Apostila de Mecatrônica   Qualificação Profissional

Apostila de Mecatrônica Qualificação Profissional


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Nesse tipo, a haste do êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira), que aciona uma engre-
nagem, transformando o movimento linear num movimento rotativo à esquerda ou direita, sempre
de acordo com o sentido do curso. Os campos de rotação mais usuais são vários, isto é, de 45° -
90° - 180° - 290°, até 710°.
Um parafuso de regulagem possibilita, porém, a determinação do campo de rotação parcial,
dentro do total. O momento de torção depende da pressão de trabalho da área do êmbolo e da
relação de transmissão. O acionamento giratório é utilizado para virar peças, curvar tubos, regular
instalações de ar condicionado e no acionamento de válvula de fechamento e válvulas borboleta.
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Cilindro de aleta giratória
Como os cilindros rotativos já descritos, também nos de aleta giratória é possível um giro
angular limitado. O movimento angular raramente vai além de 300°. A vedação é problemática, o
diâmetro em relação à largura, em muitos casos, somente possibilita pequenos movimentos de
torção (torque).
Tipos de Fixação
Determina-se o tipo de fixação pela montagem dos cilindros
em máquinas e dispositivos. O cilindro pode ser construído para
certo tipo de fixação, se esse tipo de fixação não necessitar
modificações.
Pelo contrário, ainda é possível modificar o cilindro para
uma outra fixação usando peças de montagem padronizadas.
Especialmente ao usar um grande número de cilindros, é
vantajoso um estoque racional simplificado das peças de
montagem padronizadas, pois assim basta apenas combinar
o cilindro básico com o tipo de fixação desejado.
Tipos de vedação para êmbolos
As vedações utilizadas nos êmbolos dos cilindros variam conforme fabricante. Suas formas
alteram força de atrito, durabilidade,capacidade de vedação, temperatura de operação e custo.
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CÁLCULOS DOS CILINDROS
Força do êmbolo
A força do êmbolo exercida no elemento de trabalho depende da pressão do ar, do diâmetro
do cilindro e da resistência de atrito dos elementos de vedação.
A força teórica do êmbolo é calculada conforme a fórmula abaixo:
Fth = A . P
Fth = Força teórica do êmbolo (N)
A = Superfície útil do êmbolo (cm2)
P = Pressão de trabalho (kPa, 105 N/m2, bar)
Na prática é importante a força efetiva do êmbolo. Ao calculá-la, a resistência de atrito deve
ser considerada. Em condições normais de trabalho (faixa de pressão de 400 a 800 kPa ou 4 a 8
bar), essa resistência pode absorver de 3 a 20% da força calculada.
Na tabela abaixo temos os valores das forças, para várias pressões de trabalho, com cilin-
dros de diâmetro normalizados.
(A referência será sempre o diâmetro do êmbolo).
TABELA 1:
CILINDRO TABELA DA FORÇA DE UM CILINDRO EM FUNÇÃO DA PRESSÃO
1 2 3 4 5 *6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
6 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
16 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
25 6 9 13 17 21 24 30 34 38 42 46 50 55 60 63
35 8 17 26 35 43 52 61 70 76 86 95 104 113 122 129
40 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 136 148 160
50 17 35 53 71 88 106 124 142 159 175 194 212 230 248 264
90 34 65 104 139 173 208 243 278 312 346 381 416 451 486 519
100 70 141 212 283 253 424 295 566 636 706 777 848 919 990 1059
140 138 277 416 555 693 832 971 1110 1248 1306 1525 1664 1803 1942 2079
200 283 566 850 1133 1416 1700 1983 2266 8550 2832 3116 3400 3683 3966 4248
250 433 866 1300 1733 2165 2600 3033 3466 3800 4332 4766 5200 5633 6066 6498
* Pressão normal de trabalho
Para cilindros de ação simples, devemos considerar a força da mola de reposição (dado
pelo fabricante).
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Para o acionamento com partida a plena carga, devemos considerar a força dinâmica, neces-
sária para a colocação do objeto em movimento. Devido a isto, em termos práticos, consideramos
como utilização de forma econômica uma força de até 80% de força máxima.
EXEMPLO:
Força necessária = 100 kP
Para cilindro de 50 mm de diâmetro temos 100%, pois é igual a sua força máxima
(não recomendável).
Então devemos utilizar o cilindro de 70 mm:
F. necess. x 100 100 x 100
%= _______________________= ______________ = 208 = 48%
 F. max. 208
Cilindro de 70 com 48% de carga.
Diâmetro da haste do cilindro
O diâmetro da haste do cilindro depende do limite de resistência à flambagem, que é influen-
ciado por:
\u2022 Força aplicada (carga)
\u2022 Comprimento (curso)
\u2022 Material da haste
Comprimento do curso
O comprimento do curso em cilindros pneumáticos não deve ser maior que 2.000 mm. A pneu-
mática não é mais rentável para cilindros de diâmetro grande e de curso muito longo, pois o consumo de
ar é muito grande. Em cursos longos, a carga mecânica sobre a haste do êmbolo e nos mancais é
grande. Para evitar uma flambagem, é necessário determinar o diâmetro da haste do êmbolo um pouco
maior. Além disso, é aconselhável prolongar as buchas de guia da haste do êmbolo. No gráfico seguinte
temos os diâmetros de hastes normalizados, considerando-se como material Aço VC-140.
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Exemplo:
F = 100 kP
S = 300 mm
Encontramos um ponto no gráfico que está localizado entre a linha 10 e 12. Isso significa que
ultrapassou o limite para haste 10, porém não alcançou o 12. Portanto haste de 12 mm.
CONSUMO DE AR DO CILINDRO
O consumo de ar do cilindro é um dado importante na determinação das dimensões dos
condutores de ar (tubos, mangueiras, acessórios). Na tabela abaixo encontramos os valores de q
(Nl 1/cm curso).
A partir do valor obtido na tabela, empregam-se as seguintes fórmulas:
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Q = s . n . q (Cilindros de Ação Simples)
ou
Q = s . n . q . 2 (Cilindros de Ação Dupla)
Sendo:
Q = Consumo de ar (1/min)
s = Comprimento do Curso (cm)
O valor do consumo de ar representa o consumo de ar à pressão atmosférica que flui por
minuto. Para obtenção da tabela exibida na Fig. 27, partiu-se da fórmula:
Q = A . s . n . i (Cilindros de Ação Simples)
Sendo:
Q = Consumo de ar (1/min)
 D2 . \u3c0 = área do êmbolo (cm2)
A = _______
 4
s = comprimento de curso (cm)
n = número de cursos por minuto
i = relação de compressão
 1,013 + pressão de trabalho
i = _________________________________________
 1,013
Para cilindros de ação dupla temos:
Q = [s . D2 . \u3c0 + s . (D2 \u2013 d2) . \u3c0] . n . i
Sendo
d = diâmetro da haste (cm)
CONEXÕES DO CILINDRO
As dimensões das conexões no cilindro estão normalizadas segundo a norma ISO. Assim
como a rosca (normalmente laminada) nas hastes.
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DIÂMETROS NORMALIZADOS ISO
 Êmbolo mm Rosca
Haste Conexões
8 M4 M5
10 M4 M5
12 M6 M5
16 M6 M5
20 M8 G-1/8
25 M10 X 1,25 G-1/8
32 M10 X 1,25 G-1/8
40 M12 X 1,25 G-1/4
50 M16 X 1,5 G-1/4
63 M16 X 1,5 G-3/8
80 M20 X 1,5 G-3/8
100 M20 X 1,5 G-1/2
125 M27 X 2 G-1/2
160 M36 X 2 G-3/4
200 M36 X 2 G-3/4
250 M42 X 2 G1
320 M42 X 2 G1
VÁLVULAS DE COMANDO - DIMENSIONAMENTO
Considera-se como válvula de comando o elemento que está interligado diretamente no
cilindro.
A velocidade do cilindro depende da vazão, que por sua vez depende diretamente da queda da
pressão entre a entrada e saída \u394\u394\u394\u394\u394p. Na prática, parte-se de um valor de velocidade (máxima ou
mínima) do cilindro para a determinação da válvula necessária. A velocidade necessária é um valor
característico de aplicação do cilindro, por exemplo, tempo mínimo para um ciclo da máquina. Nos
cilindros pneumáticos, devido à compressibilidade do ar, a velocidade poderá variar em torno de 10%.
Na tabela a seguir, válida para pressão de trabalho 6 bar, temos as velocidades dos cilindros,
que, podemos notar, dependem também da carga aplicada.
Quanto maior a carga, maior a pressão necessária para o movimento, menor é a queda da
pressão, menor será o fluxo e conseqüentementea velocidade.