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Projeto de Máquinas - Uma Abordagem Integrada - 4ª Ed. 2013

Exercícios resolvidos: Projeto de Máquinas - Uma Abordagem Integrada - 4ª Ed. 2013

Robert Norton IBSN: 9788582600221

Elaborado por professores e especialistas

Exercício

O eixo mostrado na Figura P11-1 foi projetado no Problema 10-1. Para o(s) dado(s) na(s) linha(s) assinalada(s) da Tabela P11-1 e para o diâmetro correspondente do eixo encontrado no Problema 10-1, projete mancais convenientes para suportar a carga por pelo menos 7E7 ciclos a 1500 rpm. Escreva todas as hipóteses.

(a) Usando mancais de luvas de bronze lubrificadas hidrodinamicamente com ON =20, l/d=1,25e uma razão de folga de 0,0015.


(b) Usando mancais de esferas de ranhura profunda com 10% de taxa de falha.

FIGURA P11-1

Projeto do eixo para o Problema.

Problema 10-1

Um eixo biapoiado é mostrado na Figura P10-1. Uma carga transversal de magnitude constante P é aplicada à medida que o eixo roda sujeito a torque variável com o tempo que varia de Tmin a Tmax. Para o valor na(s) linha(s) assinalada(s) da Tabela P10-1, encontre o diâmetro requerido do eixo para obter um coeficiente de segurança de 2 relativo à carga de fadiga se o eixo é de aço de Sut = 108 kpsi e Sy = 62 kpsi. As dimensões são em polegadas, a força em libras e o torque em lb-in. Pressuponha que não existam concentrações de tensão.

FIGURA P10-1

Projeto de eixo para os Problema.

Tabela P10-1  Dados para problema

Tabela P11-1 Dados para os problema

Passo 1 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

No exercício 10-1, obtivemos que o diâmetro do eixo é e vamos utilizar o valor para esse exercício.

Passo 2 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Pra começar, vamos analisar o mancal da esquerda e, depois, o da direita.

Passo 3 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

(a)

Para o mancal da esquerda, a velocidade tangencial é:

As folgas diametral e radial serão encontradas a partir dos diâmetros fornecidos e das razões de folga:

O comprimento do mancal é encontrado a partir da razão :

A razão de excentricidade experimental é dada por:

O parâmetro adimensional é:

A viscosidade do lubrificante requerido para suportar a carga de projeto é:

Passo 4 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Precisamos das forças de reação do eixo. Como ele tem a mesma configuração que a viga do apêndice B, figura B-3 (a), vamos utilizar as seguintes forças de reação:

Passo 5 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Passo 6 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Então, a viscosidade será:

Passo 7 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Passo 8 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

A pressão média do filme de óleo é dada por:

O ângulo máximo no qual a pressão é máxima é:

A pressão máxima é dada por:

Lembrando que z = 0, pois a pressão é máxima no centro do comprimento do mancal, então:

O ângulo que localiza o eixo com respeito à carga aplicada é:

Os torques estacionário e rotacional são dados por:

A potência perdida no mancal é:

O coeficiente de atrito no mancal é:

A espessura mínima do filme é:

Passo 9 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Para o mancal esquerdo, a viscosidade será:

A pressão média do filme de óleo é dada por:

Os torques estacionário e rotacional são dados por:

A potência perdida no mancal é:

O coeficiente de atrito no mancal é:

A espessura mínima do filme é:

Passo 10 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

(b)

Vamos analisar o mancal da direita.

A carga dinâmica básica de classificação é:

Com essa carga, vamos à figura 11-23 selecionar o mancal com o menor furo que suporte essa carga. No caso, podemos selecionar o menor, de número 6300.

Depois de selecionado, podemos calcular a vida em fadiga do mancal:

Passo 11 de 11keyboard_arrow_downkeyboard_arrow_up

Agora, vamos analisar o mancal direito:

A carga dinâmica básica de classificação é:

Com essa carga, vamos à figura11-23 selecionar o mancal com o menor furo que suporte essa carga. No caso, podemos selecionar o de número 6306.

Depois de selecionado, podemos calcular a vida em fadiga do mancal: