PM 2009 Aula 1

Disciplina: Projeto de Maquinas

Março 2009

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Aula 1

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.

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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.

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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:

Qual a função desse projeto?

Que elementos identificamos?

Responsabilidades de um projetista

Conhecimentos especializados sobre ajustes e tolerâncias

Que significa Ф40H7 ???

Exemplo de tolerância geral

Exemplo: Qual função desse dispositivo?

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

O desenho de conjunto para montagem pode ser

representado em perspectiva isométrica

Outra maneira de representar é através do desenho de perspectiva não montada chamado perspectiva explodida

Exemplo

Desenho de

conjunto

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

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


Velocidade tangencial

É a velocidade que muda a trajetória a cada instante, porém o seu módulo é constante

Então


Período (T).

Uma trajetória circular completa, em um determinado

intervalo de tempo

v

rT

2

wT

2


Freqüência do Movimento

É o número de voltas efetuadas por um ponto material, no intervalo de 1 segundo


Rotação Por Minuto (RPM)

É o número de freqüências que um ponto material descreve em um minuto.


Aceleração Centrípeta


Força Centrípeta


Força Centrífuga

A força centrífuga tem a mesma intensidade e

sentido contrário à força centrípeta


Torção

Quando sofre a ação de um torque (Mt) em uma das extremidades, e um contra-torque (Mt`) na extremidade oposta


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).


Potência

A potência atuante em um eixo é definida através do produto entre o torque atuante e a velocidade angular


A potência no eixo, significa um trabalho realizado na unidade de tempo.

O trabalho é definido através do produto, força e distância.


Torque do motor

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 de cálculo padrão para o projeto

de uma transmissão

Fazer este desenho para calcular

Ne

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?

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