1 Fundamentos do Projeto de Máquinas

Prévia do material em texto

Projetos Mecânicos I
FUNDAMENTOS DO PROJETO DE MÁQUINAS
➢ Porque?
➢ Fundamentos
➢ Passos
➢ Segurança
➢ Falha
➢ Simplicidade
➢ Elementos, Subconjuntos
➢ Normas
➢ Ética
Projetos Mecânicos I
Porque projetar máquinas?
Projetos Mecânicos I
Porque projetar máquinas?
Para atender as necessidades humanas de 
modo a reduzir o esforço humano.
Projetos Mecânicos I
Escopo típico da atividade de projetar máquinas: 
Porque projetar máquinas?
Para atender as necessidades humanas de 
modo a reduzir o esforço humano.
Projetos Mecânicos I
Porque projetar máquinas?
Para atender as necessidades humanas de 
modo a reduzir o esforço humano.
Escopo típico da atividade de projetar máquinas: 
Criar ou aprimorar equipamentos existentes na tentativa de 
tornar disponível o melhor projeto ou o projeto ótimo, 
consistente com as restrições de tempo, dinheiro e segurança, 
determinadas pela aplicação e pelo mercado.
Projetos Mecânicos I
▪ O projeto de uma máquina é uma atividade interdisciplinar.
▪ Os engenheiros projetistas têm a responsabilidade de identificar as 
necessidades da empresa, propor como supri-las e desenvolver uma máquina 
prática, fabricável, que tenha custo-benefício compatível, que seja segura e 
confiável.
▪ Da tradução das necessidades ou dos desejos do consumidor serão definidas as 
especificações de engenharia -> ver QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT –
Desdobramento da Função Qualidade).
▪ As especificações proveem orientações sólidas para a seleção de materiais, 
determinação de geometrias e integração entre peças e subconjuntos em uma 
configuração geral de máquina que irá alcançar os objetivos de forma confiável 
e segura.
Fundamentos de Projetos de Máquinas
Projetos Mecânicos I
Passos fundamentais para o Projeto de Máquinas
I. Determinação da função a ser desenvolvida pela máquina, por 
subconjunto e por peça.
II. Seleção da fonte de energia para alimentação da máquina 
(disponibilidade e custo).
III. Seleção dos mecanismos e sistemas de controle para 
desempenhar as funções definidas.
IV. Realização da análise dos fundamentos de engenharia 
pertinentes.
V. Análises cinemáticas e dinâmicas (deslocamentos, velocidades, 
acelerações, etc.)
Projetos Mecânicos I
Passos fundamentais para o Projeto de Máquinas
VI. Análise global de forças para estimar as forças atuantes na 
máquina, para depois realizar a análise local.
VII. Desenvolvimento do projeto de cada peça individualmente 
(cuidado com as interações). 
VIII. Preparação dos desenhos de conjunto da máquina (considerar 
função, forma, fabricação, montagem, manutenção, detalhes de 
bases, montagens, isolamento, proteção e condições de segurança.
IX. Completar os desenhos de detalhamento de cada peça da máquina 
(incluindo as especificações para ajustes, tolerâncias, 
acabamentos, tratamentos térmicos, etc.)
X. Elaboração dos desenhos de montagem (são os desenhos que vão 
para a fundição, forjamento, projeto industrial e manutenção). 
Projetos Mecânicos I
Passos fundamentais para o Projeto de Máquinas
XI. Revisão minuciosa do projeto para a realização de alterações 
conforme as necessidades.
XII. Desenvolvimento e construção do protótipo para eliminação dos 
problemas que aparecerão nos testes e avaliações experimentais.
XIII. Acompanhamento do serviço de campo, registros de manutenção, 
modos de falha, manutenção, reclamações e etc... para se 
necessário projetar as modificações para resolução de problemas 
que por ventura venham a ser detectados.
XIV.Comunicação dos dados de campo relevantes (modos de falha, 
defeitos, etc.) à gerência de engenharia e ao departamento de 
projeto (lições aprendidas).
Projetos Mecânicos I
Passos fundamentais para o Projeto de cada peça
I. Concepção da forma geométrica da peça.
II. Determinação das forças e momentos atuantes nas peças.
III. Identificação dos modos de falha dominantes.
IV. Seleção do material para a peça.
V. Seleção do processo de manufatura para a fabricação da peça.
VI. Seleção de seções críticas ou pontos críticos (aqueles com maior 
probabilidade de falha em função das tensões ou deformações, 
baixa resistência, etc.)
VII. Escolha as equações da mecânica dos sólidos que relacionam as 
forças ou momentos com as tensões ou deflexões (elementos 
finitos).
Projetos Mecânicos I
Passos fundamentais para o Projeto de cada peça
VIII. Determinação das dimensões da peça (baseadas na resistências 
dos materiais utilizados). Escolha do fator de segurança 
adequado.
IX. Revisão da seleção do material, da forma e das dimensões de 
cada peça a partir do ponto de vista do processo de manufatura, 
dos potenciais problemas de montagem, manutenção e de 
acesso aos pontos críticos.
X. Geração do esboço ou desenho da peça incorporando os 
resultados dos nove aspectos listados.
Projetos Mecânicos I
Segurança quanto as falhas e projeto 
para vida segura
▪ Falhas catastróficas de máquinas ou sistemas que resultam em 
perdas de vida, destruição de propriedades ou degradação 
ambiental são inaceitáveis.
▪ Porém, o projetista nunca pode oferecer um projeto 100% 
confiável, ou seja, nunca se poderá oferecer um projeto 
absolutamente garantido contra falhas.
▪ Existe sempre uma probabilidade finita de falha e para lidar com 
isso, foram desenvolvidos dois importantes conceitos de projeto, 
que dependem da inspeção regular de pontos críticos em uma 
máquina ou estrutura - Segurança quanto a falhas e Projeto para 
vida segura
Projetos Mecânicos I
▪ Projeto de segurança quanto a falhas: consiste em oferecer recursos 
de distribuição do carregamento na estrutura de modo que, se 
houver falha de um membro primário, um membro secundário será 
capaz de suportar todo o carregamento no caso de uma emergência 
até que a falha na estrutura primária seja detectada e reparada.
▪ Projeto para vida segura: consiste em selecionar um fator de 
segurança adequado e estabelecer os intervalos de inspeção que 
assegurem que os níveis de tensão, os tamanhos dos potenciais 
defeitos e os níveis de resistência dos materiais que governam a 
falha sejam combinados de forma que haja uma taxa de 
crescimento de trinca tão baixa, que a mesma possa ser detectada 
antes de alcançar o seu tamanho crítico.
Segurança quanto as falhas e projeto 
para vida segura
Projetos Mecânicos I
Virtudes da Simplicidade
▪ Ter em mente que a função de uma peça individual não é 
idêntica à função da máquina: essas peças devem se 
combinar para produzir a função geral desejada do conjunto 
montado.
▪ Simplicidade: limitar as funções de um componente para 
aquelas realmente exigidas pelas especificações.
▪ Simplicidade implica em geometrias simples, mínimo 
número de componentes individuais, uso de 
componentes padronizados, facilidade de montagem, de 
ajustagem e de acabamento.
Projetos Mecânicos I
Virtudes da Simplicidade
▪ Os projetistas sem experiência geralmente querem 
agregar funções aos componentes da máquina, porém 
cada um dessas funções agregadas gera a necessidade de 
um “aumento” de tamanho, resistência ou complexidade 
da peça considerada.
▪ E isso se traduz em buscas mais demoradas de 
fornecedores, maiores custos e dificuldades de 
fabricação e manutenção.
Projetos Mecânicos I
Lições Aprendidas
▪ Sistema de lições aprendidas => Exército americano 
Objetivo: Garantir que os erros cometidos em combate não se 
repetisse.
▪ As falhas em serviço devem ser analisadas por engenheiros 
treinados em técnicas de análise de falhas.
Objetivo: Descobrir a causa raiz e considerar este aprendizado 
no produto para prevenir falhas futuras.
▪ As falhas em serviço podem resultar em uma melhora da 
qualidade das peças, porém, assegurar que as lições aprendidas 
sejam utilizadasainda é um desafio. 
Projetos Mecânicos I
Elementos de máquina, subconjuntos 
e equipamento completo
▪ As peças que compõe uma máquina devem ser 
agrupadas em subconjuntos.
▪ Cada subconjunto deve funcionar sem interferência 
interna, permitir uma desmontagem fácil para 
manutenção e reparo, possibilitar a inspeção de pontos 
críticos sem tempo de parada excessiva e se acoplar de 
forma efetiva com outros subconjuntos para oferecer a 
melhor configuração de sistema integrado para atender à 
função do equipamento como um todo.
Projetos Mecânicos I
▪ A montagem completa da máquina requer um quadro ou 
uma estrutura de sustentação dentro ou sobre a qual 
todos os subconjuntos e sistemas de sustentação são 
montados.
▪ O critério de projeto desse quadro deve ser baseado em 
requisitos de resistência, deflexão e rigidez.
▪ Quadros e estruturas de sustentação devem ser 
projetados para permitir o livre acesso aos pontos 
críticos de inspeção, de manutenção e aos 
procedimentos de reparo, bem como às proteções para a 
segurança dos funcionários.
Elementos de máquina, subconjuntos 
e equipamento completo
Projetos Mecânicos I
Elementos de máquina, subconjuntos 
e equipamento completo
Projetos Mecânicos I
Função dos códigos e das normas 
no processo de projetar
▪ Normas são documentos que definem a boa prática em um 
determinado campo. O objetivo básico de uma norma é 
assegurar a intercambialidade, a compatibilidade e o 
desempenho dentro de uma companhia, de uma nação ou 
entre países em cooperação. 
▪ As normas descrevem um nível mínimo de aceitação pelo 
grupo e são consideradas como recomendações aos usuários 
de como realizar determinada tarefa. São preparadas, 
compiladas e distribuídas pela ANSI, ISO, ASME, etc.
Projetos Mecânicos I
▪ Códigos são documentos legais que tem o objetivo de 
garantir o bem-estar geral e prevenir prejuízos a 
propriedades, ferimentos ou perdas de vida. São 
considerados condições mandatórias que dizem ao usuário o 
que fazer e quando fazer, e muitas vezes, incorporam uma ou 
mais normas, dando a elas força de lei.
▪ Os projetistas não cientes das normas e dos códigos podem 
ser acusados de má conduta profissional e estar sujeito a 
demandas judiciais.
Função dos códigos e das normas 
no processo de projetar
Projetos Mecânicos I
Ética no Projeto de Engenharia 
▪ Ética e moralidade são formulações do que deve ser feito e 
de como deve se comportar um engenheiro no exercício da 
sua profissão.
▪ Engenheiros de Projeto têm uma responsabilidade especial 
por um comportamento ético em função da saúde e do bem-
estar público, que está, em geral ligada a qualidade, 
confiabilidade e segurança dos seus projetos.
➢ Guia padrão de conduta profissional e código de ética para 
engenheiros 
http://www.confea.org.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?sid=1010
Projetos Mecânicos I
Ética no Projeto de Engenharia 
▪ Espera-se que os engenheiros apresentem os mais altos níveis de 
honestidade e integridade.
▪ Os serviços prestados por engenheiros exigem honestidade e 
imparcialidade e devem ser dedicados à proteção da saúde 
pública, da segurança e do bem-estar.
Princípios fundamentais:
1. Defender a segurança, a saúde e o bem-estar de todos.
2. Executar serviços apenas nas áreas de suas competências.
3. Emitir declarações públicas de forma objetiva e verdadeira.
4. Agir como agente leal.
5. Evitar os atos enganosos.
6. Conduzir-se honradamente, responsavelmente, eticamente e legalmente de 
forma a intensificar a honra, a reputação e a utilidade da profissão.
Projetos Mecânicos I
Unidades
Todos os sistemas de unidade derivam da segunda lei de Newton, 
F (força), m (massa), L (comprimento) e t (tempo) são chamadas 
unidades de base.
.a
g
W
m.aF
g
W
mm.gW
 :Peso


ft
lb.s
in
lb.s
L
F.t
m
:Massa
N
s
kg.m
t
m.L
m.aF
:Força
222
22


(ips) (slug->fps)
(si)
g= 9,81 m/s2 (si)
g= 386 in/s2 (ips)
g= 32,17 ft/s2 (fps)
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Definiram-se sete grandezas físicas postas como básicas ou 
fundamentais.
Projetos Mecânicos I
Consideram-se unidades 
derivadas do SI apenas 
aquelas que podem ser 
expressas através das 
unidades básicas do SI e 
sinais de multiplicação e 
divisão, ou seja, sem 
qualquer fator 
multiplicativo ou prefixo 
com a mesma função.
Unidades – Sistema Internacional
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Unidades aceitas no Sistema Internacional.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Prefixos do Sistema Internacional.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Principais prefixos do Sistema Internacional.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Nome da unidade: Sempre escrito em letra minúscula.
Exemplos:
Correto: quilograma, newton, metro cúbico.
Exceção: quando o nome estiver no início da frase e em "grau 
Celsius"
Ao escrever uma unidade composta, não se deve misturar o nome 
com o símbolo da unidade.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Símbolo da unidade: Não é abreviatura, é um sinal convencional e
invariável utilizado para facilitar e universalizar a escrita e a leitura de
significados, logo, jamais deverá ser seguido de "ponto“ e não admite
plural.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Representação: O resultado de uma medição deve ser representado
com o valor numérico da medida, seguido de um espaço de até um
caractere e, em seguida, o símbolo da unidade em questão.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Fatores de conversão.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Fatores de conversão.
Projetos Mecânicos I
Unidades – Sistema Internacional
Fatores de conversão.
Projetos Mecânicos I
Atividade em aula
1) Converta o diâmetro de um eixo de 2,25 in para mm.
2) Converta o torque de entrada de um redutor de engrenagens de
20.000 in.lbf para N.m.
3) Converta a tensão de tração de 876 MPa para psi.
4) Uma máquina especial será entregue na superfície da lua. Um
protótipo dessa máquina foi desenvolvido e construído nos
arredores de Boston e sua massa foi de 23,4 Kg.
Estime:
a) Peso da máquina em Newtons nos arredores de Boston.
b) Peso da Máquina em Newtons na superfície da Lua.
c) Reescreva os pesos em libras-força.
5) Pesquise Antropometria.