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PROJETO DE UMA MÁQUINA ESFERA-DISCO PARA ANÁLISE DA

LUBRIFICAÇÃO NA PREVENÇÃO DO DESGASTE POR ADESÃO

Sandro Carvalho Valente

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de

Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte

dos requisitos necessários à obtenção do título de

Engenheiro.

Orientador: Sylvio José Ribeiro de Oliveira

Rio de Janeiro

Setembro de 2017

ii

PROJETO DE UMA MÁQUINA ESFERA-DISCO PARA ANÁLISE DA

LUBRIFICAÇÃO NA PREVENÇÃO DO DESGASTE POR ADESÃO


PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA

POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO

DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof. Sylvio José Ribeiro de Oliveira, Dr.Ing. (Orientador)

________________________________________________

Prof. Flávio de Marco Filho, Dsc.

________________________________________________

Prof. Fernando Pereira Duda, Dsc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

SETEMBRO DE 2017

iii

Valente, Sandro Carvalho

Projeto de uma Máquina Esfera-Disco para Análise da

Lubrificação na Prevenção do Desgaste por Adesão / Sandro

Carvalho Valente. - Rio de Janeiro: UFRJ / Escola

Politécnica, 2017.

XIV,86 p.; 29,7cm

Orientador: Sylvio José Ribeiro de Oliveira

Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /

Curso de Engenharia Mecânica, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 64

1. Introdução 2. Revisão da Literatura. 3. Projeto Da

Máquina Esfera-Disco. 4. Projeto de Detalhamento. 5.

Conclusões. I. Ribeiro de Oliveira, Sylvio José. II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica,

Curso de Engenharia Mecânica. III. Título.

iv

Agradecimentos

Meu agradecimento vai não só para pessoas presentes nesta fase, mas também

para aquelas que vem me acompanhando antes mesmo da Universidade, compartilhando

o aprendizado, o conhecimento e as expectativas para que eu pudesse chegar aqui até

aqui.

Agradeço primeiramente à minha mãe, Sueli Tereza Carvalho, uma pessoa que

sempre correu atrás e me permitiu ter as condições necessárias para que eu pudesse

cursar uma Universidade e tentar fazer a diferença e, ao meu falecido avô, Milton

Carvalho, sempre trabalhador onde muito do que temos se deve à ele.

Começando pelas pessoas especiais, aquelas que me motivaram e motivam,

algumas presentes há muito tempo em minha vida, outras mais recentes, meu carinho

especial vai para meu amigo de longa data Marcel Duarte da Silva Xavier, a este fica

meu muito obrigado pela amizade e aprendizado compartilhado na nossa busca por um

caminho melhor. Meu carinhoso agradecimento também à Luciana Plum pela torcida e

motivação. Outra pessoa que merece meu agradecimento por ter se tornado uma fonte

de inspiração e me conduzir à este caminho é o professor, Físico e Pesquisador José

Abdalla Helayel-Neto. Para este último vai meu muito obrigado por me apresentar um

caminho, uma direção e ao mesmo tempo pelo exemplo de excelência e humildade.

No meio acadêmico meu agradecimento vai para várias pessoas, pois graças a

elas com sua ajuda e seu companheirismo foi possível chegar até aqui, no entanto

algumas pessoas merecem aqui ser mencionadas como Lucas Braga Campos pela

amizade surgida do companheirismo no estudo diário, Fellipe Corte Parreira, que esta

v

também na luta buscando melhores oportunidades e demais colegas de turma sempre

presentes e dispostos a ajudar, em especial Gabriel Silva e Jorge Júnior.

Quanto aos professores, alguns do Departamento de Engenharia Mecânica

merecem ser citados pela atenção, amizade, carisma, motivação, capacidade, humildade

e profissionalismo. São eles: Marcelo Colaço, José Stockler Canabrava Filho, Flávio de

Marco Filho, Fernando Pereira Duda, Carolina Palma Naveira Cotta, Reinaldo de Falco,

Hélcio Rangel Barreto Orlande e Sylvio José Ribeiro de Oliveira que além do

profissionalismo foi um ótimo orientador no presente projeto. Fora do departamento

meu agradecimento vai para o professor José da Rocha Miranda Pontes, do

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de materiais, Armando Carlos de Pina Filho

e Roberto Machado Correa, ambos do departamento de expressão Gráfica.

Meu muito obrigado a todos aqueles aqui não mencionados que contribuíram de

alguma forma na concretização do presente trabalho e na minha formação.

vi

Resumo do Projeto de Graduação apresentado ao DEM/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.

PROJETO DE UMA MÁQUINA ESFERA DISCO PARA ANÁLISE DA

LUBRIFICAÇÃO NA PREVENÇÃO AO DESGASTE POR ADESÃO.


Setembro/2017

Orientadores: Sylvio José Ribeiro de Oliveira

Curso: Engenharia Mecânica

Ensaios Esfera-Disco são usados em laboratórios para estudar o coeficiente de

Atrito de vários lubrificantes com o intuito de se avaliar a capacidade de lubrificação na

prevenção ao desgaste por adesão.

Este projeto, tem como componentes principais uma esfera de teste, um anel de

teste, uma célula de carga e um atuador pneumático cuja finalidade é aumentar a carga

sobre esta esfera e assim obter o valor do coeficiente de atrito na interface desta com o

anel de teste, que terá uma velocidade constante entre 500rpm e 600rpm e uma carga

máxima de 50 N.

Palavras-chave: Máquina Esfera-Disco, Coeficiente de Atrito, Tribologia

vii

Abstract of Undergraduate Project presented to DEM/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Engineer.

MACHINE DESIGN OF BALL ON DISC FOR LUBRIFICATION ANALYSIS IN

THE PREVENTION TO WEAR BY ADHESION


September/2017

Advisor: Sylvio José Ribeiro de Oliveira

Course: Mechanical Engineering

Ball on Disc test are used in laboratories to study the friction coefficient in order

to evaluate the lubricity in the prevention to wear by adhesion.

This machine has a test ball, a test ring, a load cell and a pneumatic piston where

we can increase the load on this ball and to obtain the value of the friction coefficient at

the interface between the test ball and the test ring with a constant speed between 500 to

600 rpm and a maximum load of 50N

Keywords: Ball On Disc Machine, Friction Coefficient, Tribology

viii

Sumário

1. Introdução ................................................................................................. 1

2. Revisão da literatura ................................................................................. 2

2.1. Tribologia .................................................................................................................. 2

2.2. Força de Atrito ............................................................................................................ 3

2.3. Desgaste ..................................................................................................................... 4

3. Projeto da Máquina Esfera-Disco ............................................................ 6

3.1. O Projeto Básico ......................................................................................................... 6

3.2. Características construtivas da Máquina Esfera-Disco ............................................. 8

3.2.1. Braço de carga e seus componentes ....................................................................... 8

3.2.2. Eixo do Anel de Teste e seus Componentes ......................................................... 10

3.2.3. Desmontagem e Limpeza ..................................................................................... 11

3.2.4. A base da Máquina ............................................................................................... 13

3.3. Lista de exigências ................................................................................................... 15

3.4. Materiais .................................................................................................................. 16

4. Projeto de Detalhamento ........................................................................ 17

4.1. Cálculos Básicos ...................................................................................................... 17

4.1.1. Força de Atrito Máximo ....................................................................................... 17

4.1.2. Potência do Motor ................................................................................................ 17

4.2. Cálculos e Detalhamento do Projeto ....................................................................... 19

4.2.1. Seleção do Motor e do Motorredutor ................................................................... 19

4.2.1.1. Seleção do Motor ............................................................................................... 19

4.2.1.2. Seleção do Motorredutor ................................................................................... 20

4.2.2. Seleção do Acoplamento Elástico ........................................................................ 20

4.2.3. Dimensionamento do Atuador Pneumático .......................................................... 21

4.2.4. Análise de Esforços no Braço de Carga ............................................................... 24

4.2.4.1. Diagramas de Força Cortante e Momento Fletor .............................................. 25

ix

4.2.4.2. Cálculo dos Coeficientes de Segurança ............................................................. 28

4.2.4.2.1. Análise Estática .............................................................................................. 29

4.2.4.2.1.1. Máxima Tensão Cisalhante ......................................................................... 29

4.2.4.2.1.2. Máxima Energia de Distorção ..................................................................... 30

4.2.4.2.2. Análise Fadiga ................................................................................................ 30

4.2.4.2.2.1. Critério de Sodeberg .................................................................................... 31

4.2.5. Dimensionamento dos Ganchos .......................................................................... 32

4.2.6. Análise de Esforços no Eixo do Braço de carga ................................................... 34


4.2.6.2. Cálculo do Diâmetro Mínimo da Seção do Eixo ............................................... 36


4.2.6.2.1.1. Análise Deflexão ......................................................................................... 36


4.2.6.2.1.3. Máxima Energia de distorção ...................................................................... 38

4.2.6.2.2. Análise Fadiga ................................................................................................ 38

4.2.6.2.2.1. Critério de Sodeberg .................................................................................... 40

4.2.7. Análise de Esforços no eixo no Anel de Teste ..................................................... 41


4.2.7.2. Cálculo do Diâmetro Mínimo da Seção do Eixo ............................................... 44


4.2.7.2.1.1. Análise Deflexão ......................................................................................... 44


4.2.7.2.1.3. Máxima Energia de Distorção ..................................................................... 46

4.2.7.2.1.2 Análise Fadiga ............................................................................................. 47

4.2.7.2.1.2.1. Critério de Sodeberg ................................................................................. 49

4.2.8. Cálculo dos Rolamentos ....................................................................................... 50

4.2.8.1. Cálculo dos Rolamentos do Eixo do Anel de Teste .......................................... 50

x

4.4.8.2. Cálculo do Rolamento do Eixo do Braço de Carga ........................................... 53

4.2.9. Dimensionamento das Chavetas ........................................................................... 54

4.2.9.1. Chaveta para Transmissão Eixo-Anel de Teste ................................................. 56

4.2.9.2. Chaveta para Transmissão Acoplamento Elástico - Eixo .................................. 58

4.2.9.3. Chaveta para Transmissão Motorredutor - Acoplamento Elástico ..................... 60

5. Conclusões .............................................................................................. 63

6. Referências Bibliográficas ...................................................................... 64

7. Anexos .................................................................................................... 65

7.1. Motor elétrico ........................................................................................................... 65

7.2. Tabela com valores para dimensionamento do Motorredutor ................................. 66

7.3. Acoplamento elástico .............................................................................................. 67

7.4. Atuador pneumático ................................................................................................ 68

7.5. Gancho ..................................................................................................................... 70

7.6. Pesos ......................................................................................................................... 71

7.7. Unidade de rolamento e componentes ...................................................................... 72

7.7.1. Unidade de Rolamento ......................................................................................... 72

7.7.2. Rolamento do Eixo do Anel de Teste .................................................................... 73

7.7.3. Bucha de Fixação................................................................................................... 74

7.7.4. Porca de Fixação ................................................................................................... 75

7.7.5. Arruelas de segurança ............................................................................................ 76

7.7.6. Rolamento do Eixo do Braço de Carga ................................................................. 77

7.8. Dimensões dos Furos e Rasgos de Chaveta.............................................................. 78

7.9. Célula de Carga ....................................................................................................... 79

7.10. Retentores ............................................................................................................... 80

7.11. Torneira para Tambor ............................................................................................. 81

7.12. Mangueira para Remoção de Óleo ........................................................................ 82

7.13. Pé Anti-Vibratório .................................................................................................. 83

xi

7.14. Gráficos e Equações utilizadas nos Cálculos de Deflexão e Coeficientes de

segurança ......................................................................................................................... 84

7.14.1. Coeficiente de Segurança ................................................................................... 84

7.14.2. Deflexão .............................................................................................................. 85

8. Desenho de Detalhamento do Projeto .................................................... 86

xii

Lista de Figuras

Figura 1 - Comparação entre as Forças de atrito Estática e Dinâmica ............................. 4

Figura 2 - Mecanismo de desgaste por adesão ................................................................. 5

Figura 3 - Princípio de Funcionamento da máquina Esfera-Disco .................................... 6

Figura 4 - Projeto Básico ................................................................................................... 6

Figura 5 - Braço de Carga e seus Componentes ............................................................... 9

Figura 6 - Acoplamento para Esfera de Teste .................................................................. 9

Figura 7 - Acoplamento para Esfera de Teste (Vista Interna) e sua fixação ao braço de

carga através da Célula de Carga ...................................................................................... 9

Figura 8 - Eixo do Braço de Carga ................................................................................. 10

Figura 9 - Vista Lateral do Eixo ..................................................................................... 11

Figura 10 - Fixação do Anel de teste .............................................................................. 11

Figura 11 - Vista interna da Caixa e Cuba (Esquerda), Vista Frontal da Caixa (Centro) e

Vista Posterior da Caixa (Direita) .................................................................................. 12

Figura 12 - Pernas da Mesa ............................................................................................ 13

Figura 13 - Fixação do atuador pneumático e do eixo do braço de carga na Base .......... 13

Figura 14 - Máquina Esfera-Disco ................................................................................. 14

Figura 15- Força da Esfera de Teste x Pressão exercida pelo Atuador Pneumático ...... 23

Figura 16 - Diagrama de esforços: 1-Diagrama de Corpo Livre; 2-Diagrama de Força

Cortante; 3-Diagrama de Momento Fletor ..................................................................... 26







Figura 20 - Seleção do motor Elétrico ............................................................................ 65

Figura 21 - Seleção do Motorredutor: Potência e dimensões ......................................... 66

xiii

Figura 22 - Seleção do Acoplamento elástico ................................................................ 67

Figura 23 - Seleção do Atuador Pneumático e dimensões ............................................. 68

Figura 24 - Seleção do Gancho ...................................................................................... 70

Figura 25: Seleção do Peso ............................................................................................. 71

Figura 26: Seleção da Unidade de Rolamento ................................................................ 72

Figura 27: Seleção do Rolamento do Eixo do Anel de Teste ......................................... 73

Figura 28: Seleção da Bucha de Fixação ........................................................................ 74

Figura 29: Seleção das Porcas de Fixação ...................................................................... 75

Figura 30: Seleção das Arruelas de Segurança ............................................................... 76

Figura 31: Seleção do Rolamento do eixo do Braço de Carga ....................................... 77

Figura 32: Dimensões de Rasgo e Furo de Chaveta ....................................................... 78

Figura 33:Célula de Carga triaxial ATI Mini 40 ............................................................. 79

Figura 34: Seleção do Retentor ...................................................................................... 80

Figura 35 - Torneira Tambor .......................................................................................... 81

Figura 36 - Mangueira para remoção de óleo ................................................................. 82

Figura 37 -Pé Anti Vibratório ......................................................................................... 83

Figura 38 - Referência [8] ............................................................................................... 84




xiv

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Constantes Físicas do Material utilizado ....................................................... 16

Tabela 2 - Propriedades Mecânicas do Material utilizado ............................................. 16

Tabela 3 - Força na Esfera de Teste x Pressão exercida pelo Atuador Pneumático ....... 23

1

1. Introdução

Os avanços no campo da mecânica e demais áreas tecnológicas vem permitindo

a construção de máquinas e equipamentos visando atender cada vez mais as

necessidades da sociedade como um todo, necessidades estas que vão desde

equipamentos para uso doméstico passando por máquinas industriais, ferramentas,

automóveis e todos os novos produtos lançados constantemente no mercado. No

entanto, o uso frequente e a preocupação com a vida útil destes produtos e assim

também, das máquinas e equipamentos, é objeto de estudo sendo, em particular, o atrito

um deles e, consequentemente a lubrificação e o desgaste proveniente da interação entre

superfícies, assunto estudado em uma área da ciência chamada Tribologia.

Neste contexto de estudo de interação entre superfícies é que temos a motivação

deste projeto, uma máquina cuja construção visa avaliar a lubricidade de um

combustível diesel de baixo teor de enxofre tendo como foco a prevenção contra o

desgaste adesivo.

Este projeto constitui a parte mecânica, logo, a leitura e interpretação de sinais

não é contemplada, ficando a interface homem-máquina para um projeto futuro.

Começaremos este trabalho no capítulo 2 com uma revisão da literatura onde

iremos brevemente falar sobre a Tribologia e em seguida definir a força de atrito e os

principais mecanismos de desgaste.

O capítulo 3 apresenta o projeto básico da máquina esfera-disco, seu princípio de

funcionamento e objetivo para então, apresentar as características construtivas com os

componentes mecânicos utilizados onde desmembramos a máquina em "blocos" para

uma melhor visualização destes componentes e suas funções, passando pela

2

desmontagem e limpeza, parte estrutural, materiais empregados e a lista de exigências à

partir da qual daremos início à seleção dos componentes mecânicos.

O capítulo 4 apresenta o projeto de detalhamento com todos os cálculos para o

dimensionamento dos componentes que constituem os elementos de máquina, com as

informações técnicas visando atender as exigências necessárias.

O capítulo 5 apresenta a conclusão com base no dimensionamento dos

componentes e sua relação com as exigências impostas, com o princípio de

funcionamento e o objetivo do projeto.

O capítulo 6 apresenta as referências bibliográficas.

O capítulo 7 apresenta os anexos com as informações técnicas dos componentes

bem como tabelas utilizadas no dimensionamento destes.

O capítulo 8 apresenta finalmente o desenho de detalhamento do projeto.

2. Revisão da Literatura

2.1. Tribologia

O termo Tribologia tem origem do grego ('Tribo' significa atritar, friccionar e

'Logos' significa estudo) sendo esta uma ciência que estuda a interação de superfícies

em movimento relativo ou, como na definição de 1966, é "a ciência e tecnologia da

interação de superfícies em movimento relativo e assuntos e práticas relacionados" ("the

science and technology of interacting surfaces in relative motion and of related subjects

and practices"). [1]

3

Neste estudo de interação entre superfícies, a lubrificação se faz presente como

forma de reduzir o desgaste em função da diminuição do atrito mediante a introdução de

um filme de baixa resistência ao cisalhamento sendo importante mencionar que mesmo

com o uso de lubrificantes, os componentes da atmosfera precisam ser considerados no

estudo destas interações. [2]

O objetivo da máquina é obter o coeficiente de atrito, pois é à partir deste que

será avaliada a capacidade de lubrificação do combustível analisado e, consequente, sua

capacidade de redução no desgaste.

2.2. A Força de Atrito

O atrito é uma força de resistência devido ao movimento relativo entre duas

superfícies. O cálculo desta força depende da força normal e do coeficiente de atrito,

que é dividido em dois tipos:

Coeficiente de atrito estático ( ): se encontra quando duas superfícies estão em

repouso e seu valor máximo se dá quando estas superfícies estão na iminência de

movimento relativo. É nesta condição de iminência que encontramos a força de

atrito máxima, onde à partir da qual tem-se o início do movimento.

Coeficiente de atrito dinâmico ou cinético ( : surge quando as superfícies

entram em movimento relativo.

4

A força de atrito máxima, portanto, se dá para a máxima força de atrito estático e

uma vez que o movimento se inicia esta força diminui, conforme podemos ver na figura

abaixo:

Figura 1: Comparação entre as Forças de Atrito Estática e Dinâmica [3]

A força de atrito, sendo função do coeficiente de atrito ( ) e da força normal

( ) é expressa por

2.3. Desgaste

O desgaste é um processo de degradação de um material onde ocorre perda deste

à partir da sua superfície. Ao determinar os mecanismos de desgaste devemos levar em

consideração a dureza e a tenacidade à fratura, pois são importantes propriedades

importantes na análise neste processo. Temos 3 principais tipos de desgaste [4]:

5

Desgaste por Fadiga: O desgaste por fadiga pode ocorrer devido a grandes e

cíclicas mudanças de temperatura e/ou carregamentos na superfície. Trata-se de

uma perda progressiva e localizada e que após um grande número de flutuações

leva à fratura completa [5].

Desgaste abrasivo: desgaste produzido por partículas com dureza superior a das

superfícies avaliadas onde estas partículas tem, em geral " cantos vivos", o que

pode gerar corte ou cisalhamento na superfície [4]

Desgaste por adesão: se da entre as Forças de atração Moleculares existentes

entre materiais e em contato direto (ou seja, sem Lubrificantes, por exemplo),

havendo transferência de moléculas do metal de uma superfície para outra. A

figura a seguir apresenta este processo.

Figura 2: Mecanismo de Desgaste por Adesão [6]

A proposta deste projeto tem a atenção voltada para este último mecanismo de

desgaste.

6

3. Projeto da Máquina Esfera-Disco

Aqui apresentaremos o princípio de funcionamento da máquina esfera-disco à

partir da qual o projeto foi desenvolvido e com base no objetivo do mesmo, que consiste

na obtenção de resultados baseados em uma força que irá variar de forma a obtermos o

coeficiente de atrito cuja análise irá avaliar a capacidade de lubrificação do fluido

considerando um tipo de desgaste específico, no caso, o desgaste adesivo.

3.1. Projeto Básico

O projeto básico consiste em um braço de carga no qual será acoplado uma

esfera (esfera de teste) que irá estar em contato com um cilindro (anel de teste) com uma

rotação específica. Este cilindro estará imerso parcialmente em um recipiente contendo

um fluido em análise que, aderindo na superfície deste cilindro irá, durante o

experimento, influenciar na interface entre ele e a esfera. As figuras a seguir ilustram o

princípio de funcionamento e o projeto básico, respectivamente.

Figura 3: Princípio de funcionamento Figura 4: O Projeto Básico [7]

da Máquina Esfera-Disco [6]

7

Os resultados serão obtidos à partir de uma célula de carga colocada entre o

braço de carga e a esfera, cujo objetivo é calcular o coeficiente de atrito através da

seguinte igualdade:

onde

Se o coeficiente de atrito máximo for menor ou igual a 0,175, o combustível está

aprovado na capacidade de lubrificação com relação ao referido desgaste. Tanto a

igualdade acima quanto o valor do coeficiente de atrito para análise encontram-se na

referência [7]

Uma vez que o braço de carga irá promover tal variação de carga sobre a esfera,

será utilizado um atuador pneumático para o controle desta variação bem como pesos

colocados em pontos específicos para que a variação ocorra nos valores desejados.

Os componentes mecânicos acima mencionados constituem os principais

elementos sobre o qual o projeto será concebido e à partir da qual os demais

componentes e seus respectivos dimensionamentos serão feitos.

8

3.2. Características Construtivas

Uma vez descrito o princípio de funcionamento e mencionado os componentes

mecânicos necessários para a viabilidade do mesmo, agora vamos descrever as

principais características da construção bem como cuidados que foram tomados para

que o projeto operasse dentro das condições necessárias.

3.2.1. Braço de carga e seus Componentes

Como mencionado, o braço de carga e seu dimensionamento constituem uma

parte importante do projeto, pois é à partir do balanço de forças que obteremos a

variação necessária daquelas que atuam na esfera de teste graças ao atuador pneumático

cuja leitura de verificará através do uso da célula de carga que está fixada ao braço e

carga e ao acoplamento da esfera. Este acoplamento tem um formato cônico e três

ranhuras a 120° onde a esfera será encaixada e, para sua retirada, este também contém

um furo desde a sua parte superior até a cavidade da esfera para que seja possível

empurrá-la para fora.

Os pesos foram colocados próximos das extremidades para equilibrar as forças

devido as massas do próprio braço de carga e dos componentes a ele acoplados.

As figuras a seguir apresentam o braço de carga e os demais componentes

mecânicos acoplados bem como a fixação da célula de carga, da esfera de teste e do

eixo que permitirá sua livre rotação e fixação à estrutura sobre a qual a máquina será

montada.

9

Figura 5 - Braço de Carga e seus Componentes (Fonte: o autor)

Figura 6 - Acoplamento para Esfera de Teste (Fonte: o autor)

Figura 7 - Acoplamento para Esfera de Teste (vista interna) e sua fixação ao Braço de Carga

através da Célula de Carga (Fonte: o autor)

10

Para que o braço de carga possa girar livremente e assim permitir o bom

funcionamento do atuador pneumático ele recebe um rolamento em uma cavidade

usinada que está preso a um eixo apoiado em duas vigas de perfil U onde cada uma tem

soldada em si uma chapa de aço ("bucha") para auxiliar no apoio conforme mostra a

figura abaixo.

Figura 8 - Eixo do Braço de Carga (Fonte: o autor)

Um outro detalhe importante do uso do rolamento consiste na livre rotação do

braço de carga no processo de desmontagem e limpeza que serão comentados adiante.

3.2.2. Eixo do Anel de Teste e seus Componentes

O anel de teste que estará em contato com o fluido e com a esfera de teste irá

girar devido ao torque transmitido do eixo por uma chaveta. Este eixo por sua vez

recebe o torque de um motorredutor pelo acoplamento elástico que une estes dois

componentes onde, também emprega-se o uso de chavetas. O eixo é apoiado em duas

unidades de rolamento onde cada conjunto contém bucha, arruela de segurança, porca

11

de fixação, anéis de bloqueio e retentores. O anel de teste, além de receber a chaveta é

fixado ao eixo utilizando-se também uma porca de fixação e uma arruela de segurança.

Figura 9 - Vista Lateral do Eixo (Fonte: o autor)

Figura 10 - Fixação do Anel de Teste (Fonte: o autor)

3.2.3. Desmontagem e limpeza

Uma característica importante é a montagem dos componentes visando a

facilidade de desmontagem para manutenção, quando necessário, e a limpeza, que será

feita constantemente, em particular, a cada novo ensaio onde um novo fluido será

utilizado.

12

Uma vez que o anel de teste estará parcialmente imerso no fluido que fica

contido em uma cuba feita sob medida e com uma rotação acima de 500rpm, uma

proteção deve-se ser levada em consideração ao mesmo tempo em que esta facilita a

desmontagem para que esta limpeza seja viável. Assim sendo, o anel de teste, a cuba e a

porção do eixo próxima a esses componentes, está localizada dentro de uma caixa de

aço usinada. Na parte posterior temos um retentor. Para que não haja saída de fluido

esta caixa também recebe uma tampa frontal, estando esta tampa fixada apenas por dois

pinos de guias paralelas além de quatro parafusos. No processo de troca de fluido e

limpeza removemos, a tampa, retiramos a porca de fixação e a arruela de segurança pela

parte frontal para que também, por esta parte, possamos retirar a cuba, que contém um

furo na parede posterior para passagem do eixo, sendo esta parede alta bem como as

paredes laterais para ajudar a reduzir perdas devido ao fluido trasbordar em função do

seu movimento. Em seguida levantamos o braço de carga. Na parte frontal há também

uma torneira conectada à tampa que permite eventuais retiradas do fluido sem a

necessidade de remoção da mesma, da mesma forma que o fluido pode também ser

inserido pela parte superior.

Figura 11 - Vista Interna da Caixa e Cuba (esquerda), Vista Frontal da Caixa (centro) e Vista

Posterior da Caixa (direita) (Fonte: o Autor)

13

3.2.4. A Base da Máquina

O conjunto é montado sobre uma chapa de aço que contém duas vigas de perfil

U para que receba o eixo que contém o rolamento que permitirá a rotação do braço de

carga, uma bitola circular, cuja parte superior receberá o atuador pneumático cuja união

se dará por meio de uma rosca, duas vigas de perfil I unidas a chapas de aço para que

recebam as duas unidades de rolamento. As uniões entre esses componentes serão

soldadas.

Montado o conjunto sobre a chapa, esta será fixada a uma mesa por meio de

parafusos, sendo esta mesa composta por uma chapa soldada a cantoneiras que

constituem as pernas da mesma. Por fim, estas pernas são soldadas a outras cantoneiras

na horizontal e as chapas com furos que receberão pés anti-vibratórios.

Figura 12 - Pernas da Mesa (Fonte: o Autor)

Figura 13 - Fixação do Atuador Pneumático e do Eixo do Braço de Carga na Base (Fonte: o Autor)

14

Abaixo temos o modelo representativo da máquina.

Figura 14 - Máquina Esfera-Disco (Fonte: o Autor)

15

3.3. Lista de Exigências

Carga aplicada na esfera: 5N a 50N

Rotação do disco: 525RPM

Diâmetro máximo do cilindro de teste: 49,25mm

Espessura máxima do cilindro de teste: 13,11mm

Material do cilindro de teste: AÇO SAE 8720

Diâmetro da esfera de teste: 12,7mm

Material da esfera de teste: AÇO AISI E-52100

Temperatura do fluido: 25

Estes valores foram extraídos da norma ASTM D6078-04 [7], constituindo

assim nossa lista de exigências à partir da qual iremos dimensionar os demais

componentes.

16

3.4. Materiais

O aço SAE 1045 foi utilizado na parte estrutural exceto nos componentes

mencionados acima na lista de exigências. Esta escolha se deu devido à sua boa

usinabilidade e propriedades mecânicas que atendem aos propósitos do projeto sendo

portanto empregado tanto no braço de carga, nos eixos na base na qual os componentes

serão montados. Os parafusos sextavados aqui utilizados também são deste material e

para estes foi utilizado a norma DIN 933. Também no que se refere a elementos de

fixação, para porcas sextavadas, parafusos Allen e pinos de guia paralelos foram

tomadas como referência as normas DIN 934, DIN 912 3e DIN 6325, respectivamente.

As informações referentes a esse aço bem como as suas constantes físicas estão

nas tabelas 1 e 2 extraídas da referência [8], sendo o aço utilizado laminado à quente

(HR).

Material Módulo de

Elasticidade (GPa)

Módulo de Rigidez

(GPa)

Coeficiente de

Poisson

Aço 207 79,3 0,292 Tabela 1 - Constantes Físicas do Material utilizado

SAE Processamento Resistência à

Tração (MPa)

Resistência ao

Escoamento

(MPa)

Dureza

Brinell

1045 HR 570 310 163 Tabela 2 - Propriedades Mecânicas do Material utilizado

17

4 Projeto de Detalhamento

No projeto de detalhamento vamos selecionar os componentes mecânicos

analisando os esforços nas condições críticas através de cálculos e consultas de tabelas

de fabricantes visando atender as solicitações necessárias para a construção da máquina

e seu funcionamento.

4.1. Cálculos Básicos

4.1.1. Força de Atrito Máximo

A máxima carga atuante na esfera de teste, na qual será feita a coleta de dados

que visam o propósito do projeto é de 50N. Assim, para o coeficiente de atrito máximo

igual a 1 temos

4.1.2. Potência do Motor

A potência do motor é dada pela rotação do eixo e pela força de atrito na esfera

de teste, onde, a rotação está entre 500rpm e 600rpm.

Temos então

18

onde

e

Sendo o diâmetro máximo do eixo

Temos então

Portanto, a potência do motor solicitado será de

19

4.2. Cálculos e Detalhamento do Projeto

4.2.1. Seleção do Motor e do Motorredutor

Sendo a potência solicitada pelo motor aproximadamente 0,070 KW,

considerando a faixa de velocidade e que queremos um valor próximo a 525rpm vamos

utilizar um motor e um motorredutor da empresa WEG onde os cálculos de seleção

conforme o catálogo do fabricante [9] estão apresentados abaixo.

4.2.1.1. Seleção do Motor

Uma vez que queremos uma velocidade próxima a 525rpm vamos utilizar o

MOTOR WEG TIPO 1 de 2 polos - 60Hz e 0,18KW ,onde temos uma velocidade

nominal de 3380rpm, que será acoplado a um motorredutor para obtermos a velocidade

desejada. Assim, do guia de especificações [10] do fabricante temos:

Velocidade Síncrona (

Escorregamento (

No anexo 7.1 temos informações específicas do motor.

20

4.2.1.2 Seleção do Motorredutor

Foi selecionado o MOTORREDUTOR WEG MODELO C53216 com

CARCAÇA 63, que apresenta uma redução de 6,4 irá nos fornecer uma rotação

de saída de 528rpm.

Sendo sua potência de entrada igual a 1,10 KW para uma rotação máxima de

1750rpm vamos ter que efetuar a correção conforme instruções do catálogo do

fabricante [11]. Assim, para uma rotação de entrada de 3380rpm temos

Logo, o motorredutor, que apresenta potência 5,126 KW nestas condições

satisfaz as exigências para atingir a velocidade desejada.

No anexo 7.2 temos informações específicas do motor

4.2.2. Seleção do Acoplamento Elástico

Para a seleção do acoplamento elástico, consideramos a condição para uma

rotação de 500rpm 528rpm, assegurando assim sua utilização baseando-se na

condição mais crítica.

21

Foi selecionado portanto, o ACOPLAMENTO ELÁSTICO MULTIFLEX

TAMANHO M4 também da empresa WEG, onde, seguindo as instruções do catálogo

do fabricante [12] temos o cálculo do Momento de Torção Equivalente ( dado por

Como podemos ver, acoplamento satisfaz as condições de operação.

No anexo 7.3 temos as informações específicas do acoplamento elástico

4.2.3. Dimensionamento do Atuador Pneumático

Assim como o motor, o motorredutor e o acoplamento elástico são importantes

componentes, uma vez que eles garantirão a rotação desejada do eixo e, portanto, do

anel de teste, o atuador pneumático desempenha também uma importante função, pois

ele deve ser selecionado de forma a se ter uma carga que varie de 5N a 50N sobre a

esfera de teste. Uma vez dimensionado, poderemos analisar os esforços no braço de

carga para que este seja dimensionado dentro das condições impostas pelo projeto.

22

Calculando o momento resultante em relação ao ponto de apoio do braço de

carga onde se localiza o eixo que receberá o rolamento temos

que nos dará

sendo

onde

Nestas condições foi selecionado um ATUADOR PNEUMÁTICO FESTO

DUPLA AÇÃO SÉRIE DSN.

23

Abaixo temos o gráfico da carga atuante na esfera de teste em função da pressão

exercida por este atuador.

Figura 15 - Força da esfera de teste em função da pressão exercida pelo Atuador Pneumático

(Fonte: O autor)

De onde temos a tabela abaixo:

Pressão (Bar) Força (N)

1 52,23

1,5 47,43

2 42,62

2,5 37,82

3 33,01

3,5 28,21

4 23,40

4,5 18,60

5 13,79

5,5 8,98

6 4,14 Tabela 3 - Valores da força na Esfera de Teste em função pressão exercida pelo atuador Pneumático

(Fonte: O autor)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6

Carga na esfera de teste X Pressão no Atuador Pnenumático

24

Podemos perceber que a carga atuante na esfera aumenta com a diminuição da

pressão atuante.

Desta forma, as forças atuantes no braço de carga devido ao atuador no intervalo

de operação são:

e

Estas forças serão utilizadas para a análise de esforços no próximo tópico.

No anexo 7.4 temos as informações específicas do atuador pneumático.

4.2.4. Análise de Esforços no Braço de Carga

O braço de carga é um elemento importante no projeto, uma vez que é ele que,

em contato com o atuador pneumático e provido de outras cargas irá exercer a força na

esfera de teste que, medida pela célula de carga, nos permitirá calcular o coeficiente de

atrito.

Para o braço de carga foi utilizada uma barra chata de espessura 19,05 mm e

Largura de 31,75mm (3/4' x 1.1/4'), tendo um comprimento de 550 mm onde serão

25

acoplados dois corpos de massas 5Kg de forma a equilibrar as cargas devido ao peso dos

componentes e para permitir uma variação de força de 5N até 50N na esfera de teste

mediante o uso do atuador como mencionado acima.

4.2.4.1. Diagramas de Força Cortante e Momento Fletor

Vamos analisar os esforços nas duas condições de forças impostas pelo atuador

pneumático, para que tenhamos o maior momento fletor e a condição em que a reação

no eixo do braço de carga será maior, tanto para o dimensionamento deste como do

rolamento como veremos adiante.

Nesta análise temos que levar e conta as duas condições de equilíbrio a seguir:

Equilíbrio

Condição 1: maior carga na esfera de teste

Onde aplicando os valores teremos

26

Temos então os seguintes diagramas:

Figura 16 - Diagrama de Esforços: 1-Diagrama de Corpo Livre; 2-Diagrama de Força Cortante; 3-

Diagrama de Momento Fletor (Fonte: O autor)

27

Condição 2: menor carga na esfera de teste

Onde aplicando os valores teremos

Temos então a seguir os seguintes diagramas:

28


Diagrama de Momento Fletor (Fonte: O Autor)

4.2.4.2. Calculo dos Coeficientes de Segurança

Todos os cálculos realizados para o coeficiente de segurança para barras e eixos

neste trabalho foram extraídos da referências [8], bem como os valores utilizados para

os coeficientes na análise de fadiga e os gráficos que estão apresentados no anexo

29

7.14.1. As Equações para deflexão também foram extraídas desta referência e também

estão apresentadas aqui no anexo 7.14.2

4.2.4.2.1. Análise Estática

4.2.4.2.1.1. Máxima Tensão Cisalhante

Este critério é dado por

onde sendo

temos

Uma vez que estamos lidando com cargas pequenas, sendo a preocupação

voltada para a deflexão, o elevado coeficiente de segurança obtido em função das

referidas cargas mostra que o elemento dimensionado atende aos requisitos do projeto.

30

4.2.4.2.1.2. Máxima Energia de Distorção

Este critério é dado por

onde temos

A análise via este segundo critério também mostra que o componente atende aos

requisitos do projeto.

4.2.4.2.2. Análise Fadiga

Uma vez que a flexão é reversível em função do movimento rotativo

do eixo, para analisar as dimensões do braço de carga devido à carga dinâmica

precisamos calcular a fadiga. Uma vez que o braço de carga recebe vários componentes

cujas dimensões são importantes na comparação com as dimensões do mesmo para a

fixação, aqui não calcularemos as dimensões mínimas, mas os coeficientes de segurança

à partir das dimensões estabelecidas levando em consideração estas dimensões.

31

Desta forma temos, o limite de resistência à fadiga é dado por

onde

então

e

4.2.4.2.3. Critério de Sodeberg

Este critério, utilizado para materiais dúcteis é dado por

32

onde, como vimos temos , logo

então

daí

Como mencionado anteriormente, partimos das dimensões mínimas levando em

consideração as considerações dos demais componentes e em função das pequenas

cargas aplicadas temos o elevado coeficiente de segurança na análise de fadiga

evidenciando que o componente atende aos requisitos do projeto também via esta

análise.

4.2.5. Dimensionamento dos Ganchos

O braço de carga, como vimos, suportará próximo aos seus extremos corpos de

massa 5Kg. Esses corpos, exercerão uma força de tração e, assim, devemos analisar o

diâmetro mínimo da rosca que suportará tal esforço. Portanto, para um coeficiente de

segurança 2 temos, considerando o carregamento que é de 49,05N (5Kg) que

33

Sendo

Logo

onde

Portanto

Logo, o gancho com Roca Métrica M6 satisfaz as exigências.

No Anexo 7.5 temos as especificações do gancho que recebe os pesos e no

Anexo 7.6 temos as especificações dos pesos utilizados.

34

4.2.6. Cálculo dos Esforços no Eixo do Braço de Carga


Começamos nossa análise através das equações de equilíbrio para obtenção do

máximo momento fletor. Desta forma temos:

Equilíbrio

onde

e

Temos então os seguintes diagramas:

35



36

4.2.6.2. Cálculo do Diâmetro Mínimo da Seção do Eixo


Uma vez que obtivemos os valores das reações temos as seguintes informações:

Estes valores serão utilizados nos cálculos a seguir.

4.2.6.2.1.1. Análise Deflexão

daí sendo

37

Temos

A nossa primeira análise, a análise da deflexão mostra que as dimensões do eixo,

em particular, seu diâmetro mínimo, atendem aos requisitos do projeto. Para tal, vamos

prosseguir com as demais análises baseadas nos critérios a seguir.


Continuando com a avaliação do diâmetro mínimo da seção do eixo, este critério

é dado por

logo

Portanto, o diâmetro mínimo do eixo que é de 8mm atende ao projeto também

satisfazendo este critério.

38


O diâmetro mínimo neste critério é dado por

logo também

O diâmetro mínimo de 8mm também atende a este critério.


Para o cálculo do diâmetro mínimo do eixo devido à carga dinâmica vamos

analisar o limite de resistência à fadiga do eixo dado por

Daí

39

onde

Considerando a Flexão reversível ( ) e Torque uniforme temos

onde

logo

Como o diâmetro mínimo do eixo é de , ele satisfaz este critério levando

em consideração a carga dinâmica.

40

4.2.6.2.2.1. Critério de Sodeberg


onde, como vimos temos , logo sendo

temos

daí

Portanto, como o eixo atende as exigências do

projeto.

41

4.2.7. Cálculo dos Esforços no Eixo do Anel de Teste


Começamos nossa análise através das equações de equilíbrio para obtenção do

máximo momento fletor. Desta forma temos:

Equilíbrio

Plano XY

onde

e

Analogamente temos

42

Plano YZ

daí

e

Os Módulos das Forças resultantes então serão

e

Portanto

43

e

Temos então os diagramas a seguir:



44

4.2.7.2. Cálculo do Diâmetro Mínimo da Seção do Eixo


Temos as seguintes informações abaixo para a análise que seguirá:

4.2.7.2.1.1. Análise Deflexão

O cálculo para deflexão, extraído da referência [8] para o carregamento acima é

dado por

45

O menor diâmetro do eixo é de 25mm, no entanto, este se encontra em uma

distância de apenas 6,5mm de um comprimento avaliado de 309,5mm logo, sendo o

segundo menor diâmetro de 30mm e, para considerar um valor crítico no qual sabemos

que a deflexão será menor que este, vamos utilizar a média destes dois diâmetros que é

de 27,5mm para nossa análise.

Assim teremos

onde

logo

Portanto, a deflexão será menor que 0,017 mm = 17 m, atendendo portanto, as

condições impostas pelo projeto.

46


O diâmetro mínimo segundo este critério é dado por

logo

e portanto

Desta forma, o diâmetro mínimo de 25mm satisfaz este critério.


O diâmetro mínimo segundo este critério é dado por

logo

47

O diâmetro mínimo de 25mm também satisfaz este critério.


Para o cálculo do diâmetro mínimo do eixo devido à carga dinâmica

vamos analisar o limite de resistência à fadiga do eixo dado por

Daí

48

onde

Considerando a flexão reversível ( ) e Torque uniforme temos

onde aplicando os valores temos

logo

Como o diâmetro mínimo do eixo é de 25mm , logo ele satisfaz este critério

levando em consideração a carga dinâmica.

49

4.2.7.2.2.1. Critério de Sodeberg


onde, como vimos temos , logo sendo

temos

daí

Portanto, como o eixo atende as exigências do

projeto.

50

4.2.8. Cálculo dos Rolamentos

4.2.8.1. Cálculo dos Rolamentos do Eixo do Cilindro de Teste

No eixo analisado temos 2 rolamentos iguais onde, uma vez que o rolamento

mais próximo do cilindro de teste é mais solicitado, o correto dimensionamento deste

assegurará a segura utilização do outro, uma vez que este será menos solicitado.

O primeiro critério de escolha para o rolamento foi o diâmetro interno, onde,

sendo o furo cônico, o menor diâmetro valor é de 45mm, onde o modelo escolhido um

rolamento autocompensador de esferas que, em virtude de o anel externo, as esferas e a

gaiola inclinarem-se livremente em relação ao anel externo, os erros de alinhamento que

ocorrem são corrigidos automaticamente

No catálogo da NSK [13] temos o procedimento para o cálculo da vida nominal

corrigida, bem como as tabelas com os valores aqui utilizados que considera a

confiabilidade, aprimoramento dos materiais e condições de lubrificação, entre outros.

Este cálculo é dado pela igualdade

onde

51

Sendo

e

podemos escrever

Assim temos

Sendo a carga calculada teoricamente dada por

e o coeficiente de carga dado por

Temos que o coeficiente de carga é dado por

Como

52

Portanto

Considerando um período de 10 horas diárias de trabalho em 365 dias por ano e

com um período de 10 anos temos, considerando a rotação de 528rpm do eixo que a

vida desejada deve ser de

Portanto, os rolamentos satisfazem o valor da vida desejada.

Sendo os rolamentos de furo cônico, a fixação se dá por buchas que, juntamente

com as porcas de fixação, arruelas de segurança, anéis de bloqueio, retentores e as

caixas de rolamento constituem o conjunto no qual o eixo é fixado. Este conjunto,

portanto, seguindo as instruções do catálogo NSK é, portanto, formado por:

Caixa de rolamento SN509

Rolamento autocompensador de esferas 1209K

Porca de fixação AN08

Arruela de segurança AW08X

Anel de bloqueio SR 85 x 6mm

Retentor: GS 9

53

4.2.8.2. Cálculo do Rolamento do Eixo do Braço de Carga

A maior carga atuante no rolamento será aquela na qual temos a menor carga

atuante na esfera devido a maior força exercida pelo atuador pneumático. Nestas

condições, do catálogo da NSK [13] novamente temos:

Sendo a carga calculada teoricamente dada por

e o coeficiente de carga dado por

Temos que o coeficiente de carga é dado por

Como

Temos

Portanto

54

Considerando que não haverá rotação, temos que a vida é infinita e portanto o

rolamento satisfaz a condição de operação.

No Anexo 7.7 temos as informações específicas dos elementos que constituem o

conjunto mencionado acima referente ao primeiro rolamento dimensionado (eixo do

anel de teste) bem como do rolamento do braço de carga e a porca de fixação e arruela

de segurança utilizadas na fixação do anel de teste ao eixo.

4.2.9. Dimensionamento das Chavetas

Para a escolha das chavetas, foi utilizada a tabela de furo e rasgo conforme a

norma DIN 6885/1 e abaixo temos os cálculos realizados conforme a referência [8].

Temos então:

Tensão de Cisalhamento

Tensão de Compressão

onde

55

Tensão Admissível

então

Coeficiente de Segurança Global

sendo

Para os cálculos apresentados acima, os parâmetros utilizados foram:

56

4.2.9.1. Chaveta para Transmissão Eixo - Anel de Teste

Temos portanto que, sendo o material da chaveta o aço SAE 1045 (

os seguintes valores

Daí



onde

57

Tensão Admissível

Então

e

Logo


onde

Portanto

58

4.2.9.2. Chaveta para Transmissão Acoplamento Elástico - Eixo

Procedendo como anteriormente e sendo o mesmo material temos



onde

Tensão Admissível

59

Então

e


onde

Portanto

60

4.2.9.3. Chaveta para Transmissão Motorredutor - Acoplamento

Elástico

Procedendo como anteriormente e sendo o mesmo material temos

daí



onde

61

Tensão Admissível

Então

e

Logo


onde

Portanto

Podemos observar, com base na análise dos coeficientes de segurança obtidos,

que todas as chavetas aqui dimensionadas atendem aos requisitos do projeto, novamente

62

lembrando aqui que tais valores elevados ocorrem devido à baixa carga aplicada na

esfera de teste e, consequentemente o baixo valor do torque transmitido.

No Anexo 7.10 temos as dimensões dos furos e rasgos de chaveta conforme a

norma DIN 685/1

63

5. Conclusões

O presente trabalho teve como objetivo a construção de uma máquina que visa

avaliar a lubricidade de um combustível e que, apesar de ter como referência a norma

ASTM D6078-04, apresenta algumas variações durante a concepção de seu projeto,

onde foram discutidas questões referentes tanto no que diz respeito à seleção dos

componentes mecânicos quanto à facilidade de desmontagem e limpeza preservando, no

entanto, sua essência e sua função principal.

O ponto de partida foi o princípio de funcionamento tendo em vista o projeto

básico apresentado na norma, à partir do qual foram elaboradas as premissas do projeto

para então dar prosseguimento no detalhamento do mesmo. A variação da carga graças

a utilização de um atuador pneumático juntamente com uma célula de carga triaxial

permitiu a obtenção dos valores na análise do coeficiente de atrito, lembrando que o

projeto envolve apenas a parte mecânica, onde a leitura e interpretação de sinais não é

contemplada e uma vez que os componentes selecionados podem ser facilmente obtidos

no mercado e os demais podem ser fabricados tomando-se como referência o

detalhamento do projeto cujos materiais utilizados também são facilmente encontrados

torna-se possível a construção desta máquina sendo, portanto, um projeto viável.

Alterações e melhorias sempre podem ser feitas, sendo necessário para isto a

construção da máquina bem como sua configuração para os testes e assim tornar

possível observar não só possíveis mudanças com base na elaboração deste projeto, mas

também adaptações levando em conta os constantes avanços da ciência e da tecnologia.

64

6. Referências Bibliográficas

[1] JOST, H. P. (2006). Tribology: How a word was coined 40 years ago. Tribology and

Lubrication Technology.

[2] Tribologia. Disponível em:

<www.academico.uema.br/download/tribologiaapostila1.pdf>

[3] Força de Atrito. Disponível em:

<http://ofantasticodafisica.blogspot.com.br/2012/08/freios-abs.html>

[4] KATO, K. ADACHI, K., 2001, “Wear Mechanisms”, Modern Tribology Handbook

, Ed. CRC Press LLC

[5] ASTME1823-13 Standard Terminology Relating to Fadigue and Fracture Testing.

[6] JOAQUIM, C.R. Verificação do Comportamento da Lubricidade do Óleo Diesel

Veicular com Adição de Etanol. Disponível em

<www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-02042008.../Celso_Dissertacao.pdf.>

[7] ASTM D6078-04 Standart Test for Diesel Fuels by the Scuffing Load Ball-on-

Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE)

[8] BUDYNAS, R.G., NISBET, J.K., Elementos de Máquinas de Shigley – Projeto de

Engenharia Mecânica. 8 ed. New York, Mc Graw Hill, 2008.

[9] WEG - Motores Elétricos - Catálogo (www.weg.net)

[10] WEG - Motores Elétricos - Guia de especificações (www.weg.net)

[11] WEG - Redutores e Motores de eixos concêntricos (www.wegcestari.com)

[12] WEG - Acoplamentos (www.wegcestari.com)

[13] Catálogo Geral NSK (www.nsk.com.br)

Outros:

[14] Fuel property Testing: Lubricity. Disponível

em:https://www.dieselnet.com/tech/fuel_diesel_lubricity.php#d6078

[15] D.N. RESHETOV. Atlas de Construção de Máquinas. Hemus, 2005

[16] FILHO, A.C.P., Desenho Técnico para Engenharia Mecânica, Universidade Federal do

Rio de Janeiro, Rio de Janeiro

[17] FILHO, F.M. Slides Elementos de Máquinas 1, Departamento de

Engenharia Mecânica, UFRJ, 2014.

65

7. Anexos

7.1. Motor Elétrico

Figura 20 - Seleção do Motor Elétrico

66

7.2. Tabela com Valores para Dimensionamento do Motorredutor

Figura 21 - Seleção do Motorredutor: Potência e dimensões

67

7.3. Acoplamento Elástico

Figura 22 - Seleção do Acoplamento Elástico

68

7.4. Atuador Pneumático

69

Figura 23 - Seleção do Atuador Pneumático e dimensões

70

7.5. Gancho

Figura 24 - Seleção do Gancho

71

7.6. Pesos

Figura 25: Seleção dos Pesos

72

7.7. Unidade de rolamento e Componentes

7.7.1. Unidade de rolamento

Figura 26: Seleção da Unidade de Rolamento

73

7.7.2. Rolamento do Eixo do Anel de Teste

Figura 27: Seleção do Rolamento do Eixo do Anel de Teste

74

7.7.3. Bucha de Fixação

Figura 28: Seleção da Bucha de Fixação

75

7.7.4. Porcas de Fixação

Figura 29: Seleção das Porcas de Fixação

76

7.7.5. Arruelas de segurança

Figura 30: Seleção das Arruelas de Segurança

77

7.7.6. Rolamento do Eixo do Braço de Carga

Figura 31: Seleção do Rolamento do Eixo do Braço de Carga

78

7.8. Dimensões dos Furos e Rasgos de Chaveta

Figura 32: Dimensões de Rasgo e Furo de Chaveta

79

7.9. Célula de Carga

Figura 33: Célula de Carga triaxial ATI Mini 40

80

7.10. Retentores

Figura 34: Seleção do Retentor

81

7.11.Torneira para Tambor

Figura 35: Torneira para Tambor

82

7.12. Mangueira para Remoção do óleo

Figura 36: Torneira para Tambor

83

7.13. Pé Anti-Vibratório

Figura 37: Pé Anti-Vibratório

84

7.14. Gráficos e Equações utilizadas nos Cálculos de Deflexão e

Coeficiente de Segurança

7.14.1. Coeficiente de segurança

Figura 38 -Referência [8]

Figura 39 - Referência [8]

85

7.14.2. Deflexão



86

8. Desenho de Detalhamento do Projeto

100

0

650

15

13

16

18

17

12

14

905

,40

121

5,13

A

A

B

B

2

3

5 6 7

1

4

3

1

4

?

9

10

11

8

G

F

46

45

41

44

43

40

47

51

52

48

38

39

?

9

47

77

76

75

ESCALA 1 : 4

50

10

42

49

53

54

55

56

57

DDCC

EE

30

31

29

32

28

37 343536

27

30

33

DETALHE G ESCALA 1 : 2

71

73

74

706968

72

AT

SEÇÃO A-A

SEÇÃO PARCIAL A-ADETALHE: EIXOESCALA 1 : 2

21

22 23 24

24

25

26

SEÇÃO B-B

SEÇÃO D-D

ESCALA 1 : 2SEÇÃO C-C ESCALA 1 : 2

SEÇÃO E-E

ESCALA 1 : 2

DETALHE F ESCALA 1 : 2

67

19

66

65

64

62

63

61

60

59

58

35

9

BM

19

20

19

ESCALA 1 : 4

ESCALA 1 : 5

ESCALA 1 : 4

ESCALA 1 : 4

SEÇÃO PARCIAL B-B

DETALHE: FIXAÇÃO DA TAMPAESCALA 1 : 2

FIXAÇÃO DACÉLULA DE CARGA

77 4 Parafuso Sextavado M22 X2,5X60mm - AÇO SAE 104576 1 Motorredutor WEG C53216 - Carcaça 63 75 1 Motor elétrico WEG Tipo 1, 2 Polos, 60HZ-0,18KW74 4 Retentor NSK GS9

73 2 Porca para Fixação da Bucha M40 - NSK AN08

72 2 Bucha NSK H 209X71 2 Arruela de Segurança NSK AW08X70 4 Anel de Bloqueio NSK SR 85mm x 6mm 69 2 Rolamento NSK 1209K 68 2 Caixa de Rolamento NSK SN509 67 1 Retentor SABÓ Nº 02020BRF66 1 Alojamento do Retentor 73,03mm x 10mm - AÇO SAE 1045

65 1 Disco Para o Retentor110mm x 4,76mm, Furos de

28mm(Central) e 6mm (4x) AÇO SAE 1045

64 1 Acoplamento para Esfera AÇO SAE 1045

63 1 Esfera de Teste 12,7mm - AÇO AISI E-5210062 1 Anel de Teste 49,2mm x 13mm - Aço SAE 872061 1 Arruela de segurança M30 - NSK - AWO6X60 1 Porca de Fixação M 20 - NSK - AN04 59 1 Chaveta 8mm x 7mm x 9mm - AÇO SAE 104558 1 Eixo EXT.44mm x 440mm - AÇO SAE 1045

57 1 Protetor 152,4mm x 120mm x 190mm, Furo de 60mm e 25mm - AÇO SAE 1045

56 1 Cuba 60mm x 30mm x 15mm, e=2,5mm AÇO SAE 1045

55 1 Tampa do Protetor 152,4mm x 120mm x 9,53mm AÇO SAE 1045

54 1 Mangueira EXT. 19,05mm, INT.12,7mm - BEL AIR - MB0012

53 1 Tubo Redondo 38,1mm ( 1.1/2") x 85mm, e=7,75mm, Rosca M33 x 20mm

52 1 Adaptador Fêmea-Fêmea

FFC 3/4' BSP x 1. 1/2' M - ERMETO -LATÃO

51 1 Torneira para Tambor Tipo Alavanca, Rosca 3/4' BSP

50 1 Base da Máquina Barra Chata 550mm x 19,05mm x 900mm - AÇO SAE 1045

49 1 Base da Mesa Barra Chata 650mm x 19,05mm x 1000 - AÇO SAE 1045

48 4 Parafuso Sextavado M12 x 1,75 , 45mm - AÇO SAE 104547 4 Porca Sextavada M22 - AÇO CARBONO46 4 Arruela M12 - AÇO CARBONO45 4 Porca Sextavada M12 - AÇO CARBONO

44 2 Base para Mancal Barra Chata 101,60mm x 6,35mm x 220mm - AÇO SAE 1045

43 2 Viga I 76mm x 59mm x 68,65mm AÇO SAE 1045

42 2 Cantoneira 63,5mm x 9,52mm x 921,1mm AÇO SAE 1045

41 4 Contra porca 5/8' - AÇO CARBONO40 4 Chapa pé 63,5 mm x 6,35 mm - AÇO SAE 104539 4 Porca 5/8' - AÇO CARBONO38 4 Pé Antivibratório ROSCA 5/8' - VIBRA STOP MICRO IV37 1 Suporte 120mm x 6,35 - AÇO SAE 104536 1 Acoplamento Superior 120mm x 6,35 - AÇO SAE 104535 1 Acoplamento Inferior 60mm x 6,35 - AÇO SAE 104534 1 Eixo 9,53mm x 20mm, Rosca M5 x 5mm33 1 Parafuso Allen M3 x 0,5 x 6mm - AÇO CARBONO

32 1 Pino de Guia Paralelo 3 x 10mm - AÇO 52100 ISO8735/DIN 6325

31 4 Eixo 9,53mm x 46mm, Rosca M5 x 13mm30 8 Porca Sextavada M5 - AÇO CARBONO

29 1 Pino de Guia Paralelo 3 x 12mm -AÇO 52100 ISO8735/DIN 6325

28 1 Parafuso Allen M3 x 0,5 x 8mm - AÇO CARBONO27 1 Parafuso Sextavado M12 x 1,75 x 30mm - AÇO CARBONO26 1 Gancho Gancho com Rosca M6 ACTON 62938 25 1 Arruela Lisa M8 - AÇO CARBONO24 2 Porca Sextavada M8 -AÇO CARBONO

23 1 Barra Chata 31,75mm x 31,75mm x 3,18mm AÇO SAE 1045

22 1 Rolamento Rolamento NSK 6000

21 1 Eixo (Braço de Carga) Seção Quadrada 20mm, EXT.14mm, L=105mm, Rosca M8 x 50mm

20 2 Pino de Guia Paralelo 6mm (m6) x 25mm - AÇO 52100 ISO8735/DIN 6325

19 8 Parafuso Sextavado M 6 x1 x 16mm - AÇO SAE 104518 1 Chaveta 8mm x 7mm x 40 mm - AÇO SAE 104517 1 Acoplamento Elástico WEG Multiflez M416 1 Chaveta 8mm x 7mm x 50mm -AÇO CARBONO

15 1 Apoio para o Eixo ("Bucha")

Barra Chata Quadrada 38,1mm x 12,7mm, Furo de =8,48mm

AÇO SAE 1045

14 1 Viga em U Simples 50mm x 25mm x 307,mm, e = 4,75, Furo de 8,48mm - AÇO SAE 1045

13 1 Apoio para o Eixo ("Bucha")

Barra Chata Quadrada 38,1mm x 12,7mm - Rasgo: 20mm x 5,2mm, Furo

de 14,56mm - AÇO SAE 1045

12 1 Viga em U simples 50mm x 25 mmx 307mm, e = 4,75 Furo de 14,56mm - AÇO SAE 1045

11 2 Cantoneira 63,5mm x 9,52mm x 571mm AÇO SAE 1045

10 4 Cantoneira 63,5mm X 9,52mm x 800mm AÇO SAE 1045

9 6 Parafuso Sextavado M12 X 1,75 X45mm - AÇO CARBONO8 1 Célula de Carga Tri Axial ATI Mini 40

7 1 Pino Esférico Botão Bola Termoplástico com Bucha em aço KIPP K0158_C

6 1 Atuador Pneumatico 16mm, Dupla Ação - FESTO - Série DSN

5 1 Bitola Circular 25,4mm (1") x 159,22mm AÇO SAE 1045

4 2 Porca Sextavada M6 - AÇO CARBONO3 2 Arruela Lisa M6 - AÇO CARBONO

2 1 Braço de Carga Barra Chata 19,05mm x 31,75mm x 510mm - AÇO SAE 1045

1 2 Peso Peso 5Kg com Gancho TROEMNER - COMERCIAL

POS. QTD. NOME ESPECIFICAÇÕESORIENTADOR:

ALUNO:

SYLVIO JOSÉ RIBEIRO DE OLIVEIRA

SANDRO CARVALHO VALENTE

UFRJ - DEMESCALA CONFORME O INDICADO FOLHA 1 DE 1

A0

DATA: 05/09/2017

PROJETO FINAL

COTAS EM MM

REVISÃO 10

01DES. N º

MÁQUINA ESFERA-DISCO PARA ANÁLISEDA LUBRIFICAÇÃO NA PREVENÇÃO DO DESGASTE POR ADESÃO

PROJETO DE UMA MÁQUINA ESFERA-DISCO PARA ANÁLISE … · Universidade Federal do Rio de Janeiro,...

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