PROJETO DIMENSIONAMENTO REDUTOR

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CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA MECANICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO CARRAFA DOS SANTOS 
FELIPE BARBOSA RIBEIRO 
HIAGO LIMA OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO REDUTOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO MATEUS 
2014 
 
DIEGO CARRAFA DOS SANTOS 
FELIPE BARSOSA RIBEIRO 
HIAGO LIMA OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO REDUTOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado à disciplina de 
Elementos de Máquinas II como requisito 
parcial para obtenção de aprovação do 
Curso de Engenharia Mecânica, no Instituto 
Federal do Espírito Santo. 
Prof. João Paulo Barbosa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO MATEUS 
2014 
 
SUMÁRIO 
 
1. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA ........................................................... 4 
2. GERAÇÃO E SELEÇÃO DE IDEIAS ................................................ 5 
3. PROJETO CONCEITUAL E PRELIMINAR ....................................... 5 
4. PROJETO DETALHADO ................................................................ 14 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................... 20 
ANEXOS ............................................................................................... 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA 
 
 
 
 
O moedor de carne foi criado originalmente pelo inventor alemão Karl Drais no 
século XIX. Desde então, além do uso doméstico, os moedores podem ser encontrados 
em diversas indústrias e ambientes comerciais, com diferentes funções, embora seu 
mecanismo de operação seja basicamente o mesmo. 
Há diversos tipos de moedores de carne, desde moedores pequenos de uso 
manual (através de uma manivela) a moedores elétricos para uso em açougues, 
padarias, restaurantes ou demais indústrias de alimentos. Os moedores podem também 
possuir múltiplas funções (moedores que também são raladores, por exemplo), e são 
chamados de equipamentos conjugados ou moedores multiuso. Esses equipamentos 
podem geralmente moer a carne em três diâmetros: fino, médio e grosso. Podendo vir 
também com modeladores, cones ou peças especiais para o preparo de linguiças, 
salames, bolinhos, etc. A figura 1 é um exemplo de moedor de carne manual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A maior parte dos moedores de carne também acompanha um pilão para 
empurrar o volume de carne a ser moído. Hoje é fundamental que mercados, açougues 
e mesmo restaurantes tenham o hábito de investir em um bom moedor de carne. Além 
de aumentar a segurança de seus operadores, ter uma máquina com uma ou mais 
funções pode representar uma economia de tempo e dinheiro. Esses aparelhos podem 
Figura 1: Moedor de carne manual 
moer muitos quilos de carne por hora, acelerando assim a produção. O presente 
trabalho tem como objetivo dimensionar um redutor para automatização de um moedor 
de carne manual, visando aumentar sua capacidade de produção. 
 
 
 
2. GERAÇÃO E SELEÇÃO DE IDEIAS 
 
Para construção do equipamento foram realizadas pesquisas e reuniões, 
para determinarmos como seria feito a escolha do equipamento e o que seria 
necessário para que o mesmo tivesse sucesso. Um redutor para automatização 
de moedores de carne foi proposto e aceito por todos, seguimos então para o 
dimensionamento do redutor. 
 
3. PROJETO CONCEITUAL E PRELIMINAR 
 
Para automatizar um moedor de carne, o grupo analisou o equipamento e 
chegou à conclusão de que a rotação ideal de saída deveria ser razoavelmente 
baixa, definimos que a rotação seria de aproximadamente 100rpm. Escolhemos 
o motor a partir de sua potência que não necessitaria ser alta e que nos 
atendesse de forma eficaz, o motor escolhido foi o “Motor Elétrico Trifásico 
Weg com Freio (Motofreio)”, optamos por um motor com freio pelo fato de 
existir necessidade de parada durante o processo e para que a mesma não fosse 
de forma brusca o uso do freio seria essencial, a figura 2 mostra os detalhes do 
motor encontrados no catalogo do fabricante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para dimensionar um redutor seria necessário engrenagens, rolamentos e 
eixos. Como foi definido antes que a rotação necessária seria de 
aproximadamente 100 rpm, foi feita uma redução com dois pares de 
engrenagens, que nos levaria a rotação de 107,5 rpm, rotação considerada 
aceitável para o projeto em questão. 
As engrenagens escolhidas foram as de dentes retos, por ser um tipo de 
engrenagem comum usado para criação de reduções na transmissão e devido 
ao seu baixo custo comparado as outras opções. O material utilizado foi o SAE 
4330 por possuir todas suas características na literatura utilizada para estudo. 
Para fazer o dimensionamento de engrenagens é preciso determinar a 
relação de transmissão e assim o número de dentes da coroa (engrenagem 
movida) a partir do número de dentes do pinhão (engrenagem motora). É 
encontrada então o torque no pinhão e a pressão admissível, essa última a partir 
do fator de durabilidade. A figura 3 mostra algumas das equações utilizadas. 
 
 
 
 
 
 
 
O fator de serviço é determinado a partir do tempo de serviço e do tipo de 
aplicação. O volume mínimo é determinado a partir da equação mostrada na 
figura 3. A relação entre a largura e o diâmetro primitivo deve ser determinada. 
Figura 3: Equações utilizadas no dimensionamento das engrenagens 
Figura 2: Motor selecionado para o redutor 
Para engrenagens biapoiadas essa relação deve ser menor ou igual a 1,2, como 
pode ser visto na figura 4. 
 
 
 
 
 
 
 
O módulo de engrenamento é determinado e normalizado. A figura 4 mostra 
a equação do diâmetro primitivo, utilizada para determinar o módulo. A 
resistência no pé do dente é determinada e depois a tensão máxima, que precisa 
do fator de forma, determinado a partir do número de dentes. A figura 5 mostra 
as equações para a resistência no pé do dente e tensão máxima. A figura 6 
mostra a tabela do fator de forma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Equações utilizadas no dimensionamento das engrenagens 
Figura 6: Tabela onde é determinada o fator de forma. 
Figura 5: Equações utilizadas no dimensionamento das engrenagens 
Após determinarmos a tensão máxima, deve-se compará-la a tensão 
máxima do material. Caso a tensão calculada seja maior, o material precisa ser 
redimensionado ou o material trocado. Para o redutor proposto, é necessário 
utilizar dois acoplamentos. Um na saída do motor e outro na saída do redutor. O 
acoplamento escolhido foi o Uniflex, que não requer manutenção e nem 
lubrificação, absorve vibrações e choques, trabalha silenciosamente sem dar 
origem a forças axiais além de possuir baixo peso. Seu dimensionamento é feito 
apenas pela divisão da potência do motor pela sua rotação, o resultado dessa 
operação deve ser multiplicado pelo fator R, que determina a aplicação do 
acoplamento. A figura 7 mostra a tabela de fator R. Com o resultado, verificamos 
nos catálogos o melhor acoplamento a ser escolhido a partir dos cálculos. 
 
Após o dimensionamento dos acoplamentos, pode-se dimensionar os eixos. 
Inicialmente deve-se selecionar o material a ser utilizado, possuindo assim as 
tensões admissíveis para os cálculos. 
A partir do torque e da carga tangencial utilizados no cálculo de engrenagens, 
a carga radial deve ser determinada, em seguida, a força resultante para eixoscom um par de engrenagens. Quando há mais de um par, é feita uma análise de 
forças e assim, as resultantes da carga tangencial e radial são obtidas. 
A partir da análise de forças chega-se ao momento fletor. A resultante dos 
momentos será o momento fletor resultante. Segue então para determinar o 
momento ideal, que utiliza o torque, o momento fletor resultante e o coeficiente 
de Bach, que é a relação entre as tensões admissíveis. A partir dos resultados, 
segue-se para o cálculo do diâmetro mínimo do eixo. O fator de forma ‘b’ deve 
ser determinado. Para eixos maciços seu valor é um, para os vazados é 
determinado a partir dos diâmetros interno e externo. Temos na figura 8 as 
fórmulas usadas para dimensionamento dos eixos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
O dimensionamento final a ser feito é o dos rolamentos. Os rolamentos do 
redutor ficaram posicionados em uma caixa, feita exclusivamente para abrigar o 
redutor proposto. Selecionamos para o redutor o rolamento fixo de uma carreira 
de esferas blindado, pois suporta carga radial, é recomendado também para 
altas rotações e tem o custo reduzido, optamos pela blindagem para que o 
mesmo possua proteção contra contaminantes, corpos estranhos e o 
escoamento da graxa. 
Para o dimensionamento do rolamento inicialmente deve-se achar o catálogo 
que possua o diâmetro interno do rolamento igual ao diâmetro do eixo ao qual 
será unido. Quando o rolamento trabalha em rotações acima de 10rpm é 
dimensionado a partir da capacidade de carga dinâmica, que é calculada com a 
carga radial, o fator de esforços dinâmicos e o fator de rotação. O fator de 
esforços dinâmicos é tabelado e depende de qual aplicação o rolamento está 
sujeito. O fator de rotação é tabelado e depende da rotação do eixo, tendo o 
resultado da operação o comparamos com o catálogo do rolamento, e o mais 
adequado para o diâmetro requerido é selecionado. Caso não seja encontrado 
no catálogo o rolamento ideal, outro catálogo deve ser procurado. A figura 9 
mostra a equação utilizada para determinar a capacidade de carga dinâmica. 
 
Figura 8: Equações utilizadas no dimensionamento dos eixos 
 
 
 
 
 
 
A vida útil do rolamento pode ser encontrada. Para isso, o fator a1, a23 e 
o Lh devem ser determinados. 
O fator a1 depende da probabilidade de falha do rolamento, que é 
informada pelo fabricante. A figura 10 mostra uma tabela de probabilidade de 
falha. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O fator a23 é determinado a partir do diâmetro médio do rolamento, da 
viscosidade de serviço e da viscosidade relativa. A viscosidade relativa é 
determinada a partir do diâmetro médio e da rotação. A figura 11 mostra o 
diagrama 1, onde a viscosidade relativa será determinada. 
Figura 9: Capacidade de carga dinâmica para rolamentos 
Figura 10: Tabela de probabilidade de falhas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A viscosidade de serviço é obtida a partir do diagrama 2, mostrado na figura 
12. Depende da temperatura de serviço e da viscosidade do óleo em uma 
determinada temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11: Diagrama 1 de viscosidade relativa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A relação entre as viscosidades é colocada no diagrama 3, e, dependendo 
da faixa de trabalho onde atua o rolamento determina-se o fator a23. A figura 13 
mostra o diagrama 3. 
Figura 12: Diagrama 2 da viscosidade de serviço com TÓleo = 40°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O fator Lh é determinado a partir do fator de esforços dinâmicos que foi 
corrigido ao selecionar o rolamento. Seus valores são tabelados e a figura 14 
mostra um quadro de valores. Caso o valor não seja encontrado na tabela, deve 
ser encontrado por meio de interpolação. 
 
 
 
Figura 13: Diagrama 3 para determinar fator a23 
Figura 14: Fatores de Lh para rolamentos de esferas 
A vida útil do rolamento é determinada a partir do produto do fator a1 pelo 
fator a23 e o Lh. O resultado é obtido em horas. 
 
 
4. PROJETO DETALHADO 
 
Os cálculos para o dimensionamento do projeto estão nos anexos, assim 
como os dados do catálogo de motores e de rolamentos que foram selecionados. 
O material das engrenagens é o aço SAE 4340 por possuir todas as informações 
necessárias na literatura usada para estudo. A figura 15 mostra a tabela de 
dureza para alguns aços, o detalhe mostra o aço escolhido. A figura 16 mostra 
alguns módulos pela norma DIN 780. A figura 17 mostra as tensões admissíveis 
para alguns materiais. O detalhe é para o aço escolhido. 
Os dois pares de engrenagens foram dimensionados e alguns valores de sua 
construção são mostrados na tabela 1. 
 
 
 
 
 
 
Figura 15: Dureza Brinell para determinados aços 
 
 
 
 
 
 
As engrenagens foram desenhadas em um software de desenho. A figura 18 
mostra o primeiro par de engrenagens. A figura 19 o segundo par de 
engrenagens. 
 
 
 
Figura 16: Módulos normalizados DIN 780 
Figura 17: Tabela de Tensão Admissível 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19: Primeiro Par de Engrenagens 
Figura 20: Segundo Par de Engrenagens 
Tabela 1: Dados importantes das Engrenagens 
 
Par Engrenagem Dados 
PRIMEIRO 
PINHÃO 
Diâmetro Primitivo: 
45mm 
N° de Dentes: 15 
COROA 
Diâmetro Primitivo: 
180mm 
N° de Dentes: 60 
SEGUNDO 
PINHÃO 
Diâmetro Primitivo: 
45mm 
N° de Dentes: 15 
COROA 
Diâmetro Primitivo: 
180mm 
N° de Dentes: 60 
 
 
Os acoplamentos foram selecionados a partir da literatura. Foram 
escolhidos a partir dos cálculos o acoplamento E-10 Uniflex para a relação 
motor/redutor e o acoplamento E-25 para a relação redutor/moedor. A figura 21 
mostra uma tabela com as opções de acoplamentos. 
 
 
 
Os eixos do redutor foram dimensionados e o raio do primeiro foi baseado no 
diâmetro interno da engrenagem motora, sendo então 15mm. Os demais eixos 
foram ajustados de acordo com diâmetro interno das demais engrenagens. Os 
Figura 21: Tabela de Acoplamentos 
eixos de dentro da caixa do redutor possuem tamanho médio de 60mm, já os de 
entrada e saída possuem um comprimento maior. 
Os rolamentos utilizados no redutor foram todos selecionados do catálogo 
Nachi. Os rolamentos da caixa ficarão fixos na própria carcaça. Todas as 
engrenagens são biapoiadas, o que significa dizer que existem 6 rolamentos no 
redutor. No eixo 1 foi utilizado um par de rolamentos com a identificação 6201ZE, 
para o eixo 2 foi utilizado um par de rolamentos com a identificação 6804ZE e 
para o eixo 3 foi utilizado um par de rolamentos com a identificação 62/28ZE. 
Outros dois rolamentos estão alojados na parte externa da carcaça, fazendo o 
apoio do tambor do moedor de carne. Esses dois rolamentos externos possuem 
a mesma especificação dos rolamentos usados no eixo 3, e rotação de 107,5 
rpm. As figuras 23 mostra detalhes do catálogo dos rolamentos. Os detalhes 
mostram os rolamentos selecionados e suas características. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 http://www.webartigos.com/artigos/aquisicao-de-moedor-de-carne/57115/#ixzz37RZzvkAD 
 
 MELCONIAN, S. Elementos de máquinas. Ed. Érica. 9ed. São Paulo, 2008. 
 
 IFES- Instituto Federal do Espírito Santo. Princípios da metodologia e 
normas para apresentação de trabalhos acadêmicos e científicos. 4ed. 
rev. e ampl.- Vitória: Ifes, 2009. 
 
 Catálogo WEG de motores. Disponível em: 
< http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-
mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdf> 
Acesso em 15 de JULHO de 2014 
 
 Catálogo Ameridrive acoplamentos. Disponível em: 
<http://www.ameridrive.com.br/imgs/produtos/2009293401350d_t.Pdf > 
Acesso em: 15 de JULHO de 2014. 
 
 Catálogo Nachi de rolamentos. Disponível em: 
< http://www.nachi.com.br/imagens/rolamentos/02-
Rolamento_Fixo_de_Esferas.pdf> 
Acesso em 15/07/2014 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. ANEXOS