DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE FORÇAS ATUANTES EM UM CARINHO DE MÃO FEITO DE MATERIAL AÇO SAE 1020

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Blumenau 
 2017 
Fundação Universidade Regional de Blumenau 
Centro de Ciências Tecnológicas 
Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE FORÇAS ATUANTES EM 
UM CARINHO DE MÃO FEITO DE MATERIAL AÇO SAE 1020 
 
 
 
 
 
Felipe Coppi 
Gustavo Henrique Teixeira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
O atual trabalho tem como objetivo principal realizar um dimensionamento da 
estrutura física de um carrinho de mão feito em sua maior parte de aço SAE 1020 
adotando algumas hipóteses simplificadoras e utilizando dados teóricos para 
comparações, com o intuito de demonstrar a viabilidade de construção do 
mesmo através da demonstração dos efeitos das forças que agem sobre este, 
comprovando assim, a possibilidade de fabricação. 
 
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Sumário 
RESUMO ..................................................................................................................................... 1 
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 1 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1 
2. TEORIA E CÁLCULOS ..................................................................................................... 2 
2.1. Considerações iniciais e simplificações ............................................................ 2 
2.2. Cálculos ...................................................................................................................... 6 
3. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 14 
4. REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 15 
 
 
 
 
 
 
 I 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 - primeira parte do dimensionamento do projeto. ......................................................... 2 
Figura 2 - segunda parte do dimensionamento do projeto. ......................................................... 3 
Figura 3 - vista 3D do carrinho de mão projetado. ....................................................................... 3 
Figura 4 - propriedades dos materiais utilizadas (Moore, 2017). ................................................. 4 
Figura 5 - cálculo do cisalhamento no pino da roda. .................................................................... 6 
Figura 6 - cálculo da flambagem na haste principal. ..................................................................... 7 
Figura 7 – cálculo da deflexão da haste principal considerando o apoio. .................................... 8 
Figura 8 – Continuação cálculo da deflexão da haste principal considerando o apoio. ............... 9 
Figura 9 - cálculo da deflexão da haste principal desconsiderando o apoio............................... 10 
Figura 10 - continuação cálculo da deflexão da haste principal desconsiderando o apoio. ....... 11 
Figura 11 - cálculo da flambagem no pé do carrinho considerando o apoio do peso no mesmo.
 ..................................................................................................................................................... 12 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Os carrinhos de mão atualmente ainda são muito utilizados nas mais 
variadas situações para auxílio no transporte manual facilitado de cargas, 
contudo, mesmo aparentemente iguais, há diversos tipos e padrões diferentes 
de dimensionamento de carrinhos para uma grande diversidade de utilizações, 
sendo assim, é necessário um projeto adequado do mesmo para que este 
suporte a carga de trabalho. 
Neste trabalho, elaboramos o projeto de um carrinho de mão com 
dimensões aproximadas com os padrões estabelecidos pelas fabricantes 
Metalosa e Maestro do Brasil. A fabricação de suas hastes de sustentação 
seguiu um dimensionamento estimado e as mesmas foram constituídas 
inteiramente com aço SAE 1020, levando em consideração uma carregamento 
de 50kg sobre o mesmo, e desconsiderando efeitos de soldagem e outras 
simplificações que serão citadas posteriormente, além de servir como objeto de 
estudo principal para a demonstração dos efeitos que ocorrem sobre o carrinho. 
Cálculos foram realizados para determinar a tensão suportada pelo pino 
de sustentação da roda, a flambagem em casos determinados e a deformação 
obtida na região de aplicação da força, e, com estes, justificar a viabilidade de 
produção do carrinho com as dimensões e o material pré-definidos. 
Pelo fato de as deformações ocorerrem em uma barra inclinada, as 
deflexões máximas das mesmas não foram determinadas por falta de 
familiaridade com o assunto. 
 
 
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2. TEORIA E CÁLCULOS 
2.1. Considerações iniciais e simplificações 
Para a determinação do dimensionamento do carrinho, foi utilizado uma 
média de valores adquiridos em carrinhos das fabricantes Metalosa e Maestro 
do Brasil, com adaptações para simplificarem os cálculos e com considerações 
definidas com a intenção de fazer um carrinho com dimensões mais próximas da 
realidade. 
A elaboração do projeto assim como o desenho foram realizadas com o 
auxílio da ferramenta SolidWorks, e com essa foram definidos as dimensões 
conforme Figura 1 e 2, e uma visão 3D do objeto em análise para auxiliar na 
compreensão do funcionamento, conforme Figura 3. 
 
Figura 1 - primeira parte do dimensionamento do projeto. 
3 
 
 
Figura 2 - segunda parte do dimensionamento do projeto. 
 
 
Figura 3 - vista 3D do carrinho de mão projetado. 
 
4 
 
Os dados teóricos do material utilizado, aço SAE 1020, para comparação 
e determinação da viabilidade do projeto foram retirados da figura 4, cujos dados 
foram obtidos através de uma análise de quatro bibliografias distintas, citadas 
nas referências e disponibilizados pela UFF. 
 
Figura 4 - propriedades dos materiais utilizadas (Moore, 2017). 
 
Conforme citado anteriormente, algumas hipóteses simplicadoras foram 
utilizadas para a realização dos cálculos, ora para realmente simplificar as 
operações realizadas e ora por uma falta de domínio ou até mesmo de 
familiaridade com a maneira adequada de realização dos cálculos de modo 
correto, como no exemplo citado anteriormente de não haver um cálculo da 
deflexão máxima da barra por esta se apresentar em posição inclinada. 
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As considerações e simplificações utilizadas para realização dos 
cálculos estão listadas abaixo: 
1. Peso de todos os componentes do carrinho foi desconsiderado; 
2. Locais com regiões que apresentam solda foram considerados 
como uma mescla dos componentes; 
3. Peso considerado como agindo apenas em dois pontos, a 450mm 
da roda, conforme figura, um ponto em cada haste de 
sustentação; 
4. Desconsiderada a deformação que ocorre durante o cisalhamento 
do pino da roda; 
5. Efeitos sobre a roda, com exceção do cisalhamento do pino, 
foram desconsiderados; 
6. Hastes de sustentação possuem mesmas dimensões em suas 
secções transversais, com excessão do pino da roda; 
7. Para cálculos considerando a haste principal de sustentação na 
posição vertical, foi utilizado o peso alinhado totalmente com o 
centro do pino da roda e na posição de 450mm; 
8. Cisalhamento máximo no pino e flambagem máxima na haste 
principal ocorrem quando a haste principal está perpendicular 
com a horizontal e com o peso agindo na posição de 450mm; 
9. Demais simplificações e considerações estão demonstradas nas 
realizações dos cálculos. 
 
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2.2. Cálculos 
Utilizando as simplificações e considerações citadasanteriormente, 
foram calculadas o cisalhamento no pino da roda (Figura 5), a flambagem na 
haste principal do carrinho (Figura 6), a deformação do ponto de aplicação de 
força considerando com o peso apoiado no pé do carrinho (Figuras 7 e 8), a 
mesma deformação desconsiderando o apoio (Figuras 9 e 10) e, por fim, a 
flambagem na haste de sustentação do carrinho, considerando o mesmo 
apoiado (Figura 11). 
 
Figura 5 - cálculo do cisalhamento no pino da roda. 
 
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Figura 6 - cálculo da flambagem na haste principal. 
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Figura 7 – cálculo da deflexão da haste principal considerando o apoio. 
 
9 
 
 
Figura 8 – Continuação cálculo da deflexão da haste principal considerando o apoio. 
10 
 
 
Figura 9 - cálculo da deflexão da haste principal desconsiderando o apoio. 
11 
 
 
Figura 10 - continuação cálculo da deflexão da haste principal desconsiderando o apoio. 
12 
 
 
Figura 11 - cálculo da flambagem no pé do carrinho considerando o apoio do peso no mesmo. 
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Analisando individualmente cada um dos cálculos, pode-se notar que no 
cálculo do cisalhamento dos pinos, a tensão máxima obtida é de 3,12 MPa, muito 
abaixo da tensão de cisalhamento do aço 1020 (225 MPa), sendo assim, o pino 
suportará tranquilamente a tensão de cisalhamento resultante. 
Quanto à flambagem na haste principal, o valor da força máxima 
suportada pelo componente sem que aja flambagem (Pcr=423,58 KN) é superior 
à força aplicada (P = 245,25 KN), o mesmo ocorre para o cálculo da flambagem 
no pé de apoio do carrinho (Pcr=963,87 KN). 
Quanto à deformação que a haste principal sofre quando submetida a 
duas situações distintas, demonstra-se que a deflexão no ponto em que age a 
força é mínima tanto para a situação em que o apoio é considerado (v=1,87mm) 
quanto para quando o mesmo é desconsiderado (v=1,779mm). 
 
 
 
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3. CONCLUSÕES 
Analisando os cálculos realizados considerando as hipóteses 
simplificadoras, juntamente com o dimensionamento do carrinho de mão, o peso 
máximo o qual o carrinho foi projetado para suportar e também as propriedades 
mecânicas do material utilizado, aço SAE 1020, demonsta-se a viabilidade de 
produção do mesmo, uma vez que os cálculos demonstram que não irá haver 
ruptura, deflexão muito grande ou flambagem dos componentes projetados. 
 
 
15 
 
4. REFERÊNCIAS 
Hibbeler, R. C. (s.d.). Resistência dos materiais - 7. ed. 
Higdon, O. S. (s.d.). Mecânica dos Materiais – (3ª ed). 
J, F. B. (s.d.). Resistência dos Materiais (3ª ed) . 
Moore, J. (06 de 12 de 2017). APÊNDICE C – Propriedades Mecânicas de alguns materiais . 
Fonte: UFF: http://www.uff.br/petmec/downloads/resmat/W%20-
%20Apendice%20C%20Materiais.pdf 
Popov, E. P. (s.d.). Resistência dos Materiais – (2ª Ed) . 
Timoshenko. (s.d.). Resistência dos Materiais (vol. 1 e 2) .