Mecanismos

Prévia do material em texto

Mecanismos 
 
Engenharia Mecânica – 2017 
 
Profª. Francine Centenaro, Me. 
 
Centenarofrancine@fahor.com.br 
Ementa: Fundamentos da cinemática. Análise das posições. Cinemática das 
engrenagens. Geometria do movimento. Análise de acelerações. 
 
Objetivo: Estudar a cinemática e dinâmica de máquinas e seus mecanismos de 
modo a executar movimentos e tarefas e determinação do comportamento de 
corpos rígidos. 
Bibliografia Básica 
- NORTON, ROBERT L. Cinemática e Dinâmica dos Mecanismos. Porto 
Alegre: AMGH, 2010. 812p. 
- RAO, Singerisu S. Vibrações mecânicas. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 
2008. 
 
Bibliografia Complementar 
- MABIE, H.H.; OCVIRK, F.W. Dinâmica das Máquinas. Livro Técnico e 
Científico S.A. 
- NORTON, R. L. Projeto de Máquinas. Porto Alegre: Bookman, 2004. 
- ROTHBART, H.A. Cams. Jonh Wiley & Sons, Inc. 
 
UNIDADE 1 
 
 Fundamentos da cinemática 
- Qual a importância do estudo dos mecanismos? 
 
O conhecimento da cinemática e dinâmica das máquinas é importante para 
determinar o comportamento dos corpos rígidos. 
 
Cinemática: é a área da mecânica que estuda o movimento dos corpos sem se 
preocupar com as suas causas, ou seja, somente se preocupa com os efeitos. 
 
A cinemática descreve a posição, a velocidade e a aceleração dos corpos em cada 
instante do movimento. 
- Aplicações da cinemática: a cinemática é utilizada para definir a 
configuração necessária para fornecer os movimentos desejados a 
um projeto de máquina. 
 
 Em geral, servem para transformar movimentos e energias 
de diversos tipos. Essa transformação executa-se por intermédio de 
numerosos mecanismos, como componentes integrantes das 
máquinas. 
 
- Dinâmica: é um ramo da mecânica que estuda o movimento de um 
corpo e as causas desse movimento. 
 
- Cinética: Estudo das forças (energia) geradas em função dos 
sistemas em movimento. 
 
 
Mecanismos 
 
- Conceito: mecanismo é uma combinação de corpos rígidos ou resistentes de tal 
forma conectados que se movam um em relação ao outro com movimento 
relativo definido. 
 
- Aplicações: as aplicações dos mecanismos, se dá em toda situação que ocorre a 
necessidade de modificar ou incrementar algum movimento mecânico em algum 
equipamento ou instrumento utilizado em determinada necessidade. 
 
MECANISMOS 
Mecanismos 
 
- Funções: mecanismo é um sistema mecânico transformador de movimentos. 
É responsável pela transformação de um ou mais movimentos de entrada 
disponíveis em um ou mais movimentos de saída desejados. 
 
Ex.: em um limpador de para-brisas, o movimento de rotação contínua da manivela 
é convertido em um movimento de oscilação angular da palheta. 
 
Mecanismo do limpador de para-brisa 
 
Exemplo 01: 
Tradicionalmente, incluem-se na categoria de mecanismos aqueles formados por 
um conjunto de barras conectadas por diferentes tipos de juntas, os 
engrenamentos de rodas dentadas e aqueles que possuem came e ou seguidor. 
 
Motor monocilíndrico 
Roda dentada ou engrenagem é o nome dado ao objeto geralmente circular ou 
cilíndrico, cujas extremidades estão cortadas em seções, em forma de "dentes", e 
são projetadas com a finalidade de compor um sistema que produz movimento. 
A tradição atribui a criação da roda dentada a Arquimedes de Siracusa (287 a.C. – 
212 a.C.). 
Came é um elemento de máquina cuja superfície tem um formato especial. 
Normalmente, há um excêntrico, isto é, essa superfície possui uma excentricidade 
que produz movimento num segundo elemento denominado seguidor. 
Video “mecanismo came seguidor” 
 
 
Portanto...denominamos mecanismo, um conjunto de elementos 
rígidos, móveis relativamente uns aos outros, unidos entre si 
mediante diferentes tipos de junções. 
 
Estas junções são chamadas de pares cinemáticos (pernas, uniões 
de contato, passadores, etc.), cujo propósito é a transmissão e/ou 
transformação de movimentos e forças. 
 
 
Ainda poderemos considerar mecanismo como sendo um 
componente de uma máquina que consiste de dois ou mais corpos 
arranjados de forma que o movimento de um, produz movimento 
nos outros. 
 
São, portanto, as abstrações teóricas do funcionamento das 
máquinas, e de seu estudo que se ocupa a Teoria de Mecanismos. 
Divisão para as principais aplicações de mecanismos 
 
 
Um mecanismo é um conjunto de elementos de máquinas ligados 
de forma a produzir um movimento específico. 
 
- Podem ser subdivididos conforme suas aplicações: 
mecanismos com elementos mecânicos, hidráulicos, pneumáticos, 
elétricos ou combinados. Ex.: robô jogando ping-pong. 
Os objetos de estudo serão principalmente os mecanismos com elementos 
mecânicos, os quais podem ser subdivididos, de uma maneira geral, em: 
- Mecanismos de movimento uniforme: Engrenagens, rodas de atrito, de 
acoplamento flexível ( correias, correntes, etc.); 
 
 
 
 
- Mecanismos de movimento periódico: mecanismos de barras, mecanismos de 
cames ou seguidores. 
Mecanismo de barras 
Mecanismo de came e ou seguidor 
Mecanismo de engrenagens não circulares 
* Exemplos de aplicações de 
mecanismos com 
movimentos periódicos. 
O campo de aplicações dos mecanismos é muito grande e abrange, praticamente, 
todos os setores de engenharia mecânica e mecatrônica. 
 
Onde os mais importantes estão listados a seguir: 
- Máquinas para embalagem; 
- Máquina de impressão; 
- Máquinas e implementos agrícolas; 
- Máquinas têxteis; 
- Máquinas operatrizes, manipuladores e dispositivos de manufaturas; 
- Robôs; 
- Automação industrial. 
Exemplo: 
Considere o mecanismo biela-manivela com corrediça, o qual é constituído por 
quatro elementos: O bloco ou estrutura fixa (1) que é o corpo ao qual o 
mecanismo está rigidamente ligado, a manivela (2), peça que imprime movimento 
ao mecanismo, a biela (3), peça de ligação ou acoplador, e a corrediça (4). Essas 
peças estão unidas por três juntas de rotação (R12, R23, R34), e uma junta de 
translação (T14). 
Video 
“biela manivela” 
As ligações (elos) ou barras podem ser binárias, ternárias, quaternárias, conforme 
possuam dois, três ou quatro elementos de junta. Ex.: 
Tipos de movimentos 
 
No movimento plano ou bidimensional, as peças de um mecanismo 
descrevem movimentos de rotação, translação e composto ou 
misto. 
Tipos de movimentos 
 
Rotação: Quando todas as partículas do corpo (peça) traçam trajetórias em torno 
de um eixo, passando pelo corpo, chamado eixo de rotação. Ex.: um corpo girando 
com referencia a um eixo em seu centro (terra) 
 
 
 
 
 
Tipos de movimentos 
 
Translação: Quando todas as partículas do corpo (peça) apresentam uma única 
trajetória, podendo ser retilínea ou curvilínea. 
 
É o movimento que um objeto realiza de um ponto a outro. É o deslocamento 
paralelo, em linha reta na mesma direção e no mesmo sentido , de um objeto ou 
figura, em função de um vetor percorrendo a mesma distância. 
 
Tipos de movimentos 
 
Uma translação é uma isometria (uma transformação geométrica que, aplicada a 
uma figura geométrica, mantém as distâncias entre pontos) que desloca a figura 
original segundo uma direção, um sentido e um comprimento (vetor). 
 
As translações conservam a direção e o comprimento de segmentos de reta, e as 
amplitudes dos ângulos. 
 
 
Tipos de movimentos 
 
Na simetria de translação, a figura "desliza" sobre uma reta, mantendo-se 
inalterada. 
 
Podemoscitar como exemplo de translação, elevadores, escadas rolantes e até 
mesmo escorregadores. 
Tipos de movimentos 
 
Movimento composto: é quando o corpo apresenta ambos os 
movimentos, rotação e translação. 
 
Movimentos compostos são aqueles formados pela composição 
vetorial de outros movimentos simples. 
 
Tipos de movimentos 
 
Movimento composto: um exemplo desta aplicação desde que considerando o 
conjunto do sistema de esteira da figura a seguir, pode-se identificar rotação e 
translação no sistema. 
 Juntas Cinemáticas 
 
Em um mecanismo, para que o movimento seja transmitido, é necessário que as 
barras estejam ligadas entre si por juntas ou pares cinemáticos. 
 
Cada tipo de junta tem suas próprias características, as quais determinam o tipo de 
movimento existente entre os corpos e, pelo critério de Reuleaux, baseado no tipo 
de contato entre dois elementos, elas podem agrupar-se em duas classes: 
 
inferior: o contato é uma superfície 
superior: o contato é uma reta ou um ponto 
 
 
Nas juntas superiores ocorre o contato pontual ou linear, como por exemplo: 
- o contato entre os dentes de um par de engrenagens; 
- duas rodas de atrito; 
- rolamento de agulha e a pista do rolamento; 
- o came e o seguidor, etc. 
- Geralmente possuem mais de 01 GDL (grau de liberdade) 
 
Nesses tipos de juntas as superfícies estão sujeitas a tratamento térmico ou 
de superfície. 
 
Exemplos de juntas superiores: 
Nas juntas inferiores os pares cinemáticos do tipo inferior têm teoricamente 
uma superfície de contato. 
 
Os pares inferiores são mais usados em mecanismos articulados e os pares 
superiores são mais usados em mecanismos de contato direto. 
 
 
 
As juntas inferiores comumente utilizadas são as juntas cinemáticas de: 
 
- rotação (pino ligando duas barras nas quais as posições angulares variam); 
 
- translação (cursor em translação, movimento de escorregamento), podendo ser 
citadas também as; 
 
- juntas esféricas ou globular (junta homocinética), helicoidal ou parafuso, etc; 
 
- Normalmente possuem apenas 01 GDL (grau de liberdade) 
 
Os exemplos mais comuns de pares inferiores são os pares de revolução (tipo 
pino), prismático, helicoidal, cilíndrico, esférico, plano e do tipo junta universal. 
 
- O par de revolução permite apenas uma rotação relativa entre duas peças 
consecutivas unidas por ele, restringindo duas translações relativas. 
 
Diagrama cinemático 
- O par helicoidal permite uma translação ou uma rotação, pois estes movimentos 
estão relacionados pelo passo da rosca utilizada. 
 
 
 
 
 
- No caso do par prismático é permitida apenas a translação relativa entre duas 
peças. 
 
- O par cilíndrico permite uma translação e uma rotação. 
 
 
 
 
 
 
- O par esférico permite apenas três rotações, o par plano permite duas translações 
e uma rotação e a junta universal duas rotações. 
Os termos superiores e inferiores derivam-se do fato de que as 
juntas superiores são de fabricação e constituição de material mais 
complexas, portanto, mais nobres, superiores, ao passo que as 
juntas inferiores são mais fáceis de se obterem, menos nobres, e 
por isso, definido como juntas inferiores. 
 
 
 
 
Cite 03 maquinas que você conhece, analise seu 
funcionamento e cite alguns dos seus 
mecanismos.