Máquina de fazer Mistura

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UNIVERSIDADE PAULISTA
UNIP
PROJETO: MÁQUINA DE FAZER MISTURAS 
Estudo de Engrenagens para criação de um Protótipo 
Sorocaba 
2014
 
PROJETO: MÁQUINA DE FAZER MISTURAS 
Estude de Engrenagens para criação de um Protótipo 
Trabalho apresentado como requisito para avaliação da disciplina de Atividades pratica supervisionadas, cod: 523 X, do curso de engenharia de produção mecânica, pela Universidade Paulista –UNIP 
Sorocaba 
2014
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	08
2.ESTUDO PARA O PROJETO	09
2.1 A idéia do projeto	09
2.2 Motor e redutor utilizado	10
2.3 Protótipo	11
2.3.1 Projeto	15
2.4 Cálculo da engrenagem que será utilizada no redutor projetado	15
3 DADOS CONCLUSIVOS 	22
REFERENCIAS 	23
LISTA DE FIGURA
Figura 1: Misturador de tintas 	09
Figura 2: Motor 10 CV 	10
Figura 3: Redutor de velocidade 	11
Figura 4: Motor com redutor acoplado 12V	12
Figura 5: Bateria 12V para acionamento do motor	12
Figura 6: Potenciômetro	13
Figura 7: Montagem do protótipo 	12
Figura 8: protótipo montado 	12
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1: Dureza brinell 	15
Tabela 2: Fator de forma Q.	19
Tabela 3 - Fatores de serviço – AGMA (𝜑) 	19
Tabela 4: módulos Normalizados DIN 780	20
Tabela 5: Tensões ideais para as matérias no dimensionamento de engrenagens 	18
Resumo
O trabalho foi desenvolvido através de estudos de engrenagens, motores e redução. O intuito principal do trabalho foi mostrar a importância do estudo de reduções e a diversidade de engrenagens, bem como as normas que regem sua utilização e especificação no mercado, para diversificados trabalhos dentro da área de engenharia e outras áreas afins, que reconheçam a necessidade do eventual estudo. Um protótipo foi desenvolvido e construído para ilustrar o funcionamento do projeto, que tem como intuito, a construção de uma máquina misturadora para diversos tipos de produtos a qual possa ser submetido. A exigência de mercado também foi uma das causas que levaram este estudo, visto que tal produto tem uma procura maior que sua demanda e capacidade, e o mesmo possui um mercado ainda em desenvolvimento.Para seu desenvolvimento, foram elaborados cálculos que partiram de uma rotação desejada. A partir destes cálculos, foram determinados as engrenagens, eixos e demais componentes do conjunto de redução, bem como a forma de montagem, sendo assim possível encontrar a configuração adequada para um motor que tocará o conjunto todo, dando potencia necessária ao conjunto.Justifica-se a escolha do tema pela necessidade de agregar conhecimentos, a partir de uma análise particular de cada acadêmico, possibilitando ao mesmo a oportunidade de desenvolver e assimilar conceitos a partir de sua própria capacidade de raciocínio. 
Palavras-chave: engrenagens; redutor; misturador.
1 INTRODUÇÃO
Esse trabalho consiste em desenvolver e mostrar o funcionamento de um misturador, utilizando para fazer seu trabalho, um motor com redutor. O foco principal do trabalho é mostrar a importância das engrenagens para as diversas aplicações decorrentes.
Segundo Nisbett (2011), a criação da engrenagem foi uma revolução nos meios de transmissão de força e velocidade entre dois pontos distintos. Com ela pode-se mensurar e escolher o quanto de rotação e de torque se desejar, para utilizar em qualquer projeto que necessite do uso de engrenagens.
Segundo Budynas (2011), existem vários tipos de engrenagens, porém as mais utilizadas são engrenagens cilíndricas de dentes retos, que possuem dentes paralelos ao eixo de rotação e são utilizadas para transmitir movimento de um eixo a outro, paralelo ao primeiro. De todas as engrenagens existentes, a engrenagem cilíndrica de dentes retos é a mais simples e, por essa razão, utilizada para desenvolver as relações cinemáticas primárias na forma de dente. 
Segundo Budynas (2011),engrenagens helicoidais possuem dentes inclinados, em relação ao eixo de rotação. Elas podem ser usadas nas mesmas aplicações que as engrenagens de dentes retos e, quando assim utilizadas, não são tão barulhentas, devido ao engajamento mais gradual dos dentes durante o engrenamento. O dente inclinado também cria forças axiais e conjugados de flexão, que não estão presentes no caso de dentes retos. 
Engrenagens cônicas possuem dentes formados em superfícies cônicas e, são utilizadas, principalmente para transmitir movimento entre eixos concorrentes. Alem das engrenagens é utilizado também o par coroa-pinhão sem fim, representa o quarto tipo básico de engrenagem, o pinhão sem-fim se parece um parafuso. A direção de rotação da coroa, também chamada de roda dentada, depende da direção de rotação do parafuso e se seus dentes são cortados segundo a mão direita ou esquerda. Conjunto de engrenagens sem fim também são construídos de modo que os dentes de um deles, ou de ambos, cubram-se parcialmente um ao outro. Esses conjuntos são mais utilizados quando as razões de velocidade dos eixos forem bastante altas. No intuito de facilitar a compreensão, antes de adentrar no caso do conteúdo estabelecido, faz-se uma breve explanação sobre a mais importante peça de um misturador, de forma a construir uma linha de raciocínio da teoria até a aplicação pratica.	
2 ESTUDO PARA O PROJETO
2.1 A idéia do projeto 
	O produto desenvolvido é de uma grande utilidade para diversos meios, desde as misturas mais simples como a mistura de insumos numa fazenda, até a mistura de tintas, como mostrado na figura 1, em um loja de venda da mesma.
Fig. 1 – Misturador de tintas
Fonte: promaqlmx.com
	Nosso estudo de mercado focou, no baixo custo de produção, agregando a criação de um produto barato, com baixa manutenção e com uma performance ideal para o trabalho que foste determinado a fazer. Foi verificado que máquinas deste tipo não são comuns, principalmente em nossa região, e também estudado a substituição de maquinas mais sofisticadas por este modelo de maquina, visando menor custo de produção a ser empregada.
	O foco principal de nosso estudo, para criação deste projeto, tem como intuito a utilização deste equipamento para mistura de tintas. Foi verificado que o custo com a montagem da máquina projetada fica em torno de 40% mais barata que uma máquina convencional de misturar tinta. Visando nosso público, as lojas de pequeno porte no ramo de tintas, fica evidente que seria de grande economia e praticidade a utilização de um misturador, como o projeto, para um eficiente trabalho com custos reduzidos, atendendo de forma eficiente e sucinta a necessidade dos clientes.
2.2 Motor e redutor utilizado
	O motor escolhido para o projeto foi um motor de 10 CV, como o mostrado na figura 2, que seria o suficiente para tocar a caixa de redução, que foi projetado. A velocidade de saída do motor é de 1.000 RPM, que será alterada com a alocação do redutor.
Fig. 2: Motor 10 CV
Fonte: promaqlmx.com
Um diferencial de nosso equipamento em relação a demais equipamentos similares encontrados no mercado, é que ele possuiu uma variação de velocidade, que não é encontrada nos demais.
	O redutor projetado é similar ao da figura 3, e tende para oferecer o menor custo, com a mais alta eficiência possível, gerando assim, um baixo custo de manutenção e um ótimo desempenho.
Fig. 3: Redutor de velocidade
Fonte: promaqlmx.com
	A caixa de redução projetada consiste em um eixo inteiro e dois eixos colocados de forma paralela ao eixo que trás a rotação do motor. Este segundo e terceiro eixo engrenagens com o mesmo módulo, porém o diâmetro delas são uma relação de aproximadamente quatro vezes e oito vezes o tamanho das engrenagens que estão no primeiro eixo, fazendo assim, que conforme uma alavanca que será colocada entre os dois eixos superiores se movimente, engrene uma ou outro engrenagem, sendo assim a caixa de redução não terá uma posiçãoneutra e sempre estará ou em velocidade maior ou na velocidade menor, conforme determine a posição da alavanca.
2.3 protótipo
A idéia principal do trabalho é ilustrar a função das engrenagens no que se faz referencia a redução.
É de extrema utilidade esta peça, e para mostrar seu desempenho. O protótipo usa um motor com redutor acoplado. A idéia é ilustrar o projeto que foi desenvolvido, que usa um motor com redutor de duas velocidades, que será utilizado com um eixo e uma hélice no final, que tem como objetivo um misturador.
Para o protótipo foi utilizado um motor de 12V (Fig.4), que possui um par de engrenagens acoplado na saída de seu eixo que faz a redução da rotação e trás torque para o eixo.
Fig. 4: Motor com redutor acoplado 12V
Fonte: autoria própria 
Uma bateria de capacidade de geração de corrente de 12V (fig. 5), foi utilizada para fazer a movimentação do motor.
Fig. 5: Bateria 12V para acionamento do motor
Fonte: autoria própria 
Com o intuito de mostrar a variação de velocidade que o projeto original possui, usamos um potenciômetro (Fig. 6), para fazer duas variações de velocidade e, assim mostrar como funciona o misturador projetado.
Fig. 6: Potenciômetro
Fonte: autoria própria.
	Uma chapa foi dobrada, para ser usada como suporte para segurar o motor, e sobre a mesma foi colocado o motor com a bateria, assim como mostra a figura 7.
Figura 7: montagem do protótipo
Fonte: autoria própria 
	O potenciômetro foi colocado na chapa e ligado em série para que ele possa ser usado como um variador de velocidade para simular uma possível mudança dentro da caixa de engrenagem, para uma engrenagem maior, que traria menos velocidade e mais torque ao motor.
O protótipo, como mostra a figura 8, foi estudado e desenvolvido por todos membros do grupo e teve como objetivo, aproximar a idéia do projeto que foi desenvolvido para o mais próximo da realidade, contudo, ainda é um projeto em desenvolvimento e precisa de mudanças, melhoras e opiniões que possam influenciar de maneira direta no melhor desenvolvimento e futuras montagens de outros projetos.
Figura 8: protótipo montado 
Fonte: autoria própria 
2.3.1Projeto
A idéia de montar um misturador surgiu de um pesquisa de mercado, visando que em nossa região encontramos apenas dois distribuidores de produtos similares.
O misturador projetado tem como foco principal a mistura de tintas, pois embora existam equipamentos mais sofisticados para a mesma função, são equipamentos caros, e muitas vezes não cabíveis financeiramente a alguns estabelecimentos, sendo mais viável o uso de um misturador como o projetado.
Para escolher a melhor configuração de rotação, com um custo baixo para produção, foi escolhido um motor, comum de 10 CV de potencia, com velocidade de saída 1.000 RPM.
Depois da escolha do motor, foi desenvolvido um redutor que atenda a necessidade do projeto, utilizando matérias e normas. Para determinar a melhor configuração de engrenagem e velocidade dos eixos, foram elaborados os cálculos, seguindo as seguintes referências:
Motor: 10 CV
Rotação do Motor: 1000 RPM.
Material utilizado: SAE 4340, dureza: 6000 Brinell (tabela 1)
Tabela 1: Dureza brinell
	
	
	MATERIAL
	HBRINNELL N/MM^2
	Aço Fundido tipo 2
	1700-2500
	Aço Fundido tipo B2
	1250-1500
	Aço SAE 1020
	1400-1750
	Aço SAE 1040
	1800-2300
	Aço SAE 1050
	2200-2600
	Aço SAE 3145/3150
	1900-2300
	Aço SAE 4320
	2000-4200
	Aço SAE 4340*
	2600-6000*
	Aço SAE 8620
	1700-2700
	Aço SAE 8640
	2000-6000
	Aço fundido cinzento
	1200-2400
	Aço fundido nodular
	1100-1400
Duração prevista: 10 mil horas
Ângulo de pressão entre os dentes: 20°
As referências foram adotadas através de pesquisa, para obter-se o menor custo beneficio, utilizando de maneira consciente e correta os materiais que nos levarão aos resultados esperados.
2.4 Cálculo da engrenagem que será utilizada no redutor projetado
Para a montagem do projeto foi desenvolvido um redutor com engrenagens baseadas nas normas que regem a construção das mesmas, utilizando os cálculos que seguem.
O primeiro passo a ser tomado é o dimensionamento Critério de pressão, regido pela equação:
Onde MT corresponde ao momento torçor.
	Para nossa engrenagem temos que a potencia do motor utilizado é 10CV, transformando a mesma em watts, chegamos ao valor de 7350.
Alocando os dados na equação, temos que:
 
	Após o calculo do momento torços, calcula-se a relação de transmissão pela equação:
 
	Onde corresponde a relação de transmissão, corresponde ao número de dentes da engrenagem menor e corresponde ao número de dentes da engrenagem maior que estará alocado ao eixo que ocorrerá a redução de velocidade. Assim temos:
 
	Após o cálculo da relação, é necessário calcular o fator de durabilidade da engrenagem, pela equação:
 
	Onde, corresponde ao fator de durabilidade, corresponde a rotação do motor e corresponde ao número de horas prevista do conjunto, sendo assim:
 ; logo; 
	Logo em seguido é necessário calcular a pressão admissível na engrenagem. Para isso é utilizado a seguinte equação:
	Onde vemos que representa a pressão admissível e a dureza do material, sendo assim:
 
	Neste momento é feito o calculo do volume mínimo da engrenagem, pela equação:
 
 Ficando assim a equação:
	Agora que já temos todos os dados necessários, podemos calcular o módulo da engrenagem, baseado na seguinte equação:
 ; logo:
 então; 
 
	Assim:
 
	Logo temos que o módulo calculado corresponde:
	Como pode-se verificar, o módulo M=2,79 não é módulo normalizado, e de acordo a tabela DIN 780. O módulo que se aproximo será o modulo de 3,00 mm, que será o que iremos utilizar e para isso será necessário recalcular o diâmetro primitivo, através da equação:
	Assim temos:
	O próximo passo a ser seguido é calcular a largura do pinhão, pela equação: 
	Por arredondamento, então; 
	Agora é necessário calcular a resistência a flexão no pé do dente, utilizando a equação:
 
	Onde corresponde a flexão, sendo assim:
	Por fim, verificamos na tabela (tabela 2) o fator de forma “Q”, que neste caso, como temos 21 dentes na engrenagem menor, ele corresponde a 3,3.
Tabela 2: Fator de forma Q.
	ENGRENAMENTO EXTERNO
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	NÚMER0 DE DENTES
	17
	18
	21*
	24
	28
	34
	40
	FATOR Q
	3,6
	3,5
	3,3*
	3,2
	3,1
	3
	2,9
	Então agora devemos encontrar na tabela (tabela 3) nosso fator de segurança, que neste como estamos projetando um misturador, ele correspondera a 1,25.
Tabela 3 - Fatores de serviço – AGMA (𝜑)
(Acionamento por motores elétricos ou turbinas)
	
	
	
	APLICAÇÕES
	SERVIÇOS
	
	
	 10h
	24h
	AGITADORES
	
	
	LIQUIDOS
	1,00
	1,25
	MISTURADORES DE POLPAS *
	1,25
	1,50
	SEMILÍQUIDOS DE DENSIDADE VARIÁVEL
	1,25
	1,50
Módulo Normalizado M=3 DIN 780 (Tabela 4)
Largura do pinhão (b) = 16 mm
	Tabela 4: módulos Normalizados DIN 780
	MÓDULO (MM)
	INCREMENTO (MM)
	0,3 a 1,0
	 0,10 
	1,0 a 4,0*
	0,25 *
	4,0 a 7,0
	 0,50 
	7,0 a 16,0
	 1,00 
	16,0 a 24,0
	 2,00 
	24,0 a 45,0
	 3,00 
	15,0 a 75,0 
	 5,00 
	
	Agora é feito o cálculo da tensão máxima atuante, para saber se o material suportara o conjunto, isso é determinado através da equação: 
	Assim temos: 
 então;
Tabela 5: Tensões ideais para as matérias no dimensionamento de engrenagens.
	
	
	MATERIAL
	Mpa (N/MM^2
	FoFo cinzento
	40
	FoFo nodular
	80
	Aço Fundido
	90
	SAE 1010/1020
	90
	SAE 1040/1050*120*
	SAE 4320/4340
	170
	SAE 8620/8640
	200
	material sintético – resinas
	35
	
	
Como a tensão máxima atuante é maior que a tensão do material do pinhão, o mesmo precisa ser redimensionado.
	Redimensionamento de largura(b), utilizando a tensão admissível do material Sae4340=170N/, através da equação:
 
	Ficando assim dimensionado a largura: 
e assim a relação , fica:
	Isso demonstra que a engrenagem esta dentro do padrão necessário, ficando ela dimensionada com um módulo de 3mm e a largura do pinhão com 18mm. 
3 DADOS CONCLUSIVOS
	Através de estudos realizados em sala de aula e conhecimentos obtidos em livros podemos concluir que o trabalho “Maquina de fazer misturas” foi desenvolvido para suprir as necessidades e demanda atual do mercado.
	Todo trabalho e desenvolvimento do projeto foi realizado tendo como foco principal motores e redutores, todos os cálculos de engrenagens, eixos e os demais componentes foram realizados com o intuito de redução de custo e principalmente na qualidade e eficiência no seu produto final, com isso pode-se concluir que obtivemos um resultado exequível em nosso produto final “Maquinas de fazer misturas” pois a mesma foi projetada para diversos tipos de misturas desde as mais simples até as mais densos e pesados materiais. 
	Apesar das dificuldades encontradas pela equipe na usinagem das engrenagens e montagem do protótipo podemos dizer que o resultado do trabalho foi muito bom, podendo colocar em pratica o trabalho em equipe e também abordar assuntos vistos em sala de aula tais como: PDCA (Plan, do, Check, act) para obter qualidade e melhoria continua do projeto; JIT (Just in time) evitando o desperdício pela eliminação de atividades que não agregam valor ao produto; FMEA (Failuremodeandaffectanalysis) estudo sistemático e estruturado das possíveis falhas potenciais que podem ocorrer no projeto, aumentando assim a qualidade de nosso produto; DFMA (Desing for manufactureandassembly) uma das principais ferramentas existentes e aplicáveis para desenvolvimento do produto desde a fase informacional até a fase de produção final; e o 5S que nos possibilita a facilidade de aprendizagem e a pratica de conceitos e ferramentas para a qualidade, incluindo ambiente, pessoas e a manufatura como um todo.
	Assim podemos concluir que a “Maquina de fazer misturas” obteve sucesso em diversas áreas e clientes alcançando e superando nossas expectativas.
REFERÊNCIAS 
RESHETOV, D.N. Atlas de Construção de máquinas. São Paulo: Hemus, 2006.
PROVENZA, Francisco. Prontuário do Desenhista de Máquinas. São
Paulo: Pro-tec.
Budynas, Richard G.; Keith Nisbett, J. Elementos de Máquinas de Shigley - Projeto de Engenharia Mecânica - 8ª Ed. - 2011. / Amgh Editora