Post on 19-May-2022
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
SEM0104 - Aula 3Tipos de Mecanismos: Simples e Complexos
Prof. Assoc. Marcelo Becker USP - EESC - SEM
LabRoM
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Quantos GDLs possui o conjunto mão, ante-braço e braço?
?Pergunta da Aula Passada
2
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Junta Universal
Junta Rotacional
x
22 DoFs
xx xx
xx
Pergunta da Aula Passada
3
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Pergunta da Aula Passada
3 GDL
2 GDL
4
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Pergunta da Aula Passada
No Total:
22 DoFs da mão 3 DoFs do braço 2 DoFs do ante-braço
27 DoFs
5
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Mecanismos Simples
– 4 Barras • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux
– Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
6
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason
• Feita pelo tipo de transformação de movimento (262 Classes)
• 12 Classes Principais:• Atuadores Lineares • Ajuste Fino • Hesitação, Pausa e Parada • Posicionamento • Catraca • Contadores
• Osciladores • Retorno Rápido • Reversíveis • Acoplamento • Geradores de Curvas • Geradores de Retas
7
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Atuadores Lineares
• Parafuso Fixo, Porca Fixa • Cilindro Pneumático ou Hidráulico • Pinhão - Cremalheira
8
https://www.youtube.com/watch?v=kl6qNn9-nkk
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Ajuste Fino
• Parafuso e Porca • Engrenagens
9
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Hesitação, Pausa e Parada
• Came-Seguidor
10
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Catraca
• Ratchet
11
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Contadores
• Roda de Genebra • Ratchet
12
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Osciladores
• Bila-Manivela
13
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Retorno Rápido
• Mecanismo de Retorno Rápido – Caracterizam-se por possuírem 2 fases de
movimento para uma dada velocidade angular constante
– Relação de tempo “ida-retorno” – Podem ser constituídos apenas por uma biela
manivela ou por mecanismos mais complexos.
14
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Reversíveis
• Permitem que a direção de rotação possa ser alterada – Engrenagens – 4 Barras – Etc.
15
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Acoplamento
• Junta Universal • Correia • Corrente
Hooke Ring and Trunnion
16
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Acoplamento
Bendix-Zeiss
17
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Acoplamento
18
http://giphy.com/gifs/
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 4 Barras
19
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• Biela-Manivela
20
EESC-USP © M. Becker 2016
Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• Biela-Manivela
21
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Mecanismos Simples
– 4 Barras • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux
– Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
22
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras
• Mecanismo Simples • Movimento oscilatório do link seguidor • Movimento do link acoplador
• 4 Barras Plano
• 4 Barras Espacial
23
http://www.youtube.com/watch?v=-KYomnT8xSc
http://www.youtube.com/watch?v=c_PnjGARuNU
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras
• Mecanismo Simples • Movimento oscilatório do link seguidor • Movimento do link acoplador
• 4 Barras Plano
24
https://en.wikipedia.org/wiki/Four-bar_linkage
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras
L2L4
L1
L3
O2
O4
AB
θ2 θ4
θ3
γ
L2: link motor L1: solo
L3: link acoplador L4: link seguidor θ2: âng. da barra motriz θ4: âng. da barra seguidora θ3: âng. da barra acopladora γ: âng. de transmissão
25
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Grashof• Franz Grashof - Prof. na Univ. de Karlsruhe
Condição para rotação completa da barra motriz de mecanismo 4-barras
“A soma da menor e da maior barra de um mecanismo 4-barras não pode ser maior
que a soma das 2 outras barras”
Me = L2
b1 = L3
Ma = L1
b2 = L4
L2L4
L1
L3
26
*1826 +1893
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Grashof Equação
L2L4
L1
L3 Me + Ma < b1 + b2
Me = L2
b1 = L3
Ma = L1
b2 = L4
27
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 4-Barras
Crank-rocker
Me
Crank-rocker
Me
Double-crank
Me
Double-rocker
Me
Me adjacente a Ma28
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016 29
Lei de Grashof• Inversões do mecanismo 4-barras
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Inversões do mecanismo 4-barras
30
Lei de Grashof
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 4-Barras
Me oposto a Ma
Me
Me
Crank-rockerMe
Double-rocker
Me
Double-crank
31
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016 32
Lei de Grashof• Inversões do mecanismo 4-barras
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016 33
Lei de Grashof• Inversões do mecanismo 4-barras
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classes de Grashof - Configurações Especiais
34
Lei de Grashof
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras• Classes de Grashof
35
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras
36
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras• Possíveis curvas geradas pelo link acoplador
37
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras• Informações de Atlas
38
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras• Informações de Atlas
39
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento
• Na Lousa
L2L4
L1
L3
O2
O4
AB
θ2 θ4
θ3
γ
L2: link motor L1: solo
L3: link acoplador L4: link seguidor θ2: âng. da barra motriz θ4: âng. da barra seguidora θ3: âng. da barra acopladora γ: âng. de transmissão
40
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento
• Na Lousa
L2L4
L1
L3
O2 O4
AB
θ2 θ4
γ
α
β
ABO4
AO2O4
41
Na Lousa...
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples 4 Barras
• Significado físico dos 2 valores de γ
cos
sintan
γ1
γ2
γ1
γ242
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Mecanismos Simples
– 4 Barras • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux
– Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
43
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 4-Barras
• Franz Reuleaux - “Pai da Cinemática” Condição para a montagem
de mecanismos 4-barras
L2L4
L1
L3
L2: link motor L1: solo
L3: link acoplador L4: link seguidor
44
*1829 +1905
EESC-USP © M. Becker 2016
Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 4-Barras
L2 L4
L1
L3L2 + L3 + L4 > L1 L2 + L3 - L4 < L1 L2 + L1 + L4 > L3 L2 + L1 - L4 < L3
45
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Mecanismos Simples
– 4 Barras • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux
– Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
46
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Exemplos de Aplicação: Motores de Combustão Interna, Máquinas Ferramenta, Compressores, etc.
• Deslocamento do Pistão
• Velocidades
• Aceleração
ManivelaPistãoBiela
47
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
48
Manivela
Pistão
Biela
http://giphy.com/gifs/
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Diagrama de Corpo Livre e Equacionamento
O2
A
Bθ φH
Na Lousa...49
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Outras Configurações para o Biela-Manivela
Compressores Motores
Bomba de água Manual
Mecanismo de Whitworth
50
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
51
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Simples Biela-Manivela
Compressores Motores
Bomba de água Manual
Mecanismo de Whitworth
52
Portão de Garagem
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples
– 4 Barras – Biela Manivela
• Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
53
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Complexos• União de 2 ou mais mecanismos simples
4 Barras + Biela-Manivela
54
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle
• Barras CB e BO4 com mesmo comprimento
O2
O4
A
BC
55
https://www.youtube.com/watch?v=dCfYIvcfS0k
EESC-USP © M. Becker 2016
Mecanismos Complexos– Máquina a vapor de James Watt
56
EESC-USP © M. Becker 2016
– 6 barras
57
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– 6 barras
58
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– Locomotiva a Vapor
59
Mecanismos Complexos
http://trumpetb.net/loco/
EESC-USP © M. Becker 2016
– Locomotiva a Vapor
60
Mecanismos Complexos
http://trumpetb.net/loco/
EESC-USP © M. Becker 2016 61
Mecanismos Complexos
http://giphy.com/gifs/
– Motor a Vapor
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
62
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
63
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
64
Mecanismos Complexos
Grumman F4F Wildcat WWII, 1940
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
65
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
66
Mecanismos Complexos
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
67
Mecanismos Complexos
http://www.technicopedia.com/8844.html
EESC-USP © M. Becker 2016
– Trens de Pouso
68
Mecanismos Complexos
http://www.technicopedia.com/8844.html
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
• Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples
– 4 Barras – Biela Manivela
• Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
69
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
Prof. Dr. M
arcelo Becke
r - SEM – EESC – USP
EESC-USP © M. Becker 2016
Bibliografia Recomendada
70
• Shigley, JE. e Uicker, JJ., 1995, “Theory of Machines and Mechanisms”.
• MABIE, H.H., OCVIRK, F.W. “Mecanismos e dinâmica das máquinas”.
• MARTIN, G.H. “Cinematics and dynamics of machines”.
• NORTON, R. L. “Design of Machinery - An Introduction to the Synthesis and Analysis of Mechanisms and Machines”
• Notas de Aula