Acoplamento chaveta - Teoria e exercicios

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Elementos de máquinas Pontifícia Universidade Católica MG Prof Vicente Daniel 
 
Acoplamento mecânico – Seleção e dimensionamento 
 
Componentes usados para interligar máquinas rotativas. Transmitem rotação e torque, ou seja 
POTÊNCIA – capacidade de realização de trabalho. 
Existem vários fabricantes no mercado. 
O correto em projetos é especificar acoplamento comercial e não dimensionar e desenhar. 
O desenho se restringe a dimensões do furo e rasgo de chaveta adequando-o a determinada 
aplicação. 
Abaixo exemplos de aplicação 
 
 Motor elétrico acionando redutor de engrenagens. Pode ser aplicado em transportador, 
guincho etc. À direita acoplamento entre motor e bomba. 
Os acoplamentos são tipo rígido ou flexível 
 
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 Essa figura mostra os 2 primeiros flexíveis e os 2 na linha de baixo rígidos 
 
 
 Outros tipos de acoplamentos flexíveis 
 
 
 Outros tipos de acoplamentos rígidos 
 
 Existem também acoplamentos de outros tipos com aplicações restritas 
 
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Acoplamento hidráulico – 
 Usado para altas potências e partida com alta carga. Típico para transportadores longos 
carregados 
 
Juntas cardans 
 
 Usadas quando é previsível o desalinhamento de um eixo com outro. A aplicação clássica 
é entre diferencial e caixa de marchas de veículos tração traseira. 
 
Acoplamentos magnéticos – Perdem a capacidade com o tempo e exigem muita precisão pois 
não tem contato. 
 
Critério de seleção de acoplamentos 
 Tipo 
Flexível – usado em motores elétricos devido carga pulsante e outras aplicações com vibração, 
rotações médias e altas. Geralmente lado do acionamento. 
 
Rígido – manter sincronismo. Rotações médias para baixas. Geralmente lado da máquina. 
 Torque nominal 
O mesmo acoplamento pode ter várias aplicações. Os equipamentos apresentam 
oscilações de torques em ciclos, aplicação severa com mesma potência requerem 
componente mais robusto. 
 
O torque catalogado para seleção é ampliado por Fator de Serviço FS 
Obtido em tabelas de fabricantes 
 
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 Medidas dos furos 
O acoplamento tem uma faixa de dimensões a que os furos podem ser usinados para 
encaixe nos eixos 
 Ao selecionar, confirmar se poderá ser usinado para as respectivas sedes. 
 O catálogo mostra dimensões mínimas e máximas do furo 
 
 
 Tensão na chaveta dentro de valor admissível 
Para aço SAE-1045 Sad = 150 Mpa 
Comprimento mínimo 
 L = 4 . Mt / ( d . h . Sad) 
 Mt Nm sem ampliação 
 . d diâmetro do eixo em metros 
 . h altura da chaveta em metros 
 Sad é a tensão admissível em Pa ( N / m2) 
 
 Rotação limite. Alguns casos, pode ser restritivo. O catálogo informa. 
 
 
 Grau de balanceamento 
 Quando for especificado. 
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Acoplamento para motor elétrico é selecionado de tabela de fabricante. Exemplo abaixo da 
Vulcan ( Pti ) 
 
 
Chavetas – dimensionamento. 
 
 É um componente que opera com compressão nas faces laterais e cisalhamento no plano 
paralelo à face. 
 
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 A tensão de compressão é a crítica pois trabalha a metade da altura no eixo e a outra 
metade da altura no cubo no outro lado. 
 σcp = Força / Área 
 
 Aqui o torque é nominal. O fator de segurança já está na tensão admissível da chaveta 
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Exercício 1 
 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Redutor com eixo de 
entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. 
 Especifique o acoplamento para entrada do redutor (montado no motor) e saída do redutor 
entre redutor e guincho 
 
 Redutor com eixo saída ø 85 mm onde instala acoplamento 
Solução 
Acoplamento entrada 
 Lê-se na tabela para motor 15 CV e 1800 rpm acoplamento Vulcan Normex tamanho 97 
mm 
 No catálogo encontramos furo até 45 mm logo atende inclusive o redutor que tem eixo ø 42 
mm 
 
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Acoplamento de saída 
- Tipo rígido - Está no lado da máquina e é baixa rotação. Não pode oscilar e vibrar movimento 
de subida da carga. 
- Torque nominal . 
 Tendo potência 15 CV e 75 rpm Torque T = 7026 . 15 / 75 = 1405 Nm 
- Fator de serviço 
 Tabela Falk tem-se FS = 1,75 
- Torque requerido 1405 . 1,75 = 2459 Nm = 251 kgf.m 
Catálogo Falk tipo G tem-se acoplamento 1025 G 
 Dados: Torque 7470 Nm 
 Furo máximo 98 mm 
 Comprimento de cada flange 71,6 mm 
 Chaveta altura 14 mm 
 
 Para comprimento de chaveta usa-se o torque nominal pois a tensão 
admissível já incorpora o fator de segurança. 
 
 Comprimento mínimo L = 4 . 1405 / ( 0,085 . 0,014 . 150x10^6) = 31,5 mm 
 
 
Exercício 2 – Elaborar esboços dos flanges indicando dimensões e rasgo de chaveta para o 
 Catálogo do fabricante com os dados técnicos. 
 
 
Tensão de compressão na chaveta 
 Scp = 4 Mt / ( L.d.h) 
 Motor 15 Cv e 1759 rpm tem-se torque Mt = 7026 . 15 / 1750 = 60,22 Nm 
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 Chaveta para sede ø 38 a largura é 10 e altura 8 mm 
 Scp = 4 . 60,22 / ( 0,05 . 0,038 . 0,008 ) = 15,8 Mpa 
Para redutor sede ø 42mm chaveta largura 12 mm altura 8 mm 
 Scp = 4 . 60,22 / ( 0,05 . 0,042 . 0,008 ) = 14,34 Mpa 
 
Acoplamento de saída 
Selecionado fabricação Falk tipo G com dentes de engrenagens tamanho 1025 G 
 Dados: Torque 7470 Nm; Furo máximo 98 mm 
 Comprimento de cada flange 70,6 mm Chaveta altura 14 mm 
 Comprimento mínimo calculado L = 4 . 1405 / ( 0,085 . 0,014 . 150x10^6) = 31,5 mm 
Esboço 
 
 
 Tensão de compressão Scp = 4 Mt / ( L.d.h) 
 Potência 15 CV com 75 rpm o torque é Mt = 7026 . 15 / 75 = 1405 Nm 
 Chaveta 22 x 14 mm 
 Scp = 4 . 1405 / ( 0,0716 . 0,085 . 0,014 ) = 65,97 Mpa 
 
Exercicio 3 
 Um acoplamento usa parafusos M14 alternando com buchas de borracha para o 
acoplamento abaixo instalado em máquina de corte de chapas. Chaveta SAE-1045 
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Opera a 870 rpm tendo freio de sapata instalado externamente. O flange oposto alterna com 
buchas de borracha opostas aos parafusos. São 8 buchas de borracha furo 14mm externo 32,5 
mm movendo o acoplamento. Tensão de compressão na borracha 1,5 MPa. 
Determine o torque permitido em função dos elastômeros e em função da chaveta 
Determine a potência instalada. 
Faça uma curva potência x rotação para esse acoplamento como dados de catálogo, operando 
entre 500 e 2000 rpm. 
Solução 
Torque = Força x raio 
 Força = Área x tensão admissível 
 Área Quanto a borracha = 0,014 . 0,021 = 0,000294 m2 
 Força = 0,000294 . 1500000 = 441 N 
 São 8 parcelas gerando torque 
 Torque Mt = 8 . 441 . 0,23 / 2 = 405,72 Nm 
 Mt = 7026 . Pot/rpm [ CV – rpm - Nm] 
 405,72 = 7026 . Pot / 870 
 Sai Potência 50,23 CV 
 
Gráfico 
Potência linear com a rotação 
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