Elementos De máquinas

Passo 1

Definir quais serão os dados que a equipe irá utilizar para calcular todo o projeto do guindaste. Somar os últimos algarismos dos RA´s dos integrantes do grupo e identificar os dados na tabela abaixo:

R.A.: 1185397089

R.A.: 2543438035

R.A.: 2564458583

R.A.: 2562469988

R.A.: 1105277076

∑RA = 9 + 5 + 3 + 8 + 6 = 31

Como o ultimo numero da somatória é 6 então, de acordo com o quadro 1 o valor da carga será de 6000 lbf.

Passo 2

Fazer uma pesquisa dos tópicos abaixo, de modo a entender quais as possíveis falhas que podem ocorrer dentro de um projeto mecânico:

1 Deformação Elástica

Ocorre quando a deformação elástica (recuperável), devido à carregamentos ou temperatura, é tanta que o funcionamento adequado do item não é mais observado.

A deformação ocorre quando é aplicada uma tensão ou variação térmica que altera a forma de um corpo. Na deformação elástica, o corpo retorna ao seu estado original após cessar o efeito da tensão. Isso acontece quando o corpo é submetido a uma força que não supere a sua tensão de elasticidade (Lei de hooke).

2 Escoamento

Ocorre quando a deformação plástica (não recuperável) de um componente dúctil, devido á carregamentos ou movimento, se tornam elevada o suficiente para interferir no desempenho.

Limite de escoamento, também chamado de tensão de cedência ou tensão de limite elástico, ou tensão de escoamento, é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação, se houver algum acréscimo de tensão o material não

segue mais a lei de Hooke e começa a sofrer deformação plástica (deformação definitiva). Onde k é o módulo de elasticidade ou Módulo de Young.

3 Indentação

Quando forças estáticas entre duas superfícies acabam por promover o escoamento de uma delas ou de ambas.

4 Fratura Frágil

Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material. A fratura frágil não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material.

A fratura frágil (por clivagem) ocorre com a formação e propagação de uma trinca que ocorre a uma direção perpendicular à aplicação da tensão.

5 Fadiga

É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas. Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas). É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas. A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis.

A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente ocorre com a formação e propagação de uma trinca. A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição estrutural ou de composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre geralmente na superfície). A superfície da fratura é geralmente perpendicular à direção da tensão à qual o material foi submetido.

Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser: Tração; Tração e compressão; Flexão e Torção.

6 Corrosão

Deterioração não desejada do material por meios de processos químicos ou eletroquímicos. Normalmente interage com outros modos, como desgaste ou fadiga.

A corrosão em metais é a destruição ou deterioração de um material por causa de reações químicas e / ou eletroquímicas, levando os metais a retornarem ao seu estado natural, abandonando seu atual.

7 Desgaste

Mudanças cumulativas não desejadas na dimensão do item, causada pela gradual remoção de partículas de suas superfícies móveis em contato, resultante de ação mecânica.

Desgaste é a perda progressiva de material devida ao movimento relativo entre a superfície e a substância com a qual entra em contato. Está relacionado com interações entre as superfícies e, mais especificamente, a remoção e a deformação do material sobre uma superfície como resultado da ação mecânica da superfície oposta. A necessidade de movimento relativo entre as duas superfícies de contato e mecânica inicial entre asperezas é uma importante distinção entre desgaste mecânico em comparação com outros processos com resultados semelhantes.

8 Flambagem

É a falha que ocorre quando uma combinação crítica de magnitude ou ponto de aplicação da carga, juntamente com a geometria do componente, faz que com uma deflexão seja criada, não mais possibilitando que o componente execute sua função.

A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento. Este colapso ocorrerá sempre na direção do eixo de menor momento de inércia de sua seção transversal. A tensão crítica para ocorrer a flambagem não depende da tensão de escoamento do material, mas da seu módulo de Young.

Passo 3

Identificar no projeto do guindaste quais serão os modos de falha predominantes. Através dos cálculos, identificar se é previsto ocorrer falhas no conjunto.

Os modos de falha predominante serão: Deformação elástica, Escoamento, Fadiga, Desgaste e Corrosão.

As causas dos modos de falhas citados acima podem ser: especificação incorreta do material, ou matéria prima utilizada com qualidade ruim, sobre esforço, esforços repetitivos, capacidade de lubrificação insuficiente, instruções de manutenção imprópria ou inadequada, falta de acabamento ou tratamento superficial.

Etapa 2

Passo 1

Definir, através do tipo de construção, qual será o material utilizado para a construção do eixo de sustentação da “moitão” do guindaste.

1010 – Aço de boa soldabilidade, baixa resistência mecânica e baixa usinabilidade

8620 – O AÇO 8620 é utilizado em componentes mecânicos de uso como; pino guia de engrenagem, colunas, cruzetas, catracas, capas, eixos, coroas, virabrequins, eixos-comandos, pinos, guia, engrenagens, pinhões em geral.

Passo 2

Identificar quais serão os modos prováveis de falha para o eixo árvore do “moitão” e quais as prevenções a serem todas.

Olhar passo 3 da etapa 1.

Passo 3

Calcular através dos dados da etapa 1, o dimensional do eixo do “moitão”. Através desse cálculo é possível identificar o perfil necessário para suportar a carga sugerida.

Aço 1010

= 2600 kgf / cm2 = 254,8MPa

Te = 300MPa

Tn = 3500 kgf / cm2 = 343MPa

F = 6000 lbf = 26688N

254,8 . 106 = 26688 / 2A = 13344A

A= 13344 / 254,8 . 106

A = 5,23 . 10-5m2

d = √((5,23 . 10-5 . 4) / π)

d = 8,16 mm

Comprimento da chapa que apoia o eixo, supondo que a espessura da mesma vale 3mm:

Te = F / AÚtil

Te = F / t.(l-d)

t(l-d) = F / Te

tl-td = F / Te  l = F/Te+t.d / t

l= 26688/300.106 +0,003.8,16.10-3 = 88,96 + 0,003 . 8,16. 10-3 / 0,003 =

l=29,65 mm

Tn = F / A

Tn = F / t.l

343 . 106 = F / 0,003 . 0,02965

343 . 106 = F / 8,89.10-5

F= 8,89.10-5 . 343 . 106

F = 30493N

30,49KN > 26,68KN portanto a estrutura suporta.

Aço 8620

= 4650 kgf / cm2 = 455,7MPa

Te = 700MPa

Tn = 6200 kgf / cm2 = 607,6MPa

F = 6000 lbf = 26688N

455,7 . 106 = 26688 / 2A = 13344A

A= 13344 / 455,7 . 106

A = 2,93 .10-5m2

d = √((2,93 . 10-5 . 4) / π)

d = 6,11 mm

Comprimento da chapa que apoia o eixo, supondo que a espessura da mesma vale 3mm:

Te = F / AÚtil

Te = F / t.(l-d)

t(l-d) = F / Te

tl-td = F / Te  l = F/Te+t.d / t

l= 26688/700.106 +0,003. 6,11.10-3 = 38,13 + 0,003 . 6,11. 10-3 / 0,003 =

l= 12,71 mm

Tn = F / A

Tn = F / t.l

607,6 . 106 = F / 0,003 . 0,01271

607,6 . 106 = F / 3,81 .10-5

F= 3,81 .10-5 . 607,6 . 106

F = 23149N

23,14KN < 26,68KN portanto a estrutura suporta.

Etapa 3

Passo 1

Pesquisar sobre mancais de rolamento e mancais de deslizamento e responder ás perguntas abaixo:

1 Quais as principais características de cada mancal?

R: Características dos mancais de deslizamento: Baixíssimo nível de ruído suporta grandes impactos e vibrações sem sofrer danos, são menos sensíveis á ação poeira, os de grandes dimensões são mais baratos que os mancais de rolamento.

Mancais de rolamento possuem as mesmas características físicas dos mancais de deslizamento, porém substitui se a bucha por rolamentos. Classificam-se de acordo com os elementos rolantes neles empregados.

Características dos mancais de rolamento: Reduzido coeficiente de atrito de partida, pequena influencia da rotação sobre o atrito, facilidade de lubrificação continua, pouca necessidade de manutenção e baixo consumo de lubrificante, maior capacidade de carga por largura do mancal, padronização e normalização das dimensões, das cargas permissíveis e da vida do rolamento.

2 Qual a características quanto á vida útil de cada mancal?

R: A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada seguindo alguns parâmetros: os materiais necessitam ser muito bem escolhidos e apropriados a partir do desenvolvimento do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever os modos para os trabalhos de manutenção, conservação, limpeza, lubrificação, alinhamento e reposição, mas no caso de possíveis danos faz se importante considerar as principais funções dos mancais de deslizamento que são: apoiar e guiar os eixos.

3 Quais os principais modos de falha de cada mancal?

R: Mancais de rolamento: Falha de vedação, abrasão por entrada de elemento estranho no mancal de rolamento, marcas durante instalação (indentações ou impactos), lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente, corrosão, descarga eletrica e lascamento.

4 Fazer uma tabela com as vantagens e desvantagens de cada mancal.

R:

Vantagens e desvantagens dos rolamentos

Vantagens Desvantagens

Menor atrito e aquecimento. Maior sensibilidade aos choques.

Baixa exigência de lubrificação. Maiores custos de fabricação.

Intercambialidade internacional. Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo.

Não há desgaste do eixo. Ocupa maior espaço radial.

Pequeno aumento da folga durante a vida útil. Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento.

Vantagens e desvantagens dos deslizamento

Vantagens Desvantagens

Construção simples Consumo maior de lubrificante.

Mancais de grandes diâmetros são mais baratos. Exige maiores cuidados com a circulação do lubrificante e manutenção.

Suportam altas pressões. Maior estático e dinâmico (torque)

Amortece as vibrações, os choques e os ruídos. Atrito maior de partida.

Passo 2

Fazer o levantamento e explicar qual a função e características de pelo menos seis mancais de rolamento padronizados.

Definir qual será o tipo de mancal de rolamento utilizado no “moitão” do guindaste sugerido, através do levantamento acima.

1- Rolamentos fixos de uma carreira de esferas (figura 5) - É talvez o tipo mais conhecido, pois atende a um vasto campo de aplicações.

Trata-se de um rolamento que permite apoio de carga axial além da carga radial, sendo mais indicado para aplicações que requerem baixo ruído e vibração e máquinas de alta

velocidade de rotação. Está disponível em vários tipos de construções, e além do tipo aberto, podem-se encontrar os blindados, os quais vêm lubrificados de fábrica.

2- Rolamentos axiais de esferas de escoras simples e de escora dupla (figura 6) - Os rolamentos axiais de esferas são constituídos por anéis em formato de arruelas com canal e gaiolas com esferas embutidas.

O anel que deve ser montado no eixo é denominado de anel interno e o outro a ser montado no alojamento do mancal é denominado de anel externo. Nos rolamentos de escora dupla, o eixo é instalado no anel central, também conhecido de anel intermediário. Os rolamentos axiais de escoras simples suportam a carga axial em um só sentido, enquanto os rolamentos axiais de escoras duplas toleram cargas axiais nos dois sentidos. Nesses rolamentos é comum ter gaiolas de aço prensadas, enquanto que nos rolamentos pequenos e nos rolamentos grandes gaiolas usinadas. Rolamentos axiais auto compensadores de rolos. Nestes rolamentos os rolos são trapezoidais e estão dispostos obliquamente na superfície de rolagem. Eles possuem auto alinhamento justamente porque a pista do anel externo é esférica. Possuem grandes capacidades de carga axial e estando sob carga axial, permitem ainda a aplicação de cargas radiais moderadas. As gaiolas podem ser prensadas em aço ou usinadas de latão.

3- Rolamentos de duas carreiras de esferas de contato angular - Estes rolamentos permitem carga radial e em um único sentido à carga axial. Os anéis externo e interno juntamente com as esferas formam ângulos de contato que vão de 15º à 40º, de modo que, quanto maior o angulo de contato, maior a capacidade de suportar carga axial e quanto menor o angulo de contato, mais indicado para aplicações em altas rotações. Encontram-se também na concepção com duas carreiras de esferas que podem receber cargas axiais nos dois sentidos (figura 7).

As gaiolas são prensadas em aço, mas para as aplicações que requerem maior precisão utilizam-se gaiolas de poliamida.

4- Rolamentos auto compensadores de esferas e de rolos (figuras 8 e 9) - A pista do anel externo é esférica e o anel interno possui duas pistas de rolagem.

O centro do raio da curvatura do anel externo está no centro do rolamento, de forma que as esferas, a gaiola e o anel interno se inclinam em relação ao anel externo. Fica fácil de perceber que esses rolamentos tendem a compensar erros de desalinhamento de

mancais, pequenos desvios de usinagem ou mesmo pequenas deficiências de montagem. É importante entender que esses rolamentos são indicados em casos onde o eixo sofre algum tipo de flexão, que precisa ser compensada durante o funcionamento da máquina. Os rolamentos auto compensadores de rolos permitem o apoio da carga radial e em ambos os sentidos a carga axial, possuindo alta capacidade de carga radial e sendo indicadas para aplicações com cargas pesadas e mesmo cargas de choque. Eles são também fabricados com furo cônico e podem ser montados diretamente sobre o eixo ou através de buchas. As gaiolas podem ser prensadas em aço, usinadas em latão ou poliamida.

5- Rolamentos de rolos agulha: Estes rolamentos são compostos por um grande número de rolos finos e alongados, com comprimento de rolo de 3 a 10 vezes o diâmetro. Esse tipo de construção possui maior capacidade de carga radial. Há no mercado uma grande variedade de rolamentos tipo agulha, alguns com rolos e sem anéis, com anel interno e sem anel interno, com e sem gaiola.

6- Rolamentos de rolos cônicos (figuras 10 e 11) - Os rolamentos de rolos cônicos permitem grandes cargas radiais e, em um único sentido, as cargas axiais, por isso costuma-se montar duplas destes rolamentos, montados invertidos, para que cada um suporte a carga axial em um sentido.

O anel interno tem formato de cone, enquanto o anel externo funciona mais como uma capa, e pelo fato de serem separáveis, os anéis podem ser montados separadamente em seus alojamentos. São também fabricados com duas e quatro carreiras de esferas. As gaiolas são normalmente prensadas em aço.

O rolamento escolhido foi o 1º Rolamento da relação feita acima.

Etapa 4

Passo 1

Pesquisar tipos de guindastes e definir algum possível de aplicação para situação-problema do desafio.

O possivel para a situação-problema do desafio poderá ser o guindaste para terreno irregular com peneu (borracha).

PASSO 2

Fazer um desenho do guindaste escolhido no passo 1.

REFERENCIAS

COSTAI, E.M. FALHA OU RUPTURA NOS METAIS. DISPONIVEL EM:

DOCS.GOOGLE.COM/open?id=0b0bji2v

NEMANN Gusta. Eleentos de maquinas

AÇOS VIC. Resumo dos principais aços para construção mecanica. 2012.

ENGEMET. Aços ligados para eixos, hastes e parafusos especiais.2012.

AÇOTUBO. Caractesticas dos Aços. 2012.

COLLINS, J. Pojeto Mecânico de Elementos de Maquinas. 1ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. PLT numero 296.

VERONEZI.COM.