Curso: Tecnologia de Soldagem

Cálculo e Projetos de Elementos de Máquinas

(CPEM)

Projeto: Elevador de Caçamba

Professor: Benedito Cesar Ferraz

abril de 2015

Claiton Ernandes RA 11105708

Isaque Toledo RA 12111862

Magaiver Antonio RA 12109372

William Akira RA 12109597

2

Sumário

1. Dimensionamento da Caçamba .............................................................................. 4

1.1 Cálculo do Volume ............................................................................................. 4

1.2 Cálculo do peso da caçamba ............................................................................. 5

1.3 Determinação da carga total (Q) ........................................................................ 6

2. Escolha do cabo de aço .......................................................................................... 6

3. Definição do tambor ................................................................................................ 6

4. Cálculo da potência efetiva (Ne) ............................................................................. 7

4.1 Cálculo da velocidade de elevação .................................................................... 7

5. Cálculo dos rendimentos ......................................................................................... 8

6. Cálculo da potência necessária ou consumida ....................................................... 8

7. Cálculo de rotação do tambor ................................................................................. 8

8. Escolha do motor .................................................................................................... 8

9. Cálculo da redução total .......................................................................................... 9

10. Escolha do redutor ................................................................................................ 9

10.1 Fator de serviço ............................................................................................... 9

10.2 Determinação da potência nominal ................................................................ 10

10.3 Verificação da potência térmica ..................................................................... 10

11. Cálculo da transmissão por correia ..................................................................... 10

11.1 Determinar a potência projetada. ................................................................... 10

11.2 Perfil da correia .............................................................................................. 11

11.3 Diâmetro da polia motora ............................................................................... 11

11.4 Diâmetro da polia movida .............................................................................. 11

11.5 Comprimento das correias ............................................................................. 12

11.6 Ajuste da distância entre centros ................................................................... 12

11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia ..................................... 12

11.8 Números de correias necessárias para transmissão ..................................... 13

11.9 Ajuste do Perfil da correia .............................................................................. 14

11.9.1 Potência projetada. ................................................................................. 14

11.9.2 Perfil da correia ....................................................................................... 14

11.9.3 Diâmetro da polia motora ........................................................................ 14

11.9.4 Diâmetro da polia movida ........................................................................ 14

11.9.5 Comprimento das correias ...................................................................... 15

11.9.6 Ajuste da distância entre centros ............................................................ 15

3

11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia .............................. 15

11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão ............................... 16

15. Cálculo do comprimento do tambor ..................................................................... 17

16. Cálculo do eixo .................................................................................................... 18

16.1 Dimensionamento do eixo .............................................................................. 18

16.2 Cálculo das reações de apoio ........................................................................ 21

16.3 Cálculo da força cortante ............................................................................... 22

16.4 Cálculo do momento Fletor ............................................................................ 23

16.5 Diâmetro do eixo ............................................................................................ 25

16.5.1 Potência consumida ................................................................................ 25

16.5.2 Momento torsor ....................................................................................... 25

16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo .................................................................... 25

17. Cálculo da chaveta .............................................................................................. 27

17.1 Peso total ....................................................................................................... 27

17.2 Torque ............................................................................................................ 27

17.3 Tensões admissíveis ...................................................................................... 27

17.3 Verificando compressão ................................................................................. 28

17.4 Verificando cisalhamento ............................................................................... 28

17.5 Comprimento mínimo da chaveta .................................................................. 28

18. Anexos

4

Projeto Elevador de caçamba

1. Dimensionamento da Caçamba

Cosseno α= cateto adjacente/ hipotenusa

Seno α = cateto oposto/ hipotenusa

1.1 Cálculo do Volume

1-

2-

3-

5

1.2 Cálculo do peso da caçamba

Chapas laterais

Chapa do fundo

Chapa da frente

Chapa de trás

Portanto

Assim,

Obs.: Utilizando para fabricação da caçamba, chapas de 1/8” (3mm) onde o peso do

material é de 24 kg/m2.

E sabendo-se que o peso da caçamba não poderá ultrapassar 15% do peso do

material.

Peso do material

Assim, 15% do

6

1.3 Determinação da carga total (Q)

2. Escolha do cabo de aço

Conforme a página 89 do catálogo CIMAF, onde especifica o cabo de aço de acordo

com a utilização (elevador de obra), o cabo escolhido foi 6x25 Filler, com alma de

aço (AACI), torção regular, polido, pré-formado, EIPS.

Usando o fator de segurança, do livro (pág.268) para elevadores de baixa

velocidade (carga) é de 8 à 10.

Assim,

Como utilizaremos 2 cabos,

Assim, na tabela da página 61 o diâmetro do cabo é:

6x25 Filler de 9,5mm ou 3/8”.

3. Definição do tambor

Conforme página 27 do catálogo CIMAF.

O diâmetro do tambor para o cabo de aço 6x25 Filler, recomendado é de 39 vezes o

diâmetro do cabo, e o mínimo é de 26 vezes o diâmetro do cabo.

7

Portanto,

Assim, o diâmetro escolhido foi de 323 mm, pois esse é o diâmetro de um tubo

comercializado pelo fornecedor.

4. Cálculo da potência efetiva (Ne)

Ne= Potência efetiva

Q= Carga total a ser levantada (kg)

V = Velocidade de elevação (m/s)

4.1 Cálculo da velocidade de elevação

Obs.: Tempo de ciclo =

8

5. Cálculo dos rendimentos

Rolamentos (ƞ= 0,99%)

Acoplamentos (ƞ = 0,97%)

Correia/Polia (ƞ = 0,97%)

Tambor/Cabo (ƞ = 0,95%)

Redutor (ƞ =0,95%)

6. Cálculo da potência necessária ou consumida

Potência Efetiva = 15 cv ou 11Kw.

Rendimento do sistema = 0,80%

7. Cálculo de rotação do tambor

8. Escolha do motor

Conforme o catálogo de motores da Weg, o escolhido foi Motor Trifásico Alto

Rendimento Plus. (páginas A-3 e B-5)

Carcaça: 160M

Potência: 20cv ou 15Kw

Rotação: 1765RPM

9

IV Polos à 60Hz

Tensões: 220/380/440V

Grau de proteção: IP55

Isolamento: Classe F

Fator de serviço: 1,15

9. Cálculo da redução total

Motor = 1765 rpm

Rotação do tambor = 29,56 rpm

Relação transmissão por correia = ic ≤ 3

10. Escolha do redutor

Motor = 1765 rpm

Relação transmissão por correia = ic ≤ 3

Assim,

O redutor escolhido foi E 16 3 26 P 19 0 0 0 L, do catálogo Helimax.

Itot RPM ENTRADA RPM SAÍDA TAMANHO

20 600 30 16

10.1 Fator de serviço

Conforme página 8 do catálogo de redutor helimax e a tabela da página 9, obtem-se:

Fs = 1,25

10

10.2 Determinação da potência nominal

10.3 Verificação da potência térmica

Onde:

Pc = 14 Kw

PT = Potência térmica admissível.

PTG = Potência térmica natural (página 18)

fa = Fator temperatura ambiente tabela 1 (página 7)

fb = Fator de duração de operação tabela 1 (página7)

fc = Fator ambiente tabela 1 (página7)

ft = máxima temperatura do óleo tabela1 (página 7)

Condição (I):

Portanto, essa aplicação não necessita de sistema complementar de refrigeração.

11. Cálculo da transmissão por correia

Conforme o catálogo de correias Gates.Perfil de correia Hi-Power II.

11.1 Determinar a potência projetada.

Onde,

HP =Potência do motor (HP)

11

fs = Fator de serviço (Tabela 1)

O fator de serviço levando em consideração o serviço normal de 8 – 10 horas por dia

é 1,2 (Tabela 1 página 1).

11.2 Perfil da correia

Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é B.

11.3 Diâmetro da polia motora

É determinado em função da potência do motor e da RPM mais rápida.

De acordo com a tabela 3 (página 3), o diâmetro mínimo em polegadas é de 4,6’’.

Na tabela 14 (página 12) indica os diâmetros padronizados, então utilizaremos o

diâmetro de 120 mm.

11.4 Diâmetro da polia movida

12

11.5 Comprimento das correias

(Entre centros de C=500 mm)

Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)

11.6 Ajuste da distância entre centros

Tabela 6 (página 6)

Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,12.

11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia

hpb: Potência básica (tabela14, página 12)

hpa: Potência adicional (tabela 14)

Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6)

13

Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)

Por meio da tabela 9, define-se a correção do arco de contato “Fg”.

Arco de contato de polia

Menor (graus)

Fator “G”

0,40 157 0,94

0,46 1530 24’ 0,934

0,50 151 0,93

Portanto, o fator “Fg” é 0,934.

Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por

correias.

11.8 Números de correias necessárias para transmissão

Portanto, vamos utilizar 5 correias B-53 Gate Hi Power II.

14

11.9 Ajuste do Perfil da correia

Mediante o excesso de correias calculadas no item acima, optou-se por mudar o

perfil da correia para diminuir a quantidades das mesmas.

11.9.1 Potência projetada.

11.9.2 Perfil da correia

Para diminuirmos as quantidades de correias, optamos por utilizar outro perfil de

correia.

Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é C.

11.9.3 Diâmetro da polia motora

O diâmetro da polia calculada é de 120 mm, mas para podermos utilizar o perfil C da

correia, o diâmetro mínimo recomendado é dado na tabela 15 (página 13), que será

de 180 mm.

11.9.4 Diâmetro da polia movida

15

11.9.5 Comprimento das correias

(Entre centros de C=500 mm)

Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)

11.9.6 Ajuste da distância entre centros

Tabela 6 (página 6)

Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,165.

11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia

hpb: Potência básica (tabela14, página 12)

hpa: Potência adicional (tabela 14)

Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6)

16

Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)

Por meio da tabela 9, define-se a correção do arco de contato “Fg”.

Arco de contato de polia

Menor (graus)

Fator “G”

0,50 151 0,91

0,65 148 0,90

0,70 145 0,89

Portanto, o fator “Fg” é 0,9.

Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por

correias.

11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão

Portanto, vamos utilizar 3 correias C-85 Gate Hi Power II.

17

15. Cálculo do comprimento do tambor

D – Diâmetro primitivo do tambor (mm)

d – Diâmetro do cabo (mm)

l – comprimento do cabo a ser armazenado (curso) (mm)

l0 – comprimento de uma volta de cabo enrolado (mm)

lu – Comprimento útil ranhurado do tambor (mm)

lt – Comprimento total do tambor (mm)

nt – Número total de espiras (-)

nu – Número de espiras úteis (-)

t – Passo das ranhuras do tambor (mm)

Fórmulas:

18

D = 323

d = 9,5 ou 3/8”

l = 11,026 m

t = 12 mm (escolhido conforme tabela abaixo)

Valores de “t” e” f” tabela abaixo (t=12 e f=80)

Valor “j” estipulado ½” (12,7)

16. Cálculo do eixo

16.1 Dimensionamento do eixo

Dados:

Acoplamento: Catalogo V- Flex

Comprimento: 85 mm

Diâmetro máximo: 97 mm

Peso: 24,5 kg

19

Mancal: NSK

Comprimento: 155 mm

Diâmetro do eixo: 60 – 100 mm

Peso: 18 kg

Tambor:

Comprimento: 354 mm

Diâmetro: 323 mm

Peso:

Obs.: O peso do tubo por metro é dado pelo fabricante.

Flange:

20

Peso total dos dois tambores:

Caçamba + carga:

Peso:

Eixo:

Comprimento:

1- Mancal – 155 mm

2- Espaçamento entre os elementos – 50 mm

3- Acoplamento – 85 mm

4- Tambores – 354 mm

5- Espaçamento entre tambores – 875 mm

Comprimento total – 2128 mm

Peso:

Peso total para o cálculo do eixo:

21

Obs.: A massa de um kilograma à superfície da terra tem um peso de

aproximadamente 9,807 Newtons. 1kg = 9,8N.

Portanto,

16.2 Cálculo das reações de apoio

22

Gráfico das reações de apoio:

16.3 Cálculo da força cortante

23

Gráfico das forças cortantes:

16.4 Cálculo do momento Fletor

X M1

0 0

0,559 6,956 kN

X M2

0,559 6,956 kN

1,434 6,469 kN

24

X M3

1,434 6,469 kN

1,915 -0,05 kN

X M4

1,915 -0,05 kN

2,128 0,00 kN

Gráfico dos momentos fletores:

25

16.5 Diâmetro do eixo

Dados:

1) Potência efetiva = 15 cv ou 11 kw

2) Rendimentos:

Par de rolamentos: ƞ = 0,99%

Acoplamento: ƞ = 0,97%

Tambor/ cabo: ƞ = 0,95%

3) Rotação do tambor = 29,56 rpm

4) Momento fletor = 6956 Nm

16.5.1 Potência consumida

16.5.2 Momento torsor

16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo

O material para a fabricação do eixo será o SAE 1045

Limite de escoamento: 310 MPa

Limite de resistência: 570 MPa

26

Tensão admissível

Fator de segurança retirado da tabela 11.1 da (página 149) eixos e árvores.

Devido ao rasgo da chaveta temos:

Diâmetro do eixo

Portanto, o diâmetro do eixo deverá ser de no mínimo 120 mm nos pontos críticos

de flexão, e podendo ser escalonado nos pontos de menor flexão.

27

17. Cálculo da chaveta

17.1 Peso total

Caçamba + carga, temos:

Transformando kilogramas para Newton, temos:

Força transmitida por cada tambor, temos:

Diâmetro do tambor

17.2 Torque

17.3 Tensões admissíveis

O material para a fabricação da chaveta será o SAE 1030. Com b=40mm, h=22mm

e t1= 12mm.

Limite de escoamento: 260 MPa

28

17.3 Verificando compressão

17.4 Verificando cisalhamento

17.5 Comprimento mínimo da chaveta

Portanto, a especificação da chaveta, temos:

DIN 6885

Aço SAE 1030

40 x 22 x 30