TRABALHO DE MECANISMOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
COLEGIADO DE ENGENHARIA MECÂNICA - CENMEC
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
FRANCIMARIO BESERRA NESIO
ANÁLISE DE MECANISMOS UTILIZANDO O SOFTWARE CAD
AUTODESK INVENTOR
PETROLINA
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO
COLEGIADO DE ENGENHARIA MECÂNICA - CENMEC
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
FRANCIMARIO BESERRA NESIO
ANÁLISE DE MECANISMOS UTILIZANDO O SOFTWARE CAD
AUTODESK INVENTOR
Trabalho apresentado como requisito
de avaliação parcial da disciplina Meca-
nismos, do curso de Graduação em En-
genharia Mecânica da UNIVASF, mi-
nistrada pelo Prof. José Bismark.
PETROLINA
2017
Sumário
1 Introdução 4
2 Mecanismo Biela-Manivela 4
2.1 Procedimentos para utilização do ambiente de Simulação Dinâmica do Inventor . 5
2.2 Resultados Obtidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Gráficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3 Mecanismo de Geneva 16
3.1 Gráfico do mecanismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4 Sistema Massa Mola 18
4.1 Dados da mola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Gráfico de mola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5 Considerações Finais 22
6 Referências 23
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1 Introdução
Este trabalho tem como finalidade apresentar de forma bastante suscinta a análise de meca-
nismos utilizando o software CAD (3D) da Autodesk, o Autodesk Inventor Professional, versão
2017. Mais especificamente, foi utilizado o recurso de Simulação Dinâmica no ambiente de
montagem de componentes mecânicos.
Os mecanismos analisados em termos de posição, velocidade e aceleração foram os mecanis-
mos "biela-manivela"de acordo com a questão 3 da prova 1 de Mecanismos. Também foi feita
as simulações dos conjuntos "mecanismo de Geneva"e "mecanismo de mola", no entanto estes
últimos são apresentados de forma suscinta mostrando apenas o gráfico final considerando que
o processo é idêntico ao explicitado para o sistema biela-manivela.
2 Mecanismo Biela-Manivela
O sistema biela-manivela é um mecanismo a qual transforma movimento circular em um
movimento de translação, ou vice-versa. Esse mecanismo é largamente usado e sua maior
aplicação é em motores de combustão interna, onde o movimento linear dos pistões pela explosão
do combustível é transmitido para a haste que gira em um movimento circular sobre o eixo de
manivela.
Esse mecanismo é o ponto de partida para os sistemas que utilizam o movimento de rotação
de um eixo ou de uma árvore para obter movimentos lineares alternativos ou angulares. Sendo
esse constituído por a manivela, a biela, o cursor e o bloco por onde ocorrerá a transformação
do movimento.
Este mecanismo apenas admite movimentos planos. A manivela descreve somente o mo-
vimento plano de rotação, a corrediça descreve apenas movimento de translação retilínea e a
biela tem um movimento plano geral ou misto (translação e rotação), isto é, os pontos desta
ligação têm, simultaneamente, as características dos movimentos de translação e de rotação.
4
Questão da prova:
2.1 Procedimentos para utilização do ambiente de Simulação Dinâ-
mica do Inventor
Será mostrado agora a sequência didática para utilização do Dinâmic Simulation do Inventor:
1o passo: Modele todas as peças do mecanismo e nomeie adequadamente:
a) base
Figura 1: base do mecanismo
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b) manivela
Figura 2: manivela
c) cursor
Figura 3: cursor
d) biela
Figura 4: biela
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2o passo: Faça a montagem do mecanismo colocando as restrições adequadas, tomando o
cuidade de selecionar as juntas rotativas adequadas, usando a restrição inserir quando for uma
junta rotativa.
Figura 5: montagem
3o passo: Configure as unidades de medida de modo que os valores obtidos estejam de acordo
com o que se pede, no nosso caso teremos comprimento em metros (m), ângulos em radiano
(rad) e tempo em segundos (s):
a) Clique na aba Ferramentas e no grupo opções clique no ícone Configurações do do-
cumento
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Figura 6: ícone: Configurações do documento
b) Na janela Configurações do documento clique na aba unidades e selecione as unidades
desejadas nas respectivas caixas.
Figura 7: ícone: Configuração de unidades
4o passo: Configure a simulação conforme a sequência a seguir:
a)Na guia ambientes clique no ícone Simulação Dinâmica
Figura 8: ícone: Simulação Dinâmica
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b) No grupo Administrar clique em Configuração de simulação e desmarque a opção
Converter automaticamente restrições em juntas padrão. Se você quiser mudar a
unidade de entrada (rpm ou rad) clique na seta dupla que fica ao lado do botão aplicar e
marque ou desmarque a opção Velocidade angular de entrada em rpm.
Figura 9: Configuração de Simulação Dinâmica
c) No grupo Junta clique no ícone Converter restrições em seguida clique sobre os
componentes relativos a cada junta desejada, formado pares, observando se as juntas estão com
o tipo correto, em seguida clique Aplicar.
Figura 10: Converter restrições
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Figura 11: Converter restrições
A junta aparecerá da seguinte forma:
Figura 12: Visualização da junta de revolução
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Observe na figura 12 o vetor de momento e analise, utilizando a regra da mão direita, se o
sentido de rotação está correto. Caso contrário, exclua a junta e repita novamente o processo de
inserir junta, dessa vez invertendo a ordem de seleção das peças, se estiver no sentido correto,
a junta aparecerá assim:
Figura 13: Sentido correto, de acordo com a regra da mão direita
d)Na árvore Simulação dinâmica selecione a junta que se refere ao centro de rotação da
manivela e clique com o botão direito do mouse na opão propriedades;
Figura 14: Editar propriedades da junta
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e) Na janela de propriedades da junta, clique na guia grau de liberdade 1 (R) clique no
botão Editar Condições Iniciais e na caixa posição digite o valor 0,00 rad.
Figura 15: Editar condições iniciais
f) Em seguida clique na botão Editar movimento imposto, marque a opção Ativar
movimento imposto e na caixa de velocidade coloque o valor desejado selecionando a opção
Valor Constante
Figura 16: Editar movimento imposto
g) Na janela Simulador digite o valor do tempo relativo a uma rotação, no nosso caso a
RPM foi especificada com um valor de 3000rpm, logo o tempo para uma (01) rpm é de 3000
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dividido por 60, ou seja, 0,02s. Para obtermos um numero de pontos igual à uma volta completa
(360 graus), inserimos o número o valor 360 na caixa passos, conforme figura 5.
Figura 17: ícone: Simulação Dinâmica
h) Execute a simulação:
Na janela Simulador clique no botão Executar e aguarde o término da simulação:
Figura 18: Executar simulação
No grupo Resultados clique no icone Gráfico de saída
Figura 19: Gráfico de saída
Clique no sinal de "mais"em Juntas padrão para expandir as juntas e em seguida clique
em cada sinal de "mais"ao lado de cada junta que desejar analisar. Em seguida clique nas
referentes aos itens a serem analisados e marque os valores que você quer que apareçam no
gráfico.
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Figura 20: seleção de dados para análise
2.2 Resultados Obtidos
Na figura 20 vemos os valores obtidos para a junta de rotação da manivela a θ1 a 30 graus
(0,5236rad). Ou seja, para uma velocidade de rotação igual a 3000rpm (314,16rad) e θ2 = 30◦
(0,5236rad) temos:
Ângulo da biela: θ3 = −0, 12595rad(−7, 2169◦)
Velocidade angular da biela: ω3 = −68, 89840rad/s
Aceleração Angular da Biela: α3 = 11895, 8000rad/s2
Dessa forma podemos concluir que é possível, com um razoável grau de precisão, utilizar
o ambiente de simulação dinâmica do Autodesk Inventor para análise do mecanismobiela-
manivela, obtendo os valores desejados, desde que selecionadas as juntas correspondentes.
2.3 Gráficos
A partir da simulação realizada, vemos na tela seguinte que os resultados estão totalmente
compatíveis com os valores calculados.
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Os gráficos seguintes nos mostram a acelação angular da biela (figura 21) e a posição angular
da biela (figura 22) e a velocidade angular da biela (figura 23).
Figura 21: aceleração angular da biela
Figura 22: posição angular da biela
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Figura 23: velocidade angular da biela
3 Mecanismo de Geneva
O nome deriva do primitivo uso que se deu ao mecanismo em relógios suíços, sendo Genebra
um dos mais importantes centros relojoeiros daquele país. A Roda de Genebra também é
chamada de cruz de Malta pela semelhança visual com esta. No arranjo mais comum, as rodas
movidas têm quatro fendas e assim avançam em cada rotação uma etapa de 90◦. Se a roda
movida possui n fendas, a roda possui um avanço em cada etapa 360◦/n por rotação completa
da roda motriz.
Figura 24: Mecanismo de Geneva - fonte: Wikipédia
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Seguido a metodologia explicitada no capítulo anterior, foi feita a simulação do mecanismo
de Geneva a seguir:
Figura 25: Mecanismo de Geneva - modelo feito no Autodesk Inventor
3.1 Gráfico do mecanismo
A partir da simulação feita, pode-se gerar um gráfico com as velocidades das rodas em
função do tempo.
Figura 26: Mecanismo de Geneva - modelo feito no Autodesk Inventor
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4 Sistema Massa Mola
Entende-se por mola uma peça que possui flexibilidade elástica relativamente alta, isto é,
que apresenta grandes deformações quando solicitada. A rigor, no entanto, todas as peças
possuem alguma flexibilidade, já que não existe o corpo totalmente rígido. A mola opõe-se à
força que a ela está aplicada, armazenando energia potencial elástica.
O sistema massa-mola simples é constituído por um corpo de massa m acoplado a uma mola
com fator restaurador k (constante de deformação), enquanto a outra extremidade está ligada
a um ponto fixo conforme mostrado na Figura 1. Se tal sistema encontra-se em equilíbrio, a
posição da massa é denotada por O (x = 0) e toda vez que a massa é deslocada em relação a
ponto, surge uma força restauradora F = −kx, que tenta trazê-la de volta à situação inicial.
As posições −xM e xM representam, respectivamente, a mola comprimida e a mola estendida.
Quando o bloco de massa m é deslocado em relação à posição inicial e solto em seguida, o
sistema passa a oscilar em torno da posição de equilíbrio.
A Segunda lei de Newton pode ser usada para analisar esse sistema:
F = mx = −kx
Sua solução é da forma x = xmcosω0t onde ω0 =
√
k
m
é a frequência natural de oscilação
do sistema.
Figura 27: Sistema massa-mola modelado
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Figura 28: Sistema massa-mola modelado no Autodesk Inventor
4.1 Dados da mola
Para a realização da simulação foram especificados os dados da mola conforme a figura 29.
Figura 29: Dados colocados na configuração da junta de mola
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Além disso, foi colocada uma força trativa de 200N conforme figura 30.
Figura 30: Força de tração da massa
No simulador, colocamos o tempo de 0,1s e 100 passos confome figura 31.
Figura 31: dados do simulador
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4.2 Gráfico de mola
A partir das configurações realizadas foi obtido o seguinte gráfico:
Figura 32: Gráfico de mola força,deslocamento
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5 Considerações Finais
Com a realização deste trabalho, podemos perceber a importância da utilização de um
software CAD/CAE como recurso de simulação dinâmica de mecanismos para o aprendizado
do desenvolvimento e validação de projetos de engenharia, no caso foi utilizado o software
Autodesk Inventor Professional por se tratar de uma plataforma disponibilizada gratuita-
mente pela fabricante, como forma de incentivar sua utilização pelos futuros profissionais de
engenharia mecânica.
Vale salientar que a utilização de softwares deste tipo não dispensam totalmente a habili-
dade de cálculo por parte do engenheiro, pois os resultados devem ser sempre confrontados e
questionados em termos de grandeza e precisão, para que se tenha a confiabilidade devida.
O desafio foi grande, pois existe muito pouco material disponível ou o material disponível
para aprendizado não é suficientemente claro, fazendo-nos passar por um processo de tentativa e
erro na utilização do software, no entanto, nos trazendo grande satisfação quando os resultados
se mostram compatíveis com os cálculos realizados.
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6 Referências
Apostila "Elementos de um sistema Mecânico"disponível em https://www.ime.usp.br, acesso
em 26/03/2017.
Oliveira, Luzimário Alves de - Biela-manivela: Estudo de movimentos - Instituto Federal
de Tecnologia do Ceará - Disponível em http://www.ebah.com.br/content/ABAAABGhgAA/artigo-
sobre-biela-manivela, acesso em 25/03/2017.
Site https : //pt.wikipedia.org/wiki/RodadeGenebra acesso em 26/03/2017.
site https : //pt.wikipedia.org/wiki/Sistemamassa−mola, acesso em 26/03/2017
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