a 105 270 560 aço c/ temp. sup. 53 MnSi 4 90 a 110 275 615 aço c/ temp. sup. 42 CrMo 4 90 a 110 275 615 aço cianetado 41 Cr 4 140 a 180 460 595 aço cianetado 37 MnSi 5 150 a 190 470 550 aço nitretado C 45 55 a 60 185 450 aço nitretado 42 CrMo 4 85 a 90 300 660 aço nitretado 31 CrMo 9 70 a 85 350 700 Tabela 6. Módulos normalizados m classe I 0,3 0,4 0,5 0,6 --- 0,8 1 1,25 1,50 II 0,35 0,45 0,55 --- 0,7 0,9 1,125 1,375 1,75 III --- --- 0,65 --- --- --- --- --- --- I 2 2,5 3 --- 4 5 6 --- 8 II 2,25 2,75 --- 3,5 4,5 5,5 --- 7 9 III --- --- 3,25 3,75 --- --- 6,5 --- --- I 10 12 16 20 25 32 40 50 --- II 11 14 18 22 28 36 45 --- --- III --- --- --- --- --- --- --- --- --- Adotaremos m=2,75 conforme tabela 6 1. 2. 4. Módulo normalizado e largura da engrenagem l Módulo normalizado 2,75 1. 2.5. Verificações para o 1° par de engrenagens: 1. 2.5. 1. Ruptura no pé do dente – (Equação de Lewis modificada) =1,45 fator de aplicação/alta sobrecarga – tabela 7 Tabela 7. Fator de sobrecarga aplicação da engrenagem automóveis (baixa sobrecarga) 1,15 a 1,25 caminhões (média sobrecarga) 1,25 a 1,35 tratores (alta sobrecarga) 1,40 a 1,50 Força tangencial Dp1= Z1 x m = 14 x 2,75 = 38,5 mm = 3,85 cm Fator de distribuição de Força sobre o dente Largura efetiva (área de contato do dente) = 500000 kgf/mm Rigidez do material – aço = 0,001 mm/mm Fabricação de alta qualidade, conforme tabela 8 Comprimento do dente Tabela 8. Erros de fabricação fabricação (mm/mm) dentes fresados (média qualidade) 0,002 dentes retificados (alta qualidade) 0,001 dentes lapidados (altíssima qualidade) 0,0005 Como > b, adota-se igual a b. Portanto = 68,75mm Kf= 1,3 fator de concentração de tensão (raio do pé do dente dividido pelo módulo) e com o resultado, conforme gráfico1 abaixo: Gráfico 1. Fator de concentração de tensões Kf Curva 1 - material submetido a tratamento térmico superficial (alta resistência) Curva 2 - material cementado Curva 3 - material cementado Curva 4 - aço SAE 1045 a 1050 sem tratamento Cv= 0,62 fator de velocidade tangencial em metros por segundo conforme gráfico 2 abaixo : Gráfico 2. Fator de velocidade Cv Curva 1 - engrenagens retas de boa precisão comercial Curva 2 - engrenagens helicoidais de média qualidade Curva 3 - engrenagens retas ou helicoidais de grande precisão fator de Lewis corrigido Yt1 = 0,277 coeficiente de forma de Lewis, conforme tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,2828 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,346 0,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 1. 2.5. 2. Verificação do pinhão Lf=1 fator de vida conforme gráfico 3 abaixo: Gráfico 3. Fator de vida Lf Curva 1 - Aço - dureza Brinell = 210 a 245 Curva 2 - Aço - dureza Brinell = 302 a 351 Curva 3 - Aço - dureza Rockwell C = 58 a 63 (cementado) Curva 4 - Aço - todas as durezas Ka= 1 fator de aplicação conforme tabela 10 abaixo Tabela 10. Fator de aplicação Ka Órgão acionador Órgão acionado uniforme: compressores centrífugos, agitadores de líquidos, correias transportadoras (avanço uniforme), sistemas de translação de carrinhos, pontes e pórticos, sistemas de rotação de guindastes choques moderados: agitadores para sólido-líquido, correias transportadoras (avanço não uniforme), sistemas de elevação de carga das pontes e guindastes, elevadores, máquinas operatrizes com arranque de cavaco choques severos: compressores monocilíndricos, transportadores alternativos, britadores, peneira vibratória uniforme: motores elétricos, turbinas 1,00 1,25 1,75 choques pequenos: motores de combustão interna multicilíndricos 1,10 1,35 1,80 choques severos: motores de combustão interna monocilíndricos 1,25 1,50 1,85 fadm Pinhão = 3900 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 11 abaixo: Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 Aço 160-200 1.400 700 Aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 1. 2.5. 3. Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: f = 27,34 kgf/mm² 39,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por flexão. 1. 2.5. 4. Pressão no flanco do dente – (Eq de Hertz modificada) 1. 2.5. 5.Verificação do pinhão Lfc = 1 Fator de vida conforme tabela 12 abaixo: Tabela 12. Fator de vida Lfc número de ciclos Lfc 103 1,40 105 1,40 106 1,25 107 1,10 108 1,00 109 0,90 Ka = 1 Fator de aplicação conforme tabela 10. cadm Pinhão = 14000 kgf/cm² - Tensão admissível à compressão conforme tabela 13 abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 aço 160-200 4.200 aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 1. 2.5. 6.Conclusão da verificação pela Equação de Hertz: c =116,65 kgf/mm² cadm = 140,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por compressão. 1. 3. CÁLCULO DA COROA 1.3.1. Dados obtidos: m= 2,75mm ke = 1,46 Dp= 132mm Dp= 132mm kf = 1,0 Le = 68,75mm Mt = 1044,5 kgfcm =1,45 Ft = 542,58 Kgf = 1,60 F*= 786,73 Kgf Lf = 1 Ka=1 Lfc = 1 Cv=0,65 Yt2 = 0,405 coeficiente de forma de Lewis, conforme interpolação da tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,282 8 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,346 0,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 Interpolação: Número de dentes (z) yt para = 20o 43 0,397 48 X 50 0,409 x= 0,405 Verificação da coroa fadm Coroa = 2250 kgf/cm² - Tensão admissível à tração conforme tabela 11. Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 Aço 160-200 1.400 700 Aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: F = 18,68/mm² 22,50 kgf/mm² A coroa não quebra por flexão. Verificação da coroa cadm Coroa =11200 kgf/cm² -Tensão admissível à tração conforme tabela 13.abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 Aço 160-200 4.200 Aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 Conclusão da verificação pela Equação de Hertz: c = 63kgf/mm² cadm = 112 kgf/mm² A coroa não quebra por compressão. Dados para o desenho do 1° par de engrenagens PINHÃO Z1 = 14 = 20° m = 2,75 l = 68,75 mm ad = m = 2,75 dd = 1,2 x m= 3,3 mm Dp = m x Z1 = 38,5 mm De = Dp+2.ad = 44 mm Db = Dp.cos = 36,18 mm Di = Dp-2.dd = 31,9 mm Ps = .m = 8,64 mm h = ad+dd = 9,07 mm Rf = 0,2.m = 0,82 mm COROA Z2 = 48 = 20° m = 2,75 l = 68,75 mm ad = m = 2,75 dd = 1,2 x m= 3,3 mm Dp = m x Z2 = 195 mm De = Dp+2.ad = 137,5 mm Db = Dp.cos = 124,04 mm Di = Dp-2.dd = 125,4 mm Ps = .m = 8,64 mm h = ad+dd = 8,25 mm Rf = 0,2.m = 0,82 mm 1. 5. Dimensionamento do 2° par de engrenagens Z3 = 14 para velocidade média – tabela 1 = 20° usado por causa da boa qualidade de materiais atualmente. = 0 por ser engrenagem de dentes retos = 25 tipo de construção – tabela 3 rf = 0,2.m raio do fundo do dente (rf = 0,1a 0,3.m) Estimativa do módulo – (Equação de Dubbell). Ye= 0,178 coeficiente da forma de Dubbell – tabela 3 N= 17,5 CV potência do motor Ne= 350 rpm rotação de entrada Tabela 3. Coeficiente de forma de Dubbell Ye z1 Ye para z2/z1 1 2 514 0,142 0,165 0,190 0,216 16 0,147 0,175 0,204 0,234 17 0,150 0,180 0,212 0,243 20 0,155 0,189 0,225 0,260 30 0,159 0,201 0,246 0,289 50 0,160 0,207 0,256 0,304 150 0,162 0,213 0,265 0,318 E, interpolando: 2 -------------- 0,175 3,25 --------- x 5-------------- 0,190 X= 0,178 Aço E=210Mpa SN= 2 coeficiente de segurança à fadiga j2=1 coeficiente de viscosidade – tabela 13 j3= 0,8 especifica a quantidade de choque 1,0 Material do Pinhão: Aço cementado (20 MnCr 5) HB=650 – conforme tabela 5 abaixo: rup =110 a 130Kgf/cm² Tabela5. Dureza Brinnell HB Material ruptura (kgf/cm2) Dureza HB Tipo - tratamento designação núcleo flanco fofo cinzento GG 18 18 170 fofo cinzento GG 26 26 210 fofo nodular ferrítico 60 170 fofo nodular perlítico 70 a 75 250 fofo nodular GG 90 80 a 90 300 aço fundido GS 52 52 150 aço fundido GS 60 60 175 aço carbono St 50.11 50 a 60 150 aço carbono St 60.11 60 a 70 180 aço carbono St 70.11 70 a 85 208 aço beneficiado C 22 50 a 60 140 aço beneficiado C 45 65 a 80 185 aço beneficiado C 60 75 a 90 210 aço beneficiado 34 Cr 4 75 a 90 260 aço beneficiado 37 MnSi 5 80 a 95 260 aço beneficiado 42 CrMo 4 95 a 110 300 aço cementado C 15 50 a 65 190 736 aço cementado 16 MnCr 5 80 a 110 270 650 aço cementado 20 MnCr 5 110 a 130 360 650 aço cementado 15 CrNi 6 90 a 120 310 650 aço cementado 18 CrNi 8 120 a 145 400 650 aço c/ temp. sup. Ck 45 65 a 80 220 595 aço c/ temp. sup. 37 MnSi 5 90 a 105 270 560 aço c/ temp. sup. 53 MnSi 4 90 a 110 275 615 aço c/ temp. sup. 42 CrMo 4 90 a 110 275 615 aço cianetado 41 Cr 4 140 a 180 460 595 aço cianetado 37 MnSi 5 150 a 190 470 550 aço nitretado C 45 55 a 60 185 450 aço nitretado 42 CrMo 4 85 a 90 300 660 aço nitretado 31 CrMo 9 70 a 85 350 700 Tabela 6. Módulos normalizados m Classe I 0,3 0,4 0,5 0,6 --- 0,8 1 1,25 1,50 II 0,35 0,45 0,55 --- 0,7 0,9 1,125 1,375 1,75 III --- --- 0,65 --- --- --- --- --- --- I 2 2,5 3 --- 4 5 6 --- 8 II 2,25 2,75 --- 3,5 4,5 5,5 --- 7 9 III --- --- 3,25 3,75 --- --- 6,5 --- --- I 10 12 16 20 25 32 40 50 --- II 11 14 18 22 28 36 45 --- --- III --- --- --- --- --- --- --- --- --- Adotaremos m=3,5 conforme tabela 6 Verificações para o 2° par de engrenagens Ruptura no pé do dente – (Eq. de Lewis modificada) =1,45 conforme tabela 7 abaixo: Tabela 7. Fator de sobrecarga aplicação da engrenagem automóveis (baixa sobrecarga) 1,15 a 1,25 caminhões (média sobrecarga) 1,25 a 1,35 tratores (alta sobrecarga) 1,40 a 1,50 Força tangencial Dp3= Z3 x m = 14 x 4 = 56mm = 5,6cm fator de distribuição de Força sobre o dente largura efetiva (área de contato do dente) = 500000 kgf/mm rigidez do material – aço = 0,001 mm/mm fabricação média – tabela 8 comprimento do dente Como le > b então adotaremos le = b Kf= 1,0 fator de concentração de tensão rf/m conforme gráfico 1 abaixo: Gráfico 1. Fator de concentração de tensões Kf Curva 1 - material submetido a tratamento térmico superficial (alta resistência) Curva 2 - material cementado Curva 3 - material cementado Curva 4 - aço SAE 1045 a 1050 sem tratamento Cv= 0,62 fator de velocidade tangencial conforme gráfico 2 abaixo: Gráfico 2. Fator de velocidade Cv Curva 1 - engrenagens retas de boa precisão comercial Curva 2 - engrenagens helicoidais de média qualidade Curva 3 - engrenagens retas ou helicoidais de grande precisão fator de Lewis corrigido Yt = 0,277 coeficiente de forma de Lewis, conforme tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,282 8 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,346 0,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 Verificação do pinhão Lf=1 fator de vida conforme gráfico 3 abaixo: Gráfico 3. Fator de vida Lf Curva 1 - Aço - dureza Brinell = 210 a 245 Curva 2 - Aço - dureza Brinell = 302 a 351 Curva 3 - Aço - dureza Rockwell C = 58 a 63 (cementado) Curva 4 - Aço - todas as durezas Ka= 1 fator de aplicação conforme tabela 10 abaixo Tabela 10. Fator de aplicação Ka Órgão acionador Órgão acionado uniforme: compressores centrífugos, agitadores de líquidos, correias transportadoras (avanço uniforme), sistemas de translação de carrinhos, pontes e pórticos, sistemas de rotação de guindastes choques moderados: agitadores para sólido-líquido, correias transportadoras (avanço não uniforme), sistemas de elevação de carga das pontes e guindastes, elevadores, máquinas operatrizes com arranque de cavaco choques severos: compressores monocilíndricos, transportadores alternativos, britadores, peneira vibratória uniforme: motores elétricos, turbinas 1,00 1,25 1,75 choques pequenos: motores de combustão interna multicilíndricos 1,10 1,35 1,80 choques severos: motores de combustão interna monocilíndricos 1,25 1,50 1,85 fadm Pinhão = 3900 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 11 abaixo: Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 Aço 160-200 1.400 700 Aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: F = 26,14 kgf/mm² 39,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por flexão. Pressão no flanco do dente – (Eq de Hertz modificada) Verificação do pinhão Lfc = 1 Fator de vida conforme tabela 12 abaixo: Tabela 12. Fator de vida Lfc número de ciclos Lfc 103 1,40 105 1,40 106 1,25 107 1,10 108 1,00 109 0,90 Ka = 1 Fator de aplicação conforme tabela 10. abaixo: Tabela 10. Fator de aplicação Ka Órgão acionador Órgão acionado uniforme: compressores centrífugos, agitadores de líquidos, correias transportadoras (avanço uniforme), sistemas de translação de carrinhos, pontes e pórticos, sistemas de rotação de guindasteschoques moderados: agitadores para sólido-líquido, correias transportadoras (avanço não uniforme), sistemas de elevação de carga das pontes e guindastes, elevadores, máquinas operatrizes com arranque de cavaco choques severos: compressores monocilíndricos, transportadores alternativos, britadores, peneira vibratória uniforme: motores elétricos, turbinas 1,00 1,25 1,75 choques pequenos: motores de combustão interna multicilíndricos 1,10 1,35 1,80 choques severos: motores de combustão interna monocilíndricos 1,25 1,50 1,85 cadm Pinhão = 14000 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 13 abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 aço 160-200 4.200 aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 Conclusão da verificação pela Equação de Hertz: c= 114,05 kgf/mm² cadm= 140,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por compressão CÁLCULO DA COROA. 1.6.1. Dados obtidos: m= 4 mm ke= 1,19 Dp= 192mm kf= 1,3 Le = 100 mm Mt = 3581 kgfcm =1,45 Ft = 1278,9 Kgf = 1,60 F*= 1854,4 Kgf Lf=1 Ka=1 Lfc = 1 Cv=0,62 Yt4 = 0,405 coeficiente de forma de Lewis, conforme interpolação dos valores da tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,282 8 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,346 0,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 Interpolação: Número de dentes (z) yt para = 20o 43 0,397 48 x 50 0,409 x = 0,405 Verificação da coroa fadm Coroa = 2250 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 11. abaixo: Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 Aço 160-200 1.400 700 Aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: F = 17,85 kgf/mm² 22,50 kgf/mm² A coroa não quebra por flexão. Verificação da coroa pela equação de Hertz: cadm Coroa = 7000 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 13.abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 Aço 160-200 4.200 Aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 61,59 kgf/mm² cadm = 70,00 kgf/mm² A coroa não quebra por compressão. Dados para o desenho do 2° par de engrenagens 1.7.1.PINHÃO Z3 = 14 = 20° m = 4 I = 100 mm ad = m = 4 dd = 1,2 x m = 4,8 mm Dp = m x Z3 = 56 mm De = Dp+2.ad = 64 mm Db = Dp.cos = 56,62 mm Di = Dp-2.dd = 46,4 mm Ps = .m = 12,57 mm h = ad+dd = 19,2 mm Rf = 0,2.m = 1,2 mm 1.7.2.COROA Z4 = 48 = 20° m = 4 I = 100 mm ad = m = 4 dd = 1,2 x m = 4,8 mm Dp = m x Z4 = 192 mm De = Dp+2.ad = 200 mm Db = Dp.cos = 180,42 mm Di = Dp-2.dd = 182,4 mm Ps = .m = 12,57 mm h = ad+dd = 19,2 mm Rf = 0,2.m = 1,2 mm 1. 8. Dimensionamento do 3° par de engrenagens Z5 = 14 para velocidade média – tabela 1 = 20° usado por causa da boa qualidade de materiais atualmente. = 0 por ser engrenagem de dentes retos = 25 tipo de construção – tabela 3 rf = 0,3.m raio do fundo do dente (rf = 0,1a 0,3.m) Estimativa do módulo – (Equação de Dubbell). Ye= 0,178 coeficiente da forma de Dubbell – tabela 3 N= 17,5 CV potência do motor Ne= 102 rpm rotação de entrada Tabela 3. Coeficiente de forma de Dubbell Ye z1 Ye para z2/z1 1 2 5 14 0,142 0,165 0,190 0,216 16 0,147 0,175 0,204 0,234 17 0,150 0,180 0,212 0,243 20 0,155 0,189 0,225 0,260 30 0,159 0,201 0,246 0,289 50 0,160 0,207 0,256 0,304 150 0,162 0,213 0,265 0,318 E, interpolando: 2 -------------- 0,165 3,43 --------- x 5-------------- 0,190 X=0,178 Aço E= 210 Mpa SN= 2 coeficiente de segurança à fadiga j2=1 coeficiente de viscosidade – tabela 13 j3= 0,8 especifica a quantidade de choque 1,0 Material do Pinhão: Aço cementado (20 MnCr 5) HB= 650 – conforme tabela 5 abaixo: rup= 110 a 130Kgf/cm² Tabela5. Dureza Brinnell HB Material ruptura (kgf/cm2) Dureza HB Tipo - tratamento designação núcleo flanco fofo cinzento GG 18 18 170 fofo cinzento GG 26 26 210 fofo nodular ferrítico 60 170 fofo nodular perlítico 70 a 75 250 fofo nodular GG 90 80 a 90 300 aço fundido GS 52 52 150 aço fundido GS 60 60 175 aço carbono St 50.11 50 a 60 150 aço carbono St 60.11 60 a 70 180 aço carbono St 70.11 70 a 85 208 aço beneficiado C 22 50 a 60 140 aço beneficiado C 45 65 a 80 185 aço beneficiado C 60 75 a 90 210 aço beneficiado 34 Cr 4 75 a 90 260 aço beneficiado 37 MnSi 5 80 a 95 260 aço beneficiado 42 CrMo 4 95 a 110 300 aço cementado C 15 50 a 65 190 736 aço cementado 16 MnCr 5 80 a 110 270 650 aço cementado 20 MnCr 5 110 a 130 360 650 aço cementado 15 CrNi 6 90 a 120 310 650 aço cementado 18 CrNi 8 120 a 145 400 650 aço c/ temp. sup. Ck 45 65 a 80 220 595 aço c/ temp. sup. 37 MnSi 5 90 a 105 270 560 aço c/ temp. sup. 53 MnSi 4 90 a 110 275 615 aço c/ temp. sup. 42 CrMo 4 90 a 110 275 615 aço cianetado 41 Cr 4 140 a 180 460 595 aço cianetado 37 MnSi 5 150 a 190 470 550 aço nitretado C 45 55 a 60 185 450 aço nitretado 42 CrMo 4 85 a 90 300 660 aço nitretado 31 CrMo 9 70 a 85 350 700 Tabela 6. Módulos normalizados m classe I 0,3 0,4 0,5 0,6 --- 0,8 1 1,25 1,50 II 0,35 0,45 0,55 --- 0,7 0,9 1,125 1,375 1,75 III --- --- 0,65 --- --- --- --- --- --- I 2 2,5 3 --- 4 5 6 --- 8 II 2,25 2,75 --- 3,5 4,5 5,5 --- 7 9 III --- --- 3,25 3,75 --- --- 6,5 --- --- I 10 12 16 20 25 3240 50 --- II 11 14 18 22 28 36 45 --- --- III --- --- --- --- --- --- --- --- --- Adotaremos m= 5,5 conforme tabela 6 Verificações para o 3° par de engrenagens Ruptura no pé do dente – (Eq. de Lewis modificada) =1,45 conforme tabela 7 abaixo: Tabela 7. Fator de sobrecarga aplicação da engrenagem automóveis (baixa sobrecarga) 1,15 a 1,25 caminhões (média sobrecarga) 1,25 a 1,35 tratores (alta sobrecarga) 1,40 a 1,50 Força tangencial Dp5= Z3xm = 14 x 5,5= 77 mm = 7,7cm fator de distribuição de Força sobre o dente largura efetiva (área de contato do dente) = 500000 kgf/mm rigidez do material – aço = 0,001 mm/mm conforme tabela 8 abaixo: Tabela 8. Erros de fabricação Fabricação (mm/mm) dentes fresados (média qualidade) 0,002 dentes retificados (alta qualidade) 0,001 dentes lapidados (altíssima qualidade) 0,0005 comprimento do dente Como le > b então adotaremos le = b Le=137,5mm Kf= 1,3 - fator de concentração de tensão rf/m conforme gráfico 3 abaixo: Gráfico 3. Fator de concentração de tensões Kf Curva 1 - material submetido a tratamento térmico superficial (alta resistência) Curva 2 - material cementado Curva 3 - material cementado Curva 4 - aço SAE 1045 a 1050 sem tratamento Cv= 0,75 - fator de velocidade tangencial conforme gráfico 2 abaixo: Gráfico 4. Fator de velocidade Cv Curva 1 - engrenagens retas de boa precisão comercial Curva 2 - engrenagens helicoidais de média qualidade Curva 3 - engrenagens retas ou helicoidais de grande precisão fator de Lewis corrigido Yt5 = 0,277 fator de Lewis – função do Z5, , conforme tabela 9 abaixo: Yt6 = 0,405 fator de Lewis – função do Z6, , conforme tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,282 8 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,346 0,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 Interpolação: Número de dentes (z) yt para = 20o 43 0,397 48 X 50 0,409 x = 0,405 Verificação do pinhão Lf=1 fator de vida conforme gráfico 3 abaixo: Gráfico 5. Fator de vida Lf Curva 1 - Aço - dureza Brinell = 210 a 245 Curva 2 - Aço - dureza Brinell = 302 a 351 Curva 3 - Aço - dureza Rockwell C = 58 a 63 (cementado) Curva 4 - Aço - todas as durezas Ka= 1 fator de aplicação conforme tabela 10 abaixo Tabela 10. Fator de aplicação Ka Órgão acionador Órgão acionado uniforme: compressores centrífugos, agitadores de líquidos, correias transportadoras (avanço uniforme), sistemas de translação de carrinhos, pontes e pórticos, sistemas de rotação de guindastes choques moderados: agitadores para sólido-líquido, correias transportadoras (avanço não uniforme), sistemas de elevação de carga das pontes e guindastes, elevadores, máquinas operatrizes com arranque de cavaco choques severos: compressores monocilíndricos, transportadores alternativos, britadores, peneira vibratória uniforme: motores elétricos, turbinas 1,00 1,25 1,75 choques pequenos: motores de combustão interna multicilíndricos 1,10 1,35 1,80 choques severos: motores de combustão interna monocilíndricos 1,25 1,50 1,85 fadm Pinhão = 3900 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 11 abaixo: Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 aço 160-200 1.400 700 aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: F = 25,70 kgf/mm² 39,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por flexão. Pressão no flanco do dente – (Eq de Hertz modificada) Verificação do pinhão Lfc = 1 Fator de vida conforme tabela 12 abaixo: Tabela 12. Fator de vida Lfc número de ciclos Lfc 103 1,40 105 1,40 106 1,25 107 1,10 108 1,00 109 0,90 Ka = 1 Fator de aplicação conforme tabela 10. abaixo: Tabela 10. Fator de aplicação Ka Órgão acionador Órgão acionado uniforme: compressores centrífugos, agitadores de líquidos, correias transportadoras (avanço uniforme), sistemas de translação de carrinhos, pontes e pórticos, sistemas de rotação de guindastes choques moderados: agitadores para sólido-líquido, correias transportadoras (avanço não uniforme), sistemas de elevação de carga das pontes e guindastes, elevadores, máquinas operatrizes com arranque de cavaco choques severos: compressores monocilíndricos, transportadores alternativos, britadores, peneira vibratória uniforme: motores elétricos, turbinas 1,00 1,25 1,75 choques pequenos: motores de combustão interna multicilíndricos 1,10 1,35 1,80 choques severos: motores de combustão interna monocilíndricos 1,25 1,50 1,85 cadm Pinhão = 11200 kgf/cm² Tensão admissível à compressão conforme tabela 13 abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 aço 160-200 4.200 aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 Conclusão da verificação pela Equação de Hertz: c= 113,11 kgf/mm² cadm= 114,00 kgf/mm² O pinhão não quebra por compressão. CÁLCULO DA COROA. Dados obtidos: m= 5,5 mm ke= 1,08 Dp= 264mm kf= 1,3 L = 137,5 mm Mt = 12277,7 kgfcm =1,45 Ft = 3189,02 Kgf = 1,60 F*= 4264,07Kgf Lf=1 Ka=1 Lfc = 1 Cv=0,75 Yt6 = 0,405 coeficiente de forma de Lewis, conforme interpolação dos valores da tabela 9 abaixo: Tabela 9. Coeficiente de forma de Lewis yt número de dentes = 14o 30’ = 20o pinhões pequenos = 20o alt. Total = 20o rebaixado 5 0,320 6 0,301 7 0,282 8 0,264 9 0,264 10 0,264 11 0,264 12 0,211 0,245 0,264 0,312 13 0,223 0,261 0,270 0,324 14 0,236 0,277 0,277 0,340 15 0,245 0,290 0,350 16 0,254 0,296 0,362 17 0,264 0,303 0,368 18 0,270 0,309 0,378 19 0,277 0,314 0,388 20 0,283 0,322 0,394 21 0,289 0,328 0,400 22 0,292 0,331 0,406 24 0,299 0,337 0,416 26 0,308 0,3460,425 28 0,314 0,353 0,432 30 0,318 0,359 0,438 34 0,327 0,371 0,447 38 0,333 0,384 0,457 43 0,340 0,397 0,463 50 0,346 0,409 0,476 60 0,355 0,422 0,485 75 0,361 0,435 0,497 100 0,367 0,447 0,507 150 0,374 0,460 0,520 300 0,383 0,472 0,535 cremalheira 0,390 0,485 0,552 Interpolação: Número de dentes (z) yt para = 20o 43 0,397 48 x 50 0,409 x = 0,405 Verificação da coroa fadm Coroa = 2250 kgf/cm² Tensão admissível à tração conforme tabela 11. abaixo: Tabela 11. Tensão admissível à tração fadm Material Dureza fadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C Retas ou Helicoidais Cônicas fofo cinzento 160-200 350 200 fofo nodular 210-245 500 300 aço 160-200 1.400 700 aço 210-245 1.550 800 aço benef. 302-351 33-38 2.250 1.050 aço temper. 455-525 48-53 2.500 1.250 aço cement. 615-706 58-63 3.900 2.100 Conclusão da verificação pela Equação de Lewis: F = 17,56 kgf/mm² 22,50 kgf/mm² A coroa não quebra por flexão. Verificação da coroa pela equação de Hertz: cadm Coroa = 7000 kgf/cm² Tensão admissível à compressão conforme tabela 13. abaixo: Tabela 13. Tensão admissível à compressão cadm Material Dureza cadm (kgf/cm2) Brinell Rockwell C bronze, bronze fosforoso 2.500 fofo cinzento 160-200 3.500 fofo nodular 210-245 4.200 aço 160-200 4.200 aço 210-245 4.900 aço benef. 302-351 33-38 7.000 aço temper. 455-525 48-53 11.200 aço cement. 615-706 58-63 14.000 Conclusão da verificação pela Equação de Hertz: c= 61,08 kgf/mm² cadm= 70,00 kgf/mm² A coroa não quebra por compressão. Dados para o desenho do 3° par de engrenagens 1.10.1. PINHÃO Z5 = 14 = 20° m = 5,5 mm I= 137,5 mm ad = m = 5,5 mm dd = 1,2 x m = 6,6 mm Dp = m x Z1 = 77 mm De = Dp+2.ad = 88 mm Db = Dp.cos = 72,3 mm Di = Dp-2.dd = 63,8 mm Ps = .m = 17,28 mm h = ad+dd = 36,3 mm Rf = 0,3.m = 1,65 mm COROA Z6 = 48 = 20° m = 5,5 mm I= 137,5 mm ad = m = 5,5 mm dd = 1,2 x m = 6,6 mm Dp = m x Z1 = 264 mm De = Dp+2.ad = 275 mm Db = Dp.cos = 248,08 mm Di = Dp-2.dd = 250,8 mm Ps = .m = 17,28 mm h = ad+dd = 36,3 mm Rf = 0,3.m = 1,65 mm
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