Elementos de Máquina

Derval Lima

Junho 2009

O grande desafio do profissional de manutenção, na atual conjuntura, consiste em conhecer os princípios e fundamentos do objeto do seu trabalho, os instrumentos e seus componentes, para de posse destes conhecimentos, poder executar melhor e com mais eficiência e segurança suas atividades no trabalho.

Introdução

Elementos de Fixação

Pinos e Cavilhas

Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas.

Pinos e Cavilhas

Os pinos e cavilhas se diferenciam pelos seguintes fatores:

• Utilização;

• Forma;

• Tolerâncias de medidas;

• Acabamento superficial;

• Material;

• Tratamento térmico.

Pinos

Os pinos são usados em junções resistentes a vibrações. Há vários tipos de pinos, segundo sua função.

TIPO FUNÇÃO

Pino cônico Ação de centragem.

Pino cônico com haste roscadaA ação de retirada do pino de furos cegos é facilitada por simples aperto da porca.

Pino cilíndricoRequer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas as forças cortantes.

Pino elásticoApresenta elevada resistência ao corte e pode ser ou pino tubular partido assentado em furos, ou com variação de diâmetro considerável.

Pino de guiaServe para alinhar elementos de máquinas. A distância entre os pinos deve ser bem calculada para evitar o risco de ruptura.

Pinos

Pinos

Pinos

Cavilhas

A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado.

Cavilhas Tipos, normas e utilização

TIPO NORMA UTILIZAÇÃO

KS1 DIN 1471 Fixação e junção.

KS2 DIN 1472 Ajustagem e articulação

KS3 DIN 1473Fixação e junção em casos de aplicação de forças variáveis e simétricas, bordas de peças de ferro fundido.

KS4 DIN 1474 Encosto e ajustagem.

KS6 e KS7 Ajustagem e fixação de molas e correntes.

KS9Utilizado nos casos em que se tem necessidade de puxar a cavilha do furo.

KS10 Fixação bilateral de molas de tração ou de eixos de roletes.

KS8 DIN 1475 Articulação de peças.

KS11 e KS12

Fixação de eixos de roletes e manivelas.

KS4 DIN 1476 Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal.

KS5 DIN 1477 Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal.

KS7Eixo de articulação de barras de estruturas, tramelas, ganchos, roletes e polias.

Cupilha

Cupilha (ou contra pino) é um arame de secção semi-circular, dobrado em modo de formar um corpo cilíndrico e uma cabeça.

Pino cupilhado

O pino cupilhado é utilizado como eixo curto para uniões articuladas e para suportar rodas, polias, cabos, etc.

Rebites

Os rebites são peças fabricadas de aço,alumínio, cobre e latão. Unem rigidamente peças ou chapas metálicas, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte.

Rebites

Ligações estanques: Exemplo de aplicação de rebites.

Rebites

• Tipos, formas e aplicações

Rebites

Para especificar os rebites é necessário conhecer suas especificações:

– De que material é feito;– O tipo de sua cabeça;– O diâmetro do corpo;– O comprimento útil.

Rebites

Processos de rebitagem.

– Processo manual – Esse tipo é feito a mão com pancadas no martelo.– Processo mecânico – É feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras

pneumáticas e hidráulicas.

Rebites

Processo manual

Esse tipo de processo é feito à mão, com pancadas de martelo. Antes de iniciar o processo, é preciso comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas. Após as chapas serem prensadas, o rebite é martelado até encorpar, isto é, dilatar e preencher totalmente o furo. Depois, com o martelo de bola, o rebite é “boleado”, ou seja, é martelado até começar a se arredondar.

Rebites

Rebites

Processos mecânico

O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de

rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. O martelo pneumático é ligado a um

compressor de ar por tubos flexíveis e trabalha sob uma pressão entre 5 Pa 7

Pa, controlada pela alavanca do cabo.

Rebites

• Martelo Pneumático

• Rebitadeira Hidráulica

Rebites

Tipos de rebitagem

• Rebitagem de recobrimento

Na rebitagem de recobrimento, as chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se somente a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e de estruturas metálicas.

Rebites

• Rebitagem de recobrimento simples

É destinada a suportar esforços e permitir fechamento ou vedação.

É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapõem e sobre elas estende-se uma outra chapa para cobri-las.

Rebites

• Rebitagem de recobrimento duplo

Usada unicamente para uma perfeita vedação. É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados.

Rebites

Defeitos de Rebitagem

• Pelo mau preparo das chapas• Furos fora do eixo, formando degraus;• Chapas mal encostadas;• Diâmetro do furo muito maior em relação ao do rebite.

• Pela má execução das diversas operações e fases de rebitagem• Aquecimento excessivo do rebite;• Rebitagem descentralizada;• Mal uso das ferramentas para fazer a cabeça;• O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da

chapa.

Rebites

Vantagens e Desvantagens

• As junções rebitadas são mais simples e baratas que as soldadas;• Possibilitam um controle de qualidade mais simples que as soldadas;• As junções rebitadas são mais pesadas e seu campo de aplicação não é

tão vasto quanto o das junções por solda;• Acarretam uma redução da resistência do material da ordem de 13 a 42%,

devido à redução de área pela furacão para os rebites, contra uma redução de 10 a 40% para as junções soldadas.

Rebites

Roscas

Rosca é uma saliência de perfil constante em torno de uma superfície cilíndrica ou cônica ”Direita ou Esquerda”....

Roscas

As roscas são internas ou externas.

Roscas

Roscas

• Nomenclatura da Rosca

Roscas

• Rosca Métrica ISO normal

Roscas

• Rosca Whitworth – BSW/Normal e BSF/Fina

Roscas

Cálculos de roscas

Roscas

Roscas

Parafusos

• Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça, da haste e do tipo de acionamento

Parafusos

Em geral, o parafuso é composto de duas partes:cabeça e corpo.

Parafusos

O corpo do parafuso pode apresentar váriosformatos.

Parafusos

Parafusos

• Parafusos de cabeça sextavada

Parafusos

• Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria.

Porcas

• A porca está sempre ligada a um parafuso. A parte externa tem vários formatos para atender a diversos tipos de aplicação.

Porcas

• PORCAS USADAS PARA FIXAÇÃO

Porcas

• PORCAS USADAS PARA TRANSMISSÃO

Porcas

• PORCAS PARA APERTO MANUAL

Porcas

APLICAÇÕES :

Porcas

• PORCAS COM RANHURA PARA USO DE CUPILHAS

Porcas

Arruelas

As arruelas têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas , funcionando em algumas situações, também como elementos de trava.

Arruelas

Arruelas Lisas

É aplicada em elementos de máquinas que sofrem pequenas vibrações.

Arruelas

ARRUELA DE PRESSÃO

A arruela de pressão é utilizada na montagem de conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e grandes vibráveis.

• A arruela de pressão funciona, também, como elemento de trava, evitando o afrouxamento do parafuso e da porca.

• É, ainda, muito empregada em equipamentos que sofrem variação de temperatura (automóveis, prensas etc).

Arruelas

• ARRUELA DENTADA

• Muito empregada em equipamentos sujeitos a grandes vibrações, mas com pequenos esforços, como, eletrodomésticos, painéis automotivos, equipamentos de refrigeração etc.

• O travamento se dá entre o conjunto parafuso/ porca . • Os dentes inclinados das arruelas formam uma mola quando são

pressionados e se encravam na cabeça do parafuso.

Arruelas

Anéis Elásticos

• O anel elástico È um elemento usado em eixos ou furos, tendo como principais funções:

• Evitar deslocamento axial de peças ou componentes.• Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre

o eixo.

Anéis Elásticos

Anéis Elásticos

• Fabricado de aço-mola, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização.

Anéis Elásticos

Anéis Elásticos

Chavetas

• CARACTERÍSTICAS :• É um elemento mecânico fabricado em aço. • Sua forma, em geral, É retangular ou semicircular .• A chaveta se interpõe numa cavidade de um eixo e de uma peça.• A chaveta tem por finalidade ligar dois

elementos mecânicos.

Chavetas

• CLASSIFICAÇÃO :

• • Chavetas de cunha;• • Chavetas paralelas;• • Chavetas de disco.

Chavetas

Elementos Elásticos

Molas

• Molas helicoidais

A mola helicoidal é a mais usada em mecânica. Em geral, ela é

feita de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica.

A barra de aço pode ter seção retangular, circular, quadrada, etc. Em geral,

a mola helicoidal é enrolada à direita. Quando a mola helicoidal for

enrolada à esquerda, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho.

Molas

• As molas helicoidais podem funcionar por compressão, por tração ou por torção. A mola helicoidal de compressão é formada por espirais. Quando esta mola é comprimida por alguma força, o espaço entre as espiras diminui, tornando menor o comprimento da mola.

Molas

A mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das

espiras. Os ganchos são também chamados de olhais. Para a mola

helicoidal de tração desempenhar sua função, deve ser esticada,

aumentando seu comprimento. Em estado de repouso, ela volta ao seu

comprimento normal.

Mancais

Mancais de Deslizamento

• Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito.

Mancais de Deslizamento

O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e

melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos

ocos que envolvem os eixos, permitindo-lhes uma melhor rotação. São

feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves.

Mancais de Rolamento

Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o

mancal de rolamento é o mais adequado.

Mancais de Rolamento

O que verificar durante o funcionamento

Mancais de Rolamento

Quando é necessário reduzir ainda mais o atrito de escorregamento, utilizamos um outro elemento de máquina, chamado rolamento. Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em conseqüência do atrito.São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas. Os rolamentos de esfera compõem-se de:

Mancais de Rolamento

• Disposição dos elementos de máquina

Mancais de Rolamento

Tabela - Vantagens e desvantagens dos rolamentos

Vantagens Desvantagens

Menor atrito e aquecimento Maior sensibilidade aos choques

Baixa exigência de lubrificação Maiores custos de fabricação

Intercambialidade internacional Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo.

Não há desgaste do eixo Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento

Pequeno aumento da folga durante a vida útil

Ocupa maior espaço radial

Elementos de Transmissão

Eixos e Árvores

Assim como o homem, as máquinas contam com sua “coluna vertebral”

como um dos principais elementos de sua estrutura física: eixos e árvores,

que podem ter perfis lisos ou compostos, em que são montadas as

engrenagens, polias, rolamentos, volantes, manípulos etc.

Eixos e Árvores

Os eixos e as árvores podem ser fixos ou giratórios e sustentam os

elementos de máquina. No caso dos eixos fixos, os elementos

(engrenagens com buchas, polias sobre rolamentos e volantes) é que

giram.

Eixos e Árvores

Quando se trata de eixo-árvore giratório, o eixo se movimenta

juntamente com seus elementos ou independentemente deles como, por

exemplo, eixos de afiadores (esmeris), rodas de trole (trilhos), eixos de

máquinas-ferramenta, eixos sobre mancais.

Eixos e Árvores

Material de fabricação

Os eixos e árvores são fabricados em aço ou ligas de aço, pois os

materiais metálicos apresentam melhores propriedades mecânicas do que

os outros materiais. Por isso, são mais adequados para a fabricação de

elementos de transmissão:

eixos com pequena solicitação mecânica são fabricados em aço ao

carbono;

eixo-árvore de máquinas e automóveis são fabricados em aço-níquel;

eixo-árvore para altas rotações ou para bombas e turbinas são

fabricados em aço cromo-níquel;

eixo para árvores são fabricados em aço-manganês.

Quando os eixos e árvores têm finalidades específicas, podem ser fabricados em cobre, alumínio, latão. Portanto, o material de fabricação

varia de acordo com a função dos eixos e árvores.

Eixos e Árvores

Tipos e características de árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Eixos e Árvores

Polias e Correias

POLIAS

As polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo domotor e pelas correias.

Uma polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se enrola acorreia. A face é ligada a um cubo de roda mediante disco ou braços.

Polias e Correias

Tipos de polia

Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual acorreia se assenta. Elas podem ser planas ou trapezoidais. As poliasplanas podem apresentar dois formatos na sua superfície de contato. Essasuperfície pode ser plana ou abaulada.

A polia plana conserva melhor as correias, e a polia com superfícieabaulada guia melhor as correias. As polias apresentam braços a partir de200 mm de diâmetro. Abaixo desse valor, a coroa È ligada ao cubo pormeio de discos.

Polias e Correias

A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a

correia se assenta apresenta a forma de trapézio. As polias trapezoidais

devem ser providas de canaletas (ou canais) e são dimensionadas de

acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada.

Polias e Correias

Tipos de polias

Polias e Correias

Material das polias

Os materiais que se empregam para a construção das polias são ferro

fundido (o mais utilizado), aços, ligas leves e materiais sintéticos. A

superfície da polia não deve apresentar porosidade, pois, do contrário, a

correia irá se desgastar rapidamente.

Polias e Correias

Correias

As correias mais usadas são planas e as trapezoidais. A correia em “V” ou trapezoidal é inteiriça, fabricada com seção transversal em forma de trapézio. É feita de borracha revestida de lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para suportar as forças de tração

Polias e Correias

Polias e Correias

Polias e Correias

Polias e Correias

Polias e Correias

Correntes

Correntes

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Cabos

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Engrenagens

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Acoplamentos

Elementos de Vedação

Elementos de Vedação

Conceito de vedação

Vedação é o processo usado para impedir a passagem, de maneira

estática ou dinâmica, de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um

meio para outro.

Juntas

Juntas de borracha

São vedações empregadas em partes estáticas, muito usadas

em equipamentos, flanges etc. Podem ser fabricadas com materiais em

forma de manta e ter uma camada interna de lona (borracha lonada) ou

materiais com outro formato.

Juntas

• Juntas de papelão

São empregadas em partes estáticas de máquinas ou equipamentos

como, por exemplo, nas tampas de caixas de engrenagens. Esse tipo de

junta pode ser comprada pronta ou confeccionada conforme o formato da

peça que vai utilizá-la.

Juntas

Juntas metálicas

São destinadas à vedação de equipamentos que operam com

altas pressões e altas temperaturas. São geralmente fabricadas em aço de

baixo teor de carbono, em alumínio, cobre ou chumbo. São normalmente

aplicadas em flanges de grande aperto ou de aperto limitado.

Juntas

Juntas de teflon

Material empregado na vedação de produtos como óleo, ar e água. As

juntas de teflon suportam temperaturas de até 260°C.

Juntas

Juntas de amianto

Material empregado na vedação de fornos e outros equipamentos. O

amianto suporta elevadas temperaturas e ataques químicos de muitos

produtos corrosivos.

Juntas

Juntas de cortiça

Material empregado em vedações estáticas de produtos como óleo, ar e

água submetidos a baixas pressões. As juntas de cortiça são muito

utilizadas nas vedações de tampas de cárter, em caixas de engrenagens,

etc.

Anéis de Borracha (ring)

Anéis de borracha (ring)

São vedadores usados em partes estáticas ou dinâmicas de máquinas

ou equipamentos. Estes vedadores podem ser comprados nas dimensões

e perfis padronizados ou confeccionados colando-se, com adesivo

apropriado, as pontas de um fio de borracha com secção redonda,

quadrada ou retangular. A vantagem do anel padronizado é que nele não

existe a linha de colagem, que pode ocasionar vazamento. Os anéis de

borracha ou anéis da linha ring são bastante utilizados em vedações

dinâmicas de cilindros hidráulicos e pneumáticos que operam à baixa

velocidade.

Retentores

O vedador de lábio, também conhecido pelo nome de retentor, écomposto essencialmente por uma membrana elastomérica em forma delábio e uma parte estrutural metálica semelhante a uma mola que permitesua fixação na posição correta de trabalho.A função primordial de um retentor é reter óleo, graxa e outros produtosque devem ser mantidos no interior de uma máquina ou equipamento.

Retentores

O retentor é sempre aplicado entre duas peças que executam

movimentos relativos entre si, suportando variações de temperatura.

Retentores

Elementos de um retentor básico

Retentores

• Tipos de perfis de retentores

Retentores

Montagem do retentor no eixo

Os cantos do eixo devem ter chanfros entre 15º e 25º para facilitar a

entrada do retentor. Não sendo possível chanfrar ou arredondar os cantos,

ou o retentor ter de passar obrigatoriamente por regiões com roscas,

ranhuras, entalhes ou outras irregularidades, recomenda-se o uso de uma

luva de proteção para o lábio. O diâmetro da luva deverá ser compatível,

de forma tal que o lábio não venha a sofrer deformações.

Gaxetas

Gaxetas são elementos mecânicos utilizados para vedar a passagemde um fluxo de fluido de um local para outro, de forma total ou parcial.Os materiais usados na fabricação de gaxetas são: algodão, juta, asbesto(amianto), náilon, teflon, borracha, alumínio, latão e cobre. A essesmateriais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone,grafite, mica etc. A função desses outros materiais que são aglutinados àsgaxetas é torná-las autolubrificadas.

Gaxetas

Em algumas situações, o fluxo de fluido não deve ser totalmente

vedado, pois é necessária uma passagem mínima de fluido com a

finalidade de auxiliar a lubrificação entre o eixo rotativo e a própria gaxeta.

A este tipo de trabalho dá-se o nome de restringimento.

O restringimento é aplicado, por exemplo, quando se trabalha

com bomba centrífuga de alta velocidade. Nesse tipo de bomba, o calor

gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo é muito elevado e, sendo

elevado, exige uma saída controlada de fluido para minimizar o provável

desgaste.

Gaxetas

A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficamalojados vários anéis de gaxeta, pressionados por uma peça chamadasobreposta. A função dessa peça é manter a gaxeta alojada entre a caixa

eo eixo, sob pressão conveniente para o trabalho.

Gaxetas

Tipos de cortes para gaxetas

Gaxetas

Gaxetas

Seleção da gaxeta

A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser feitacom base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. Noentanto, os seguintes dados deverão ser levados em consideração:• material utilizado na confecção da gaxeta;• dimensões da caixa de gaxeta;• fluido líquido ou gasoso bombeado pela máquina;• temperatura e pressão dentro da caixa de gaxeta;• tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo);• material utilizado na construção do eixo ou da haste;• ciclos de trabalho da máquina;• condições especiais da bomba: alta ou baixa temperatura;• local de trabalho (submerso ou não); meio (ácido, básico,• salino) a que se encontra exposta

Gaxetas

Substituição da gaxeta

A gaxeta deve ser removida com um par de saca-gaxeta com tamanho

adequado. O interior da caixa de gaxeta deve ser bem limpo. O grau de

limpeza poderá ser verificado com o auxílio de um espelho ou lâmpada,

caso seja necessário.

Gaxetas

Caso não exista uma gaxeta padronizada, deve-se substituí-la por umaem forma de corda, tomando cuidado em seu corte e montagem. O cortedeverá ser a 45° para que haja uma vedação. A gaxeta deverá sermontada escalonadamente para que não ocorra uma coincidência doscortes ou emendas, evitando assim possíveis vazamentos.

Selos Mecânicos

O selo mecânico é um vedador de pressão que utiliza princípios

hidráulicos para reter fluidos. A vedação exercida pelo selo mecânico se

processa em dois momentos: a vedação principal e a secundária.

Selos Mecânicos

Vedação principal

A vedação principal é feita num plano perpendicular ao eixo por meio do

contato deslizante entre as faces altamente polidas de duas peças,

geralmente chamadas de sede e anel de selagem.

A sede é estacionária e fica conectada numa parte sobreposta.

O anel de selagem é fixado ao eixo e gira com ele.

Selos Mecânicos

Para que as faces do anel de selagem e da sede permaneçam sempre

em contato e pressionadas, utilizam-se molas helicoidais conectadas ao

anel de selagem.

Selos Mecânicos

Vedação secundária

A vedação secundária, aplicada à sede e ao anel de selagem, pode ser

feita por meio de vários anéis com perfis diferentes, tais como: junta, anel

o'ring, anel "V", cunha, fole etc.

Selos Mecânicos

Uso do selo mecânico

Os selos mecânicos são utilizados com vantagens em

relação às gaxetas, pois não permitem vazamentos e podem

trabalhar sob grandes velocidades e em temperaturas e

pressões elevadas, sem apresentarem desgastes

consideráveis. Eles permitem a vedação de produtos tóxicos e

inflamáveis.

Selos Mecânicos

Selos Mecânicos

Vantagens do selo mecânico

Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de

vedação reduzindo, consequentemente, a perda de potência.

Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha. A vazão ou

fuga do produto em operação é mínima ou imperceptível.

Permite operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis com

segurança. Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexão

normais do eixo rotativo.

Elementos de Máquina

Fim!

Lembre-se, seu sucesso depende apenas de você e de seus estudos.

• Sucesso!• E bom estudo!...