Apostila elementos 2011

CSO-Ifes-55-2009

GERÊNCIA DE ENSINO COORDENADORIA DE RECURSOS DIDÁTICOS

ELEMENTOS DE

MÁQUINAS

Mecânica

CSO-Ifes-55-2009

ELEMENTOS DE

MÁQUINAS

PROF. JOÃO PAULO BARBOSA, M.SC.

São Mateus, Março de 2011.

Elementos de Máquinas – IFES – Campus São Mateus – Prof. João Paulo Barbosa, M.Sc.

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Sumário 1 Introdução de Elementos de Máquinas ....................................................... 2

2 Elementos de Fixação ................................................................................... 5

3 Rebites ............................................................................................................ 8

4 Pinos Cavilhas e Contra-pinos ................................................................... 23

5 Parafusos ..................................................................................................... 29

6 Porcas ........................................................................................................... 49

7 Arruelas ........................................................................................................ 56

8 Anéis elásticos ............................................................................................. 59

9 Chavetas ....................................................................................................... 64

10 Elementos de Apoio .................................................................................... 71

11 Guias ............................................................................................................. 72

12 Buchas e Mancais de Deslizamento........................................................... 76

13 Rolamentos e Mancais de Rolamento........................................................ 80

14 Elementos de Trabsmissão ...................................................................... 103 15 Eixos e Árvores .......................................................................................... 106

16 Engrenagens .............................................................................................. 110

17 Transmissão por polias e correias ........................................................... 128

18 Correntes .................................................................................................... 142

19 Acoplamentos ............................................................................................ 146

20 Cabos de Aço ............................................................................................. 160

21 Elementos Elásticos .................................................................................. 168

22 Elementos de Vedação .............................................................................. 177

23 Freios .......................................................................................................... 189

24 Amortecedores .......................................................................................... 193

25 Embreagens ............................................................................................... 199


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CAPÍTULO 1

1 Introdução de Elementos de Máquinas 1.1 Tipos de Elementos de Máquinas Elementos de fixação; Elementos de Apoio; Elementos elásticos; Elementos de Transmissão; Elementos de vedação. 1.1.1 Elementos de fixação Rebites, Parafusos, Porcas, Arruelas, Anéis elásticos, etc...

Rebite Parafuso Porca

Anel Elástico Arruela

1.1.2 Elementos de Apoio Buchas, mancais, rolamentos, guias, etc...

Mancal Rolamento Bucha

Guia


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1.1.3 Elementos elásticos Molas, anéis elásticos, etc...

Mola de Compressão Mola de Torção

Aplicações Diversas

1.1.4 Elementos de Transmissão Engrenagens, polias e correias, acoplamentos, etc...

Caixa de Marcha de um carro Transmissão por Correias

Transmissão por Engrenagens Engrenagens


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1.1.5 Elementos de vedação Anéis de borracha, retentores, juntas, etc...

Retentor Anéis de Borracha

Motor Trifásico: Exemplo de um motor elétrico, representado em uma vista explodida:


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CAPÍTULO 2

2 Elementos de Fixação 2.1 Introdução dos Elementos de Fixação Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras. Qualquer construção, por mais simples que seja, exige união de peças entre si. Entretanto, em mecânica as peças a serem unidas, exigem elementos próprios de união que são denominados elementos de fixação. Numa classificação geral, os elementos de fixação mais usados em mecânica são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, chavetas etc. A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser de dois tipos: móvel ou permanente. No tipo de união móvel, os elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com parafusos, porcas, chavetas e arruelas.

No tipo de união permanente, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites e soldas.

Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente devem ser usados com muita habilidade e cuidado porque são, geralmente, os componentes mais frágeis da máquina. Assim, para projetar um conjunto mecânico é preciso escolher o elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou fixadas. Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal planejados, o conjunto apresentar· falhas e poder· ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto, desperdício de tempo, de materiais e de recursos financeiros. Ainda é importante planejar e escolher corretamente os elementos de fixação a serem usados para evitar concentração de tensão nas peças fixadas. Essas tensões causam rupturas nas peças por fadiga do material. Fadiga de material significa queda de resistência ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços.


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2.2 Tipos de elementos de fixação Para você conhecer melhor alguns elementos de fixação, apresentamos a seguir uma descrição simples de cada um deles.

Rebite O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça. É fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão É usado para fixação permanente de duas ou mais peças.

Pino O pino une peças articuladas. Nesse tipo de união, uma das peças pode se movimentar por rotação.

Cavilha A cavilha une peças que não são articuladas entre si.

Contra-pino ou cupilha O contrapino ou cupilha é uma haste ou arame com forma semelhante à de um meio-cilindro, dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem duas pernas desiguais.

Introduz-se o contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo. As pernas do contrapino são viradas para trás e, assim, impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas.


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Parafuso O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça, que pode ter várias formas.

Porca A porca tem forma de prisma, de cilindro etc. Apresenta um furo roscado. Através desse furo, a porca é atarraxada ao parafuso.

porca sextavada

Arruela A arruela é um disco metálico com um furo no centro. O corpo do parafuso passa por esse furo.

Anel elástico O anel elástico é usado para impedir deslocamento de eixos. Serve, também, para posicionar ou limitar o movimento de uma peça que desliza sobre um eixo.

Chaveta A chaveta tem corpo em forma prismática ou cilíndrica que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir. Alguns autores classificam a chaveta como elementos de fixação e outros autores, como elementos de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções.

Chaveta


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CAPÍTULO 3

3 Rebites

O primeiro par de lentes com graus unido por aros de ferro e rebites surge na Alemanha em 1270. Esses óculos primitivos não têm hastes e são ajustados apenas sobre o nariz. Pouco depois, modelos semelhantes ao alemão aparecem em várias cidades italianas. Levi, que depois de escutar reclamações sobre a cor de suas calças as pintou de índigo, deu origem ao termo “blue jeans”. O dia 20 de maio de 1873, considerado oficialmente o “aniversário” da peça, guarda uma história preciosa: Jacob Davis, um judeu originário da Lituânia e alfaiate na cidade de Reno (Nevada), disse a Levi que havia descoberto nos rebites de metal uma forma de evitar rasgos nas calças. A solda é um bom meio de fixação mas, por causa do calor, ela causa alterações na superfície das peças e das barras devido suas espessuras. O elemento mais indicado, portanto, é o rebite. A fixação por rebites é um meio de união permanente. A figura abaixo mostra a rebitagem para unir duas peças.


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Devido a importância dos rebites como elementos de fixação permanente. Um rebite compõe-se de um corpo em forma de eixo cilíndrico e de uma cabeça. A cabeça pode ter vários formatos. Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças.

Rebites (trabalham ao corte). Não necessita de ajustamento perfeito, pois preenchem os furos por deformação do rebite

Vantagens das ligações Rebitadas: • Barata e simples; • Maior facilidade de reparação; • Aplicação a materiais de má soldabilidade; • Execução simples; • Não exige operário qualificado; • Controle de qualidade simples.

Desvantagens das ligações Rebitadas:

• Não desmontável; • Maior peso da união; • Campo de aplicação reduzido (chapas); • Não recomendável a carregamentos dinâmicos; • Redução de resistência do material rebitado furação.

3.1 Tipos de rebite e suas proporções O quadro a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da cabeça e de seu emprego em geral.


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A fabricação de rebites é padronizada, ou seja, segue normas técnicas que indicam medidas da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites. No quadro a seguir apresentamos as proporções padronizadas para os rebites. Os valores que aparecem nas ilustrações são constantes, ou seja, nunca mudam. O quadro apresenta alguns tipos de rebite, segundo a forma de suas cabeças. Mas é grande a variedade dos tipos de rebite. Um mecânico precisa conhecer o maior número possível para saber escolher o mais adequado a cada trabalho a ser feito. Vamos ver outros exemplos.

Em estruturas metálicas, você vai usar rebites de aço de cabeça redonda:


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Diâmetros padronizados: de 10 até 36 mm (d). Comprimentos úteis padronizados: de 10 até 150 mm (L). Em serviços de funilaria você vai empregar, principalmente, rebites com cabeça redonda ou com cabeça escareada. Veja as figuras que representam esses dois tipos de rebites e suas dimensões:

Existem também rebites com nomes especiais: de tubo, de alojamento explosivo etc. O rebite explosivo contém uma pequena cavidade cheia de carga explosiva. Ao se aplicar um dispositivo elétrico na cavidade, ocorre a explosão. Para que você conheça um pouco esses rebites com denominações especiais, apresentamos ilustrações de alguns deles.


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Além desses rebites, destaca-se, pela sua importância, o rebite de repuxo, conhecido por rebite ”pop”. É um elemento especial de união, empregado para fixar peças com rapidez, economia e simplicidade. Abaixo mostramos a nomenclatura de um rebite de repuxo.

Os rebites de repuxo podem ser fabricados com os seguintes materiais metálicos: aço-carbono; aço inoxidável; alumínio; cobre; monel (liga de níquel e cobre).

3.2 Especificação de rebites Para adquirir os rebites adequados ao seu trabalho, é necessário que você conheça suas especificações, ou seja:

• De que material é feito • O tipo de sua cabeça • O diâmetro do seu corpo • O seu comprimento útil

O comprimento útil do rebite corresponde à parte do corpo que vai formar a união. A parte que vai ficar fora da união é chamada sobra necessária e vai ser usada para formar a outra cabeça do rebite. No caso de rebite com cabeça escareada, a altura da cabeça do rebite também faz parte do seu comprimento útil. O símbolo usado para indicar comprimento útil é L e o símbolo para indicar a sobra necessária é z. Na especificação do rebite é importante você saber qual será o seu comprimento útil (L) e a sobra necessária (z). Nesse caso, é preciso levar em conta:

• O diâmetro do rebite • O tipo de cabeça a ser formado • O modo como vai ser fixado o rebite: a frio ou a quente

As figuras mostram o excesso de material (z) necessário para se formar a segunda cabeça do rebite em função dos formatos da cabeça, do comprimento útil (L) e do diâmetro do rebite (d).


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3.3 Processos de rebitagem A segunda cabeça do rebite pode ser feita por meio de dois processos: manual e mecânico. 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, com o auxilio de duas ferramentas: o contra-estampo, que fica sob as chapas, e o repuxador, que é uma peça de aço com furo interno, no qual é introduzida a ponta saliente do rebite.

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. A ilustração mostra o “baoleamento”.

Em seguida, o formato da segunda cabeça é feito por meio de outra ferramenta chamada estampo, em cuja ponta existe uma cavidade que ser· usada como matriz para a cabeça redonda.

Processo 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. O martelo funciona por meio de um pistão ou êmbolo que impulsiona a ferramenta existente na sua extremidade. Essa ferramenta é o estampo, que dá a forma à cabeça do rebite e pode ser trocado, dependendo da necessidade.


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Abaixo ilustramos, em corte, um tipo de martelo pneumático para rebitagem.

A rebitadeira pneumática ou hidráulica funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem a forma de um C e é constituída de duas garras, uma fixa e outra móvel com estampos nas extremidades.

Se compararmos o sistema manual com o mecânico, veremos que o sistema manual é utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou peças pequenas. A rebitagem por processo mecânico apresenta vantagens, principalmente quando é usada a rebitadeira pneumática ou hidráulica. Essa máquina é silenciosa, trabalha com rapidez e permite rebitamento mais resistente, pois o rebite preenche totalmente o furo, sem deixar espaço. Entretanto, as rebitadeiras são máquinas grandes e fixas e não trabalham em qualquer posição. Nos casos em que é necessário o deslocamento da pessoa e da máquina, é preferível o uso do martelo pneumático. A estrutura em "C", construída em aço de liga forjado, passa por um rigoroso processo de fabricação em máquinas CNC, tratado térmicamente em diversas fases do processo. Obtendo-se uma estrutura de alta resistência totalmente livre de tensões internas.

Dados de Aplicação A forma correta da cabeça do rebite se produz utilizando uma força adequada. A força requerida depende do tamanho do rebite, material, grau de dureza. Na rebitagem a frio, o corpo do rebite é esmagado preenchendo completamente os furos antes da cabeça estar formada, resultando numa rebitagem extremamamente forte. No processo de rebitagem a frio, o material sofre o encruamento, resultando num acréscimo das propriedades mecânicas do rebite.


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Passos na formação de rebites O Rebite é encaixado nas peças a unir conforme ilustrado abaixo, em seguida o rebite é parcialmente formado e no passo seguinte, o rebite é totalmente formado. Verifica-se que antes da cabeça estar formada o rebite preencheu completamente o furo. A cabeça abaulada pré-formada também é conformada em cabeça cônica Rebite de repuxo ou pop Adequado para fixação de chapas de alumínio, calhas, dobradiças e fechadura em portas de aço e uso diversos.

D1 = Ø do Corpo do Rebite

D2 = Ø da Cabeça do Rebite

k = Altura da Cabeça

d = Ø do Prego

L = Comprimento do Rebite

dimensões em milímetros

Equipamentos para rebitagem de repuxo

Rebitagem a quente e a frio Tanto a rebitagem manual como a mecânica podem ser feitas a quente ou a frio

A rebitagem a quente é indicada para rebites com diâmetro superior a 6,35 mm, sendo aplicada, especialmente, em rebites de aço. A rebitagem a frio é feita por martelamento simples, sem utilizar qualquer fonte de calor. É indicada para rebites com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for mão, e de 10 mm, se for à máquina.


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3.4 Ferramentas para rebitagem Você vai ver um exemplo de como se faz rebitagem, usando rebite de cabeça escareada chata. Assim, você tem uma noção do processo de rebitagem. Antes, porém, é preciso que você conheça as principais ferramentas usadas na rebitagem: estampo, contra-estampo e repuxador.

Estampo É uma ferramenta usada para dar forma a uma peça.

Contra-estampo O contra-estampo é na verdade um estampo colocado em posição oposta à do estampo. Também é de aço temperado e apresenta um rebaixo semi-esférico no qual é introduzida a cabeça do rebite. O rebaixo semi-esférico pode apresentar vários diâmetros a fim de alojar cabeças de rebites de diversas dimensões. Abaixo mostramos um modelo de contra-estampo.

No caso de peças pequenas, pode-se utilizar o contra-estampo fixo a uma morsa; no caso de peças grandes, o contra-estampo pode ser apoiado no piso, sobre uma chapa de proteção.

Repuxador O repuxador comprime as chapas a serem rebitadas. É feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e face. Na face existe um furo que aloja a extremidade livre do rebite.


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3.5 Defeitos de rebitagem Os principais defeitos na rebitagem são devidos, geralmente, ao mau preparo das chapas a serem unidas em má execução das operações nas fases de rebitagem. Os defeitos causados pelo mau preparo das chapas são:

Furos fora do eixo, formando degraus - Nesse caso, o corpo rebitado preenche o vão e assume uma forma de rebaixo, formando uma incisão ou corte, o que diminui a resistência do corpo.

Chapas mal encostadas - Nesse caso, o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas, encunhando-se entre elas. Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite, reduzindo sua resistência.

Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite – O rebatimento não é suficiente para preencher a folga do furo. Isso faz o rebite assumir um eixo inclinado, que reduz muito a pressão do aperto.

Os defeitos causados pela má execução das diversas operações e fases de rebitagem são: Aquecimento excessivo do rebite - Quando isso ocorre, o material do rebite terá suas características físicas alteradas, pois após esfriar, o rebite contrai-se e então a folga aumenta. Se a folga aumentar, ocorrerá o deslizamento das chapas.

Rebitagem descentralizada - Nesse caso, a segunda cabeça fica fora do eixo em relação ao corpo e a primeira cabeça do rebite e, com isso, perde sua capacidade de apertar as chapas.

Mal uso das ferramentas para fazer a cabeça - A cabeça do rebite é rebatida erradamente e apresenta irregularidades como rebarbas ou rachaduras.


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O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação espessura da chapa - Nessa situação, o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta, com uma superfície plana.

3.6 Eliminação dos defeitos Para eliminar os defeitos é preciso remover a cabeça do rebite. Isso pode ser feito por três processos: com talhadeira, com lima e com esmerilhadeira.

Eliminação com talhadeira A cabeça do rebite é aberta em duas partes e depois extraída.

A cabeça do rebite pode ser extraída inteira, com uma talhadeira trabalhando de lado.

Depois de eliminada uma das cabeças, o restante do rebite é extraído com um saca-pinos sobre o qual se aplicam alguns golpes com o martelo.

Eliminação com esmerilhadeira A esmerilhadeira é uma máquina-ferramenta que desgasta o material por meio da ação abrasiva exercida pelo rebolo. A cabeça do rebite pode ser esmerilhada e o corpo retirado com saca-pinos ou por meio de furação. Abaixo, é ilustrado um rebolo esmerilhando a cabeça de um rebite e uma broca removendo-o em seguida.


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Eliminação com lima A lima é usada quando se trata de chapas finas que não podem sofrer deformações. O corpo do rebite pode ser retirado por meio de furação, com broca de diâmetro pouco menor que o diâmetro do rebite. Para finalizar, algumas recomendações sobre procedimentos de segurança durante as operações de rebitagem:

• Use óculos de segurança • Use protetor auricular durante todo o trabalho. • Escreva com giz a palavra “quente” na peça onde houver rebites aquecidos. • Verifique se todas as ferramentas estão em ordem antes de iniciar o trabalho. • Tome cuidado quando executar rebitagem à máquina; é preciso saber operá-

la corretamente.

3.7 Dimensionamento dos rebites Cisalhamento Um corpo é submetido ao esforço de cisalhamento quando sofre a ação de um carregamento (força cortante) que atua na direção transversal ao seu eixo.

A tensão de cisalhamento (τ) é obtida pela razão entre força cortante e área de corte (seção transversal).

A

Fτ

cortante=

As tabelas de propriedades dos materiais geralmente não fornecem os valores das tensões (ruptura ou escoamento) de cisalhamento. Adota-se portanto critérios práticos a partir dos dados fornecidos para tração. A tensão de cisalhamento ocorre comumente em parafusos, rebites e pinos que ligam diversas partes de máquinas e estruturas. Haverá casos em que o esforço cortante será simples (uma seção apenas) ou duplo (duas seções), como é o caso de um rebite que conecta três chapas.


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Tensão de esmagamento A condição ideal de cisalhamento ocorre quando as forças cortantes atuam exatamente no mesmo plano. Mas na prática não é isso que ocorre: não atuando no mesmo plano, as forças produzem além do esforço de corte, esforços de esmagamento e flexão. O momento fletor possui baixa intensidade, e por isso, pode ser desprezado. Mas no caso do dimensionamento de juntas rebitadas, parafusadas, pinos, chavetas, etc, devemos verificar se a pressão de contato (tensão de esmagamento) está abaixo do limite admissível (tensão de escoamento dividido pelo coeficiente de segurança).

φe.

Fσesm =

Onde,

τesm = tensão de esmagamento [MPa]; F = força de esmagamento (mesma de cisalhamento) [N]; e = espessura da chapa [mm]; Ø = diâmetro do parafuso [mm]. Nas juntas rebitadas, além do diâmetro do rebite, temos que determinar uma distância mínima entre os centros dos rebites e a extremidade da chapa, para que os esforços cisalhantes sejam suportados. Desta forma deve ser satisfeita a condição de que a resistência oferecida pelas duas áreas cisalhadas deve ser no mínimo igual a área de seção transversal do rebite. Como o esforço cortante sobre a chapa é o mesmo sobre o rebite, temos:

FRebite=Fchapa

τRebite . ARebite = τchapa . Achapa

ebChapabite ..2.)4/..(

2

Re τφπτ =

eb

Chapa

bite

8

.2

Re φπ

τ

τ×=

Onde,


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b = distância do centro do rebite à extremidade da chapa [mm]; Ø = diâmetro do rebite [mm]; e = espessura da chapa [mm];

τRebite = tensão no rebite (admissível) [MPa];

τChapa = tensão na chapa (admissível) [MPa]. EXEMPLO: Calcular o diâmetro do rebite para o caso de cisalhamento simples com uma carga F = 2 kN. O material do rebite e da chapa é aço ABNT 1020 LQ. Considere Sg = 4. A seguir, calcule a tensão de esmagamento e a distância 50 mínima do centro do rebite até a extremidade da chapa para ambos os casos. Espessura da chapa = 7 mm.

a) Tensão de escoamento por cisalhamento;

τe = 0,6 σe

τe = 0,6 . 210 = 126 MPa b) Tensão admissível; τadm = τe / 4 = 31,5 MPa c) Área da seção do rebite; 4A = 2000 / 31,5 A = 15,9 mm² d) Diâmetro do rebite; 15,9 = . Ø² / 4 Ø = 4,5 mm e) Tensão de esmagamento;

σesm = 2000 / 7 . 4,5

σesm = 63,5 MPa σesm > σadm

Como σesm deu maior que a σadm (210 / 4 = 52,5 MPa), deve-se redimensionar o diâmetro do rebite. 52,5 = 2000 / 7 . Ø Ø = 5,4 mm f) Distância mínima centro do rebite até extremidade da chapa. b = 1 . ( .Ø² / 8 .e) b = 1,6 mm


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EXERCÍCIOS 1 - Determinar o diâmetro do pino submetido a força cortante de 1,2 kN, sendo Aço ABNT 1010 LQ e Sg = 2.

2 - Calcular o diâmetro do pino submetido a corte duplo, por uma carga de 1,2 kN, sendo Aço ABNT 1010 LQ e Sg = 2.


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CAPÍTULO 4

4 Pinos Cavilhas e Contra-pinos

O que são pinos, cavilhas e cupilhas? Como e quando são usados? Para que servem? Os pinos e cavilhas tem a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo, assim, conexão entre elas.

As cavilhas, também, são chamadas pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações.

Pinos e cavilhas se diferenciam pelos seguintes fatores: • Utilização • Forma • Tolerância de medidas • Acabamento superficial • Material Tratamento térmico

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

TIPO FUNÇÃO 1. Pino Cônico Ação de Centragem. 2. Pino Cônico com Haste Roscada

A ação de retirada do pino de furos cegos é facilitado por um simples aperto da porca

3. Pino Cilíndrico Requer um furo de tolerância rigorosas e é utilizados quando são aplicadas as forças cortantes.

4. Pino Elástico ou pino tubular partido.

Apresenta elevada resistência ao corte por ser assentado Em furos com variação de diâmetros consideráveis

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


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Para especificar pinos e cavilhas deve-se levar em conta seu diâmetro nominal, seu comprimento e função do pino, indicada pela respectiva norma. 4.2 Cavilha

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.

Classificação de cavilhas


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Segue uma tabela de classificação de cavilhas segundo tipos, normas e utilização.

4.3 Cupilha ou Contra-pino Cupilha é um arame de secção semi-circular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça.

Contra-pinos Especiais Para eletrificação, isoladores e ferragens. Fabricados em aço (ferro), cobre, latão, alumínio e aço inox. São confeccionados conforme desenho ou amostra.

Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas.


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CAPÍTULO 5

5 Parafusos O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça, que pode ter várias formas.

Historia do parafuso Na antiguidade, o matemático grego Archytas of Tarentum (428 - 350 aC.) foi responsável pela invenção do parafuso. No 1o século aC., os parafusos de madeira foram usados em todo o mundo Mediterrâneo em dispositivos como prensas de óleo e de vinho. Arquimedes ( 287 AC – 212 AC) desenvolveu o princípio da rosca e utilizou-o para a construção de dispositivos para a elevação de água na irrigação. Os romanos aplicaram o princípio de Arquimedes para conduzir material em minas. Também existem evidências de que componentes parafusados foram aplicados em instrumentos cirúrgicos em 79 AC. Os parafusos de metal só apareceram na Europa a partir do ano de 1400. O primeiro documento impresso sobre parafusos consta num livro do começo do século XV. Mais tarde, no mesmo século, Johann Gutenberg incluiu parafusos entre os fixadores na sua impressora. Os cadernos de Leonardo Da Vinci, do fim do século XV e começo do século XVI, incluem vários desenhos de máquinas para fabricar parafusos, mas a primeira máquina concreta para este propósito foi inventada em 1568 por Jacques Besson, um matemático francês. Pelos fins do século XVII, os parafusos já eram componentes comuns nas armas de fogo. O britânico Henry Maudslay patenteou o parafuso de fenda em 1797; um dispositivo similar foi patenteado por David Wilkinson nos Estados Unidos no ano seguinte. Na atualidade o parafuso esta presente em praticamente todos os aparelhos e estruturas construídos pelo homem. A padronização A capacidade de fazer roscas uniformes não foi suficiente para garantir a uniformidade, visto que cada fabricante preferia ter seu próprio padrão. Era necessário definir padrões nacionais e internacionais. Na Inglaterra o próprio passo significativo neste sentido ocorreu em 1841, quando Joseph Whitworth apresentou ao Instituto dos engenheiros civis seu trabalho "Um sistema uniforme de roscas de parafusos". Whitworth propôs que para parafusos de certas dimensões as roscas deveriam ser iguais em passo, profundidade e forma. Ele recomendou um ângulo de 55 graus entre um lado do fio de rosca e outro. O número de fios por polegada deveria ser especificado para cada diâmetro de parafuso. A rosca devia ser arredondada na


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crista e no vale em 1/6 de profundidade. Em 1881 o sistema de Whitworth já tinha sido adotado como padrão britânico. Nos EUA o movimento para padronização começou em 1864. William Sellers, um montador de ferramentas de máquinas na Filadélfia, persuadiu o Instituto Franklin daquela cidade a reunir um comitê que procuraria estabelecer padrões nacionais. Sellers tinha várias objeções ao sistema de Whitworth. Dizendo que o ângulo de corte de 55 graus era difícil de aferir, argumentava que 60 graus era o ideal e que resultaria em roscas mais resistentes. Ele também achava que o padrão de arredondamento da rosca de Whitworth resultava num encaixe incerto entre parafuso e porca resultando roscas mais frágeis, ele propôs roscas com cristas e vales planos. O Instituto Franklin acabou por adotar o sistema Sellers recomendando-o como padrão nacional onde roscas de parafusos devem ser feitos de lados planos com ângulo entre eles de 60 graus, tendo uma superfície plana no topo e no fundo igual a 1/8 do passo. Pelo fim do século o sistema de Sellers já era padrão para os EUA e boa parte da Europa. A incompatibilidade dos sistemas Whitworth e Sellres trouxe dificuldades nas 1ª e 2ª Guerras mundiais, quando as forças armadas americanas e britânicas precisavam de peças intercambiáveis. Desde 1918 e continuando até 1948, os dois países os dois países estudaram as formas para reconciliar os sistemas. Numa conferencia em Washington em 1948, os EUA, Canadá e Grã-Bretanha adotaram o sistema unificado que incorpora aspectos do sistema Whitworth e Sellers. O papel principal na padronização das roscas de parafusos em polegada foi do Instituto Industrial de Fixadores, constituído pelos maiores produtores de fixadores da América do Norte. No mesmo ano a Organização Internacional para a Padronização (ISO) iniciou um trabalho para estabelecer um sistema padrão de rosca de parafuso que pudesse ser aplicado mundialmente. Quando o trabalho terminou em 1964 e foi adotado numa conferência internacional em Nova Deli, consistia em dois sistemas: O sistema ISO polegada (ISO Inch Screw Thread System) o mesmo que sistema unificado e o sistema ISO métrico (ISO Metric Screw Thread System), que era uma nova fórmula para substituir os diversos sistemas métricos nacionais. Com base no argumento de que os fixadores feitos de acordo com o sistema métrico eram inferiores aos feitos de acordo com a norma ISO polegada, o Instituto de Fixadores Industriais recomendou em 1970 que um sistema métrico mais aperfeiçoado fosse desenvolvido. Em 1971 o grupo propôs o Sistema Métrico Ótimo (Optimum Metric Fastener System). Entre outras coisas, o plano previa um perfil baseado no formato que tornou-se padrão para fixadores aeroespaciais e fixadores com melhor resistência à fadiga. A proposta levou a um sistema similar que agora é o padrão métrico internacional:o sistema ANSI/ISO (ANSI: American National Standards Institute). Várias outras organizações se preocupam com padrões de fixadores, freqüentemente especificando quais são os fixadores padronizados mais apropriados para uma determinada indústria. Nos EUA essas organizações incluem a American Society for Testing and Materials (ASTM), a American National Standards Institute (ANSI), a Society of Automotive Engeneers (SAE) e outros. Tomados em conjunto, suas atividades incluem por volta de 8000 padrões para fixadores, que cobrem assuntos como: material, configuração, dimensões, tolerâncias e características mecânicas. Se forem incluídos os fixadores especiais, os diversos acabamentos e revestimentos superficiais junto de todas as combinações de diâmetros e comprimentos, o total de itens na área de fixadores supera os dois milhões.


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Todo parafuso tem rosca de diversos tipos. Para você compreender melhor a noção de parafuso e as suas funções, vamos, antes, conhecer roscas. 5.1 Roscas

Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica.

As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas. As roscas externas se localizam no corpo dos parafusos.

As roscas permitem a união e desmontagem de peças.

Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação. 5.2 Perfil da rosca (secção do filete) Triangular É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos.

Trapezoidal Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos).


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Redondo Emprego em parafusos de grandes diâmetros e que devem suportar grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. É empregado também em lâmpadas e fusíveis pela facilidade na estampagem.

Dente de serra Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras).

Quadrado Quase em desuso, mas ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços (morsas).

Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direita e esquerda. Portanto, as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda.

Na rosca direita, o filete sobe da direita para a esquerda, conforme a figura.

Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme a figura.


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5.3 Nomenclatura da rosca

Independentemente da sua aplicação, as roscas tém os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões.

P = passo (em mm) i = ângulo da hélice d = diâmetro externo c = crista d1 = diâmetro interno D = diâmetro do fundo da porca d2 = diâmetro do flanco D1 = diâmetro do furo da porca a = ângulo do filete h1 = altura do filete da porca f = fundo do filete h = altura do filete do parafuso

Roscas triangulares

As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos: • Rosca métrica • Rosca whitworth • Rosca americana

Para nosso estudo, vamos detalhar apenas dois tipos: a métrica e a whitworth. Rosca métrica ISO normal e rosca métrica ISO fina NBR 9527. ângulo do perfil da rosca:

a = 60º. Diâmetro menor do parafuso


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(Ø do núcleo): d1 = d - 1,2268P. Diâmetro efetivo do parafuso (Ø médio): d2 = D2 = d - 0,6495P. Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso: f = 0,045P. Diâmetro maior da porca: D = d + 2f: Diâmetro menor da porca (Ø furo): D1 = d - 1,0825P; Diâmetro efetivo da porca (Ø médio): D2 = d2. Altura do filete do parafuso: he = 0,61343P. Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso: rre = 0,14434P. Raio de arredondamento da raiz do filete da porca: rri = 0,063P.

A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. Exemplo: em veículos.

Rosca Whitworth normal - BSW e rosca Whitworth fina - BSF

Fórmulas: a = 55º P = 1” / no de fios hi = he = 0,6403P rri = rre = 0,1373P d = D d1 = d - 2he D2= d2 = d - he A fórmula para confecção das roscas Whitworth normal e fina é a mesma. Apenas variam os números de filetes por polegada.


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5.4 Introdução de Parafusos Parafusos são elementos de fixação, empregados na união não permanente de peças, isto é, as peças podem ser montadas e desmontadas facilmente, bastando apertar e desapertar os parafusos que as mantém unidas. As cabeças dos parafusos, por sua vez, podem ser:

� sextavadas - predominantes em construção de máquinas; � de Fenda (cabeça escariada); � de sextavado interno (Allen).

As principais vantagens dos parafusos São: - Baixo custo; - Facilidades de montagem e desmontagem; 5.5 Fabricação Parafusos podem ser fabricados:

• por conformação plástica: prensagem ou rolagem, • por usinagem: torneamento ou fresamento.

Numa montagem por parafuso, podemos ter como elementos:

• O próprio parafuso; • A porca; • Hastes dotadas de roscas - fusos; • Arruelas, • Dispositivos de segurança.

As cabeças dos parafusos, por sua vez, podem ser

• Sextavadas - predominantes em construção de máquinas; • Fenda (cabeça escariada), • Sextavado interno (Allen).

As principais vantagens dos parafusos São:

• Baixo custo; • Facilidades de montagem e desmontagem;

As principais aplicações dos parafusos são:

• Parafusos de fixação em uniões desmontáveis; • Parafusos obturadores para tapar orifícios; • Parafusos de transmissão de forças; • Parafusos de movimento para transformar movimentos retilíneo em rotativos e

vice-versa.


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As principais desvantagens nos parafusos de fixação são: • Possibilidade de ocorrer desaperto durante o funcionamento do equipamento. • Baixo rendimento de transmissão e o elevado desgaste dos flancos das

roscas. 5.6 Perigos nas uniões parafusadas Alguns perigos característicos das uniões parafusadas devem ser conhecidos e trabalhados quando se utiliza este tipo de união. São eles:

• incerteza sobre grandeza das forças externas - aumentar o coeficiente de segurança;

• aperto inconveniente do parafuso - excessivo ou insuficiente; • não uniformidade de aperto para uniões com vários parafusos - controle do

torque através de torquímetro ou controle da tensão através de micrômetro; • apoio unilateral do parafuso, gerando tensões de flexão; • perda de protensão, por dilatação térmica ou deformação plástica; • solicitações adicionais devido a choques; • auto-afrouxamento devido a trepidações; • corrosão química e eletrolítica; • desgaste da rosca de movimento, • fratura por fadiga (geralmente na seção transversal do primeiro filete

carregado). Que fatores influenciam a escolha de parafusos?

• Função; • Propriedades; • Método de montagem; • Qualidade; • Garantia; • Custo de aplicação.

Como é que eu devo especificar um parafuso? A especificação exata de um parafuso consiste em:

• São usadas as dimensões genérica standard, DIN para métrico; BS916 para polegadas;

• Cabeça e tipo de fenda quando exista; • Tipo de rosca; • Diâmetro do parafuso ou peça; • Comprimento do parafuso. (geralmente deste a cabeça à ponta); • Qualidade de aço e resistência; • Acabamento - tratamento galvânico.

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

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


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O corpo do parafuso pode ser cilíndrico ou cônico, totalmente roscado ou parcialmente roscado. A cabeça pode apresentar vários formatos; porém, há parafusos sem cabeça.

Há uma enorme variedade de parafusos que podem ser diferenciados pelo formato da cabeça, do corpo e da ponta. Essas diferenças, determinadas pela função dos parafusos, permite classificá -los em quatro grandes grupos: parafusos passantes, parafusos não-passantes, parafusos de pressão, parafusos prisioneiros. 5.7 Parafusos passantes Esses parafusos atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Dependendo do serviço, esses parafusos, além das porcas, utilizam arruelas e contra porcas como acessórios. Os parafusos passantes apresentam-se com cabeça ou sem cabeça.


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5.8 Parafusos não -passantes São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa das peças a ser unida.

5.9 Parafusos de pressão Esses parafusos são fixados por meio de pressão. A pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada. Os parafusos de pressão podem apresentar cabeça ou não.

5.10 Parafusos prisioneiros São parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens frequentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos. As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, um horário e o outro anti-horário.


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Vimos uma classificação de parafusos quanto à função que eles exercem. Veremos, a seguir, alguns tipos de parafusos.


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Segue um quadro síntese com características da cabeça, do corpo, das pontas e com indicação dos dispositivos de atarraxamento.


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Ao unir peças com parafusos, o profissional precisa levar em consideração quatro fatores de extrema importância:

• Profundidade do furo broqueado; • Profundidade do furo roscado; • Comprimento útil de penetração do parafuso • Diâmetro do furo passante.

Esses quatro fatores se relacionam conforme mostram as figuras e a tabela a seguir.

Ø - diâmetro do furo broqueado d - diâmetro da rosca A - profundidade do furo broqueado B - profundidade da parte roscada C - comprimento de penetração do parafuso d1 - diâmetro do furo passante

A classificação geral dos parafusos é quanto à função que eles exercem e alguns fatores a serem considerados na união de peças. Alguns tipos de parafusos bastante usados em mecânica. Parafuso de cabeça sextavada As medidas das partes dos parafusos são proporcionais ao diâmetro do seu corpo. Em desenho técnico, esse parafuso é representado da seguinte forma:


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d = diâmetro do parafuso; k = altura da cabeça (0,7 d); s = medida entre as faces paralelas do sextavado (1,7 d); e = distância entre os vértices do sextavado (2 d); L = comprimento útil (medidas padronizadas); b = comprimento da rosca (medidas padronizadas); R= raio de arredondamento da extremidade do corpo do parafuso. Aplicação Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estria. Esse parafuso pode ser usado com ou sem rosca. Quando usado sem rosca, o rosqueamento é feito na peça.

Parafusos com sextavado interno / Parafuso Allen

O parafuso Allen é fabricado com aço de alta resistência à tração e submetido a um tratamento térmico após a conformação. Possui um furo hexagonal de aperto na cabeça, que é geralmente cilíndrica e recartilhada. Para o aperto, utilizase uma chave especial: a chave Allen. Os parafusos Allen são utilizados sem porcas e suas cabeças são encaixadas num rebaixo na peça fixada.

De cabeça cilíndrica com sextavado interno (Allen). Em desenho técnico, este tipo de parafuso é representado na seguinte forma:

onde: A = d = altura da cabeça do parafuso; e = 1,5 d = diâmetro da cabeça; t = 0,6 d = profundidade do encaixe da chave; s = 0,8 d = medida do sextavado interno; d = diâmetro do parafuso.


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Aplicação Em geral, esse tipo de parafuso é utilizado para travar elementos de máquinas. Por ser um elemento utilizado para travar elementos de máquinas, esses parafusos são fabricados com diversos tipos de pontas, de acordo com sua utilização. Veja a seguir:

As medidas dos parafusos com sextavado interno com e sem cabeça e o alojamento da cabeça, são especificadas na tabela, a seguir. Essa medidas variam de acordo com o diâmetro (d).


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Parafusos de cabeça com fenda De cabeça escareada chata com fenda. Em desenho técnico, a representação é a seguinte:

onde: · diâmetro da cabeça do parafuso = 2 d; · largura da fenda = 0,18 d; · profundidade da fenda = 0,29 d; · medida do ângulo do escareado = 90º Aplicação São fabricados em aço, aço inoxidável, inox, cobre, latão, etc. Esse tipo de parafuso é muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços e onde a cabeça do parafuso não pode exceder a superfície da peça. De cabeça redonda com fenda Em desenhos técnico, a representação È feita como mostra a figura.

onde: diâmetro da cabeça do parafuso = 1,9 d; raio da circunferência da cabeça = d; largura da fenda = 0,18 d; profundidade da fenda = 0,36 d. Aplicação Esse tipo de parafuso é também muito empregado em montagens que não sofrem grandes esforços. Possibilita melhor acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas, como latão. De cabeça cilíndrica boleada com fenda Em desenho técnico, a representação é feita como mostra a figura.


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onde: diâmetro da cabeça do parafuso = 1,7 d; raio da cabeça = 1,4 d; comprimento da parte cilíndrica da cabeça = 0,66 d; largura da fenda = 0,18 d; profundidade da fenda = 0,44 d. Aplicação São utilizados na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso, e a necessidade de um bom acabamento na superfície dos componentes. Trata-se de um parafuso cuja cabeça é mais resistente do que as outras de sua classe. São fabricados em aço, cobre e ligas, como latão. De cabeça escareada boleada com fenda

onde: diâmetro da cabeça do parafuso = 2 d; raio da cabeça do parafuso = 2 d; largura da fenda = 0,18 d; profundidade da fenda = 0,5 d. Aplicação São geralmente utilizados na união de elementos cujas espessuras sejam finas e quando é necessário que a cabeça do parafuso fique embutida no elemento. Permitem um bom acabamento na superfície. São fabricados em aço, cobre e ligas como latão. Parafuso auto-atarraxante O parafuso auto-atarraxante tem rosca de passo largo em um corpo cônico e é fabricado em aço temperado. Pode ter ponta ou não e, às vezes, possui entalhes longitudinais com a função de cortar a rosca à maneira de uma tarraxa. As cabeças têm formato redondo, em latão ou chanfradas e apresentam fendas simples ou em cruz (tipo Phillips). Esse tipo de parafuso elimina a necessidade de um furo roscado ou de uma porca, pois corta a rosca no material a que é preso. Sua utilização principal é na montagem de peças feitas de folhas de metal de pequena espessura, peças fundidas macias e plásticas.


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Parafuso para pequenas montagens Parafusos para pequenas montagens apresentam vários tipos de roscas e cabeças e são utilizados para metal, madeira e plásticos.

Parafusos com rosca soberba para madeira São vários os tipos de parafusos para madeira. Apresentamos, em seguida, os diferentes tipos e os cálculos para dimensionamento dos detalhes da cabeça.

Aplicação Esse tipo de parafuso também é utilizado com auxílio de buchas plásticas. O conjunto, parafuso-bucha é aplicado na fixação de elementos em bases de alvenaria. Quanto à escolha do tipo de cabeça a ser utilizado, leva-se em consideração a natureza da união a ser feita. São fabricados em aço e tratados superficialmente para evitar efeitos oxidantes de agentes naturais. 5.11 Dimensionamento dos parafusos Tração no Parafuso

admd

Pσ

πσ ≤==

2

1

maxmax

.

4.

S

P;

adm

Pd

σπ .

.4 max

1=

σadm ≅ 0,6 . σe, para carregamento estático;

σadm ≅ 1,4 . σA, para carregamento pulsante;

σadm ≅ 0,7 . σA, para carregamento alternado.


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Cortante no parafuso Apesar de ser regra de projeto garantir que o parafuso não trabalhe submetido à força cortante, pode-se calcular esta solicitação da forma:

admd

Pτ

πτ ≤==

2

1.

4.

S

P;

adm

Pd

τπ .

.41 = .

Designação de Parafusos:


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CAPÍTULO 6

6 Porcas Porca é uma peça de forma prismática ou cilíndrica geralmente metálica, com um furo roscado no qual se encaixa um parafuso, ou uma barra roscada. Em conjunto com um parafuso, a porca é um acessório amplamente utilizado na união de peças. A porca está sempre ligada a um parafuso. A parte externa tem vários formatos para atender a diversos tipos de aplicação. Assim, existem porcas que servem tanto como elementos de fixação como de transmissão.

Material de fabricação As porcas são fabricadas de diversos materiais: aço, bronze, latão, alumínio, plástico. Há casos especiais em que as porcas recebem banhos de galvanização, zincagem e bicromatização para protegê-las contra oxidação

Tipos de rosca O perfil da rosca varia de acordo com o tipo de aplicação que se deseja. As porcas usadas para fixação geralmente tem roscas com perfil triangular.

As porcas para transmissão de movimentos tem roscas com perfis quadrados, trapezoidais, redondo e dente de serra. 6.1 Tipos de porca Para aperto manual são mais usados os tipos de porca borboleta, recartilhada alta e recartilhada baixa. Porcas Sextavadas Utilizadas para segurar a carga no sistema / tirante pela proteção ou ajuste determinados no projeto. Usos diversos, em automóveis, residências e indústrias.


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Porcas Quadradas Usos diversos, em automóveis, residências e indústrias.

Porcas Recartilhadas Para aperto manual são mais usados os tipos de porca borboleta, recartilhada alta e recartilhada baixa.

Porca borboleta A porca borboleta tem saliências parecidas com asas para proporcionar o aperto manual. Geralmente fabricada em aço ou latão, esse tipo de porca é empregado quando a montagem e a desmontagem das peças são necessárias e frequentes.

Porca cega (ou remate) As porcas cega baixa e cega alta, além de propiciarem boa fixação, deixam as peças unidas com melhor aspecto. Nesse tipo de porca, uma das extremidades do furo rosqueado é encoberta, ocultando a ponta do parafuso. A porca cega pode ser feita de aço ou latão, é geralmente cromada e possibilita um acabamento de boa aparência.

Para ajuste axial (eixos de máquinas), são usadas as seguintes porcas: Porcas auto travante ou Parlok Essa porca possui nylon em seu interior, que trava a porca no parafuso.


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Porca Castelo A porca castelo é uma porca hexagonal com seis entalhes radiais, coincidentes dois a dois, que se alinham com um furo no parafuso, de modo que uma cupilha possa ser passada para travar a porca.

Observe a aplicação da porca sextavada chata.

Porcas rápidas Para montagem de chapas em locais de difícil acesso, podemos utilizar as porcas:

Porca rápida Porca rápida Dobrada

Porcas de fendas Características das porcas de fendas: A baixa deformação da rosca do elemento macho permite reutilizar diversas vezes os elementos de fixação; Bom comportamento quanto à resistência à vibração; Excelente comportamento às variações de temperatura; Nenhuma agressão nem marcação na superfície de apoio da porca sobre a peça.


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Fenda Simples O principio de auto-travamento da porca fenda simples consistes em comprimir os flancos de alguns filetes de rosca do elementos macho sobre seus setores. Este princípio é obtido executando-se uma fenda calibrada na parte central do hexágono da porca, que é amassada sob uma carga específica. Na montagem, a porca retorna à sua forma primitiva, gerando uma pressão sobre os filetes de rosca e que cria um torque de travamento constante e independente do aperto.

Fenda Dupla Principio de funcionamento: O auto travamento da porca de fenda dupla consiste em comprimir os flancos de alguns filetes de rosca do elemento macho sobre dois dos seus setores, em planos diferentes e deslocados a 180º. Esse princípio é obtido executando-se duas fendas calibradas na gola superior da porca, que são amassada sob carga específica. Para obter uma montagem correta, pé fundamental que o elemento macho exceda a porca em pelo menos dois filetes da rosca.

Outros tipos de porcas


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CAPÍTULO 7

7 Arruelas A maioria dos conjuntos mecânicos apresenta elementos de fixação. Onde quer que se usem esses elementos, seja em máquinas ou em veículos automotivos, existe o perigo de se produzir, em virtude das vibrações, um afrouxamento imprevisto no aperto do parafuso. Para evitar esse inconveniente utilizamos um elemento de máquina chamado arruela.

As arruelas têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas. Em algumas situações, também funcionam como elementos de trava. Os materiais mais utilizados na fabricação das arruelas são aço-carbono, cobre e latão.

7.1 Tipos de arruela Existem vários tipos de arruela: lisa, de pressão, dentada, serrilhada, ondulada, de travamento com orelha e arruela para perfilados. Para cada tipo de trabalho, existe um tipo ideal de arruela. Arruela lisa Além de distribuir igualmente o aperto, a arruela lisa tem, também, a função de melhorar os aspectos do conjunto. A arruela lisa por não ter elemento de trava, é utilizada em órgãos de máquinas que sofrem pequenas vibrações.

7.1.1 Arruela de pressão A arruela de pressão é utilizada na montagem de conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e grandes vibrações. 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.).


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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.

Arruela serrilhada A arruela serrilhada tem, basicamente, as mesmas funções da arruela dentada. Apenas suporta esforços um pouco maiores. É usada nos mesmos tipos de trabalho que a arruela dentada.

Arruela ondulada A arruela ondulada não tem cantos vivos. É indicada, especialmente, para superfíciespintadas, evitando danificação do acabamento. É adequada para equipamentos que possuem acabamento externo constituído de chapas finas.

Arruela de travamento com orelha Utiliza-se esta arruela dobrando-se a orelha sobre um canto vivo da peça. Em seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo um dos lados chanfrado do conjunto porca/parafuso.

Arruela para perfilados É uma arruela muito utilizada em montagens que envolvem cantoneiras ou perfis em ângulo. Devido ao seu formato de fabricação, este tipo de arruela compensa os ângulos e deixa perfeitamente paralelas as superfícies a serem parafusadas.


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Os tipos de arruelas mais usados são os vistos até aqui. Porém, existem outros tipos menos utilizados:


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CAPÍTULO 8

8 Anéis elásticos O anel elástico é 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.

Deslocamento axial é o movimento no sentido longitudinal do eixo

Esse elemento de máquina é conhecido também como anel de retenção, de trava ou de segurança.

8.1 Instalação dos Anéis Elásticos Anéis elásticos são instalados sempre com as bordas chanfradas (laminadas) voltadas para a peça que está limitando. Dessa forma, a pressão sobre o anel elástico será exercida na área onde a borda do anel está paralela à parede da canaleta. Se instalar incorretamente, o anel elástico exercerá pressão sobre as bordas chanfradas ou laminadas que podem comprimir o anel elástico e com a possibilidade de desalojá-lo da canaleta. 8.2 Material de fabricação e forma Fabricado de aço-mola, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização.

Aplicação: para eixos com diâmetro entre 4 e 1 000 mm. Trabalha externamente: • Norma DIN 471.


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Aplicação: para furos com diâmetro entre 9,5 e 1 000 mm. Trabalha internamente • Norma DIN 472.

Aplicação: para eixos com diâmetro entre 8 e 24 mm. Trabalha externamente · Norma DIN 6799.

Aplicação: para eixos com diâmetro entre 4 e 390 mm para rolamentos.

Anéis de secção circular · Aplicação: para pequenos esforços axiais.

Tendo em vista facilitar a escolha e seleção dos anéis em função dos tipos de trabalho ou operação, existem tabelas padronizadas de anéis, como as que seguem.


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Na utilização dos anéis, alguns pontos importantes devem ser observados: • A dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele. • Se o anel apresentar alguma falha, pode ser devido a defeitos de fabricação

ou condições de operação. • As condições de operação s„o caracterizadas por meio de vibrações, impacto,

flexão, alta temperatura ou atrito excessivo. • Um projeto pode estar errado: previa, por exemplo, esforços estáticos, mas as

condições de trabalho geraram esforços dinâmicos, fazendo com que o anel apresentasse problemas que dificultaram seu alojamento.

• A igualdade de pressão em volta da canaleta assegura aderência e resistência.

• O anel nunca deve estar solto, mas alojado no fundo da canaleta, com certa pressão.

• A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações. • Em aplicações sujeitas à corrosão, os anéis devem receber tratamento

anticorrosivo adequado. • Dimensionamento correto do anel e do alojamento. • Em casos de anéis de secção circular, utilizá-los apenas uma vez. · • Utilizar ferramentas adequadas para evitar que o anel fique torto ou receba

esforços exagerados. • Montar o anel com a abertura apontando para esforços menores, quando

possível. • Nunca substituir um anel normalizado por um “equivalente”, feito de chapa ou

arame sem critérios.

Para que esses anéis não sejam montados de forma incorreta, é necessário o uso de ferramentas adequadas, no caso, alicates. Vejamos alguns tipos de alicate: Alicates para anéis externos

Alicates para anéis internos


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CAPÍTULO 9

9 Chavetas 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.

Classificação: As chavetas se classificam em:

• chavetas de cunha; • chavetas paralelas; • chavetas de disco.

Chavetas de cunha As chavetas tem esse nome porque são parecidas com uma cunha. Uma de suas faces é inclinada, para facilitar a união de peças.

As chavetas de cunha classificam-se em dois grupos: · chavetas longitudinais; · chavetas transversais. Chavetas longitudinais.


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São colocadas na extensão do eixo para unir roldanas, rodas, volantes etc. Podem ser com ou sem cabeça e sua montagem e desmontagem é fácil.

Sua inclinação é de 1:100 e suas medidas principais são definidas quanto a: • altura (h); • comprimento (L); • largura (b).

As chavetas longitudinais podem ser de diversos tipos: encaixada, meia-cana, plana, embutida e tangencial. Veremos as características de cada desses tipos. Chavetas encaixadas São muito usadas. Sua forma corresponde àdo tipo mais simples de chaveta de cunha. Para possibilitar seu emprego, o rasgo do eixo é sempre mais comprido que a chaveta.

Chaveta meia-cana Sua base é côncava (com o mesmo raio do eixo). Sua inclinação é de 1:100, com ou sem cabeça. Não é necessário rasgo na ·árvore, pois a chaveta transmite o movimento por efeito do atrito. Desta forma, quando o esforço no elemento conduzido for muito grande, a chaveta desliza sobre a árvore.

Chaveta plana Sua forma é similar à da chaveta encaixada, porém, para sua montagem não se abre rasgo no eixo. É feito um rebaixo plano.


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Chavetas embutidas Essas chavetas tem os extremos arredondados, conforme se observa na vista superior ao lado. O rasgo para seu alojamento no eixo possui o mesmo comprimento da chaveta. As chavetas embutidas nunca tem cabeça.

Chavetas tangenciais São formadas por um par de cunhas, colocado em cada rasgo. São sempre utilizadas duas chavetas, e os rasgos são posicionados a 120º. Transmitem fortes cargas e são utilizadas, sobretudo, quando o eixo está submetido a mudança de carga ou golpes.

Chavetas transversais São aplicadas em união de peças que transmitem movimentos rotativos e retilíneos alternativos.

Quando as chavetas transversais são empregadas em uniões permanentes, sua inclinação varia entre 1:25 e 1:50. Se a união se submete a montagem e desmontagem frequentes, a inclinação pode ser de 1:6 a 1:15.


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Chavetas paralelas ou lingüetas Essas chavetas tem as faces paralelas, portanto, não tem inclinação. A transmissão do movimento È feita pelo ajuste de suas faces laterais às laterais do rasgo da chaveta. Fica uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo do elemento conduzido.

As chavetas paralelas não possuem cabeça. Quanto à forma de seus extremos, eles podem ser retos ou arredondados. Podem, ainda, ter parafusos para fixarem a chaveta ao eixo.

Chaveta de disco ou meia-lua (tipo woodruff) É uma variante da chaveta paralela. Recebe esse nome porque sua forma corresponde a um segmento circular.

É comumente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo.


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Tolerâncias para chavetas O ajuste da chaveta deve ser feito em função das características do trabalho. A figura mostra os três tipos mais comuns de ajustes e tolerâncias para chavetas e rasgos.

Dimensionamento das chavetas Será calculada da mesma forma que rebites e pinos, com a diferença que sua área não será circular. O primeiro passo é encontrar a força cisalhante, que será torque (momento torçor) dividido pelo raio do eixo. Depois é só aplicar a fórmula de tensão cisalhante utilizando como área o comprimento vezes a largura. Para verificar a tensão de esmagamento, a espessura vezes diâmetro será substituída por comprimento vezes altura menos a profundidade do rasgo (chamada de t1, que geralmente é ± 60% da altura). Em geral, a chaveta é dimensionada em função do eixo por meio de tabela. Mas é sempre correto verificar se tais dimensões suportam a força cisalhante e a tensão de esmagamento.


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EXEMPLO Calcular a dimensão da chaveta para uma polia (20 mm largura) num eixo com diâmetro 20 mm, que transmite um torque de 50 N.m. Considerar Aço ABNT 1020 LQ, Sg = 2, b = h e t1 = 0,6h. Verificar tensão de esmagamento. a) Tensão de escoamento por cisalhamento: τe = 0,6 τe

τe = 0,6 . 210 = 126 MPa b) Tensão admissível: τadm = τe / Sg τadm = τe / 2 = 63 MPa c) Força cisalhante que atua na chaveta: F = T / distância F = 50000 / 10 = 5 kN d) Área cisalhante: A = F / τadm

b . 20 = 5000 / 63 b = 3,97 ~ 4 mm e) Tensão de esmagamento: τesm = F / (h - 0,6h) . L τesm = 5000 / 0,4 . 4 . 20 = 312,5 MPa como τadm (210 / 2)= 105 MPa, τesm > τadm. Então, a chaveta deve ser redimensionada. f) Redimensionamento pela tensão de esmagamento: 105 = 5000 / (h - 0,6.h) . 20 h = b = 6 mm EXERCICIOS 1 - Uma engrenagem transmite um torque de 400 N.m. No mesmo eixo da engrenagem há uma luva de acoplamento para um motor elétrico com 4 parafusos cujos centros estão distantes 6 cm do eixo. O eixo possui diâmetro = 50 mm. Calcular a largura da chaveta (comprimento = 6 cm) e o diâmetro dos parafusos, considerando aço ABNT 1020 LQ e Sg = 3. Posteriormente, calcular tensão de esmagamento para os parafusos (espessura da luva = 12 mm) e chaveta (sendo altura = 1,4 vezes a largura e t1 = 60% da altura). Caso a tensão de esmagamento seja superior, redimensione os elementos.


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CAPÍTULO 10

10 Elementos de Apoio

Atrito Deslizante Atrito Rolante

Introdução aos elementos de apoio De modo geral, os elementos de apoio consistem de acessórios auxiliares para o funcionamento de máquinas. Os elementos de apoio são: buchas, guias, rolamentos e mancais. Na prática, podemos observar que buchas e mancais são elementos que funcionam conjuntamente. Apenas para facilitar o estudo, eles são descritos separadamente. Para que você tenha uma visão geral dos assuntos a serem estudados em são apresentadas algumas das principais informações relativas aos elementos de apoio. Guias A guia tem a função de manter a direção de uma peça em movimento. Por exemplo, numa janela corrediça, seu movimento de abrir e de fechar é feito dentro de trilhos. Esses trilhos evitam que o movimento saia da direção. A guia tem a mesma função desses trilhos. Numa máquina industrial, como uma serra de fita, a guia assegura a direção da trajetória da serra. Geralmente, usa-se mais de uma guia em máquinas. Normalmente, se usa um conjunto de guias com perfis variados, que se denomina barramento. Existem vários tipos de barramento, conforme a função que ele exerce.

Buchas e Mancais de Deslizamento Com a introdução das rodas de aço manteve-se o problema com atritos. A solução encontrada foi a de colocar um anel de metal entre o eixo e as rodas. Esse anel, mais conhecido como bucha, reduz bastante o atrito, passando a constituir um elemento de apoio indispensável. As buchas podem ser classificadas, quanto ao tipo de solicitação, em buchas de fricção radial e de fricção axial. Em determinados trabalhos de usinagem, há a necessidade de furação, ou seja, de fazer furos. Para isso È preciso que a ferramenta de furar fique corretamente posicionada para que os furos sejam feitos exatamente nos locais marcados. Nesse caso, são usadas as buchas-guia para furação e também para alargamento dos furos. Rolamentos e Mancais de Rolamentos Os mancais como as buchas tem a função de servir de suporte a eixos, de modo a reduzir o atrito e amortecer choques ou vibrações. Eles podem ser de deslizamento ou rolamento. Os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. São usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação.


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CAPÍTULO 11

11 Guias A guia é um elemento de máquina que mantém, com certo rigor, a trajetória de determinadas peças. Para ficar clara sua descrição, apresentamos, como exemplo, a ilustração de uma porta corrediça do box de um banheiro.

Tipos No caso de se desejar movimento retilíneo, geralmente são usadas guias constituídas de peças cilíndricas ou prismáticas. Essas peças deslizam dentro de outra peça com forma geométrica semelhante, conforme ilustrações.

As guias podem ser abertas ou fechadas, como pode ser visto nas ilustrações a seguir.

Classificação As guias classificam-se em dois grupos: guias de deslizamento e de rolamento. As guias de deslizamento apresentam-se, geralmente, nas seguintes formas:


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Em máquinas operatrizes são empregadas combinações de vários perfis de guias de deslizamentos, conhecidos como barramento. O quadro a seguir apresenta alguns perfis combinados e sua aplicação.

Réguas de ajuste Quando uma ou mais peças se movimentam apoiadas em guias, as superfícies entram em contato por atrito. Com o passar do tempo, o movimento vai provocando desgaste das superfícies dando origem a folga no sistema, mesmo que ele seja sempre lubrificado. Para evitar que essa folga prejudique a precisão do movimento, é preciso que ela seja compensada por meio de réguas de ajuste. As réguas têm perfil variado, de acordo com a dimensão da folga. Para você compreender melhor o uso das réguas de ajuste, observe as ilustrações. Tipos de barramentos e suas respectivas réguas de ajuste.


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Guias de rolamento As guias de rolamento geram menor atrito que as guias de deslizamento. Isto ocorre porque os elementos rolantes giram entre as guias. Os elementos rolantes podem ser esferas ou roletas, como ilustrações apresentadas no quadro a seguir.

Os tipos de guias ilustrados foram utilizados, inicialmente, em máquinas de medição. Atualmente, são largamente empregados em m·quinas de Comando Numérico Computadorizado (CNC). As guias de rolamento foram desenvolvidas para aplicações de transporte de carga médias e pesadas. Sua principal característica é a composição dos rolamentos que permitem combinações de forças axiais e radiais, oferecendo melhor dissipação dos esforços sobre o trilho.O produto oferece a vantagem de instalação simples com baixo custo, por se tratar de rolamentos vedados com lubrificação permanente, são livres de manutenção e de vida útil longa.


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Material de fabricação Geralmente, o barramento, ou seja, conjunto de guias de deslizamento é feito com ferro fundido. Conforme a finalidade do emprego da guia, ela pode ser submetida a um tratamento para aumentar a dureza de sua superfície. O barramento é muito usado em máquinas operatrizes como, por exemplo, em um torno.


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CAPÍTULO 12

12 Buchas e Mancais de Deslizamento O movimento rotativo entre as rodas e os eixos, ocasiona problema de atrito que, por sua vez, causa desgaste tanto dos eixos como das rodas. Para evitar esse problema nas rodas modernas, surgiu a idéia de se colocar um anel de metal entre o eixo e a roda. Esse anel de metal é chamado bucha.

As buchas são elementos de máquinas de forma cilíndrica ou cônica. Servem para apoiar eixos e guiar brocas e alargadores. Nos casos em que o eixo desliza dentro da bucha, deve haver lubrificação. Podem ser fabricadas de metal antifricção ou de materiais plásticos. Normalmente, a bucha deve ser fabricada com material menos duro que o material do eixo.

Classificação As buchas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação. Nesse sentido, elas podem ser de fricção radial para esforços radiais, de fricção axial para esforços axiais e cônicas para esforços nos dois sentidos.

Radial Axial Cônicos

12.1 Buchas de Fricção Radial Essas buchas podem ter várias formas. As mais comuns são feitas de um corpo cilíndrico furado, sendo que o furo possibilita a entrada de lubrificantes. Essas buchas são usadas em peças para cargas pequenas e em lugares onde a manutenção seja fácil. Em alguns casos, essas buchas são cilíndricas na parte interior e cônicas na parte externa. Os extremos são roscados e tem três rasgos longitudinais, o que permite o reajuste das buchas nas peças. São usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação.


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12.2 Bucha de fricção axial Essa bucha é usada para suportar o esforço de um eixo em posição vertical.

12.3 Bucha cônica Esse tipo de bucha é usado para suportar um eixo do qual se exigem esforços radiais e axiais. Quase sempre essas buchas requerem um dispositivo de fixação e, por isso, são pouco empregadas.


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Mancais O mancal pode ser definido como suporte ou guia em que se apóia o eixo. No ponto de contato entre a superfície do eixo e a superfície do mancal, ocorre atrito. Dependendo da solicitação de esforços, os mancais podem ser de deslizamento ou de rolamento.

12.4 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.

O uso de lubrificantes nas buchas 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.


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CAPÍTULO 13

13 Rolamentos e Mancais de Rolamento Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado. Os rolamentos são classificados em função dos seus elementos rolantes. Veja os principais tipos, a seguir.

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:

O anel externo é fixado no mancal, enquanto que o anel interno é fixado diretamente ao eixo.

As dimensões e características dos rolamentos são indicadas nas diferentes normas técnicas e nos catálogos de fabricantes. Ao examinar um catálogo de rolamentos, ou uma norma específica, você encontrará informações sobre as seguintes características:


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Características dos rolamentos: D: diâmetro externo; d: diâmetro interno; R: raio de arredondamento; L: largura.

Vantagens

• Menor atrito e aquecimento; • Maixa exigência de lubrificação; • Coeficiente de atrito de partida (estático) não superior ao de operação

(dinâmico); • Intercambialidade internacional; • Mantém a forma de eixo; • Pequeno aumento da folga durante a vida útil; • Fácil inspeção e manutenção; • Utilizado em altas temperaturas.

Desvantagens

• Maior sensibilidade aos choques; • Maiores custos de fabricação; • Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo; • Ocupa maior espaço radial; • Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento.

13.1 Mancais de Rolamento Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado.


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13.2 Rolamentos Os rolamentos podem ser de diversos tipos: fixo de uma carreira de esferas, de contato angular de uma carreira de esferas, autocompensador de esferas, de rolo cilíndrico, autocompensador de uma carreira de rolos, autocompensador de duas carreiras de rolos, de rolos cônicos, axial de esfera, axial autocompensador de rolos, de agulha e com proteção. Os tipos de rolamentos a ser utilizado, depende dos seus elementos rolantes e dos esforços que o rolamento esta sofrendo. Elementos Rolantes

Ponto e Linha de Contato

Dimensões dos Rolamentos

Carga Radial nos Rolamentos

Rolamentos para Cargas Radiais

Carga Axial nos Rolamentos

Rolamentos para Cargas Axiais


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Cargas Combinadas nos Rolamentos


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Elementos que temos em diversos tipos de rolamentos: Rolamento de uma carreira fixa de esferas:

Rolamento autocompensador de rolos:

Rolamento Axial de esferas:


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a) Rolamento fixo de uma carreira de esferas É o mais comum dos rolamentos. Suporta cargas radiais e é apropriado para rotações mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada. É necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa.

b) Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Admite cargas axiais somente em um sentido e deve sempre ser montado contra outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário.

- Carga radial - Bom - Carga axial - Bom - Rotação - Moderado à muito bom - Desalinhamento - Fraco à moderado - Localização axial - Nas duas direções quando utilizadas

em pares e com ajuste correto - Observações - Capacidade de carga axial depende

do ângulo de contato inicial, ex. ângulo grande, carga axial alta

c) Rolamento autocompensador de esferas É um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.


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d) Rolamento de rolo cilíndrico É apropriado para cargas radiais elevadas. Seus componentes são separáveis, o que facilita a montagem e desmontagem.

e) Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos Seu emprego é particularmente indicado para construções em que se exige uma grande capacidade para suportar carga radial e a compensação de falhas de alinhamento.

f) Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos É um rolamento adequado aos m ais pesados serviços. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento. Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas, existe uma distribuição uniforme da carga.

- Carga radial - Muito bom - Carga axial - Moderado - Rotação - De fraco a moderado - Desalinhamento - Muito bom - Localização Axial - Nas duas direções com algum movimento final - Observações -Versátil quando utilizado a uma baixa rotação


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� O desalinhamento permissível dos rolamentos autocompensadores de rolos

variam dependendo do tamanho, série e cargas aplicadas no rolamento. � Aproximadamente 1° à 2.5° com cargas médias.

g) Rolamento de rolos cônicos Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido. Os anéis são separáveis. O anel interno e o externo podem ser montados separadamente. Como só admitem cargas axiais em um sentido, torna-se necessário montar os anéis aos pares, um contra o outro.

NOTA: Os rolamentos de rolos cônicos suportam cargas radiais e axiais dependendo da configuração de montagem.

h) Rolamento axial de esfera Ambos os tipos de rolamento axial de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, porém, não podem ser submetidos a cargas radiais. Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a atuação permanente de uma carga axial mínima.


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Nota: Suportam a carga axial em um sentido e os rolos de escora dupla suportam a carga axial em ambos os sentidos

NOTA 1: No intuito de minimizar a influência de desvios na instalação, existem rolamentos axiais de esferas com contra-placa e assentamento esférico no anel externo.

NOTA 2: Os rolamentos axiais de esferas normalmente são montados com ajuste deslizante entre a caixa e o anel externo. Desde que o carregamento aplicado seja puramente axial.

i) Rolamento axial autocompensador de rolos Possui grande capacidade de carga axial devido à disposição inclinada dos rolos. Também pode suportar consideráveis cargas radiais. A pista esférica do anel da caixa confere ao rolamento a propriedade de alinhamento angular, compensando possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.

j) Rolamento de agulha Possui uma seção transversal muito fina em comparação com os rolamentos de rolos comuns. É utilizado especialmente quando o espaço radial é limitado.


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k) Rolamentos com proteção São assim chamados os rolamentos que, em função das características de trabalho, precisam ser protegidos ou vedados. A vedação é feita por blindagem (placa). Existem vários tipos. Os principais tipos de placas são:

As designações Z e RS são colocadas à direita do número que identifica os rolamentos. Quando acompanhados do número 2 indicam proteção de ambos os lados. Folga Interna dos Rolamentos Fixando qualquer um dos anéis, interno ou externo, a folga é a intensidade de deslocamento do outro anel, quando movimentado para cima e para baixo, ou para a direita e para a esquerda

Aspetos Fundamentais:

• Lubrificação: Permitir que entre as pistas de rolagem e os elementos rolantes seja estabelecida uma película lubrificante separando estas superfícies.

• Montagem: Montagens muito interferentes tendem a reduzir a folga nos rolamentos.

• Diferença de Temperatura: O material do rolamento sob efeito de temperatura elevada, tende a reduzir a folga radial devido a dilatação térmica.


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Símbolos de Furo Regras:

1ª Regra: Para rolamentos fixos de uma carreira de esferas pequenos e miniaturas (diâmetro de 1 à 9 mm). O número de identificação é composto por 3 dígitos, sendo que o último dígito indica a dimensão do furo em milímetros. 601 : . Ø = 1 m m; 602 : . Ø = 2 mm; 609 : . Ø = 9 mm. 2ª Regra: Para as quatro dimensões abaixo, a regra é fixa: xx00 : . = Ø =10 mm; xx01 : . = Ø 12 mm; xx02 : . = Ø = 15 mm; xx03 : . = Ø = 17 mm. 3ª Regra: Para furos acima de 20 mm, têm-se uma regra, na qual, basta multiplicar os dois últimos dígitos por 5. xx04 : . Ø = 20 mm (04 x 5); xx05 : . Ø = 25 mm; xx96 : . = Ø = 480 mm. 4ª Regra: Para furos maiores que 480 mm, após a série dimensional, acrescenta-se uma barra ( / ) e a dimensão nominal do diâmetro interno. xx/500 : . Ø = 500 mm; xx/1800 : . Ø = 1800 mm; xx/7800 : . Ø = 7800 mm. Cuidados com os rolamentos Na troca de rolamentos, deve-se tomar muito cuidado, verificando sua procedência e seu código correto. Antes da instalação é preciso verificar cuidadosamente os catálogos dos fabricantes e das máquinas, seguindo as especificações recomendadas. Na montagem, entre outros, devem ser tomados os seguintes cuidados:

� verificar se as dimensões do eixo e cubo estão corretas; � usar o lubrificante recomendado pelo fabricante; � remover rebarbas; � no caso de reaproveitamento do rolamento, deve-se lavá-lo e lubrificá -lo

imediatamente para evitar oxidação; � não usar estopa nas operações de limpeza; � trabalhar em ambiente livre de pó e umidade.

Defeitos comuns dos rolamentos Os defeitos comuns ocorrem por:

� ·desgaste; � ·fadiga; � ·falhas mecânicas.


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Desgaste O desgaste pode ser causado por:

� deficiência de lubrificação; � presença de partículas abrasivas; � oxidação (ferrugem); � desgaste por patinação (girar em falso); · desgaste por brinelamento.

Fadiga A origem da fadiga está no deslocamento da peça, ao girar em falso. A peça se descasca, principalmente nos casos de carga excessiva. Descascamento parcial revela fadiga por desalinhamento, ovalização ou por conificação do alojamento.

Falhas mecânicas O brinelamento é caracterizado por depressões correspondentes aos roletes ou esferas nas pistas do rolamento. Resulta de aplicação da pré-carga, sem girar o rolamento, ou da prensagem do rolamento com excesso de interferência.

Goivagem é defeito semelhante ao anterior, mas provocado por partículas estranhas que ficam prensadas pelo rolete ou esfera nas pistas.

Sulcamento é provocado pela batida de uma ferramenta qualquer sobre a pista rolante. Queima por corrente elétrica é geralmente provocada pela passagem da corrente elétrica durante a soldagem. As pequenas áreas queimadas evoluem rapidamente com o uso do rolamento e provocam o deslocamento da pista rolante.


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As rachaduras e fraturas resultam, geralmente, de aperto excessivo do anel ou cone sobre o eixo. Podem, também, aparecer como resultado do girar do anel sobre o eixo, acompanhado de sobrecarga. O engripamento pode ocorrer devido a lubrificante muito espesso ou viscoso. Pode acontecer, também, por eliminação de folga nos roletes ou esferas por aperto excessivo. Tabelas dos tipos construtivos de Rolamentos e suas características:


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Seleção de Rolamentos 1° - Tipo de Rolamento

2° - Dimensões do Rolamento

3° - Definição da folga Interna

4 – Definição da Gaiola Interna

5 – Lubrificação


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Tabela de Designações de Rolamentos para Seleção


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CAPÍTULO 14

14 Elementos de Trabsmissão

Com esses elementos são montados sistemas de transmissão que transferem potência e movimento a um outro sistema. Na figura abaixo, a polia condutora transmite energia e movimento à polia conduzida.

Os sistemas de transmissão podem, também, variar as rotações entre dois eixos. Nesse caso, o sistema de rotação é chamado variador. As maneiras de variar a rotação de um eixo podem ser:

• por engrenagens; • por correias; • por atrito.

Abaixo, temos a ilustração de um variador por engrenagens acionado por um motor elétrico.


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Descrição de alguns elementos de transmissão Apresentamos, a seguir, uma breve descrição dos principais elementos de máquina de transmissão: correias, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço e acoplamento. Engrenagens Também conhecidas como rodas dentadas, as engrenagens são elementos de máquina usados na transmissão entre eixos. Existem vários tipos de engrenagem.

engrenagens cilíndricas de dentes retos

Correias São elementos de máquina que transmitem movimento de rotação entre eixos por intermédio das polias. As correias podem ser contínuas ou com emendas. As polias são cilíndricas, fabricadas em diversos materiais. Podem ser fixadas aos eixos por meio de pressão, de chaveta ou de parafuso.

Correntes São elementos de transmissão, geralmente metálicos, constituídos de uma série de anéis ou elos. Existem vários tipos de corrente e cada tipo tem uma aplicação específica.


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Rodas de atrito São elementos de máquinas que transmitem movimento por atrito entre dois eixos paralelos ou que se cruzam.

Roscas São saliências de perfil constante em forma de hélice (helicoidal). Se movimentam interna ou externamente, em torno de uma superfície cilíndrica ou cônica. Roscas de transporte ou movimento transformam o movimento giratório em longitudinal. Ex.: utilizadas em tornos e prensas.

Cabos de Aço São feitos de arame trefilados a frio. Inicialmente o arame é enrolado de modo a formar pernas. Depois as pernas são enroladas em espirais em torno de um elemento central, chamado núcleo ou alma.

Acoplamento É um conjunto mecânico que transmite movimento entre duas peças.


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CAPÍTULO 15

15 Eixos e Árvores Você já pensou o que seria do homem sem a coluna vertebral para lhe dar sustentação. Toda a estrutura de braços, mãos, pernas e pés seria um amontoado de ossos e músculos sem condições de transmitir movimento. Isso é um exemplo para facilitar as explicações sobre eixos e árvores. Definição:

• EIXO- peça que passa pelo centro de um corpo e em volta da qual esse corpo executa rotação;

• ÁRVORE- peça semelhante ao eixo, porém, ela que executa a rotação ao invés do corpo;

• EIXO-ÁRVORE- peça que atua como eixo e árvore ao mesmo tempo. Os eixos e árvores podem ter perfis lisos ou compostos, em que são montadas as engrenagens, polias, rolamentos, volantes de máquina, etc.

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.

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.


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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 vagões são fabricados em aço-manganês. • Eixos para vagões 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. Tipos e características de árvores Conforme sua funções, uma árvore pode ser de engrenagens (em que são montados mancais e rolamentos) ou de manivelas, que transforma movimentos circulares em movimentos retilíneos. Para suporte de forças radiais, usam-se espigas retas, cônicas, de colar, de manivela e esférica.

Para suporte de forças axiais, usam-se espigas de anéis ou de cabeça.

As forças axiais tem direção perpendicular a 90º à seção transversal do eixo, enquanto as forças radiais têm direção tangente ou paralela à seção transversal do eixo.


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Quanto ao tipo, os eixos podem ser roscados, ranhurados, estriados, maciços, vazados, flexíveis, cônicos, cujas características estão descritas a seguir. 15.1 Eixos maciços A maioria dos eixos maciços tem seção transversal circular maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. A extremidade do eixo é chanfrada para evitar rebarbas. As arestas são arredondadas para aliviar a concentração de esforços.

15.2 Eixos vazados Normalmente, as máquinas-ferramenta possuem o eixo-árvore vazado para facilitar a fixação de peças mais longas para a usinagem. Temos ainda os eixos vazados empregados nos motores de avião, por serem mais leves.

15.3 Eixos cônicos Os eixos cônicos devem ser ajustados a um componente que possua um furo de encaixe cônico. A parte que se ajusta tem um formato cônico e é firmemente presa por uma porca. Uma chaveta é utilizada para evitar a rotação relativa.

15.4 Eixos roscados Esse tipo de eixo é composto de rebaixos e furos roscados, o que permite sua utilização como elemento de transmissão e também como eixo prolongador utilizado na fixação de rebolos para retificação interna e de ferramentas para usinagem de furos.


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15.5 Eixos-árvore ranhurados Esse tipo de eixo apresenta uma série de ranhuras longitudinais em torno de sua circunferência. Essas ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes de peças que serão montadas no eixo. Os eixos ranhurados são utilizados para transmitir grande força

15.6 Eixos-árvore estriados Assim como os eixos cônicos, como chavetas, caracterizam-se por garantir uma boa concentricidade com boa fixação, os eixos-árvore estriados também são utilizados para evitar rotação relativa em barras de direção de automóveis, alavancas de máquinas etc.

Eixos-Árvores Flexíveis Consistem em uma série de camadas de arame de aço enroladas alternadamente em sentidos opostos e apertados fortemente. O conjunto é protegido por um tubo flexível e a união com o motor é feita mediante uma braçadeira especial com uma rosca. São eixos empregados para transmitir movimento em ferramentas portáteis (roda de afiar) e adequadas a forças não muito grandes e altas velocidades (cabo de velocímetro).


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CAPÍTULO 16

16 Engrenagens

As engrenagens, também chamadas rodas dentadas, são elementos básicos na transmissão de potência entre árvores. Elas permitem a redução ou aumento do momento torsor, com mínimas perdas de energia, e aumento ou redução de velocidades, sem perda nenhuma de energia, por não deslizarem. A mudança de velocidade e torção é feita na razão dos diâmetros primitivos. Aumentando a rotação, o momento torsor diminui e vice-versa. Assim, num par de engrenagens, a maior delas terá sempre rotação menor e transmitirá momento torsor maior. A engrenagem menor tem sempre rotação mais alta e momento torsor menor.

O movimento dos dentes entre si processa-se de tal modo que no diâmetro primitivo não há deslizamento, havendo apenas aproximação e afastamento. Nas demais partes do flanco, existe ação de deslizamento e rolamento. Daí conclui-se que as velocidades periféricas (tangenciais) dos círculos primitivos de ambas as rodas são iguais (lei fundamental do dentado).

Existem diferentes tipos de corpos de engrenagem. Para você conhecer alguns desses tipos, observe as ilustrações.


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16.1 Elementos básicos das engrenagens

(De) Diâmetro externo É o diâmetro máximo da engrenagem De = m (z + 2).

(Di) Diâmetro interno É o diâmetro menor da engrenagem.

(Dp) Diâmetro primitivo É o diâmetro intermediário entre De e Di. Seu cálculo exato é Dp= De - 2m.

(C) Cabeça do dente É a parte do dente que fica entre Dp e De.

(f) Pé do dente É a parte do dente que fica entre Dp e Di.

(h) Altura do dente É a altura total do dente De Di - 2 ou h = 2,166 . m

(e) Espessura de dente É a distância entre os dois pontos extremos de um dente, medida à altura do Dp.

(V) Vão do dente É o espaço entre dois dentes consecutivos. Não é a mesma medida de e.

(P) Passo Medida que corresponde a distância entre dois dentes consecutivos,medida à altura do Dp. (M) Módulo Dividindo-se o Dp pelo número de dentes (z), ou o passo (P) por p, teremos um número que se chama módulo (M). Esse número é que caracteriza a engrenagem e se constitui em sua unidade de medida. O módulo é o número que serve de base para calcular a dimensão dos dentes.


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(a) = Ângulo de pressão Os pontos de contato entre os dentes da engrenagem motora e movida estão ao longo do flanco do dente e, com o movimento das engrenagens, deslocam-se em uma linha reta, a qual forma, com a tangente comum às duas engrenagens, um ângulo. Esse ângulo é chamado ângulo de pressão (a), e no sistema modular é utilizado normalmente com 20 ou 15º.


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16.2 Tipos de engrenagens As engrenagens não só apresentam tamanhos variados, mas também se diferenciam em formato e tipo de transmissão de movimento. Dessa forma, podemos classificar as engrenagens empregadas normalmente dentro dos seguintes tipos: 16.2.1 Engrenagem cilíndrica de dentes retos Os dentes são dispostos paralelamente entre si e em relação ao eixo. É o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo. É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagens em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação, por causa do ruído que produz.

Vantagens:

� Precisão na relação de movimento; � Menor distância entre eixos; � Transmissão por força normal (melhor); � Relações cinemáticas determinadas pelo diâmetro primitivo; � Menor Custo;

Desvantagens:

� Mais Barulho; � Menor Potência.

16.2.2 Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais Os dentes são dispostos transversalmente em forma de hélice em relação ao eixo. É usada em transmissão fixa de rotações elevadas por ser silenciosa devido a seus dentes estarem em componente axial de força que deve ser compensada pelo mancal ou rolamento. Serve para transmissão de eixos paralelos entre si e também para eixos que formam um ângulo qualquer entre si (normalmente 60 ou 90º).


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Vantagens – Maior Potência; – Engrenamento mais gradual (suave); – Transmissão em ângulo; – Menor Ruido.

Desvantagens

– Maior Custo; – Solicitação mecânica na direção do eixo (rolamentos especiais, dupla

hélice); – Maior atrito (lubrificação).

16.2.3 Engrenagem cilíndrica com dentes internos É usada em transmissões planetárias e comandos finais de máquinas pesadas, permitindo uma economia de espaço e distribuição uniforme da força. As duas rodas do mesmo conjunto giram no mesmo sentido. Planetária É constituída por um conjunto de rodas dentadas: a roda dentada central existente no interior, as rodas planetárias e a roda com dentado interior existente no exterior. A engrenagem planetária tem uma maior durabilidade graças à sua qualidade superior.

Engrenagem Interna Planetário

16.2.4 Engrenagem cilíndrica com cremalheira A cremalheira pode ser considerada como uma coroa dentada com diâmetro primitivo infinitamente grande. É usada para transformar movimento giratório em longitudinal.


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16.2.5 Engrenagem cônica com dentes retos É empregada quando as árvores se cruzam; o ângulo de interseção é geralmente 90º, podendo ser menor ou maior. Os dentes das rodas cônicas têm um formato também cônico, o que dificulta sua fabricação, diminui a precisão e requer uma montagem precisa para o funcionamento adequado.

A engrenagem cônica é usada para mudar a rotação e direção da força, em baixas velocidades. Vantagens:

• Menor custo; • Ligação em eixos angulares.

Desvantagens:

• Maior ruído; Menor potência. 16.2.6 Engrenagem cilíndrica com dentes oblíquos Seus dentes formam um ângulo de 8 a 20º com o eixo da árvore. Os dentes possuem o perfil da envolvente e podem estar inclinados à direita ou à esquerda.

Os dentes vão se carregando e descarregando gradativamente. Sempre engrenam vários dentes simultaneamente, o que dá um funcionamento suave e silencioso. Pode ser bastante solicitada e pode operar com velocidades periféricas até 160m/s. Os dentes oblíquos produzem uma força axial que deve ser compensada pelos mancais.


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16.2.7 Engrenagem cilíndrica com dentes em V Conhecida também como engrenagem espinha de peixe. Possui dentado helicoidal duplo com uma hélice à direita e outra à esquerda. Isso permite a compensação da força axial na própria engrenagem, eliminando a necessidade de compensar esta força nos mancais.

Para que cada parte receba metade da carga, a engrenagem em espinha de peixe deve ser montada com árvores deve ser montada de modo que flutue no sentido axial. Usam-se grandes inclinações de hélice, geralmente de 30 a 45º. Pode ser fabricada em peça única ou em duas metades unidas por parafusos ou solda. Neste último caso só é admissível o sentido de giro no qual as forças axiais são dirigidas uma contra a outra. Pode ser fabricada em peça única ou em duas metades unidas por parafusos ou solda. Neste último caso só é admissível o sentido de giro no qual as forças axiais são dirigidas uma contra a outra. Vantagens:

• Grande potência; • Anula esforços axiais; • Menor ruído.

Desvantagens:

• Maior custo. 16.2.8 Engrenagem cônica com dentes em espiral ou hipóidal As engrenagens hipóides são uma variedade de engrenagens que, ao contrário das cônicas, os seus eixos não se cruzam. São empregadas para transmitir movimento e cargas elevadas entre eixos que não se cruzam. Empregada quando o par de rodas cônicas deve transmitir grandes potências e girar suavemente, pois com este formato de dentes consegue-se o engrenamento simultâneo de dois dentes.


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O pinhão pode estar deslocado até 1/8 do diâmetro primitivo da coroa. Isso acontece particularmente nos automóveis para ganhar espaço entre a carcaça e o solo. Vantagens

• Desalinhamento dos eixos; • Menor ruído; • Maior potência.

Desvantagens

• Maior custo.

Essa engrenagem é usada em diferenciais de veículos.


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16.2.9 Parafuso sem-fim e engrenagem côncava (coroa) O parafuso sem-fim é uma engrenagem helicoidal com pequeno número (até 6) de dentes (filetes). Engrenagens sem-fim são usadas quando grandes reduções de transmissão são necessárias. Esse tipo de engrenagem costuma ter reduções de 20:1, chegando até a números maiores do que 300:1. Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra engrenagem tem: o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar. Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando. Vantagens

• Menor ruído; • Grande redução.

Desvantagens

• Elevado desgaste; • Maior custo; • Menor potência.


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16.3 Cálculos A razão entre o número de dentes nas rodas é diretamente proporcional à razão de torque e inversamente proporcional à razão das velocidades de rotação. Por exemplo, se a coroa (a roda maior) tem o dobro de dentes do pinhão, o torque da engrenagem é duas vezes maior que o do pinhão, ao passo que a velocidade deste é duas vezes maior que a da coroa. Engrenagens - Relação de transmissão Redução Simples


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Dupla Redução:

16.4 Redutores São conjuntos mecânicos destinados a alterar a velocidade e o torque de uma transmissão.


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Aplicações


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Componentes:

Classificação:


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Engrenagens de Carros


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CAPÍTULO 17

17 Transmissão por polias e correias

As polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo do motor e pelas correias. Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as correias e as polias. As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens:

• possuem baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso;

• são flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros.

O que é uma Correia? É o elemento da máquina que, sendo movimentado por uma polia motriz, transmite força e velocidade à polia movida ou é utilizado para transportar mercadorias, sendo um dos sistemas mais eficiente já inventado, e pode ser usado em uma grande variedade de maquinas e aplicações. São divididas em dois grandes grupos:

1. Correias para transporte (transportadoras): Geralmente largas esteiras, utilizadas para transportar objetos, mercadorias, etc;

2. Correias de transmissão: Utilizadas para movimentar acionamentos que exigem desde força, velocidade, sincronismo de movimento e/ou ambas.


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17.1 Correias transportadoras Utilizadas para transportar objetos, Mercadorias, etc;

17.2 Correias de Transmissão Conjunto mecânico composto de duas ou mais polias unidas por uma ou mais correias, para a realização de movimento e/ou força de um eixo (geralmente o eixo do motor) a outro eixo (geralmente o eixo de maquinas). Na transmissão por polias e correias, a polia que transmite movimento força é chamada polia motora ou condutora. A polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida. Principais tipos de correias de transmissão são:

• Correias em perfil “V” - seu formato lembra a forma da letra “V” , quando cortado ao meio ;

• Correias Sincronizadoras - Correias dentadas onde os dentes da correia engrenam nos dentes da polias, sendo utilizadas em acionamento onde requer sincronismo de movimentos e força ;

• Micro - V ou Poly V - Correia com pequenos frisos em V, que são mais compactas que as correias em “V” convencionais ;

• Correias Variadoras de Velocidade - correia que, devido ao seu formato lembra o perfil das correias em “V”, porém com uma construção muito mais reforçada ,sendo utilizadas em acionamentos que exigem mudanças periódicas de rotações.

Relação de transmissão ( i ) É a relação entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus diâmetros. A velocidade periférica (V) é a mesma para as duas rodas.

221121 nDnDVV ππ =∴=

onde: D1 = Diâmetro da polia menor; D2 = Diâmetro da polia maior; n1 = número de voltas por minuto (rpm) da polia menor; n2 = rpm da polia maior.


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Logo:

21 VV = , 2211 nDnD ππ = ,

2211 nDnD =

17.2.1 Transmissão por Correia Plana Essa maneira de transmissão de potência se dá por meio do atrito que pode ser simples, quando existe somente uma polia motora e uma polia movida (como na figura abaixo), ou múltiplo, quando existem polias intermediárias com diâmetros diferentes.

A correia plana, quando em serviço, desliza e portanto não transmite integralmente a potência. A velocidade periférica da polia movida é, na prática, sempre menor que a da polia motora. O deslizamento depende da carga, da velocidade periférica, do tamanho da superfície de atrito e do material da correia e das polias. O tamanho da superfície de atrito é determinado pela largura da correia e pelo ângulo de abraçamento ou contato (a) (figura acima) que deve ser o maior possível e calcula-se pela seguinte fórmula:

Para obter um bom ângulo de abraçamento é necessário que:

• a relação de transmissão i não ultrapasse 6:1; • a distância entre eixos não seja menor que 1,2 (D1 + D2).

No acionamento simples, a polia motora e a movida giram no mesmo sentido. No acionamento cruzado as polias giram em sentidos contrários e permitem ângulo de abraçamento maiores, porém o desgaste da correia é maior.


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A correia plana permite ainda a transmissão entre árvores não paralelas.

O que é uma Polia?

Parte de Elemento de máquinas, as polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo do motor e pelas correias. Uma polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se enrola a correia. A face é ligada a um cubo de roda mediante disco ou braços.

Formato da polia plana Segundo norma DIN 111, a superfície de contato da polia plana pode ser plana ou abaulada. A polia com superfície plana conserva melhor as correias e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias. O acabamento superficial deve ficar entre quatro e dez milésimos de milímetro (4~10µm). Quando a velocidade da correia supera 25m/s é necessário equilibrar estática e dinamicamente as polias (balanceamento).

A polia plana conserva melhor as correias, e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias. As polias apresentam braços a partir de 200 mm de diâmetro. Abaixo desse valor, a coroa é ligada ao cubo por meio de discos.


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17.2.2 Polias Trapezoidal A polia em “V” recebe o nome de trapezoidal porque a superfície na qual a correia se assenta apresenta a forma de trapézio ou de uma letra V. As polias trapezoidais têm que ter canaletes (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada nestas polias.

Obs.: Todas as polias (sem exceção) devem respeitar as normas técnicas de construção, e também respeitar as normas de tolerância, sempre se evitando polias com construção de tolerância zero. Perfil Lateral Básico


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17.2.3 Polias Sincronizadora As polias sincronizadoras apresentam dentes ou sulcos, onde os dentes das correias sincronizadoras irão se encaixar para efetuar o sincronismo de movimento.

Perfil lateral básico:

Além das polias para correias planas e trapezoidais, existem as polias para cabos de aço, para correntes, polias (ou rodas) de atrito e polias para correias redondas. Algumas vezes, as palavras roda e polia são utilizadas como sinônimos.


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17.2.4 Tensionador ou esticador Quando a relação de transmissão supera 6:1, é necessário aumentar o ângulo de abraçamento da polia menor. Para isso, usa-se o rolo tensionador ou esticador, acionado por mola ou por peso.

A tensão da correia pode ser controlada também pelo deslocamento do motor sobre guias ou por sistema basculante.

Polias Tensoras (esticadores) São polias dentadas ou lisas que não transmitem potência no acionamento e são usadas para tensionar as correias. Usadas em acionamento onde as distâncias entre centros são muito pequenas ou a correia a ser utilizada é muito grande. Existem dois tipos de polias tensoras. Polia tensora interna - A polia tensora deve ter o diâmetro igual ou maior que a menor polia do acionamento ;

- Se o acionamento for por correia em V , deve- se utilizar polia tensora em V. Se for por correia sincronizadora, usa-se polia tensora sincronizadora;

- Deve-se sempre colocar a polia tensora interna no meio do acionamento, para não diminuir muito o ângulo de contato da polia motora com a correia ;

- Alinhar corretamente a polia tensora para não comprometer a vida útil da correia.


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Polia tensora externa

- A polia tensora deve ter no mínimo o diâmetro uma vez e meia (x1,5) maior do que o da menor polia do acionamento ;

- A polia tensora deve ter a largura igual ou maior do que a largura da correia ; - A polia tensora externa deve ser sempre lisa, pois irá trabalhar nas costas da correia, independente do tipo de correia ; - Colocar sempre a polia tensora externa próxima à polia motora, para aumentar o ângulo de contato da polia motora com a correia ; - Alinhar corretamente a polia tensora para não comprometer a vida útil da correia.

Materiais para correia plana

• Couro de boi Recebe emendas, suporta bem os esforços e é bastante elásticas.

• Material fibroso e sintéticos Não recebe emendas (correia sem-fim), própria para forças sem oscilações, para polia de pequeno diâmetro. Tem por material base o algodão, o pêlo de camelo, o viscose, o perlon e o nylon.

• Material combinado, couro e sintéticos Essa correia possui a face interna feita de couro curtido ao cromo e a externa de material sintético (perlon). Essa combinação produz uma correia com excelente flexibilidade, capas de transmitir grandes potências.

Transmissão por correia em V A correia em V é inteiriça (sem-fim) fabricada com secção transversal em forma de trapézio. É feita de borracha revestida por lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para absorver as forças.

O emprego da correia em V é preferível ao da correia plana e possui as seguintes características:

• Praticamente não tem deslizamento. • Relação de transmissão até 10:1.


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• Permite uma boa proximidade entre eixos. O limite é dado por p = D + 3/2h (D = diâmetro da polia maior e h = altura da correia).

• A pressão nos flancos, em consequência do efeito de cunha, triplica em relação à correia plana.

• Partida com menor tensão prévia que a correia plana. • Menor carga sobre os mancais que a correia plana. • Elimina os ruídos e os choques, típicos da correia emendada com grampos. • Emprego de até doze correias numa mesma polia.

Perfil e designação das correias em V A designação é feita por uma letra que representa o formato e por um número que é o perímetro médio da correia em polegada. Os perfis são normalizados e denominam-se formato A, B, C, D e E, suas dimensões são mostradas na figura a seguir.


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Perfil dos canais das polias As polias em V têm suas dimensões normalizadas e são feitas com ângulos diferentes conforme o tamanho. Dimensões normalizadas para polias em V

A correia não deve ultrapassar a linha do diâmetro externo da polia e nem tocar no fundo do canal, o que anularia o efeito de cunha.


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Relação de transmissão (i) para correias e polias em V Uma vez que a velocidade (V) da correia é constante, a relação de transmissão está em função dos diâmetros das polias.

Para as correias em V, deve-se tomar o diâmetro nominal médio da polia (Dm) para os cálculos. O diâmetro nominal calcula-se pela fórmula: Dm = De - 2x

Onde: De = diâmetro da polia x = altura efetiva da correia h = altura da correia

17.3 transmissão por correia dentada A correia dentada em união com a roda dentada correspondente permitem uma transmissão de força sem deslizamento. As correias de qualidade têm no seu interior vários cordonéis helicoidais de aço ou de fibra de vidro que suportam a carga e impedem o alongamento.


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A força se transmite através dos flancos dos dentes e pode chegar a 400N/cm2.’ O perfil dos dentes pode ser trapezoidal ou semicircular, geralmente, são feitos com módulos 6 ou 10. As polias são fabricadas de metal sinterizado, metal leve ou ferro fundido em areia especial para precisão nas medidas em bom acabamento superficial. Para a especificação das polias e correias dentadas, deve-se mencionar o comprimento da correia ou o número de sulcos da polia, o passo dos dentes e a largura. Procedimentos em manutenção com correias e polias A correia é importante para a máquina. Quando mal aplicada ou frouxa, provoca a perda de velocidade e de eficiência da máquina; quando esticada demais, há quebra dos eixos ou desgaste rápido dos mancais. As polias devem ter uma construção rigorosa quanto à concentricidade dos diâmetros externos e do furo, quanto à perpendicularidade entre as faces de apoio e os eixos dos flancos, e quanto ao balanceamento, para que não provoquem danos nos mancais e eixos. Os defeitos construtivos das polias também influem negativamente na posição de montagem do conjunto de transmissão.

Cuidados ao montar sua correia na máquina (qualquer tipo de correia)

• Não force a correia sob a polia com alavancas de chave de fenda, cabos de martelo ou outro tipo de alavanca.

• Ao manter as polias na máquina, não amasse as polias, sejam as polias para correias Perfil “V”, polias sincronizadoras ou outras.

• Retire dos canais ou dos dentes das polias, cavacos, parafusos, restos de antigas correias ou outros “corpos estranhos” que podem danificar ou diminuir a vida útil da correia.

• Ao projetar uma transmissão ou reformar uma máquina/transmissão, deixe um espaço para regulagem entre o centro dos eixos de 10 milímetros (mínimo) até 100 milímetros.

• A vida útil (durabilidade) de uma polia em geral é de 3 a 5 trocas de correias. • Quando uma polia da transmissão está gasta, troque todas as polias da

transmissão.


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Dicas da para melhor conservação de suas correias e polias. - Nunca lubrifique as correias, lubrifique somente as partes móveis da máquina (rolamentos, mancais, eixos, etc.). - Limpe as correias com estopa ou pano seco, nunca utilizando querosene, tiner, gasolina, solupan ou outros. - Não utilizar anti-derrapante entre polias e correias. - Não utilizar “silicone ou graxa” entre polias entadas sincronizadoras e correias sincronizadoras. - Em caso de troca de correias, mantendo as mesmas polias, limpe as polias retirando: cavacos, restos de borrachas ou poliuretano de dentro das polias ou ainda outras impurezas.


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CAPÍTULO 18

18 Correntes As correntes transmitem força e movimento que fazem com que a rotação do eixo ocorra nos sentidos horário e anti-horário. Para isso, as engrenagens devem estar num mesmo plano. Os eixos de sustentação das engrenagens ficam perpendiculares ao plano.

O rendimento da transmissão de força e de movimento vai depender diretamente da posição das engrenagens e do sentido da rotação.

Transmissão A transmissão ocorre por meio do acoplamento dos elos da corrente com os dentes da engrenagem. A junção desses elementos gera uma pequena oscilação durante o movimento.


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18.1 Tipos de corrente 18.1.1 Corrente de rolos A transmissão por correntes de rolos é um meio altamente eficiente e versátil para transmitir potência mecânica em aplicações industriais. Este tipo de transmissão é composto por uma engrenagem motriz, uma ou mais engrenagens movidas e por um lance de corrente; este sistema assegura um rendimento de 98% em condições corretas de trabalho, obtendo-se uma relação de velocidade constante entre a engrenagem motriz e a movida. É composta por elementos internos e externos, onde as talas são permanentemente ligadas através de pinos e buchas; sobre as buchas são, ainda, colocados rolos. Esta corrente é aplicada em transmissões, em movimentação e sustentação de contrapeso e, com abas de adaptação, em transportadores; é fabricada em tipo standard, médio e pesado.

Várias correntes podem ser ligadas em paralelo, formando corrente múltipla; podem ser montadas até 8 correntes em paralelo.

18.1.2 Corrente de dentes Nesse tipo de corrente há, sobre cada pino articulado, várias talas dispostas uma ao lado da outra, onde cada segunda tala pertence ao próximo elo da corrente.

Dessa maneira, podem ser construídas correntes bem largas e muito resistentes. Além disso, mesmo com o desgaste, o passo fica, de elo a elo vizinho, igual, pois entre eles não há diferença. Esta corrente permite transmitir rotações superiores às permitidas nas correntes de rolos. É conhecida como corrente silenciosa (“silent chain”).


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18.1.3 Corrente de elos livres Esta é uma corrente especial usada para transportadores e, em alguns casos, pode ser usada em transmissões. Sua característica principal é a facilidade de retirar-se qualquer elo, sendo apenas necessário suspendê-lo. É conhecida por “link chain”.

18.1.4 Corrente comum Conhecida também por cadeia de elos, possui os elos formados de vergalhões redondos soldados, podendo ter um vergalhão transversal para esforço. É usada em talhas manuais, transportadores e em uma infinidade de aplicações.

18.1.5 Corrente de blocos É uma corrente parecida com a corrente de rolos, mas, cada par de rolos, com seus elos, forma um sólido (bloco). É usada nos transportadores e os blocos formam base de apoio para os dispositivos usados para transporte.


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18.2 Fabricação das correntes As talas são estampadas de fitas de aço; os rolos e as buchas são repuxados de chapas de aço ou enrolados de fitas de aço; os pinos são cortados de arames de aço. As peças prontas são, separadamente, beneficiadas ou temperadas para aproximadamente 60 rockwell. Engrenagens para correntes As engrenagens para correntes têm como medidas principais o número de dentes (Z), o passo (p) e o diâmetro (d).

O passo é igual à corda medida sobre o diâmetro primitivo desde o centro de um vão ao centro do vão consecutivo, porque a corrente se aplica sobre a roda em forma poligonal. O perfil dos dentes corresponde ao diâmetro dos rolos da corrente e para que haja facilidade no engrenamento, as laterais dos dentes são afiladas e 10% mais estreitas que a corrente. Algumas rodas possuem o perfil modificado para compensar o alargamento produzido pelo desgaste. Os dentes são formados de tal modo que os rolos colocados entre eles tenham folga no flanco da frente e no flanco de trás.

Vantagem das correntes: • Maior potência de transmissão; • Maior distância entre eixos; • Múltiplos acionamento.

Desvantagens das correntes • Alto desgaste; • Ruído excessivo; • Efeito poligonal.


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CAPÍTULO 19

19 Acoplamentos Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquina, empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixos-árvore.

Funções dos Acoplamentos Unir dois eixos; Absorver choques e vibrações; Compensar desalinhamentos; Transmitir torque, atuar como fusível. Classificação Os acoplamentos podem ser: Rígidos/Fixos, Elástico/Flexíveis, Móveis e Hidráulicos

19.1 Acoplamentos Fixos/Rígidos Os acoplamentos fixos servem para unir árvores de tal maneira que funcionem como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência.


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Aplicação Transmitir elevadas potência em baixas velocidades; Conectar eixos longos

19.1.1 Acoplamento rígido com flanges parafusadas: Esse tipo de acoplamento é utilizado quando se pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade.

19.1.2 Acoplamento com luva de compressão ou de aperto: Esse tipo de luva facilita a manutenção de máquinas e equipamentos, com a vantagem de não interferir no posicionamento das árvores, podendo ser montado e removido sem problemas de alinhamento.

19.1.3 Acoplamento de discos ou pratos: Empregado na transmissão de grandes potências em casos especiais, como, por exemplo, nas árvores de turbinas. As superfícies de contato nesse tipo de acoplamento podem ser lisas ou dentadas.


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19.2 Acoplamentos Flexíveis Os acoplamentos Flexíveis classificam-se em: Elásticos e Não Elásticos

Acoplamentos Flexíveis Elásticos Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em árvores que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre as árvores.

Os acoplamentos elásticos são construídos em forma articulada, elástica ou articulada e elástica. Permitem a compensação de até 6 graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Veja a seguir os principais tipos de acoplamentos elásticos. 19.2.1 Acoplamento elástico de pinos Os elementos transmissores são pinos de aço com mangas de borracha.

19.2.2 Acoplamento perflex Os discos de acoplamento são unidos perifericamente por uma ligação de borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de eixos.


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19.2.3 Acoplamento elástico de garras As garras, constituÌdas por tocos de borracha, encaixam-se nas aberturas do contradisco e transmitem o movimento de rotação.

19.2.4 Acoplamento elástico de fita de aço Consiste de dois cubos providos de flanges ranhuradas, nos quais está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas providas de junta de encosto e de retentor elástico junto ao cubo. Todo o espaço entre os cabos e as tampas é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser flexível, as árvores devem estar bem alinhadas no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações excessivas em serviço.

Observação: Tamanho 3 a 11 – Usa – se grade elástica de camada simples; Tamanho 12 a 190 – Usa-se grade elástica de camada dupla. Aplica-se carga somente depois de completamente montado o acoplamento. Grade externa (dourada) grade interna (prateada) Peças do Acoplamento Tipo F 1 – Os anéis de neoprene são idênticos; 2 – As tampas de vedação são idênticas; 3 – Os cubos são simétricos, podendo, entretanto divergir no diâmetro dos furos e os rasgos de chavetas;


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4 – A grasde elastica de modelo menores é interiça. A de maiores compôe-se de várias secções e camadas; 5 – A guarnição é colocada entre as tampas, impedindo, assim o vazamento da graxa.

19.2.5 Acoplamento de dentes arqueados Os dentes possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, o que permite até 3 graus de desalinhamento angular. O anel dentado (peça transmissora do movimento) possui duas carreiras de dentes que são separadas por uma saliência central.


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Auto Travante com elemento de borracha

Acoplamento Auto travante com cruzeta de borracha

Acoplamento de Lamina


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19.2.6 Acoplamentos flexíveis não Elásticos São aqueles que, apesar de acomodar certos desalinhamento não possuem elasticidade torsional, transmitindo todos os choque e sobrecargas.

19.3 Acoplamentos Móveis São empregados para permitir o jogo longitudinal das árvores. Esses acoplamentos transmitem força e movimento somente quando acionados, isto é, obedecem a um comando. Os acoplamentos móveis podem ser: de garras ou dentes, e a rotação é transmitida por meio do encaixe das garras ou de dentes. Geralmente, esses acoplamentos são usados em aventais e caixas de engrenagens de máquinas-ferramenta convencionais.


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19.4 Acoplamentos Hidráulicos

É constituído de 2 partes principais

- Uma roda de bomba, funcionando como impulsor

- Uma roda de turbina, funcionando como rotor A roda da bomba é acionada pelo motor em virtude do efeito da força centrífuga, o líquido submetido à uma pressão na periferia exterior. O óleo que foi jogado para a periferia do acoplamento arrasta a roda de turbina que está acoplada ao eixo acionado. No instante da partida não existe uma carga sobre o eixo acionado, e o motor parte livre, alcançando sua rotação de regime. Enquanto o eixo acionado vai sendo arrastado suave e gradativamente, motivo pelo qual estes acoplamentos são usados em transmissões de altas potências.

19.4.1 Importância da carga de fluido a – Quantidade insuficiente

- O escorregamento será maior que o previsto;

- A máquina poderá não partir;

- Caso partir, a temperatura de trabalho será alta podendo romper constantemente o bujão fusível e/ou danificar os retentores b- Quantidade em excesso

- Se comporta quase como um acoplamento rígido;

- Diminui – se o torque de aceleração do motor;

- A amperagem do motor permanece alta por mais tempo, aumentando o consumo;

- A máquina pode não partir;

- Em caso de sobrecarga da máquina o motor não estará protegido;

- O motor aquece mais.


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Construção e Funcionamento O acoplamento opera com um volume constante de fluido de trabalho, em geral óleo mineral. O torque transmitido pelo motor de entrada é convertido em energia cinética no fluido operacional dentro do rotor da bomba ligado a este. No rotor da turbina, esta energia hidrodinâmica é novamente reconvertida em energia mecânica. Para as funções do acoplamento, podemos descrever três condições de operação: Todo o fluido de trabalho repousa estático no acoplamento.

No circuito operacional do acoplamento, o fluido é acelerado com aumento da rotação do rotor da bomba. O fluxo de circulação, assim desenvolvido, incide sobre o rotor da turbina e, assim, a coloca em movimento. A curva do torque é determinada pela curva característica do acoplamento e uma disposição adequada das câmaras de compensação (câmara de retardo, carcaça da câmara anular) influencia a característica de partida.

Devido à pequena diferença de rotação entre o rotor da bomba e o rotor da turbina desenvolve-se uma condição de fluxo estacionário no acoplamento. É transmitido ainda apenas o torque solicitado pela máquina de trabalho.


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Escolha do Acoplamento Os fatores fundamentais para o dimensionamento de um acoplamento são a potência e a rotação do motor de acionamento.

Tipos de Acoplamentos


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Acoplamento tipo T e DT O uso deste tipo de acoplamento é recomendado quando se faz necessário um amortecimento das vibrações e proteções contra sobrecarga para o motor e máquina acionada; também podem ser aplicados em acionamentos mais simples na faixa de baixas potências. O acoplamento tipo DT tem dois circuitos de trabalho coaxiais que atuam em paralelo. O circuito duplo resulta na duplicação da transmissão de potência com mesmo tamanho do acoplamento.

Acoplamento tipo TV e TVV A versão TV se caracteriza por uma "câmara de retardo" que está flangeada à roda externa do acoplamento. Em repouso, uma proporção do fluido operacional fica disposto nesta câmara. Reduzindo assim o volume na câmara de trabalho. Assim, na partida do motor, um torque reduzido é transmitido simultaneamente, oferecendo uma partida sem carga ao motor. Após a aceleração do motor, o conteúdo da câmara de retardo esvazia-se para a câmara de trabalho em função do tempo de modo que o torque total seja transmitido. Se necessário para casos especiais de aplicação, o torque de partida do acoplamento pode ser ainda mais reduzido mediante à instalação de uma câmara de retardo maior (tipo TVV) obtendo-se assim uma aceleração ainda mais suave da máquina.

Acoplamento tipo TVVS Somando-se à câmara de retardo estendida a uma câmara anular auxiliar. Durante as primeiras rotações nos procedimentos de partida, devido à força centrífuga, a câmara acumuladora externa é completamente preenchida pelo fluido de operação existente no circuito de trabalho. Em comparação com acoplamentos sem a câmara anular, a quantidade de óleo existente na câmara de trabalho de um acoplamento TVVS fica consideravelmente reduzida, resultando em uma redução do


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torque transmitido durante a partida do motor. O aumento do torque ocorre em função do tempo por esvaziamento da câmara de retardo para dentro da câmara de retardo. Os eventos de partida podem ser adequados às necessidades da aplicação, por meio do ajuste dos diâmetros dos giclês. Este novo conceito de acoplamento foi concebido especialmente para o acionamento de transportadores de correias. Em virtude do crescimento gradual do torque, uma automática adaptação das condições da carga da correia é obtida.

Acoplamento tipo TRI e TVRI A polia para correia em V ou plana que é flangeada na tampa do mancal permite a obtenção de variadas rela de transmissão. Se necessário, a polia da correia pode ser facilmente substituída. Os acoplamentos TRI e TVRI são montados em balanço no eixo do motor ou no eixo da máquina. As forças na correia são suportadas por um mancal na tampa do mancal no cubo do acoplamento. O tipo TRI encontra sua aplicação como auxiliar de partida e proteção contra sobrecarga. Já o tipo TVRI com a câmara de retardo adicional é usado quando uma partida especialmente suave é necessária.


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Defeitos, Causas e Prováveis Soluções

Defeitos Observados

Causa Provável Providencias

Não atinge a velocidade

Motor defeituoso ou incorretamente ligado

Checar motor (velocidade, consumo de corrente, etc.)

Máquina acionada bloqueada

Checar a máquina e remover motivo do bloqueio

Máquina consumindo muita potência.

Checar consumo da potência compará-la com dados técnicos padrões

Quantidade de óleo excessiva, o motor não atinge a velocidade

Checar o volume de óleo indicado pelo fabricante, e o colocado no acoplamento Hidrodinâmico

Quantidade de óleo a menos

Checar o volume de óleo indicado pelo fabricante, e o colocado no acoplamento Hidrodinâmico

Vazamento de óleo no Acoplamento Hidrodinâmico

Verificar estado das arruelas dos parafusos fusíveis, dos de carga de óleo e aperto dos parafusos na periferia do acoplamento Hidrodinâmico

Parafuso fusível derrete

Quantidade de óleo a menos

Checar o volume de óleo indicado pelo fabricante e o colocado no acoplamento Hidrodinâmico

Vazamento de óleo no acoplamento Hidrodinâmico

Verificar estado das arruelas dos parafusos fusíveis, dos de carga de óleo e aperto dos parafusos na periferia do acoplamento

Máquina consumindo muita potência.

Checar consumo da potência compará-la com dados técnicos padrões

Motor funcionando muito tempo em estrela

Apressar a passagem de estrela para triângulo

Instalação trabalhando

desuniformente

Mal alinhamento Realinhar de acordo com instruções

Rolamentos danificados

Checar toda a instalação. Localizar o barulho e vibração, ouvindo e medindo. Substituir rolamentos.

Sistema de fixação da fundação solto

Checar e apertar os elementos de fixação da fundação


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19.5 Montagem de acoplamentos Os principais cuidados a tomar durante a montagem dos acoplamentos são:

• Colocar os flanges a quente, sempre que possível. • Evitar a colocação dos flanges por meio de golpes: usar prensas ou

dispositivos adequados. • O alinhamento das árvores deve ser o melhor possível mesmo que sejam • usados acoplamentos elásticos, pois durante o serviço ocorrerão os

desalinhamentos a serem compensados. • Fazer a verificação da folga entre flanges e do alinhamento e concentricidade

do flange com a árvore. • Certificar-se de que todos os elementos de ligação estejam bem instalados

antes de aplicar a carga.

Os acoplamentos hidráulicos: • Permite partida de motor sem carga alcançando velocidade de operação

antes da carga de trabalho • Suaviza as partidas e reduz o consumo de corrente do motor em até 35% • Capacidade de até 3.000 HP • Extremamente resistente (não há contato metálico) • Reduz choque nos componentes rotativos dos sistemas em condição de

sobrecarga Esforços de desalinhamento geram calor

Termografia


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CAPÍTULO 20

20 Cabos de Aço Histórico Nas escavações de Pompéia foi encontrado um cabo de bronze com 4,5 metros de comprimento composto de 3 cordões com 19 fios. Na China foram utilizados cabos primitivos de fibras vegetais para cruzar rios, menciona-se o uso há mais de 1.500 anos antes de Cristo, os chineses já utilizam cordões de arame. No ano de 1500, Leonardo da Vinci, mencionou um monta-cargas de arame de ferro. Os arames pela primeira vez foram recozidos a fim de diminuir a dureza e trabalhar melhor a frio. Já no ano de 1644 os cabos são utilizados no levantamento de cargas na construção de fortalezas. Em, 1818, na Alemanha, foram empregados cabos para levantamento de grandes cargas em trabalhos de mineração, doze anos depois, na Inglaterra, inicia-se a fabricação de cabos de arame para exploração de minérios. Em 1840 aparecem os cabos de 6 cordões (pernas) com alma têxtil e torções definidas. Daí em diante aconteceu a rápida evolução no processo de fabricação dos cabos. Uma das primeiras instalações de grande porte com cabos de aço para transporte de pessoas é o conhecido BONDINHO DO PÃO DE AÇUCAR, na cidade do Rio, construído em 1913, em funcionamento até hoje, sem acidentes. 20.1 Construção


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Torção das Pernas TORÇÃO À DIREITA - quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita. TORÇÃO À ESQUERDA – quando as pernas são torcidas da direita para a esquerda TORÇÃO REGULAR – quando os fios de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). Maior estabilidade

TORÇÃO LANG – quando os fios e as pernas são torcidas na mesma direção (paralelo). Oferece maior resistência à abrasão e maior flexibilidade ao cabo.

20.2 Especificação O primeiro número representa a quantidade de pernas O segundo número representa a quantidade de arames em cada perna As letras indicam o tipo de alma

6 x 19 + AACI


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20.2.1 Classificação quanto à alma AF – Alma de fibra natural ou AFA - Alma de fibra artificial (Maior flexibilidade). AA – Alma de aço (Maior resistência à tração). AACI – Alma de aço com cabo independente (Combina flexibilidade com resistência à tração). Nota: Os cabos AA possuem 7,5% de resistência à tração a mais e 10% no peso em relação aos AF. Tipos de fibra As fibras naturais utilizadas normalmente são o sisal ou o rami. A fibra artificial mais usada é o polipropileno (plástico). Vantagens das fibras artificiais:

• não se deterioram em contato com agentes agressivos; • são obtidas em maior quantidade; • não absorvem umidade.

Desvantagens das fibras artificiais:

• são mais caras; • são utilizadas somente em cabos especiais.

Flexibilidade A flexibilidade do cabo está condicionada ao número de arames que o compõe.

• Pequena flexibilidade: construção 3 x 7, 6 x 7, 1 x 7 (cordoalha) • Flexíveis: construção 6 x 19, 6 x 21, 6 x 25, 8 x 19, 18 x 7 • Extra flexível: construção 6 x 31, 6 x 37, 6 x 41, 6 x 43, 6 x 47, 6 x 61

Resistência dos cabos


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Obs.: A carga de ruptura efetiva diminui conforme aumenta o nº de fios O fator de Segurança é a relação entre a carga de ruptura mínima e a carga aplicada a) Cordoalhas e cabos estáticos - 3 a 4; b) Cabos de tração horizontal - 4 a 5; c) Cabos para guincho e terraplanagem – 5; d) Pontes rolantes e talhas elétricas - 6 a 8; e) Elevadores baixa velocidade - 8 a 10; f) Elevadores alta velocidade - 10 a16. Pré-formação É o processo de fabricação cuja finalidade é a de eliminar as tensões internas dos arames Vantagens: a) Aumenta a flexibilidade b) Maior resistência à fadiga de flexão c) Elimina as tensões internas d) Manutenção na sua posição original dos arames que se quebram e) O não desenrolamento das extremidades cortadas 20.3 Tipos de Distribuição dos fios 20.3.1 Distribuição warrington Os fios das pernas têm diâmetros menores na periferia

Maior flexibilidade Menor resistência ao desgaste 20.3.2 Distribuição seale As camadas são alternadas em fios grossos e finos.

Menor flexibilidade Maior resistência à abrasão


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20.3.3 Distribuição filler As pernas contém fios de diâmetro pequeno que são utilizados como enchimento dos vãos dos fios grossos.

Boa flexibilidade 20.3.4 Distribuição comum Os fios das pernas possuem um único diâmetro.

Boa flexibilidade Boa resistência ao desgaste 20.4 Seleção

Aplicação Cabo ideal

Pontes rolantes 6 x 41 Warrington Seale + AF (cargas frias) ou AACI (cargas quentes), torção regular, preformado, IPS, polido

Monta carga (guincho de obra) 6 x 25 Filler + AACI, torção regular, EIPS, polido

Perfuração por percussão 6 x 19 Seale + AFA (alma de fibra artificial), torção regular à esquerda, IPS, polido

Cabo trator teleférico 6 x 19 Seale + AF, torção lang, IPS, polido

Elevadores de passageiros 8 x 19 Seale + AF, torção regular, traction steel, polido

Pesca 6 x 19 Seale + AFA e 6 x 7 + AFA, torção regular, galvanizado, IPS

Guindastes e gruas 6 x 25 Filler + AACI ou 19 x 7, torção regular, EIPS, polido

Laços para uso geral 6 x 25 Filler + AF ou AACI, ou 6 x 41 Warrington Seale + AF ou AACI, polido

Bate-estacas 6 x 25 Filler + AACI, torção regular, EIPS, polido


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20.5 Manuseio

Enrolamento:

20.6 Medição do diâmetro


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20.7 Inspeção Passo: É a distância entre dois pontos de um fio em torno da alma do cabo.

Falhas

A inspeção visual de um cabo se sobrepõe a qualquer norma ou método de substituição dos mesmos Identificação da hora da troca

• Número de arames rompidos em um passo • Arames gastos pôr abrasão • Corrosão • Diminuição do diâmetro do cabo • Maus tratos e nós


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Polias

Instalação


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CAPÍTULO 21

21 Elementos Elásticos História Em 1656, na cidade de Haia, Holanda, Christian Huygens (1629-1695) concebeu um relógio de pêndulo com escapo, que substituiu o fuso como instrumento regulador da força da mola. Ao contrário dos outros progressos da relojoaria, porém, essa invenção foi antes de tudo teórica. No lugar do fuso regulador da mola-motor, Huygens imaginou um pêndulo, suspenso livremente por um cordão ou um fio. Introdução Ao longo da historia a mola sempre exerceu um importante papel no desenvolvimento de equipamentos que sofrem força.A mola esta presente desde de uma simples caneta, até em naves aeroespaciais, existe uma diversificada gama de formatos e composição. Por definição mola é um objeto e com que se dá impulso ou resistência a qualquer peça, para imprimir movimentos, amortecer embates, prender um objeto, destinada a reagir, depois de haver sido dobrada, vergada, distendida ou comprimida, apartir desta definição podemos notar a importância de tal peça para a sociedade. Este trabalho tem por objetivo esclarecer as variáveis que caracterizam uma mola, bem como citar as principais aplicações, explicar seu funcionamento e a mostrar os mais importantes tipos de formatos de molas. Uma mola é um objeto elástico flexível usado para armazenar a energia mecânica. As molas são feitas geralmente de aço endurecido. Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica. Os elementos característicos das molas são a flecha, a flexibilidade e a rigidez. Flecha É a deformação sofrida pela mola sob a ação de uma determinada força, medida na direção da própria força. Tal conceito pode estender-se também a um elemento elástico sujeito a um binário, neste caso a força é substituída por um momento aplicado e a deformação retilínea pelo deslocamento angular.


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Dois fatores determinam a quantidade de energia que um arco pode armazenar. O primeiro é sua força de puxada do arco, a quantidade de força necessária para armar o arco. A força de puxada de um arco aumenta conforme você vai puxando a corda. O segundo fator é a distância de puxada, a distância entre a posição da corda quando relaxada e a posição quando está armada. A quantidade total de energia que um arco pode criar é aproximadamente igual à metade do produto de sua força de puxada pela distância de puxada. Ou seja, a força geral de um arco depende do quão difícil é puxar sua corda e do quanto você consegue puxar essa corda para trás. 21.1 Flexibilidade É a capacidade de um determinado material se tornar flexível, que se pode dobrar, curvar, etc. Teoria Fisica das Molas Na física clássica, uma mola pode ser vista como um dispositivo que armazene a energia potencial esticando as ligações entre os átomos de um material elástico. A lei de Hooke da elasticidade Indica que a extensão de uma haste elástica (seu comprimento distendido menos seu comprimento relaxado) é linear proporcional á sua tensão e á força usada para esticá-la. Similarmente, a contração (extensão negativa) é proporcional à compressão (tensão negativa). Esta lei relaciona-se somente quando a deformação (extensão ou contração). A flexibilidade de uma mola quantifica-se pelo valor constante da relação entre o deslocamento, y, do ponto de aplicação da força atuante pela intensidade, P, da força atuante 21.2 Rigidez Propriedade de um material, de sofrer tensões sem se deformar permanentemente. Sob tensão crescente, o material irá se deformar de forma elástica até o ponto em que se deforma permanentemente, seja de forma rúptil, seja de forma dúctil o que depende das propriedades reológicas do material e também das condições termodinâmicas e do tempo em que a tensão é aplicada. A rigidez de uma mola, também designada por constante de mola, k, é o inverso da flexibilidade, isto é, a relação entre a intensidade da força atuante pelo deslocamento respectivo. A rigidez de uma mola, também designada por constante da mola, k, é o inverso da flexibilidade, isto é, a relação entre a intensidade da força atuante pelo deslocamento respectivo.


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A mola é um objeto elástico flexível usado para armazenar a energia mecânica. As molas são feitas de arame geralmente com matéria prima: aço endurecido. Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica. As uniões elásticas são usadas para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para tornar possível o retorno de um componente mecânico à sua posição primitiva. Com certeza, você conhece muitos casos em que se empregam molas como, por exemplo, estofamentos, fechaduras, válvulas de descarga, suspensão de automóvel, relógios, brinquedos etc. As associações entre duas molas podem ser de dois tipos: em série e em paralelo. Numa associação em série as duas molas estão encadeadas de tal forma que o deslocamento do ponto de aplicação da força é obtido pela soma das deformações das duas molas. Por outro lado, a força atuante P, é a mesma que solicita cada uma das molas.

Fabricação das molas As molas são feitas de arame geralmente com matéria prima: aço endurecido. - Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica. Formas de uso As molas são usadas, principalmente, nos casos de armazenamento de energia, amortecimento de choques, distribuição de cargas, limitação de vazão, preservação de junções ou contatos. Com certeza, você conhece muitos casos em que se empregam molas como, por exemplo, estofamentos, fechaduras, válvulas de descarga, suspensão de automóvel, relógios, brinquedos etc.


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21.3 Tipos de mola Os diversos tipos de molas podem ser classificados quanto à sua forma geométrica ou segundo o modo como resistem aos esforços. Quanto à forma geométrica, as molas podem ser helicoidais (forma de hélice) ou planas.

Quanto ao esforço que suportam, as molas podem ser de tração, de compressão ou de torção. 21.3.1 Molas de tração São molas com a forma helicoidal em que as suas voltas são encostadas e que normalmente apresentam argolas nas extremidades. Podem ser paralelas, cónicas. 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.

Composição da mola de tração As molas de tração são compostas dos seguintes componentes:

Analise agora as características da mola helicoidal de tração: De→ diâmetro externo; Di → diâmetro interno; d→ diâmetro da seção do arame; p → passo; nº → número de espiras da mola. h → altura das espiras


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21.3.2 Molas de Compressão 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.

Composição da mola de compressão

21.3.3 Mola de compressão cônica

De: diâmetro externo; Di: diâmetro interno; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo da mola; nº: número de espiras da mola.

dm: diâmetro menor; Dm: diâmetro Maior; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo da mola; nº: número de espiras da mola.


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21.3.4 Molas de torção São molas fabricadas para fazer força à torção, quase sempre trabalhando em torno de um eixo e as suas hastes podem ser direitas ou curvas. As molas de torção podem ser simples ou duplas.

Composição da mola de torção

21.4 Dimensionamento das molas helicoidais No dimensionamento de uma mola há, em geral, que atender aos seguintes fatores: • Permitir alojar a mola no espaço disponível. • Satisfazer os requisitos de rigidez. • Enquadrar os valores do deslocamento e da força máximos aos valores impostos pelo projeto. • Satisfazer a condição de resistência, quer em condições estáticas quer em fadiga. • Verificar que não há riscos de instabilidade no caso de molas comprimidas. A expressão que nos dá a tensão de corte máxima é,

A

P

W

M

t

+=τ

De: Diâmetro externo da mola; Di: Diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo; nº: número de espiras; r: comprimento do braço de alavanca; a: ângulo entre as pontas da mola.


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em que Wt é o módulo de resistência à torção e A é a área da secção. Considerando que é,

24,

16

23D

PMed

Ad

Wt ===ππ

então, por substituição na expressão (5) obtém-se,

23

48

d

P

d

PD

ππτ +=

Ao introduzirmos o fator C definido por,

d

DC =

K é um fator de amplificação das tensões de corte, dado por, s

CK s

5,01+=

A tensão para carregamento estático pode ser calculada por:

ss CKd

FK

d

FD23

88

ππτ ==

21.5 Molas planas As molas planas são feitas de material plano ou em fita. As molas planas podem ser simples, prato, feixe de molas e espiral.

21.5.1 Molas pratos Fabricada conforme norma DIN, atende a diversos setores, podendo ser usada para aplicações que requerem cargas bastante altas em espaços confinados com pequenos deslocamentos. É utilizada tipicamente em embreagens, transmissões, conjunto de freio, válvulas, tubulações, aplicações de engenharia pesada e aparelhos de comando elétrico. Além dos modelos comerciais, oferece opção de ser fabricada conforme especificações do cliente.


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21.5.2 Feixe de Molas Os feixes de molas tem como característica atuar como elemento elástico e estrutural nas suspensões de eixo rígido, absorvendo os movimentos de baixa freqüência e grande amplitude proporcionando conforto e estabilidade. São constituídos basicamente de barras denominadas lâminas ou folhas, unidas por um parafuso (espigão) em sua parte central com exceção as mono- laminas (monoleaf). Eles trabalham sob esforço de flexo-torção onde o esforço de flexão é predominante e acrescido de componentes de torção. Os materiais aplicados na confecção dos feixes de molas são aços-liga que apresentam como propriedades mecânicas alto limite de elasticidade, dureza e fadiga. As principais aplicações são: automóveis, pick-ups, caminhões leves, pesados e jipes. Os tipos de extremidades mais freqüentes são:

• Extremidade com olhete: aplicada em suspensões dianteiras e traseiras; • Extremidade deslizante: aplicada as suspensões de 3° eixo (tipo balancim) e

veículo 6X4. Os feixes de molas podem ser classificados como:

• Trapezoidal linear; • Trapezoidal com auxiliar; • Trapezoidal progressivo; • Parabólico; • Parabólico com duplo estágio; • Parabólico com auxiliar; • Mono-lâminas (monoleaf).


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21.5.3 Molas espiral ou mola caracol A mola espiral tem a forma de espiral ou caracol. Em geral ela é feita de barra ou de lâmina com seção retangular. A mola espiral é enrolada de tal forma que todas as espiras ficam concêntricas e coplanares. Utilizadas em portas, relógios, trenas etc.

Componentes da mola em espiral


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CAPÍTULO 22

22 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. Esses elementos, geralmente, localizam-se entre duas peças fixas ou em duas peças em movimento relativo. As junções cujas peças apresentam movimento relativo se subdividem em girantes, quando o movimento é de Rotação,e deslizantes, quando o movimento é de translação. Os elementos de vedação atuam de maneira diversificada e são específicos para cada tipo de atuação. Exemplos: tampas, bombas, eixos, cabeçotes de motores, válvulas, etc. É importante que o material do vedador seja compatível com o produto a ser vedado, para que não ocorra uma reação química entre eles. Se houver reação química entre o vedador e o produto a ser vedado, poderá ocorrer vazamento e contaminação do produto. Tipos de junção Na vedação existem diferentes aplicações, como acoplamentos, reservatório de estocagem; junções móveis em movimento de rotação, neste casos precisamos conhecer os tipos de junções. Classificação Os elementos de vedação classificam-se em dois grupos: de junções fixas e de junções móveis. Existem situações em que a vedação exige procedimentos específicos e certos cuidados. Muitas vezes, a vedação requer atenção aos seguintes aspectos:

� temperatura - no caso de se trabalhar em ambiente com temperatura muito elevada, a vedação torna-se mais difícil;

� acabamento das peças - uma boa vedação requer bom acabamento das superfícies a serem vedadas;

� pressão - quanto mais elevada for a pressão do fluido, tanto maior será a possibilidade de escapamento, ou seja, a vedação torna-se mais difícil;

� estado físico - os fluidos líquidos são mais fáceis de serem vedados do que os fluidos em estado gasoso.

Portanto, os elementos de vedação de máquinas devem ser adequados a esses aspectos para que se evitem riscos de escapamento e até de acidentes. Os materiais usados como elementos de vedação são: juntas de borracha, papelão, velumóide, anéis de borracha ou metálicos, juntas metálicas, retentores, gaxetas, selos mecânicos, etc.


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22.1 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.

22.2 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.

22.3 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.

22.4 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.


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22.5 Velumóide O Guarnital é especificamente destinado à fabricação de juntas de vedação, para: compressores, condutores de óleo, tampas de válvulas, flanges de tubulações, etc. O Guarnital não corrói as partes metálicas com as quais está em contato, visto não provocar fenômenos eletrolíticos por ser de atividade absolutamente neutra.

22.6 Juntas de teflon Material empregado na vedação de produtos como óleo, ar e água. As juntas de teflon suportam temperaturas de até 260ºc.

22.7 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.

22.8 Juntas de amianto Material empregado na vedação de fornos e outros equipamentos. O amianto suporta elevadas temperaturas e ataques químicos de muitos produtos corrosivos.

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


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O retentor é sempre aplicado entre duas peças que executam movimentos relativos entre si, suportando variações de temperatura. A figura a seguir mostra um retentor entre um mancal e um eixo.

22.9.1 Função dos Retentores A função primordial de um retentor é reter óleo, graxa e outros produtos que devem ser mantidos no interior de uma máquina ou equipamento. O retentor é sempre aplicado entre duas peças que executam movimentos relativos entre si, suportando variações de temperatura. 22.9.2 Elementos de um retentor básico Os elementos de um retentor básico encontram-se a seguir. Acompanhe as legendas pela ilustração.

22.9.3 Tipos de perfis de retentores As figuras seguintes mostram os tipos de perfis mais usuais de retentores. Como foi visto, a vedação por retentores se dá através da interferência do lábio sobre o eixo. Esta condição de trabalho provoca atrito e a consequente geração de calor na área de contato, o que tende a causar a degeneração do material do retentor, levando o lábio de vedação ao desgaste. Em muitas ocasiões provoca o desgaste no eixo na região de contato com o retentor.


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A diminuição do atrito é conseguida com a escolha correta do material elastomérico. A tabela a seguir mostra quatro tipos de elastômeros e suas recomendações genéricas de uso diante de diferentes fluidos e graxas, bem como os limites de temperatura que eles podem suportar em trabalho.

22.9.4 Recomendações para a aplicação dos retentores Para que um retentor trabalhe de modo eficiente e tenha uma boa durabilidade, a superfície do eixo e o lábio do retentor deverão atender aos seguintes parâmetros:

• O acabamento da superfície do eixo deve ser obtido por retificação, seguindo os padrões de qualidade exigidos pelo projeto.

• A superfície de trabalho do lábio do retentor deverá ser isenta de sinais de batidas, sulcos, trincas, falhas de material, deformação e oxidação.

• A dureza do eixo, no local de trabalho do lábio do retentor, deverá estar acima de 28 HRC.

22.9.5 Condições de armazenagem dos retentores Durante o período de armazenamento, os retentores deverão ser mantidos nas próprias embalagens. A temperatura ambiente deverá permanecer entre 10ºC e 40ºC. Cuidados especiais precisam ser observados quanto aos lábios dos retentores, especialmente quando eles tiverem que ser retirados das embalagens.


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22.9.6 Cuidados na montagem do retentor no alojamento • A montagem do retentor no alojamento deverá ser efetuada com o auxílio de

prensa mecânica, hidráulica e um dispositivo que garanta o perfeito esquadrejamento do retentor dentro do alojamento.

• A superfície de apoio do dispositivo e o retentor deverão ter diâmetros próximos para que o retentor não venha a sofrer danos durante a prensagem.

• O dispositivo não poderá, de forma alguma, danificar o lábio de vedação do retentor.

22.9.7 Cuidados na substituição do retentor:

• Sempre que houver desmontagem do conjunto que implique desmontagem do retentor ou do seu eixo de trabalho, recomenda-se substituir o retentor por um novo.

• Quando um retentor for trocado, mantendo-se o eixo, o lábio do novo retentor não deverá trabalhar no sulco deixado pelo retentor velho.

• Riscos, sulcos, rebarbas, oxidação e elementos estranhos devem ser evitados para não danificar o retentor ou acarretar vazamento.

• Muitas vezes, por imperfeições no alojamento, usam-se adesivos (colas) para garantir a estanqueidade entre o alojamento e o retentor. Nessa situação, deve-se cuidar para que o adesivo não atinja o lábio do retentor, pois isso comprometeria seu desempenho.

22.9.8 Análise de falhas e prováveis causas de vazamentos


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22.10 Gaxetas Gaxetas são elementos mecânicos utilizados para vedar a passagem de 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 esses materiais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone, grafite, mica etc.

A função desses outros materiais que são aglutinados às gaxetas é torná-las autolubrificadas. 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. A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam alojados vários anéis de gaxeta, pressionados por uma peça chamada sobreposta. A função dessa peça é manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo, sob pressão conveniente para o trabalho. A seguir mostramos gaxetas alojadas entre um eixo e um mancal e a sobreposta.

As gaxetas são fabricadas em forma de cordas para serem recortadas ou em anéis já prontos para a montagem. As figuras seguintes mostram gaxetas em forma de corda, anéis e algumas de suas aplicações.


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22.10.1 Seleção da gaxeta A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser feita com base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. No entanto, 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.


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22.10.2 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.

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


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22.10.3 Falhas ou defeitos nas gaxetas

22.11 Selo mecânico 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.


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22.11.1 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. 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. As figuras a seguir mostram alguns tipos de sedes e de anéis de selagem, bem como um selo mecânico em corte.

22.11.2 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.

22.11.3 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. A figura a seguir mostram exemplo de selo mecânico em corte.


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22.11.4 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.

O selo mecânico é usado em equipamentos de grande importância como bombas de transporte em refinarias de petróleo; bombas de lama bruta nos tratamentos de água e esgoto; bombas de submersão em construções; bombas de fábricas de bebidas; em usinas termoelétricas e nucleares.


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CAPÍTULO 23

23 Freios Freios Industriais são dispositivos elétricos ou mecânicos desenvolvidos para dissipar a energia de um sistema em forma de calor. As formas mais comuns de dissipar energia são: energia cinética e energia potencial. 23.1 Freios Dinâmicos São equipamentos elétricos auxiliares muito usados em acionamentos onde é necessário reduzir a velocidade do eixo de entrada do redutor, antes de aplicar o freio mecânico, que efetivamente irá segurar a carga. Magnetorque ou freio de Foucault

Conversores de freqüência


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23.2 Freios Mecânicos São conjuntos formados por uma base estrutural, um par de alavancas articuladas e um dispositivo auxiliar que fornece a força necessária para pressionar um tambor ou disco. 23.2.1 Princípio de funcionamento Os freios podem atuar (frenar) por:

• Ação de molas; • Forças pneumáticas; • Forças hidráulicas; • Força mecânica.

E serem liberados (desfrenar) por:

• Força eletromagnética; • Força pneumática; • Força Hidráulica; • Força mecânica.

Freios voltados para a segurança devem frenar por ação de molas, pois na falta de energia estarão sempre fechados(frenados). 23.3 Tipos Freios de Serviço São utilizados na maioria das vezes no eixo de alta rotação, onde o torque de frenagem é baixo, o que requer um freio menor e de baixo custo. Freios de Estacionamento São freios para atuação após a parada do equipamento, fornecendo ao sistema maior segurança para eventuais manuseios e manutenções. Freios de Emergência Devem ser instalados no eixo de baixa rotação. Para pontes rolantes, guinchos e enroladores de cabos deverão ser instalados no flange do tambor (local mais seguro) ou no eixo do tambor. Freio eletromagnético de sapata dupla - Mecânico


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Freio eletromagnético à disco

Freio eletrohidráulico de sapata


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Freio hidráulico à disco

23.4 Materiais Tambores e Disco Normalmente são fabricados em ferro fundido nodular, pois é o material que reuni as melhores propriedades:

• Baixo coeficiente de expansão térmica; • Boa resistência ao desgaste; • Baixo índice de engripamento; • Boa resistência mecânica; • Baixo custo de produção.

Lonas de freios e pastilhas As propriedades essenciais é a resistência ao calor, ao desgaste e um bom coeficiente de atrito. São fabricados a partir de misturas de fibras orgânicas e inorgânicas, impregnadas com composto óleo resinoso.


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CAPÍTULO 24

24 Amortecedores Amortecedor pode ser definido como, qualquer componente de uma estrutura, cuja finalidade seja, eliminar ou suavizar movimentos indesejados. Tipos:

• Amortecedor hidráulicos; - Duplo cilindro hidráulico; - Pressurizados ou a gás; - Cilindro celular; - Cilindro concêntrico celular; - Monotubos;

• Amortecedor visco-elástico; • Amortecedor de massas sincronizados.

Funcionamento: Duplo cilindro hidráulico Problemas:

• Velocidade de acionamento; • Cavitação; • Espumação;


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Funcionamento Pressurizados ou a gás

Aplicação - Suspensão Amortecer as vibrações da massa não suspensa de forma a minimizar a amplitude de movimento; amortecer as vibrações da massa suspensa limita a amplitude de vibração; Anular o balouçar do veículo.


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24.1 Amortecedor visco-elástico

Vantagens

• a simplificação e a facilidade em obter as características pouco dispersas e constantes com o tempo de uso;

• as características de degradação progressiva e perfeitamente detectável por simples inspeção visual do elastômero;

• o uso em projeto do conceito de troca da peça em função do seu estado geral, abandonando-se o conceito de troca por tempo de vida independentemente do estado da peça.

Aplicação


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24.2 Amortecedor de massas sincronizados

Aplicação


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198

24.3 Suspensão Função da Suspensão: Absorver as irregularidades do solo transmitindo o mínimo possível para a carroceria

24.3.1 Tipos de Suspensão e suas aplicações Eixo Rígido

Eixo Semi – Independente

Suspensão Independente


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CAPÍTULO 25

25 Embreagens Embreagem e um dispositivo que possibilita um acoplamento arbitrário, para transmissão de torque entre um eixo motor e um movido. A embreagem é responsável pelo acionamento das marchas. Formada pelo disco de embreagem, diafragma, platô, garfo, coifa e rolamentos (do volante e do eixo). A embreagem transmite a rotação do motor à caixa de mudanças e daí para o diferencial e às rodas. Está localizada entre o motor e a caixa de transmissão, no interior de uma capa seca e é acionada através de um comando em pedal. 25.1 Principais Finalidades

• Proporcionar partidas mais suaves e amortece vibrações; • Transmitir torque; • Interromper o acoplamento entre o eixo motor e o movido; • Proteção contra sobrecargas.

Componentes de uma Embreagem


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25.2 Principio de Funcionamento

• Tem o princípio de funcionamento muito simples, pois é baseado na força atrito.

• Toda vez que um corpo desliza ou tenta deslizar sobre outro, surge o atrito, que tenta impedir este movimento. Quanto maior a compressão de um corpo sobre outro, maior será o atrito.

• A embreagem faz uso então do atrito para transmitir o movimento de rotação do motor à caixa de transmissão.

25.2.1 Funcionamento

• No carro você precisa de uma embreagem porque o motor gira o tempo todo enquanto as rodas não.

• Para um carro parar sem deixar o motor morrer, as rodas precisam estar desconectadas do motor de alguma forma.

• A embreagem nos permite unir suavemente um motor em rotação a uma transmissão que não está girando, através do controle da patinagem entre eles.

• A embreagem funciona devido ao atrito entre o platô de embreagem, por meio da sua placa de pressão, e o volante do motor. Quando o seu pé está fora do pedal, as molas empurram a placa de pressão contra o disco de embreagem, que por sua vez é pressionado contra o volante. Isso liga o motor à árvore de entrada (árvore-piloto) do câmbio, levando-os a girar na mesma velocidade.

• A quantidade de força que a embreagem pode suportar depende do atrito entre o disco de embreagem e o volante, e da força que a mola aplica à placa de pressão. A força de atrito na embreagem funciona como as pastilhas de freio, exceto que a mola pressione o disco de embreagem em vez de pressionar diretamente contra o a pastilha

25.3 Tipos de Embreagens

• Embreagem de disco: – Mola membrana; – Mola Helicoidal.

• Embreagem Hidráulica; • Embreagem Pneumática; • Embreagem Eletromagnética.


201

25.4 Embreagem Mecânica

25.4.1 Embreagem de Disco A embreagem de disco é constituído de platô e disco, a transmissão de torque se dá através do atrito entre esses componentes.

25.4.1.1 Platô de Disco


202

25.4.1.2 Disco Constituído de amianto, materiais sintéticos e cerâmicos;

25.4.1.3 Platô Solidário com o eixo motor; Disco de pressão resistente ao desgaste e ao risco;

25.4.1.4 Molas Mola Diafragma Mola Helicoidal


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25.4.2 Tipo de Acionamento O acionamento pode ser via cabo, pistão hidráulico ou pneumático.

25.5 Embreagem Hidráulica

25.5.1 Embreagem Hidráulica (Automática) Transmissão de torque através do fluido; Características:

• Permite partida de motor sem carga alcançando velocidade de operação antes da carga de trabalho;

• Suaviza as partidas e reduz o consumo de corrente do motor em até 35%; • Extremamente resistente (não há contato metálico); • Reduz choque nos componentes rotativos; • Não acopla diretamente a uma caixa de câmbio normal.


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25.6 Embreagem Pneumática Expansão das sapatas contra o tambor. Características:

• Alta velocidade de aceleração e desaceleração; • Freios de segurança atuados por molas; • Alta margem de temperatura de trabalho; • Aplicações de alta ciclagem e posicionamento; • Extremamente resistente.

25.7 Embreagem Eletromagnética Uma força eletromagnética atrai o platô e comprime o disco.

Características:

• Não necessita de regulagem; • Fácil manutenção; • Não gera torque residual; • Extremamente resistente; • É utilizada para baixos e médios torques.


205

25.8 Embreagem Auto-ajustável A mola diafragma é suportada pela mola sensora; O desgaste no revestimento do disco altera o ponto de trabalho da mola diafragma (sistema convencional); A mola sensora ativará um sistema de anéis que corrige a posição da mola diafragma.

Características:

• reconhece o desgaste dos revestimentos; • baixa força de acionamento, que permanece constante durante a vida da

embreagem • proporciona maior vida útil da embreagem com o aumento da capacidade de

desgaste • simplificação dos sistemas de acionamento • evita a necessidade de servo-assistência • redução do curso do pedal de embreagem com baixo esforço • força de pedal constante para toda uma série de motores • redução do curso de trabalho do rolamento.


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25.9 Clutch-by-wire Um sensor mede a posição do pedal; O dado é transmitido para um módulo eletrônico; Este por sua vez controla o atuador da embreagem.

Vantagens

• Melhor ergonomia; • Melhor proteção em caso de acidente; • Corrige algumas falhas do motorista;


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Aplicações de Embreagens:

• Veículos; • Máquinas Operatrizes; • Indústria (perfuração de poços de petróleo, embalagem de produtos, etc.).

Seleção de Embreagens:

• Torque transmitido; • Característica da transmissão na partida (mais suave ou mais brusco); • Padronizado (no caso de substituição).

Cuidados com a Embreagem:

a) Utilizá-la apenas quando necessário. Pois muitas vezes, sem perceber, o motorista mantêm o pé esquerdo "descansando" sobre o pedal, isso provoca um acionamento parcial do sistema, gerando calor e desgaste prematuro. É uma causa bastante comum de embreagens que exigem substituição com baixa quilometragem de uso.

b) Nas subidas, use o freio. Ao parar o carro em um semáforo ou cruzamento, em subida, muitos seguram o carro só no freio do pedal, levando ao desgaste prematuro da engrenagem. O certo é utilizar os freios (pedal) juntamente com o freio de mão. Para sair, basta liberar a embreagem ao mesmo tempo que o freio, reduzindo a "queima" da embreagem ao tempo mínimo necessário.

c) Respeite os limites do seu carro, não faça arrancadas bruscas pois todo uso intenço da embreagem provoca desgastes.

d) A regulagem do pedal não deve ficar "alto" nem "baixo" demais, ou seja, o ponto de acoplamento não pode estar muito distante do motorista nem muito próximo, o que traz desconforto. Alguns automóveis têm ajuste automático de folga. Normalmente o pedal da embreagem fica cerca de 10mm abaixo do pedal do freio.

e) Atenção nas reduções. Ao reduzir marchas, evite ultrapassar o regime máximo de rotações do motor para não forçar muito o disco de engrenagem.

f) Trepidação acontece quando tem um disco empenado, impregnado de óleo lubrificante, ou um platô deformado por superaquecimento podem causar trepidação ao se soltar o pedal de embreagem. Nesses casos, para saná-la só trocando o conjunto.

Principais Defeitos:


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26 Anexo A Propriedades Mecânicas


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Valores de τ


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27 Referencias Bibliográficas:

Jack A. Collins, Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas, editora LTC, 2006. Cunha, Lamartine Bezzerra da, Elementos de Máquinas, editora LTC, 2005. Sarkis Melconian, Elementos de Máquinas, editora Érica, 2000. Gustav Niemann, Elementos de Máquinas – Vol. 1, editora Edgard Blucher, 2002. Gustav Niemann, Elementos de Máquinas – Vol. 2, editora Edgard Blucher, 2002. Gustav Niemann, Elementos de Máquinas – Vol. 3, editora Edgard Blucher, 2004. Norton, Robert, Projeto de Máquinas, editora Bookman, 2000. Joseph e. Shigley, Charles R. Mischke, Richard G. Budynas, Projeto de Engenharia Mecânica, editora Bookman, 2005.

Apostila elementos 2011

Engineering

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