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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCAMPUS PATO BRANCO

ENGENHARIA MECÂNICA

DIONI ANTONIO SQUENA

PROJETO MECÂNICO DE UM GUINCHO

MEMORIAL DE CÁLCULO

PATO BRANCO2013



Memorial de Cálculo, apresentado àdisciplina de Projeto de ComponentesMecânicos, do curso de EngenhariaMecânica, Universidade TecnológicaFederal do Paraná, como requisitoparcial para a aprovação nestarespectiva disciplina.Orientador: Prof. Robson GonçalvesTrentin.

DIONI ANTONIO SQUENA

PROJETO MECÂNICO DE UM GUINCHO

PATO BRANCO2013



SUMÁRIO

1.0 PROJETO MECÂNICO DE UM GUINCHO .......................................................... 3 1.1 Descrição do projeto ........................................................................................ 3

1.1.1 Definição do problema ............................................................................... 3 1.1.2 Declaração dos dados ................................................................................ 3 1.1.3 Desenho esquemático do projeto ............................................................... 3

1.2 Projeto detalhado ............................................................................................. 4

1.2.1 Aceleração e velocidade ............................................................................ 41.2.2 Cálculo da força de inércia ......................................................................... 5

1.2.3 Determinar bitola do cabo .......................................................................... 5

1.2.4 Especificação do tambor ............................................................................ 5

1.2.4.1Dimensionamento do eixo do tambor.................................................. 7

1.2.4.2 Dimensionamento da chaveta do tambor ........................................... 9

1.2.4.3 Dimensionamento do mancal de rolamento do tambor .................... 10

1.2.5 Dimensionamento do eixo sem-fim e coroa ............................................. 121.2.5.1 Especificação do motor elétrico ....................................................... 12

1.2.6 Dimensionamento do eixo da engrenagem sem-fim ................................ 14

1.2.6.1 Dimensionamento da chaveta da engrenagem ................................ 17

1.2.6.2 Dimensionamento do mancal de rolamento na engrenagem ........... 18

1.2.7 Dimensionamento do eixo sem-fim ......................................................... 19

1.2.7.1 Dimensionamento do mancal de rolamento do sem-fim .................. 20

1.2.8 Dimensionamento dos parafusos do suporte do tambor .......................... 21

1.3 Modelos matemáticos .................................................................................... 23 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 24



3

1.0 PROJETO MECÂNICO DE UM GUINCHO

1.1 Descrição do projeto

1.1.1 Definição do problema

O presente documento tem por finalidade determinar os detalhes da

concepção do projeto mecânico de um guincho de pequeno porte utilizado na

elevação de fardos de feno, exprimindo, com as características necessárias, os

anseios dos potenciais clientes desse produto.

Pretende-se trabalhar na concepção de um projeto funcional que atenda às

principais necessidades e interesses dos clientes, garantindo produtividade,

segurança e praticidade, considerando as características físicas do local.

1.1.2 Declaração dos dados

A concepção do projeto foi feita tendo em vista dados de carga, produtividade

e altura de elevação dos fardos de feno já pré-estabelecidos.

O projeto é norteado pelos seguintes dados:

Carga: 100 [kg];

Produtividade: 400 [fardos/hora];

Altura de elevação: 5 [m].

1.1.3 Desenho esquemático do projeto



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1.2 Projeto detalhado

O projeto do guincho de elevação, como qualquer outro projeto mecânico,

obedece a uma sequência lógica de cálculos, ou seja, a partir dos dados iniciais do

problema se faz o dimensionamento da máquina, de forma a contemplar os

requisitos de produtividade desejados.

Os resultados obtidos do equacionamento acima mostram que:

Esses dados de velocidade máxima e acelaração serão na sequência

utilizados para calcularmos a força total no cabo e a rotação necessária no tambor

para que a produtividade meta seja atendida.



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Figura 1: Diâmetros comerciais de cabo e tambor - SIVA



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Os resultados importantes obtidos dos cálculos acima são:

- Força no cabo:

- Diâmetro do cabo:

- Diâmetro do tambor:

- Largura do tambor:

A sequência de projeto procede com o cálculo do torque total do tambor:

- Torque total no tambor:

- Velocidade angular do tambor:

Determinado o torque ao qual o tambor está sujeito, determina-se na

sequência os diâmetros de escalonamento do eixo para alojar o tambor.



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Para o dimensionamento do eixo do tambor precisamos determinar o

diagrama de momentos fletores (DMF) para cada seção do eixo, tendo em vista

ainda que, este estará sujeito ao torque anteriormente calculado, obtendo assim os

diâmetros mínimos.



8

Figura 2: DMF e momentos nos pontos de escalonamento do eixo



9

- Diâmetro na região do tambor:

- Diâmetro nos mancais de rolamento:

- Diâmetro da ponta do eixo:



10

- Comprimento da chaveta por cisalhamento:

- Compr imento da chaveta por esgamento:

Figura 3: Dimensões padronizadas de chavetas retangulares



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- Vida do mancal/rolamento em horas:

O projeto agora é direcionado para a determinação do motor a utilizar. Optou-

se por um motofreio já que o engrenamento sem-fim pode não ser capaz de travar

automaticamento a carga quando na altura de elevação. Segue abaixo asespecificação elétrica do motor de 3 CV de potência para o guincho em

dimensionamento.

Figura 4: Especificações do motor – WEG



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13



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- Diâmetro pr imitivo do sem-fim:

- Diâmetro na região dos mancais do eixo sem-fim:

- Diâmetro primit ivo da coroa:

- Largura da face da coroa:- Força tangencial na coroa:

- Torque da coroa:

- Número de dentes da engrenagem/coroa sem-fim:

Determinados esses valores, podemos agora dimensionar o eixo da

engrenagem sem-fim, esse eixo também terá três escalonamentos: será

determinado um diâmetro para a região da coroa, outro para os mancais de

rolamento e ainda um terceiro diâmetro (menor) para a ponta direita do eixo.

A ligação - eixo da engrenagem sem-fim e o eixo do tambor - será feita

através de um acoplamento espiral, que permite um desalinhamento angular grande.



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No engrenamento do sem-fim temos uma condição tridimensional de

carregamento atuando, assim, para o cálculo do diâmetro do eixo na engrenagem

devemos obter primeiramente a magnitude do momento em cada ponto de

escalonamento do eixo.

Para isso segue o DMF (diagrama de momento fletores) para os dois planos

de forças (y - z) e (x -z).

Plano (y - z): Onde P1 = Fradial



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Plano (x - z): Onde P1 = Ftangencial

A magnitude é igual o módulo do momento em cada ponto de escalonamento

do eixo, levando em consideração os dois planos de carregamento.



17

- Diâmetro na região da engrenagem sem-fim:

- Diâmetro nos mancais:

- Diâmetro da ponta direita do eixo:

- Comprimento da chaveta por cisalhamento:

- Compr imento da chaveta por esgamento:



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- Diâmetro do mancal do eixo sem-fim:

Plano (x – z) e (y – z): Onde P1 = Fradial e Ftangencial respectivamente



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Como podemos ver o valor do diâmetro mínimo para a região do mancal de

rolamento do eixo sem-fim foi de 15,76 [mm], já o diâmetro na região dos dentes -

que transferem torque à engrenagem - foi de 51,31 [mm]. Isso ressaltado, podemos

proceder com a especificação de um eixo sem-fim com diâmetro constante de 50

[mm], assegurando sua integridade durante a operação da máquina.

Para ligar o eixo do motor ao eixo sem-fim utilizar-se-á um acoplamento

comercial de engrenagem, pois esse permite um grande desalinhamento axial.




21



22

- Coeficiente de segurança por separação:

- Coeficiente de segurança por escoamento:



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O dimensionamento de parafuso apresentado acima é para a região mais

crítica da máquina, ou seja, para a região de maior carregamento. Portanto,

padroniza-se os parafusos (M12 x 1,75) usados na montagem do guincho, e

assegura-se que os mesmo não irão falhar para todos os outros pontos de fixação, a

constar, a fixação do motor e para a fixação da base da engrenagem sem-fim.

1.3 Modelos matemáticos

O modelamento matemático para o dimensionamento deste projeto seguiu a

literatura especializada de projeto de máquinas, mas especificamente, conforme

referência [1] que está na sequência.Os modelos matemáticos foram implementados no software Engineering

Equation Solver (EES).

Para a determinação dos diagramas de esforços cortantes (DEC) e momentos

fletores (DMF) utilizou-se o software MDSolids: Educational Software for Mechanics

of Materials.



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REFERÊNCIAS

[1] NORTON, Robert L. Projetos de Máquinas: Uma Abordagem Integrada - 2º

Edição, Ed. Bookman. 2004.

[2] Catálogo de mancais de rolamento. Disponível em: <http://www.skf.com/group/index.html >. Acessado em: 06 de março de 2013.

[3] Catálogo motores WEG. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/tec_cat/tech_motor_sel_web.asp >. Acessado em: 06 demarço de 2013.

[4] Chavetas paralelas. Disponível em:<http://www.demec.ufmg.br/Grupos/labprojmec/Chavetas_Paralelas.htm >.Acessado em: 05 de março de 2013.

[5] Jomarca – Produtos de Qualidade. Disponível em:<http://www.jomarca.com.br/produtos>. Acessado em: 16 de março de 2013.

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