Trabalho Elemento de Máquinas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E ENGENHARIAS.
ENGENHARIA MECÂNICA 
 EIXOS
Raquel de Jesus Andrade
VOLTA REDONDA, 2019
Raquel de Jesus Andrade
 EIXOS
Trabalho de Elementos de Maquinas 1 apresentado com o requisito parcial para obtenção do grau da 1ª Avaliação do curso de Engenharia Mecânica do Instituto Tecnólogo do Centro Universitário Geraldo Di Biase. 
Professor Mestre: Leonardo Coutinho.
VOLTA REDONDA, 2019
		Sumário
Introdução
Eixo é um elemento mecânico rotativo ou estacionário (condição estática) de secção usualmente circular onde são montados outros elementos mecânicos de transmissão tais como: engrenagens, polias, ventiladores, rodas centradas, entre outros. Os eixos são suportados (apoiados) em mancais, de deslizamento ou rolamento, tendo secção quase sempre mássica e variável, com rasgos de chavetas para fixação de componentes. 
Os eixos são elementos solicitados a esforços de flexão, tração/compressão ou torção, que atuam individualmente de forma combinada. Para a segurança do sistema em que o eixo está inserido, este deve ser dimensionado para cargas estáticas (parado ou com rotação muito baixa) ou dinâmica (altas rotações). Este dimensionamento leva em conta a resistência do material de que foi confeccionado, comparam-se as tensões que atuam no mesmo com os limites de resistência do material, estáticos (Sy ou Su) ou dinâmicos (Se – fadiga). Em certos sistemas mecânicos, o nível de deflexão do eixo pode constituir em um parâmetro crítico, devendo o eixo ser dimensionado usando a teoria de deflexão. Em outras palavras, a geometria do eixo deve ser definida para os limites aceitáveis de deflexão, antes da análise das tensões/resistências.
Desenvolvimento
Eixos são elementos de máquinas que suportam corpos e constituem o seu centro de rotação. Geralmente apoiados em mancais, são elementos de ligação de sistemas e, por serem peças muito solicitadas e normalmente vitais para um sistema, devem ter seu estudo, dimensionamento e escolha dos materiais muito bem elaborados. Denomina-se eixos, peças que suportam elementos de máquinas em rotação e são o centro de giro. Denominam-se eixos-árvore, os eixos que, além de suportarem elementos de máquinas em rotação e ser o seu centro de giro, transmitem momentos torsores (torque), transferindo energia entre os elementos a ele conectados. São peças rotativas ou muitas vezes estacionárias usualmente de seções circulares, onde se montam elementos como engrenagens, polias, rodas dentadas, etc. Estão geralmente sujeitos aos esforços de flexão, torção, compressão, tração ou combinações destes. Podem ter em vista disto, seções variáveis. Existem normas de padronização dimensional para eixos, são algumas delas:
DIN 114 - Diâmetro de eixos padronizados
DIN 112 - Rotações normalizadas
DIN 42943 - Pontas de eixos para máquinas elétricas
Naturalmente, quando o eixo precisa de abruptas mudanças de seção, têm-se dificuldades em usar dimensões normalizadas; nestes casos, ligeiros desvios são aceitáveis. Além disto, quando se determina a forma da variação da seção de um eixo devem-se estar atentos aos pontos de concentração de tensões.
Os eixos também são elementos de máquinas que têm função de suporte de outros componentes mecânicos e não transmitem potência. As árvores, além de suporte, transmitem potência. Geralmente, na prática, usa-se apenas o termo eixo para denominar estes componentes. Quando móveis, os eixos transmitem potência por meio do movimento de rotação. Os eixos são construídos em aço, com baixo e médio teor de carbono. Os eixos com médio teor de carbono exigem um tratamento térmico superficial, pois estarão em contato permanente com buchas, rolamentos e materiais de vedação. Existem, também, eixos fabricados com aços-liga, altamente resistentes.
O termo comumente usado “Árvore” é um elemento que gira transmitindo potência. Um “Eixo” é um elemento fixo suportando rodas rotativas, polias, etc. Uma “Árvore de transmissão” é a que é acionada por uma máquina motriz; a potência é retirada da árvore através de correias ou correntes, geralmente em diversos pontos ao longo de sua extensão. As principais solicitações nos eixos são: Flexão Simples, Torção Simples, Flexo-torção.
Porém, há casos em que o cisalhamento, a tração ou a compressão pode ser desprezado. Os eixos, devido à sua própria função, são solicitados a flexo-torção, e quase sempre há predominância de uma das solicitações componentes. Dificilmente os valores de Momento Torçor (Mt) e Momento Fletor (Mf) são da mesma ordem de grandeza. Nestes, para facilidade de cálculos, o eixo poderá ser dimensionando à flexão simples ou à tração simples, à segundo da predominância, porém baixando bastante a tensão de trabalho correspondente afim de levar em conta o efeito da solicitação desconsiderada. Para dimensionar um eixo submetido a Flexo-torção, utiliza-se a seqüência apresentada em seguida: 
1. Torque no eixo;
 2. Esforço na transmissão; 
3. Momento Fletor no Plano Vertical (PV);
4. Momento Fletor no Plano Horivontal (PH);
5. Momento Fletor Resultante (Mr); 6. Momento Ideal (Mi);
7. Diâmetro da Árvore.
Portanto são elementos mecânicos utilizados para articulação de um ou mais elementos de máquinas. Quando móveis, os eixos transmitem potência por meio do movimento de rotação.
Materiais
Quando se trata de eixos giratórios, o eixo se movimenta juntamente com seus elementos ou independentemente deles como, por exemplo, eixos de afiadores (esmeris), rodas de trole (trilhos), eixos de máquinas-ferramenta, eixos sobre mancais. Os eixos e árvores são fabricados em sua grande maioria de aço ou ligas de aço, pois os materiais metálicos apresentam melhores propriedades mecânicas do que os outros materiais. São utilizados com baixo e médio teor de carbono; os eixos com médio teor de carbono exigem um tratamento térmico superficial, pois estarão em contato permanente com buchas, rolamentos e materiais de vedação.
Os materiais a serem usados em eixos devem ser escolhidos de acordo com as características de operação dos eixos. Devem possuir alta resistência mecânica, baixa sensibilidade à concentração de tensões e boa usinabilidade. Podem ser fabricados de aço carbono (1025 a 1045 SAE/ABNT ) mais comum ente, com tratamento térmicos de normalização ou tem pera. 
Uma maior resistência localizada nas pontas dos eixos pode ser conseguida endurecendo o aço até 40 ou 50 RC. Para se conseguir melhores e mais adequados materiais, menores diâmetros e acrescenta resistência ao desgaste nas pontas dos eixos, são usados aços carbonos ligados e efetuados tratamento térmicos e termoquímicos. No entanto isso resulta em maior custo e em maior sensibilidade à concentração de tensões, reduzindo um pouco o seu campo de aplicação.
Resumidamente, podem os recomendar alguns aços mais comumente indicados para aplicação em eixos:
ABNT / SAE 1020 e 1030 - Baixa solicitação - peças secundárias. 
ABNT / SAE 1045 - Média solicitação - é o mais utilizado.
ABNT / SAE 4140 - Média solicitação ( Aço cromo - molibdênio) 
ABNT / SAE 4320 - Média solicitação. ( Aço níquel - cromo- molibdênio)
ABNT / SAE 4340 - Alta solicitação. ( Aço níquel - cromo- molibdênio) 
ABNT / SAE 8640 - Alta solicitação. ( Aço níquel - cromo- molibdênio)
Classificação dos Eixos
A maioria dos eixos são construídos em aço com baixo e médio teores de carbono. Os eixos com médio teor de carbono exigem um tratamento térmico superficial, pois estarão em contato permanente com buchas, rolamentos e materiais de vedação. Existem eixos fabricados com aços-liga, altamente resistentes.
Quanto à seção transversal,os eixos são circulares e podem ser maciços, vazados, cônicos, roscados, ranhurados ou flexíveis
Eixos maciços
 Apresentam a seção transversal circular e maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. Suas extremidades são chanfradas para evitar o rebarbamento e suas arestas internas são arredondadas para evitar a concentração de esforços localizados.
Eixos vazados 
São mais resistentes aos esforços de torção e flexão que os maciços. Empregam-se esses eixos quando há necessidade de sistemas mais leves e resistentes, como os motores de aviões.
Eixos cônicos
Devem ser ajustados num componente que possua furo de encaixe cônico. A parte ajustável tem formato cônico e é firmemente fixada por meio de uma porca. Uma chaveta é utilizada para evitar a rotação relativa.
Eixos roscados
Possuem algumas partes roscadas que podem receber porcas capazes de prenderem outros componentes ao conjunto.
Eixos ranhurados
 Apresentam uma série de ranhuras longitudinais em torno de sua circunferência. As ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes das peças a serem montadas neles. Os eixos ranhurados são utilizados quando é necessário transmitir grandes esforços.
Eixos flexíveis
Consistem em uma série de camadas de arame de aço enrolado alternadamente em sentidos opostos e apertado fortemente. O conjunto é protegido por meio de um tubo flexível, e a união com o motor é feita com uma braçadeira especial munida de rosca. Os eixos flexíveis são empregados para transmitir movimento a ferramentas portáteis que operam com grandes velocidades e com esforços não muito intensos.
Danos sofridos por Eixos
Os eixos sofrem dois tipos de danos: quebra e desgaste. A quebra é causada por sobrecarga ou fadiga. A sobrecarga é o resultado de um trabalho realizado além da capacidade de resistência do eixo. A fadiga é a perda de resistência sofrida pelo material do eixo, devido às solicitações no decorrer do tempo. O desgaste de um eixo é causado pelos seguintes fatores:
• Engripamento do rolamento;
• Óleo lubrificante contaminado;
• Excesso de tensão na correia, no caso de eixos-árvore acionados por correias;
• Perda de dureza por superaquecimento;
• Falta de lubrificante.
Importância dos mancais em geral
O funcionamento das modernas máquinas depende, principalmente, do funcionamento perfeito dos mancais nelas existentes. A falha dos mancais, sejam eles de deslizamento ou de rolamento, é motivo suficiente para fazer as máquinas pararem de funcionar, causando prejuízos para a produção.
 De fato, a condição ideal para se conseguir que uma determinada máquina ou equipamento trabalhe de acordo com suas características, implica a execução das seguintes ações:
Cumprir fielmente as recomendações do fabricante no que diz respeito à manutenção da máquina ou equipamento. 
Inspecionar as máquinas e equipamentos para detectar os elementos mecânicos, sujeitos aos danos, aplicando os princípios da manutenção preventiva.
As ações citadas permitirão que o mecânico de manutenção mantenha todos AULA os elementos das máquinas e equipamentos funcionando plenamente, sem comprometer a produção da empresa. Salientemos que as ações exigem, do mecânico de manutenção, o domínio de vários conhecimentos, habilidades e atitudes. Salientemos, também, que quando se fala em elementos de máquinas, está se referindo aos componentes dos conjuntos mecânicos, entre os quais, os mancais.
Mancal de deslizamento
A função do mancal de deslizamento é servir de apoio para eixos girantes. Estes mancais estão sujeitos às forças de atrito devido a rotação do eixo, ou seja, o atrito ocorre devido ao contato da superfície do eixo com o mancal. Os mancais são constituídos de uma bucha fixada em um suporte e são utilizados em máquinas pesadas e em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita o superaquecimento dos equipamentos expostos ao atrito. São simples de montar e desmontar. A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada seguindo alguns parâmetros: os materiais necessitam ser muito bem escolhido se apropriados a partir do desenvolvimento do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever os modos para os trabalhos de manutenção, conservação, limpeza, lubrificação, alinhamento e reposição, mas no caso de possíveis danos faz-se importante consideras principais funções dos mancais de deslizamento, que são: apoiar e guiar os eixos.
Função dos mancais de deslizamento e seus parâmetros de construção
A principal função dos mancais de deslizamento, existentes em máquinas e equipamentos, é servir de apoio e guia para os eixos girantes.
Os mancais de deslizamento são elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito. Tais forças surgem devido à rotação dos eixos que exercem cargas nos alojamentos dos mancais que os contêm.
A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada se alguns parâmetros de construção forem observados:
Os materiais de construção dos mancais de deslizamento deverão ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever as facilidades para os trabalhos de manutenção e reposição, considerando as principais funções dos mancais de deslizamento que são apoiar e guiar os eixos.
Sendo elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito, os mancais de deslizamento deverão apresentar um sistema de lubrificação eficiente. Lembremos que as forças de atrito geram desgastes e calor e, no caso dos mancais de deslizamento, opõem-se, também, ao deslocamento dos eixos.
É importante que o projeto de construção dos mancais de deslizamento contemple a facilidade de desmontagem e troca de equipamentos, bem como a compatibilidade entre o dimensionamento dos mancais com as cargas que os sujeitarão.
Na construção de mancais de deslizamento, o projeto deverá levar em conta, além das funções próprias desses elementos, o meio ambiente no qual eles trabalharão. Normalmente, o ambiente no qual os mancais de deslizamento trabalham é cheio de poeira e outros resíduos ou impurezas.
Mancal de rolamento
Este tipo de mancal é utilizado quando é necessário maior velocidade e menor atrito. Quando o eixo gira dentro do furo é produzido o atrito denominado de escorregamento. Para reduzir esse atrito utiliza-se o rolamento: que é um elemento de máquina que permite o movimento relativo controlado entre duas ou mais partes. Eles limitam as perdas de energia produzidas pelo atrito. O comportamento do mancal de rolamento pode ser verificado através do tato e da audição. No entanto, para fazer a avaliação do processo de giro, é necessário girar o rolamento lentamente através do tato, isso permite constatar se o movimento está tendo dificuldades para girar ou não. Já na avaliação pela audição é necessário que o rolamento gire através de rotações reduzidas, levando em consideração o ruído emitido que se classificam como: raspantes, estrepitoso ou metálico; se isto ocorrer é porque as pistas estão sujas, descascadas, com folgas ou com falta de lubrificação. O mancal de rolamento é constituído de dois anéis concêntricos e entre esse anéis são colocados elementos rolantes como:
Esfera, Rolete e Agulha
Esferas
Mancal de rolamento esfera é apropriado para rotações mais elevadas. A transmissão do anel com a esfera é precisa e desse modo a lubrificação é essencial, pois as esferas fazem seu movimento em um único caminho entre os anéis, permitindo o livre movimento do eixo.
Roletes
São elementos de máquinas com o formato de rolos cônicos, cilíndricos ou barriletes espalhados por todo centro entre os dois anéis como as esferas, mas somente permitem que os rolos fiquem fixos e utilizados quando se precisa de velocidades menores e cargas maiores.
Agulha
Os corpos rolantes que estão entre os anéis são de pequenos diâmetros de no máximo 5mm e comprimento 3 a 10 vezes maiorque o diâmetro. Estes são utilizados para mecanismos oscilantes em razão dos rolamentos de agulha terem alta rigidez, onde o espaço radial é limitado e a carga não é constante.
Os mancais de deslizamento são elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito. Tais forças surgem devido à rotação dos eixos que exercem cargas nos alojamentos dos mancais que os contêm. 
A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada se alguns parâmetros de construção forem observados: 
Os materiais de construção dos mancais de deslizamento deverão ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever as facilidades para os trabalhos de manutenção e reposição, considerando as principais funções dos mancais de deslizamento que são apoiar e guiar os eixos.
Sendo elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito, os mancais de deslizamento deverão apresentar um sistema de lubrificação eficiente. Lembremos que as forças de atrito geram desgastes e calor e, no caso dos mancais de deslizamento, opõem-se, também, ao deslocamento dos eixos.
Conclusão 
 Ao concluir este trabalho de Elemento de Maquinas 1, é possível compreender que é extremamente importante ter o conhecimento do fundamento e das aplicações dos eixos e mancais, devido a sua grande utilidade em diversas áreas na indústria. Tais informações permitem avaliar os diversos tipos de aplicações e a importância que esse mecanismo possui no perfeito funcionamento das máquinas. Por exemplo, ocorrendo qualquer tipo de irregularidade no mancal ou eixo, será comprometido o perfeito funcionamento da máquina, ocasionando grandes prejuízos para uma linha de produção. Foram citados os tipos de mancais e eixos mais utilizados no âmbito da produção industrial e a sua estrutura de acordo com os tipos apresentados.
Referências 
https://essel.com.br/cursos/material/01/Manutencao/
http://www.joinville.ifsc.edu.br/~pauloboni/MECANISMOS/DIN%C3%82MICA%20DE%20M%C3%81QUINAS/Apostila%20-%20Samuel%20da%20SIlva%20-%20MUITO%20BOA%20-%20Did%C3%A1tica.pdf https://pt.wikipedia.org/wiki/Elementos_de_m%C3%A1quinas
 https://pt.wikipedia.org/wiki/Mancal