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18/02/2018 1 Professor: Fernando Braga AULA 1 � Projetar, desenvolver e produzir máquinas considerando fundamentos técnicos e econômicos. � Conhecer técnicas de cálculos para projetos de cada peça pertencente a um mecanismo, suas junções e transmissões de potência. 18/02/2018 2 � Budynas, R.G. ;Nisbett, J.K. “Elementos de Máquinas de Shigley – Projeto de Engenharia Mecânica”. 8ª ed. McGraw Hill. � Hibbeler, R.C. “Resistência dos Materiais”. 3ª ed. Editora Livros Técnicos e Científicos. � Norton, R.L. “Projeto de Máquinas -Uma abordagem Integrada”. 4ª ed. Bookman. � Juvinall, R.C.; Marshek, K.M. “Fundamentos do Projeto de Componentes de Máquinas”. 4ª ed. LTC. � Nota: Média 6,0 � Provas AV1, AV2 e AV3 � Faltas: 7 faltas (5 Limite Estácio + 2 critério do professor). Acima desse valor será avaliado caso a caso. 18/02/2018 3 � A palavra “design” provém da palavra latina designare, que significa “designar ou escolher”. � O dicionário Webster oferece várias definições da palavra design, a mais aplicável delas é “esboçar, traçar ou planejar como ação ou trabalho (...) para conceber, inventar, produzir”. � Projeto de engenharia pode ser definido como: “O processo de aplicação das várias técnicas e princípios científicos com o intuito de definir um dispositivo, um método ou um sistema suficientemente pormenorizado para permitir sua realização”. 18/02/2018 4 � O projeto de máquinas ou sistemas mecânicos é parte integrante de um projeto de engenharia. � A definição de projeto de máquinas, trata da criação de uma máquina que funcione bem, com segurança e confiabilidade. � A uma definição básica para uma máquina diz: 1) Um aparato que consiste em unidades inter- relacionadas; 2) Um dispositivo que modifica a força ou o movimento. 18/02/2018 5 � Na definição, as peças inter-relacionadas também são chamadas, às vezes, de elementos da máquina neste contexto. � A menção a forças e movimento também é crucial ao nosso interesse, uma vez que, ao converter uma forma de energia em outra, as máquinas criam movimento e desenvolvem forças. � É tarefa do engenheiro definir e calcular esses movimentos, forças e mudanças de energia de modo a determinar as dimensões, as formas e os materiais necessários para cada uma das peças que integram a máquina. 18/02/2018 6 � No projeto de uma máquina é fundamental reconhecer que a função e o desempenho de cada peça (e, portanto, seu projeto) dependem de muitas outras peças inter- relacionadas de uma mesma máquina. � O objetivo final do projeto de máquinas é dimensionar e dar forma às peças (elementos de máquinas) e escolher os materiais e os processos de manufatura apropriados, de modo que a máquina resultante possa desempenhar a função desejada sem falhar. 18/02/2018 7 � Como as peças são inter-relacionadas muitas vezes no projeto de um equipamento/máquinas são necessárias que algumas iterações sejam realizadas. � Devemos admitir uma configuração inicial para cada peça, usar as propriedades de inércia (massa, local do centro de gravidade e o momento de inércia da massa) dessa configuração inicial para determinar as forças, os momentos e os torques internos atuantes sobre a peça, e então usar a geometria da seção transversal do projeto inicial para calcular as tensões resultantes. 18/02/2018 8 � O mais provável é descobrirmos que a primeira tentativa fracassa porque o material não suporta o nível de tensão apresentado. � Devemos então reprojetar as peças (iterar) alterando o formato, as medidas, os materiais, o processo de fabricação ou outros fatores para alcançar um projeto aceitável. � Uma versão de uma metodologia de projetos é mostrada: 18/02/2018 9 � Problemas de projetos também exigem bons hábitos de manutenção de registros e documentação para registrar muitas hipóteses e decisões de projeto feitas ao longo do trabalho de modo que o processo de raciocínio do projetista possa ser reconstruído posteriormente se for necessário um reprojeto. � Um bom procedimento para elaboração de um projeto de máquinas relaciona um grupo de subtarefas apropriadas. � Estas etapas devem ser documentadas de maneira nítida e esmerada, de preferência em mantendo sua ordem cronológica 18/02/2018 10 � Um procedimento sugerido para o projetista é mostrado : � Dentro da etapa do projeto detalhamento devem ser seguidas as seguintes considerações: 18/02/2018 11 � As considerações clássicas são as necessárias para a caracterização dos componentes ou sistemas, o processo de fabricação a ser utilizado, custo de produção e tempo para fabricação. � As considerações sobre segurança estão sempre na mente dos engenheiros, e a cada dia requer mais atenção. � Em comparação com os cálculos relativamente imediatos e diretos de variáveis a determinação da segurança é relativamente subjetiva, de difícil quantificação e dependente de fatores psicológicos e sociológicos. 18/02/2018 12 � O primeiro passo importante no desenvolvimento da competência em engenharia na área de segurança é cultivar a consciência de sua importância. � Uma vez que o engenheiro esteja suficientemente consciente das considerações sobre segurança e aceite esse desafio, existem algumas técnicas e orientações que geralmente são úteis. � Examine o ciclo total de vida do produto, desde a fase inicial de produção até a fase final de utilização, com o foco orientado em possíveis riscos significantes não cobertos pelo produto. � Assegure-se de que o oferecimento de segurança representa um procedimento equilibrado. Não retire nenhum dispositivo de segurança sem uma análise de risco adequada. 18/02/2018 13 � Tome, tanto quanto possível, a segurança uma característica integral do projeto básico, e não um simples dispositivo complementar de segurança a ser incorporado após ser completado. � Utilize um projeto seguro na condição de falha, sempre que possível. O conceito, nesse caso, é que devem ser tomadas precauções para evitar falhas, todavia se estas ocorrerem o projeto deve ser tal que o produto ainda fique "seguro"; isto é, a falha não será catastrófica. � Verifique as normas governamentais e da indústria (como ABNT, ANSI, ISO e OSHA)* e a literatura técnica pertinente para assegurar- se de que as exigências legais estão sendo cumpridas e que as experiências relevantes sobre segurança vivenciadas com outros estão sendo consideradas. 18/02/2018 14 � Forneça avisos ou faça advertências de qualquer risco significativo do produto que permaneça após o projeto ter sido realizado tão seguro quanto possível. � Os objetivos ecológicos básicos do projeto de engenharia mecânica podem ser descritos de forma bastante simples: 1) Utilizar materiais que sejam economicamente recicláveis em um período de tempo razoável sem causar poluição do ar e da água, 2) Minimizar a taxa de consumo de fontes de energias não-recicláveis (como combustível fóssil) tanto para conservar essas fontes quanto para minimizar a poluição térmica. Em alguns casos, a diminuição da poluição sonora também é um fator a ser considerado. 18/02/2018 15 � O objetivo básico de qualquer projeto de engenharia é o desenvolvimento de uma máquina ou dispositivo que beneficiará a humanidade. � Os engenheiros engajados na grande área de projeto e desenvolvimento da engenharia têm como um de seus principais papéis, dentro de suas contribuições profissionais, a determinação de um melhor IQV (índice de qualidade de vida) de uma população. � A consideração de custo é tão importante no processo de decisão de projeto que poderíamos facilmente despender tanto tempo no seu estudo quanto no do assunto integral de projeto. 18/02/2018 16 � Primeiramente, observe que nada podeser afirmado em um sentido absoluto, no que concerne a custos. � Materiais e mão-de-obra geralmente apresentam um custo crescente a cada ano. Todavia, pode-se esperar que os custos de processamento dos materiais apresentem uma tendência de queda devido ao uso de máquinas automáticas e robôs. � O custo de fabricação de um único produto poderá variar de cidade para cidade e de uma fábrica para outra, em decorrência dos encargos, da mão-de-obra, das taxas e diferenças de frete, bem como das pequenas, mas inevitáveis, variações de manufatura. 18/02/2018 17 � O uso de tamanhos padronizados ou de estoque é um princípio primário de redução de custo. Exemplo: O engenheiro que especificar uma baixa de aço AISI 1020 laminada a quente, de secção transversal quadrada, com 53 mm de lado, terá adicionado custo ao produto, uma vez que quadrados de 50 ou 60 mm de lado, sendo ambos os tamanhos preferenciais, solucionariam o problema com igual eficiência. � Para assegurar-se de que tamanhos padronizados ou preferenciais sejam especificados, os projetistas devem ter acesso aos catálogos de fabricantes ou podem ser obtidas diretamente dos fornecedores. 18/02/2018 18 � Dentre os efeitos das especificações de projeto sobre os custos, talvez aqueles relacionados às tolerâncias sejam os mais significativos. � As tolerâncias de projeto influenciam a produtibilidade do produto final de muitas maneiras; tolerâncias restritas podem requerer passos adicionais de processamento ou, ainda, render uma peça cuja produção é completamente inviável do ponto de vista econômico. � Na medida em que peças com grandes tolerâncias podem frequentemente ser produzidas por máquinas com taxas de produção maiores, os custos de mão-de- obra são menores do que seriam se trabalhadores qualificados fossem requeridos para isso. 18/02/2018 19 � Algumas vezes, quando dois ou mais procedimentos de projeto são comparados quanto ao custo, a escolha entre ambos depende de um conjunto de condições, tais como a quantidade de produção, a velocidade das linhas de montagem, etc. � Surge, então, um ponto que corresponde a custos iguais, denominado ponto de equivalência. � Exemplo de ponto de equivalência Considere uma situação em que uma determinada peça pode ser manufaturada a uma razão de 25 por hora, em uma máquina de fuso automático, ou de 10 por hora, em uma máquina de fuso manual. Suponhamos, também, que o tempo de ajuste para a máquina automática seja de três horas e que o custo de mão-de-obra para ambas as máquinas seja de 20 dólares a hora, incluindo os encargos. 18/02/2018 20 � Exemplo de ponto de equivalência O ponto de equivalência corresponde a 50 peças. Se a produção desejada for maior que isso, a máquina automática deve ser utilizada.
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