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APOSTILA ELEMENTOS DE MÁQUINAS Professor Marcelo Staff 1 Movimento Circular 2 3 Exercício 1 4 Resposta 5 Exercício 2 6 Exercício 3 Relação de transmissão 7 8 Exercício 1 9 10 11 12 Exercício 1 13 14 Relação de transmissão por Engrenagens 15 16 Exercicios1 • consiste um sistema composto por um motor elétrico, eixos, mancais de bucha e de rolamentos, engrenagens, bomba e correia. O motor opera com 1800 rpm e freqüência de rede de 60 Hz. O motor é usado para alimentar a engrenagem motora que possui 22 dentes e módulo de 1.75 que quando opera nesta velocidade sendo alterada para 3000 RPM na engrenagem movida. Os mancais que apóiam o motor são lubrificados. • Determine o numero de dentes da Engrenagem movida. • Determine o passo da engrenagem. • Determine o diâmetro externo da engrenagem movida. • Determine o diâmetro interno da engrenagem motora • Determine a distância entre centros das engernagens. • 17 18 19 Dados: VC da Broca = 20m/,im Diâmetro da broca = 8mm Rotação do motor= 1000 rpm Engrenagem 1= diâmetro externo= 50mm Engrenagem 2 = Diâmetro externo= 70mm Modulo=2 Polia 9 diâmetro de 500 mm Determinar: •Distancia entre centro das engrenagens •Diâmetro primitivo das engrenagens •Numero de dentes das engrenagens •Passo da engrenagem •Diâmetro interno das engrenagens •Altura dos dentes da engrenagens •Rotação da broca •Diâmetro da polia 10. Exercicios2 20 21 Relação de transmissão por Engrenagens 22 23 Exercicios1 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 Transmissão por correias UTILIZAÇÃO a) Correias planas: podem ser utilizadas em árvores paralelas ou reversas; b) Correias em "V" somente em árvores paralelas. 38 39 40 41 42 43 44 45 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 APOSTILA ELEMENTOS DE MÁQUINAS ELEMENTOS DE APOIO ROLAMENTOS MANCAIS Professor Marcelo Staff Curso Técnico Mecânico 66 Introdução aos elementos de apoio • De modo geral, os elementos de apoio consistem de acessórios auxiliares para o • funcionamento de máquinas. Os elementos de apoio são: buchas, guias, rolamentos • e mancais. 67 A guia tem a função de manter a direção de uma peça em movimento. A guia é um elemento de máquina que mantém, com certo rigor, a trajetória de determinadas peças. As guias podem ser abertas ou fechadas, como pode ser visto nas ilustrações a seguir. GUIAS GUIAS LINEARES Mercado de atuação: Aeroespacial e Defesa, Agrícola, Automação Industrial, Automotivo, Bebidas, Calçados e Curtumes, Corte e Conformação, Eletrônica, Embalagem, Geração de Energia, Gráfico, Maquinário da indústria em geral, Máquinas Operatrizes, Médicina & Saúde, Metal e Mineração, Metal-Mecânica, Metalúrgico, Moveleiro, Óleo e Gás, Papel e Celulose, Pesquisa e Acadêmico, Plástico, Processo de Alimentos, Siderúrgico, Têxtil 68 Buchas e Mancais de Deslizamento • O movimento rotativo entre as rodas e os eixos, ocasiona problema de atrito que, por sua vez, causa desgaste tanto dos eixos como das rodas. Para evitar esse problema nas rodas modernas, surgiu a idéia de se colocar um anel de metal entre o eixo e a roda. Esse anel de metal é chamado bucha. • As buchas são elementos de máquinas de forma cilíndrica ou cônica 69 Classificação • As buchas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação . • . Bucha de fricção axial Essa bucha é usada para suportar o esforço de um eixo em posição vertical. Buchas de Fricção Radial Essas buchas são usadas em peças para cargas pequenas e em lugares onde a manutenção seja fácil. Bucha cônica Esse tipo de bucha é usado para suportar um eixo do qual se exigem esforços radiais e axiais. 70 71 Para escolher o tipo de rolamento a ser utilizado na construção mecânica, torna- se indispensável conhecer o tipo de solicitação que irá atuar no rolamento ROLAMENTOS 72 Vantagens • Menor atrito e aquecimento; • Menor exigência de lubrificação; • Coeficiente de atrito de partida (estático) não superior ao de operação (dinâmico); • Intercambialidade internacional; • Mantém a forma de eixo; • Pequeno aumento da folga durante a vida útil; • Fácil inspeção e manutenção; • Utilizado em altas temperaturas. Desvantagens • Maior sensibilidade aos choques; • Maiores custos de fabricação; • Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo; • Ocupa maior espaço radial; • Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento. 73 Quanto às solicitações, existem três tipos: 1- radial 2- axial 3- combinada. Carga radial (Fr) É a carga que atua na direção dos raios do rolamento. Carga axial (Fa) É a carga que atua na direção do eixo longitudinal Carga Combinada Neste caso, as cargas radial e axial atuam simultaneamente no rolamento, originando uma suposta carga resultante, denominada equivalente 74 É o mais comum dos rolamentos. Suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada. É necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa. Rolamento fixo de uma carreira de esferas 75 Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Admite cargas axiais somente em um sentido e deve sempre ser montado contra outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário. Rolamento autocompensador de esferas É um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo. 76 Rolamento de rolo cilíndrico É apropriado para cargas radiais elevadas. Seus componentes são separá- veis, o que facilita a montagem e desmontagem. Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos É um rolamento adequado aos mais pesados serviços. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento. Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas, existe uma distribuição uniforme da carga. 77 Rolamento de rolos cônicos Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido. Rolamento axial de esfera Ambos os tipos de rolamento axial de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, porém, não podem ser submetidos a cargas radiais. Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a atuação permanente de uma carga axial mínima. 78 Rolamento axial autocompensador de rolos Possui grande capacidade de carga axial devido à disposição inclinada dos rolos. Também pode suportar consideráveis cargas radiais. Rolamento de agulha Possui uma seção transversal muito fina em comparação com os rolamentos de rolos comuns. É utilizado especialmente quando o espaço radial é limitado. 79 80 81 82 Mancais de deslizamentoO mancal pode ser definido como suporte ou guia em que se apóia o eixo. Mancais de deslizamento. Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito. O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos ocos que envolvem os eixos, permitindo-lhes uma melhor rotação. São feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves. 83 Mancais de deslizamento É importante destacar que os mancais de deslizamento necessitam de excelente acabamento entre as superfícies de deslizamento ou escorregamento e o lubrificante deve ser selecionado de acordo com as condições de trabalho. Vale lembrar que a película de lubrificante só se forma após o movimento de deslizamento inicial, sendo este o motivo pelo qual o coeficiente de atrito de partida em um mancal de deslizamento apresenta valores notadamente mais significativos que em um mancal de rolamento, ou seja, enquanto em um mancal de deslizamento o coeficiente de atrito é da ordem de 0,12, num mancal de rolamento é de aproximadamente 0,02, Neste campo, a propriedade do lubrificante que tem importância é a viscosidade dinâmica. Os mancais de deslizamento são fabricados a partir de certos materiais selecionados em razão de possuírem características especiais como, por exemplo, absorver choques, serem autolubrificantes, impregnados de óleo, entre outras. Dos materiais usados para fabricação de mancais de deslizamento podemos citar, dentre os metais, o bronze, o latão, o bronze ao estanho, bronze sinterizado, ferro fundido cinzento,metal branco, liga de alumínio e liga de magnésio. 84 Mancais de Rolamento Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado. Caracteristicas A construção bipartida permite fácil montagem e desmontagem. As ranhuras para introdução de ferramentas de inspeção e o exclusivo sistema Pry-Lug simplifica a inspeção, a manutenção e a substituição dos rolamentos. As tampas são removidas de maneira fácil e rápida, evitando danos ao rolamento ou ao mancal. O projeto integrado do mancal e do rolamento melhora a lubrificação da unidade. Várias opções de vedação oferecem proteção contra contaminação. Aplicações Transportadores Aplicações para mineração Fábricas de papel e celulose Laminações 85 Dimensionamento de Rolamento 86 87 88 89 90 91 92 93 94 Exercícios 2 R: Rolamento utilizado FAG 6209 R: Rolamento utilizado FAG 6212 95 Exercícios 3 Na construção de um tambor para cabos, utiliza-se um rolamento Radial de Rolos cilíndricos que irá suportar uma carga radial de 24KN. A rotação do rolamento é de 40rpm. O diâmetro do eixo é de 40mm. Dimensionar o rolamento. R Rolamento utilizado NJ2308E. Exercícios 4 Um motor de 3.7 KW com uma rotação de 1562 RPM aciona uma bomba hidráulica axial de pistão através do sistema de transmissão por polias, sendo o diâmetro da polia motora de 80mm e a polia conectada ao eixo da bomba com o diâmetro de 125mm. Este eixo possui o diâmetro de 40mm, que esta submetida a uma carga Radial de 8KN. Dimensionar o Rolamento DIN 625 que será utilizado. Projetar o eixo e o alojamento do rolamento na Bomba. R Rolamento FAG 6208 APOSTILA ELEMENTOS DE MÁQUINAS ELEMENTOS DE FIXAÇÃO REBITES E PARAFUSOS Professor Marcelo Staff Curso Técnico Mecânico 96 Rebites 97 Rebites tem a finalidade de fixar duas peças entre si fazendo o processo de rebitagem. Na rebitagem, você vai colocar os rebites em furos já feitos nas peças a serem unidas. Depois você vai dar forma de cabeça no corpo dos rebites. Processos de Rebitagem Processo manual Esse tipo de processo é feito à mão, com pancadas de martelo. Processo mecânico O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. A rebitadeira pneumática ou hidráulica funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem a forma de um C e é constituída de duas garras, uma fixa e outra móvel com estampos nas extremidades. A rebitagem a quente é indicada para rebites com diâmetro superior a 6,35 mm, sendo aplicada, especialmente, em rebites de aço. A rebitagem a frio é feita por martelamento simples, sem utilizar qualquer fonte de calor. É indicada para rebites com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão, e de 10 mm, se for à máquina. Usa-se na rebitagem a frio rebites de aço, alumínio etc. Cálculo do diâmetro do rebite 98 A escolha do rebite é feita de acordo com a espessura das chapas que se quer rebitar. A prática recomenda que se considere a chapa de menor espessura e se multiplique esse valor por 1,5, segundo a fórmula: Geralmente, os rebites comerciais são fornecidos com as dimensões em polegadas; portanto é necessário escolher um rebite com um valor que mais se aproxime da dimensão obtida em milímetros pelo cálculo. O diâmetro do furo pode ser calculado multiplicando-se o diâmetro do rebite pela constante 1,06. Cálculo do comprimento útil do rebite O cálculo desse comprimento é feito por meio da seguinte fórmula: Cálculo do diâmetro do furo 99 Exercícios 1)Para rebitar duas chapas de aço, uma com espessura de 5 mm e outra com espessura de 4 mm, qual o diâmetro do rebite? 2) Qual é o diâmetro do furo para um rebite com diâmetro de 3/8”? 3) Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça redonda com diâmetro de 3/16” para rebitar duas chapas, uma com 2 mm de espessura e a outra com 3 mm. 4) Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça escareada com diâmetro de 5/16”para rebitar duas chapas, uma com 3 mm de espessura e a outra com 7 mm de espessura. Parafusos 100 101 102 103 104 Exercício 1 Dimensionar a barra para o Rosca M12x1,75 no tirante. Exercício 2 Dimensionar a barra para o Rosca BSW ½” para o tirante Exercício 3 Determinar o diâmetro da broca para fazer a rosca de M10 Exercício 4 Determinar o diâmetro da broca para fazer a rosca de BSW 3/8” CHAVETAS ANÉIS ELÁSTICOS ACOPLAMENTOS Professor Marcelo Staff Curso Técnico Mecânico 105 Funções dos Anéis Elásticos • Evitar deslocamento axial de peças ou componentes. • · Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre o eixo. • Fabricado de aço-mola, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização. Aplicação: para eixos com diâmetro entre 4 e 1 000 mm. Trabalha externamente • · Norma DIN 471. 106 Aplicação: para furos com diâmetro entre 9,5 e 1 000 mm. Trabalha internamente · Norma DIN 472. Aplicação: para eixos com diâmetro entre 8 e 24 mm. Trabalha externamente · Norma DIN 6799. 107 108 109 Projetar um Fuso de uma furadeira para utilizar 2 rolamentos DIN 625 que trabalha numa rotação de 1500 RPM. Este rolamento terá que ser fixado no eixo com os anéis Elásticos conforme norma. Especificar a listas de elementos de Máquinas 110 111 É um elemento mecânico fabricado em aço. Sua forma, em geral, é retangular ou semicircular. A chaveta se interpõe numa cavidade de umeixo e de uma peça. A chaveta tem por finalidade ligar dois elementos mecânicos. Chavetas Classificação: As chavetas se classificam em: • chavetas de cunha; • chavetas paralelas; • chavetas de disco. Chavetas de cunha As chavetas tem esse nome porque são parecidas com uma cunha. Uma de suas faces é inclinada, para facilitar a união de peças. As chavetas de cunha classificam-se em dois grupos: · chavetas longitudinais; · chavetas transversais. Chavetas longitudinais. São colocadas na extensão do eixo para unir roldanas, rodas, volantes etc. Podem ser com ou sem cabeça e sua montagem e desmontagem é fácil. 112 Chavetas embutidas Essas chavetas tem os extremos arredondados, conforme se observa na vista superior ao lado. O rasgo para seu alojamento no eixo possui o mesmo comprimento da chaveta. As chavetas embutidas nunca tem cabeça. Chavetas transversais São aplicadas em união de peças que transmitem movimentos rotativos e retilíneos alternativos Chaveta de disco ou meia-lua (tipo woodruff) É uma variante da chaveta paralela. Recebe esse nome porque sua forma corresponde a um segmento circular É comumente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo. 113 Tolerâncias para chavetas O ajuste da chaveta deve ser feito em função das características do trabalho. A figura mostra os três tipos mais comuns de ajustes e tolerâncias para chavetas e Rasgos. Dimensionamento das chavetas Em geral, a chaveta é dimensionada em função do eixo por meio de tabela. Mas é sempre correto verificar se tais dimensões suportam a força cisalhante e a tensão de esmagamento. 114 115 EXERCÍCIOS Calcular a dimensão da chaveta para uma polia (20 mm largura) num eixo com diâmetro 20 mm, que transmite um torque de 50 N.m. Considerar Aço ABNT 1020 LQ, Sg = 2, b = h e t1 = 0,6h. Verificar tensão de esmagamento. 116 ACLOPLAMENTOS Professor Marcelo Staff Curso Técnico Mecânico 117 ACLOPLAMENTOS 118 Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquina, empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixos árvore. Funções dos Acoplamentos Unir dois eixos; Absorver choques e vibrações; Compensar desalinhamentos; Transmitir torque, atuar como fusível. Classificação Os acoplamentos podem ser: Rígidos/Fixos, Elástico/Flexíveis, Móveis e Hidráulicos Acoplamentos Fixos/Rígidos Os acoplamentos fixos servem para unir árvores de tal maneira que funcionem como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência. 119 Aplicação Transmitir elevadas potência em baixas velocidades; Conectar eixos longos Acoplamento rígido com flanges parafusadas: Esse tipo de acoplamento é utilizado quando se pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade. Acoplamento com luva de compressão ou de aperto: Esse tipo de luva facilita a manutenção de máquinas e equipamentos, com a vantagem de não interferir no posicionamento das árvores, podendo ser montado e removido sem problemas de alinhamento. 120 Acoplamento de discos ou pratos: Empregado na transmissão de grandes potências em casos especiais, como, por exemplo, nas árvores de turbinas. As superfícies de contato nesse tipo de acoplamento podem ser lisas ou dentadas. Acoplamentos Flexíveis Os acoplamentos Flexíveis classificam-se em: Elásticos e Não Elásticos Acoplamentos Flexíveis Elásticos Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em árvores que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre as árvores. Os acoplamentos elásticos são construídos em forma articulada, elástica ou articulada e elástica. Permitem a compensação de até 6 graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Acoplamento elástico de pinos Os elementos transmissores são pinos de aço com mangas de borracha. 121 Acoplamento perflex Os discos de acoplamento são unidos perifericamente por uma ligação de borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de Eixo. Acoplamento elástico de garras As garras, constituÌdas por tocos de borracha, encaixam-se nas aberturas do contradisco e transmitem o movimento de rotação. Acoplamento elástico de fita de aço Consiste de dois cubos providos de flanges ranhuradas, nos quais está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas providas de junta de encosto e de retentor elástico junto ao cubo. Todo o espaço entre os cabos e as tampas é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser flexível, as árvores devem estar bem alinhadas no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações excessivas em serviço. 122 Acoplamento de dentes arqueados Os dentes possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, o que permite até 3 graus de desalinhamento angular. O anel dentado (peça transmissora do movimento) possui duas carreiras de dentes que são separadas por uma saliência central. Acoplamentos flexíveis não Elásticos São aqueles que, apesar de acomodar certos desalinhamento não possuem elasticidade torsional, transmitindo todos os choque e sobrecargas. 123 Acoplamentos Hidráulicos É constituído de 2 partes principais - Uma roda de bomba, funcionando como impulsor - Uma roda de turbina, funcionando como rotor A roda da bomba é acionada pelo motor em virtude do efeito da força centrífuga, o líquido submetido à uma pressão na periferia exterior. O óleo que foi jogado para a periferia do acoplamento arrasta a roda de turbina que está acoplada ao eixo acionado. No instante da partida não existe uma carga sobre o eixo acionado, e o motor parte livre, alcançando sua rotação de regime. Enquanto o eixo acionado vai sendo arrastado suave e gradativamente, motivo pelo qual estes acoplamentos são usados em transmissões de altas potências. Importância da carga de fluido a – Quantidade insuficiente - O escorregamento será maior que o previsto; - A máquina poderá não partir; - Caso partir, a temperatura de trabalho será alta podendo romper constantemente o bujão fusível e/ou danificar os retentores b- Quantidade em excesso - Se comporta quase como um acoplamento rígido; - Diminui – se o torque de aceleração do motor; - A amperagem do motor permanece alta por mais tempo, aumentando o consumo; - A máquina pode não partir; - Em caso de sobrecarga da máquina o motor não estará protegido; - O motor aquece mais. 124 • Analise e responda: 1) O que é acoplamento? 2) Qual a sua finalidade? 3) Como se classificam os acoplamentos? 4) Explique quando aplicar cada tipo de acoplamentos. 125 CABOS DE AÇO Professor Marcelo Staff Curso Técnico Mecânico 126 127 Especificação O primeiro número representa a quantidade de pernas O segundo número representa a quantidade de arames em cada perna As letras indicam o tipo de alma Classificação quanto à alma AF – Alma de fibra natural ou AFA - Alma de fibra artificial (Maior flexibilidade). AA – Alma de aço (Maior resistência à tração). AACI – Alma de aço com cabo independente (Combina flexibilidade com resistência à tração). Nota: Os cabos AA possuem 7,5% de resistência à tração a mais e 10% no peso em relação aos AF.Tipos de fibra As fibras naturais utilizadas normalmente são o sisal ou o rami. A fibra artificial mais usada é o polipropileno (plástico). Vantagens das fibras artificiais: • não se deterioram em contato com agentes agressivos; • são obtidas em maior quantidade; • não absorvem umidade. Desvantagens das fibras artificiais: • são mais caras; • são utilizadas somente em cabos especiais. São elementos de construção mecânica, utilizados em transporte de carga, tais como: guindaste, elevador, ponte rolante, escavadeira, bate-estacas, etc. 128 Flexibilidade A flexibilidade do cabo está condicionada ao número de arames que o compõe. • Pequena flexibilidade: construção 3 x 7, 6 x 7, 1 x 7 (cordoalha) • Flexíveis: construção 6 x 19, 6 x 21, 6 x 25, 8 x 19, 18 x 7 • Extra flexível: construção 6 x 31, 6 x 37, 6 x 41, 6 x 43, 6 x 47, 6 x 61 129 Tipos de Distribuição dos fios Distribuição warrington Os fios das pernas têm diâmetros menores na periferia Maior flexibilidade Menor resistência ao desgaste Distribuição seale As camadas são alternadas em fios grossos e finos. Menor flexibilidade Maior resistência à abrasão Distribuição filler As pernas contém fios de diâmetro pequeno que são utilizados como enchimento dos vãos dos fios grossos. Boa flexibilidade Distribuição comum Os fios das pernas possuem um único diâmetro. Boa flexibilidade Boa resistência ao desgaste 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142
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