Aula 4 Elementos I

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Universidade Federal do Pará – UFPA
Campus Universitário de Tucuruí – CAMTUC
Faculdade de Engenharia Mecânica – FEM
Tucuruí
2014
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Elementos de Máquina I - UFPA - FEM
Disciplina: Elemento de Máquinas I
Prof. Eng.º Maciel da Costa Furtado
Objetivo: Analisar os principais mecanismos causadores de falhas por fadiga, especificando o limites de tensão e o número de ciclos para evitar esse tipo de problema.
Aula 4: Eixos, Chavetas e Acoplamentos
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Elementos de Máquina I - UFPA - FEM
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Elementos de Máquina I - UFPA - FEM
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Introdução
O termo eixo geralmente se refere a um elemento relativamente longo de seção transversal circular que gira e transmite potência. Um ou mais componentes como engrenagens, polias e câmes são fixados ao eixo por meio de chavetas, pinos, anéis de pressão, etc.
Um eixo pode ter a seção não-circular e não precisa necessariamente girar, podendo ser estacionário.
Além de se projetar o eixo com a resistência necessária, deve-se ficar atento a velocidades críticas inerentes da relação massa-rigidez de qualquer sistema dinâmico.
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Aplicações
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Considerações de Projeto de Eixo
Para minimizar as tensões e deflexões, o comprimento do eixo deve ser mantido o menor possível, evitando-se trechos em balanço.
Evitar as concentrações de tensões em regiões onde o momento fletor é alto. Nos entalhe, minimize o efeito de concentração de tensão com raios de adoçamento.
As deflexões nos locais de engrenagens suportadas pelo eixo não devem exceder cerca de 0,005 in e a inclinação relativa entre os eixos das engrenagens deve ser menor que cerca de 0,03º.
Na utilização de mancais planos (luvas), a deflexão do eixo ao longo do comprimento do mancal deve ser menor do que a espessura da película de óleo usada no mancal.
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No uso de mancais de rolamento que não sejam autocompensadores, a inclinação do eixo nos mancais
Quando existir cargas axiais de compressão elas deverão ser descarregadas em um único mancal, para cada direção de carga. Não divida as cargas axiais entre mancais axiais, uma vez que a expansão térmica do eixo pode sobrecarregar os mancais. Deve ser mantida menor do que 0,04º.
A primeira freqüência natural do eixo deve ser pelo menos três vezes a freqüência máxima da carga esperada em serviço.
Considerações de Projeto de Eixo
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Equação de Diâmetro de Eixo para o Critério DE-Gerber
Em que:
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Em que:
Equação de Diâmetro de Eixo para o Critério DE-Elíptico
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Flexão Variável Combinada e Torção Variável
Diagramas de falha por fadiga – (a) flexão inversa, oposta e com torção fixa (modelo De-elíptico); (b) Flexão inversa, oposta e com torção inversa, oposta em fase.
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes - Chavetas
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes - Chavetas
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes – Normas para Chavetas
Chaveta Plana – DIN 6885
Chaveta Inclinada – DIN 6886
Chaveta Meia Lua – DIN 6888
Chaveta Tangencial – DIN 271
Chaveta Inclinada c/ cabeça – DIN 6887
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Falha por Cisalhamento da Chaveta
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Tipos de Rasgos de Chavetas e Fatores de Concentração de Tensão
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes - Pinos
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes – Anéis de Retenção (ou pressão)
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Montagem de Componentes nos Eixos Girantes – Anéis de Retenção (pressão)
Tipo fixação forçada, não requer ranhuras
Os dentes se defletem quando instalados sob forçamento e resistem à remoção
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Acoplamentos Rígidos
Travam os dois eixos conjuntamente, não permitindo movimento relativo entre eles, embora algum ajuste axial seja possível na montagem. São usados quando há uma necessidade absoluta de fidelidade na transmissão do torque, ou seja, quando a relação de fase entre o eixo motor e o eixo movido deve ser mantida com precisão.
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Acoplamentos Flexíveis ou Complacentes:
Usados quando se deseja minimizar os efeitos de cargas de impacto ou vibrações transmitidos de um eixo para o outro.
Tipos de Desalinhamento:
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Acoplamentos Flexíveis
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Característica de vários tipos de acoplamentos flexíveis
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Exercício
18-18 – A secção do eixo mostrado na figura a seguir deve ser projetada em tamanhos relativos aproximados de d = 0,75D e r = D/20. O eixo deve ser de aço com Sut = 1226 MPA e Sy = 1130 MPa, com dureza não menor que 368 Brinell. No ressalto, o eixo está sujeito a um momento fletor completamente inverso de 70 N.m, acompanhado por uma torção permanente de 45 N.m. Utilize um fator de projeto de 2,5 e dimensione o eixo para uma vida infinita. Utilize o critério de falha de fadiga DE-elíptico. O eixo deve ser tratado termicamente (considere a superfície do eixo como usinada).