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PM 2009 Aula 1
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PROJETO DE MÂQUINAS
O curso:
– Introdução
– Termos conceptuais físico-mecânicos
– Projeto de elementos de maquinas
– Prova 1
– Projeto de Máquinas
– Discussão de Projeto feito pelo alunos
CONCEITOS INTRODUTÓRIOS A PROJETOS
Nos dias de hoje, o termo “projeto” é utilizado com uma certa
freqüência por inúmeras pessoas, empresas e instituições dos mais
variados tipos.
QUAL É O CONCEITO DE PROJETO?
Uma das melhores definições de projeto é a qual diz que:
Projeto é um conjunto coerente e integral de atividades, destinado a
alcançar objetivos específicos, que contribuem para atingir um certo
desenvolvimento, num determinado período, com insumos e custos
definidos.
Em um outro conceito, projeto é:
“Um conjunto de atividades ou ações planejadas para serem
executadas com responsabilidade, a fim de alcançar determinados
objetivos, dentro de uma abrangência definida, num prazo de tempo
limitado e com recursos específicos para criar algo novo.
Existe uma grande variedade de projetos que é classificada em
três áreas:
a) prestação de serviços,
b) indústria
c) infra-estrutura.
TIPOS DE PROJETO
Projetos da área de prestações de serviços:
Projetos de engenharia: são projetos de serviços associados à
elaboração de um conjunto de documentos, constituído de especificações,
lista de materiais e desenho de detalhes. Esses indicam, esclarecem e
justificam todos os critérios de dimensionamento, hipóteses de cálculos
técnicos, de execução e custos de uma utilidade física (unidade ou
sistema).
As palavras chave desta etapa são: Descrever, Definir, Desenvolver,
Testar, Analisar e Validar.
Aqui é onde se começa a detalhar o produto com desenhos, fabricando as
primeiras peças, progredindo ao teste do protótipo, até o lote piloto,
terminando com a especificação completa da “plataforma” do produto.
PROJETO DE MÂQUINAS
É uma disciplina conclusiva que une todos os conhecimentos de:
– Resistência de materiais
– Metrologia (ajustes e tolerâncias)
– Mecanismos
– Elementos de Maquinas
– Processos de fabricação
– Materiais de engenharia,etc
Máquina
E um conjunto de mecanismos, e os mecanismos são constituídos de
peças entendidas como elementos fisicamente separáveis do conjunto.
Em última análise, projetar uma máquina é projetar suas peças.
6
O projeto leva ao desenho de detalhes. Estes contém:
1) Forma da peça
2) Dimensões (cota) tamanho
3) Tolerância, (dimensionais, formais)
4) Acabamentos superficiais
5) Materiais e seus tratamentos
6) Informações complementares
PROJETO DO CONJUNTO MECÂNICO
A descrição técnica para a produção de uma máquina ou
estrutura é dada por:
• Conjunto de desenhos
• Todas as informações necessárias para a execução da máquina ou estrutura
Tanto os desenhos de conjuntos mecânicos como o de
seus componentes estabelecidas segundo normas da
•Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)
•NBR 10582/88.
A forma da peça é definida pela sua função e determinada por:
A) Método empírico - A roda em forma de círculo
B) Método analítico - O dente da engrenagem em forma de envolvente do
círculo.
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De qualquer forma, o projetista, para desenhar a sua peça a partir do
conhecimento de sua função, deve se valer de:
a) sua experiência anterior ( do indivíduo )
b) dados da firma – memórias de cálculos, desenhos, etc.
c) catálogos, manuais
d) literatura – livros – revistas técnicas
e) informações de usuários
f) concorrentes e similares
O tamanho das peças (cotas) são definidos pelos chamados “critérios de
dimensionamento”.
Critérios a ter em conta nos Projetos de Maquina
1. Critério da Resistência
2. Critério da deformação ou critério da rigidez e/ ou
flexibilidade
3. Critério da Corrosão e / ou Desgaste
4. Critério de Choques e/ ou Vibrações
5. Critério do Processo de Fabricação
6. Critério baseado em Considerações Econômicas
7. Considerações Gerais
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1 – CRITÉRIO DA RESISTÊNCIA
É o critério pelo qual as dimensões da peça são determinadas, de modo
que a mesma não apresente ruptura. Analogamente, pode-se determinar as
dimensões da peça de modo a:
•não apresentar escoamento.
•não apresentar ruptura por fadiga.
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Exemplo de peças tracionadas:
•as correias
•os cabos de aço
Tensão de tração
Material dúctil, aspecto da fratura
Comprovação da resistência:
Ruptura simples
Escoamento
Ruptura por fadiga
O elemento de máquina pode falhar sob a ação de uma tensão muito menor que a
equivalente à sua resistência estática. A característica mais distinguível dessas
falhas é denominada falha por fadiga.
Estima-se que cerca de 90% das rupturas das peças em serviço ocorrem por
fadiga.
2
2
minmax
f
a
m
minmax
minmax
max
min
2
f
a
Tensão mínima
Tensão máxima
FALHA POR FADIGA
O comportamento das peças de máquina é inteiramente
diferente quando estão sujeitas a carregamento que varia
com o tempo, em que causa tensão de natureza cíclica:
alternada, variada ou repetida.
2 - CRITÉRIO DA DEFORMAÇÃO OU CRITÉRIO DA RIGIDEZ E/ OU
FLEXIBILIDADE
Além da resistência, a maioria das peças de máquinas precisam
apresentar características de deformabilidade.
Em alguns casos limitando a um valor máximo admissível
(ex.: rigidez torcional de eixos de transmissão) e em outros casos pela
imposição da deformação ( ex.: molas helicoidais).
λ = Deformação devido aplicação de carga “P” 13
Conhecer as propriedades dos materiais
•Quais materiais conhecemos??
•Qual a importância de suas
propriedades, da resistência??
•Qual importância da dureza??
Exemplo de serra tico-tico
Cada peça tem uma função
Devemos projetar com o
melhor material para cada
função
3 – CRITÉRIO DA CORROSÃO E / OU DESGASTE
Certas peças são passíveis de ação corrosivas ( meio agressivo
quimicamente, temperaturas elevadas) e precisam ser dimensionadas com
certa margem de segurança, prevendo sobre material ( material além do
mínimo calculado).
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Outras peças estão sujeitas a atrito e conseqüentemente desgaste.
Devem ser dimensionadas prevendo “consumo de material pelo desgaste”.
Exemplos: engrenagens,
mancais, lonas de freio) .
Exemplos: tampas, molas,
parafusos.
4 - CRITÉRIO DE CHOQUES E/ OU VIBRAÇÕES
Tantos os choques mecânicos como as vibrações
podem ocasionar a ruína de uma peça.
No primeiro caso, principalmente em peças com
material pouco dúctil (ferro fundido)
No segundo, quando própria de vibração da peça
coincidir com a fonte excitadora.
Nestes casos, a dimensão da peça poderá ser
determinada por métodos analíticos ou experimentais.
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5 – CRITÉRIO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO
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Quais processos conhecemos e quais suas característica que influenciam
no projeto da máquina ???
O processo está intimamente ligado com a escala de produção como nos
mostra o exemplo:
Responsabilidades de um projetista
Conhecimentos especializados sobre ajustes e tolerâncias
Que significa Ф40H7 ???
Exemplo de tolerância geral
O deslizamento do bloco em “V” na base do
calço regulável depende
• da precisão do paralelismo e do
perpendicularismo das superfícies
• tolerâncias nas dimensões, ajuste, etc
Exemplo
de Calço Regulável
A descrição fornecida pelo conjunto de desenhos deve incluir:
• Representação gráfica completa da forma de cada peça (descrição da forma)
• Dimensões de cada peça (descrição do tamanho)
• Especificações de material, tratamento térmico, tipo de acabamento etc;
• Uma descrição das relações de cada parte ou peça com as demais (montagem)
Desenho mecânico
• Uma máquina é formada por um ou mais conjuntos
mecânicos, subconjuntos e peças simples
• No conjunto mecânico, cada peça tem uma função e
ocupa determinada posição.
Desenho de conjunto
• É o desenho da máquina, dispositivos ou estrutura, com suas
partes montadas.
• As peças são representadas nas mesmas posições que ocupam no conjunto mecânico
• A numeração das peças segue o sentido horário
Exemplo
Outra maneira de representar é através do desenho de perspectiva não montada chamado perspectiva explodida
6 – CRITÉRIO BASEADO EM CONSIDERAÇÕES ECONÔMICAS
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Por esse critério as dimensões são definidas fora do campo de
visão estritamente técnico. Devem levar em conta:
A – Padronização
B - Diminuição de número de peças
C - Diminuição no custo de manutenção
D – Custo de produção.
7 – CONSIDERAÇÕES GERAIS
Mediante o avanço tecnológico e atualizações de
cálculos, baseados em produtos de linha tais como:
Rolamentos, Correias, Acoplamentos, etc., e a grande
variedade de produtos disponíveis no mercado, o roteiro
de cálculo será baseado no critério adotado pelo próprio
fabricante para a obtenção precisa dos resultados.
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CONCEITOS FÍSICO - MECÂNICOS PARA O PROJETO
Radiano
ângulo central φ que determina na circunferência, o arco de comprimento igual ao raio
Perímetro da circunferência
O comprimento da circunferência
Na grande maioria dos projetos de maquinas temos elementos
para transmitir movimentos e força por rotaçao
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Velocidade angular média
Variação angular, ocorrida em um determinado espaço de tempo
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Velocidade tangencial
É a velocidade que muda a trajetória a cada instante, porém o seu módulo é constante
Então
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Período (T).
Uma trajetória circular completa, em um determinado
intervalo de tempo
v
rT
2
wT
2
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Freqüência do Movimento
É o número de voltas efetuadas por um ponto material, no intervalo de 1 segundo
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Rotação Por Minuto (RPM)
É o número de freqüências que um ponto material descreve em um minuto.
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Força Centrífuga
A força centrífuga tem a mesma intensidade e
sentido contrário à força centrípeta
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Torção
Quando sofre a ação de um torque (Mt) em uma das extremidades, e um contra-torque (Mt`) na extremidade oposta
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
No caso de eixos de máquinas, o torque é definido através do produto entre a carga tangencial (Ft), e o raio de secção transversal do eixo
Onde:
Mt - torque (Nm)
Ft - força tangencial (N)
r - raio de secção transversal (m).
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
Potência
A potência atuante em um eixo é definida através do produto entre o torque atuante e a velocidade angular
Conceitos físico - mecânicos para o projeto
A potência no eixo, significa um trabalho realizado na unidade de tempo.
O trabalho é definido através do produto, força e distância.
Rendimento de transmissão de potencia
A potencia de entrada é dissipada em parte como forma de energia transformada em calor, sendo a outra parte como
potencia geradora de trabalho.
Então temos:
Ne = Nu + Nd
Onde
Ne = Potencia de entrada
Nu = Potencia útil
Nd = potencia dissipada
Rendimento de transmissão de potencia
Assim temos
Transmissão por correias ηc = 0,96 a 0,98
Transmissão por corrente ηcr = 0,97 a 0,98
Transmissão por rodas de atrito ηra = 0,95 a 0,98
Transmissão por engrenagens cilíndricas ηe = 0,96 a 0,99
Transmissão por parafuso sin-fim ηpsf = 0,45 a 0,97
Transmissão por mancais ηm =0,96 a 0,99
Exemplo: Rendimento de transmissão de potencia
Na transmissão a seguir, calcule potência útil, potência dissipada acumulada, torques e rotações nos eixos
O motor que aciona a transmissão é de 10 CV e deve girar com 1750 rpm.
Qual a potência útil no eixo de saída? Qual a potência dissipada no sistema?