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Projeto de Máquinas Aula 4 A falha para um sistema de transmissão não é somente o que impossibilita o seu funcionamento. A falha também pode ser uma condição insatisfatória de uso. Modo de falha Conseqüência Peça quebrada Sistema provavelmente inoperante. Desgaste de peça excessivo Sistema provavelmente operante por tempo considerável Vibração anormal Sistema provavelmente operante por tempo considerável Ruído anormal Sistema operante; antecede potencial quebra Temperatura elevada (peça ou óleo) Sistema operante; antecede uma quebra prematura Vazamento de óleo. Sistema operante; antecede uma quebra prematura Interferência / peças fora de posição Sistema inoperante. Torque interrompido. Falhas Engrenagens podem falhar basicamente por dois tipos de solicitação: a que ocorre no contato, devido à tensão normal, e a que ocorre no pé do dente, devido a flexão causada pela carga transmitida. Falhas Falhas Essas fraturas ocorrem geralmente por fadiga (Tensões variadas de flexão na raiz do dente) e por fadiga Superficial das superfícies dos dentes (crateração). Falhas A fadiga no pé do dente causa a quebra do dente, o que não é comum em conjuntos de transmissão bem projetados. Geralmente, a falha que ocorre primeiro é a por fadiga de contato. Fadiga de flexão Fadiga de flexão A falha por fadiga tem: • A origem da trinca, ou ponto focal, ocorre na superfície da raiz (pé) do dente do lado carregado. • Normalmente a origem ocorre no meio da face do dente carregado. Fadiga de flexão A – Quebra por fadiga B – Evidência de sobrecarga A B • Sobrecarga •Ponto •focal Concentração de tensão na raiz, inclusões, etc... Fadiga de flexão Local da quebra: Marcas de contato (“pitting”) podem evidenciar que uma das extremidades do dente está suportando maior parte do carregamento (desalinhamento). Fadiga de flexão A fadiga de contato pode ser avaliada pelo que convencionou-se chamar de critério de durabilidade superficial. Surgem nessa região porque a velocidade de deslizamento entre os dentes anula-se no ponto primitivo. Fadiga de contato Fadiga de contato Estágio inicial da falha com pequenos sulcos, chamados pites, são formados na região próximo a linha primitiva do dente, que é definida pelo diâmetro primitivo. Fadiga de contato Macro-pitting, micro-pitting (c) fadiga de contato na maioria dos casos ocorre no pinhão de um par Engrenado (são as engrenagens motoras e possuem maiores ciclos operação). Fadiga de contato Outra forma de falha de uma engrenagem pode ocorrer por um choque ou uma incorreta sincronização entre os dentes da engrenagem que em muito casos faz com que um ou mais dentes quebrem por um grande choque ou por um grande impacto. Falha por impacto Falhas por impacto Para estar devidamente dimensionado uma engrenagem deve satisfazer duas condições: Forças atuantes Coeficiente de segurança de flexão (Nb): Nb = Sfb / σb Resistência á fadiga de flexão / Tensão de flexão Calcular para cada engrenagem no engrenamento Coeficiente de segurança superficial: Nc = (Sfc / σc )² (Resistência á fadiga de superfície / Tensão de superfície)² Forças atuantes A potência transmitida é a força tangencial (responsável pelo movimento das engrenagens) vezes a velocidade V na mesma direção, ou o torque T vezes a rotação ω. A potência e a velocidade são dados de entrada dos problemas comuns de projeto. Forças atuantes Forças atuantes Forças atuantes A carga tangencial que origina momento fletor, tendendo a romper por flexão o pé do dente. A tensão no pé do dente pode ser de tração ou compressão. Para a força aplicada, a tensão será de tração no filete da direita e de compressão no da esquerda. Forças atuantes Carga Tangencial (Ft). A força tangencial é determinada pela formula: Onde: Ft-Força tangencial [N] T-Torque [N.mm] r0-raio primitivo [mm] d0-diâmetro primitivo [mm] Forças atuantes Carga Radial (Fr): Atua na direção radial da engrenagem e é determinada pela tangente do ângulo de pressão a: Onde: Fr - Força radial [N] Ft - Força tangencial [N] a -ângulo de pressão [graus] Forças atuantes Carga Resultante (Fn): Consiste na resultante das cargas radial e tangencial, determinada por meio de Pitágoras: Forças atuantes Associação Americana de Fabricantes de Engrenagens (AGMA), sugere a seguinte equação para o cálculo das tensões no pé do dente: Tensões no pé do dente Na equação encontramos a tensão (σ) partir da Força tangencial (Ft) e dos valores da extensão da largura do denteado (b) e do valor do módulo (m). Aplicamos a eles os fatores de correção Kv, Ko e Km. Tensões no pé do dente J é o fator geométrico (determinado pelo gráfico) Tensões no pé do dente A curva inferior é utilizada quando a razão de contato for pequena ou em projetos com maior segurança. As curvas superiores dependem do número de dentes da engrenagem conjugada e da distribuição das cargas quando são utilizadas as dimensões recomendadas para a cabeça e pé do dente. Tensões no pé do dente Kv é o fator de impacto ou de velocidades (determinado pelo gráfico) Tensões no pé do dente O fator de impacto é aplicado para levar em consideração o efeito das tolerâncias de fabricação nos choques sofridos pelos dentes devidos às diferenças dimensionais. Depende da forma de fabricar e do tipo de ferramenta. Tensões no pé do dente Ko é o fator de sobrecarga (tabelado) Tensões no pé do dente O fator de sobrecarga Ko leva em conta os choques decorrentes da fonte de acionamento (motor) e da carga. Para a maioria dos casos é suficiente classificar os choques em pequenos, médios ou intensos. Tensões no pé do dente Km é o fator de correção (tabelado) Tensões no pé do dente O fator de correção para a precisão da montagem Km é utilizado para incluir o efeito de alinhamento ou outras condições do arranjo que não permitam o contato em toda a extensão da largura do denteado ou o valor de b que esta diretamente ligado ao valor do módulo é representado por m. Tensões no pé do dente Uma vez definida a forma de calcular as tensões, resta o cálculo da resistência com a qual a tensão vai ser comparada para verificação dos critérios de dimensionamento. Dessa maneira teremos a comparação entre a tensão no pé do dente e a fadiga no pé do dente Fadiga no pé do dente FIM
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