Projeto de Grua - Impressora 3d

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
RELATÓRIO DE RESULTADOS DE UMA GRUA
SAMUEL ELIAS PEDRASSOLI - 002201301820
THOMAS NIELSON NASCIMENTO - 002201402230
ITATIBA/2017
OBJETIVO
Projetar e ensaiar um sistema de içamento e movimentação de carga mediante as características especificadas na figura 1 e os termos de aceite da tabela 1.
Tabela 1 - Critérios de aceiteFigura 1- Dimensões Mínimas
	CRITÉRIOS DE ACEITE
	Rotação mínima de 180° à um torque de 100 Nmm
	Massa máxima de 50g
	Deslocamento vertical máximo da haste de 20 mm
	Perda de estabilidade lateral superior a 10 mm
	Rompimento posterior à carga de 5kg
DESENVOLVIMENTO
Como partida foi efetuado cálculos para determinação das dimensões iniciais do projeto, aplicando a teoria de resistência dos materiais.
Sabendo que a carga máxima será de 5kg e será aplicada a uma distância de 10 mm a partir da extremidade do braço da grua, conforme a Figura 1.
Figura 2 - Aplicação da força
Sabendo que as propriedades do material a ser utilizado na fabricação é:
Aplicando as fórmulas de cálculo de tensão, tem-se:
Desenvolvendo a fórmula do momento de inércia e considerando a seção transversal quadrada, tem-se:
Aplicando à fórmula da tensão, tem-se que:
Calculando o momento e considerando , calcula-se o L:
Adotando a estrutura, com dimensões definidas na figura 1, e aplicando os mesmos conceitos, tem-se:
Determinado que a coluna tenha perfil cilíndrico, calcula-se novamente os valores do momento de inércia para determinar qual diâmetro para se iniciar o projeto. Calculando:
Com base nos dados foi feito o desenho da peça seguindo os requisitos e aplicando as dimensões calculadas.
SIMULAÇÃO
A simulação da geometria inicial se mostrou ineficaz aos critérios de aceitação, pois apresentou deslocamento acima do esperado e altas concentrações de tensão, conforme mostram as figuras 3 e 4.
Figura 3 - Tensão
Figura 4 - Deslocamento
Através da análise da simulação das figuras 3 e 4 foi possível identificar que a haste necessitava de um apoio para diminuir o deslocamento, a base estava superdimensionada, pois não havia grandes concentrações de tensão, porém o poste concentrou grande parte da tensão, causada em parte pelo alto deslocamento da haste.
Portanto, para a definição das novas dimensões do projeto foram feitas análises práticas e observacionais do processo de produção da estrutura e também das necessidades que o conjunto apresentou nos ensaios.
Através destes dados foi possível determinar as dimensões como descritas nas figuras 5 e 6
Figura 6 - Novas dimensões da base
Figura 5 - Novas dimensões do conjunto poste/haste
Com as novas características do conjunto foi realizado uma nova análise estática através do software SolidWorks, conforme demonstrado nas figuras 7 e 8.[1: Software de projeto e simulação]
Figura 7 - Simulação de tensão da nova estrutura
Figura 8 - Simulação do deslocamento da haste da nova estrutura
Com a análise da simulação a estrutura atendeu aos critérios de aceitação, portanto foi assim definida e impressa.
PARÂMETROS DE IMPRESSÃO
Foi definido, por análise observacional, que o melhor sentido de impressão para o poste seria na direção de seu eixo longitudinal para evitar o efeito descolamento de camada (efeito moeda).
A base, devido a geometria, teve de ser impressa nos eixos perpendiculares ao eixo longitudinal.
Os parâmetros da impressão são definidos na tabela 2.
Tabela 2 - Parâmetros de impressão
	VARIÁVEIS
	SLICER
	VELOCIDADE
	TEMP
 MESA
	TEMP
EXTRUSORA
	PREENCHIMENTO
	BASE
	0,30
	100
	55 °C
	180 °C
	50%
	POSTE
	0,25
	85
	55 °C
	180 °C
	60%
RESULTADOS
Com a estrutura impressa de acordo com as especificações de projeto e impressão, foi realizado o ensaio de cargas, aplicando no ponto especificado na figura 1, as cargas de 1 a 5 kg, sucessivamente a cada 1kg, e medido o deslocamento proporcional.
Os resultados são mostrados na tabela 3.
Tabela 3 - Resultados do ensaio estático
	MEDIÇÃO
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	Ruptura
	DESLOCAMENTO
	1,22
	2,41
	5,18
	7,21
	9,24
	13,01
	16,33
	MASSA
	0,5
	1
	2
	3
	4
	5
	6
As falhas ocorreram na haste e na base ao mesmo tempo, conforme demonstra as figuras 9.
Figura 9- Falhas apresentadas pós ensaio estático
A falha foi causada devido ao efeito moeda.
O motivo da falha da base foi uma alteração de diâmetro com canto vivo na base, que tinha como objetivo servir de calço ao poste, portanto causou acúmulo de tensão e se rompeu por tração.
Na haste o motivo claro do rompimento foi o descolamento de uma camada da outra.
CONCLUSÃO
A estrutura teria melhor desempenho caso não houvesse o calço na base e fosse impressa em 3 peças (base, poste e lança), cada uma impressa em um sentido de modo que não causasse o efeito moeda.