A Fadiga em Componentes Mecânicos

Fadiga em Componentes Mecânicos

ROCHA, W.N.1

1 Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Multivix, Serra, ES, Brasil.

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Resumo

O presente trabalho tem por finalidade descrever e estudar fadiga em componentes mecânicos. Serão apresentadas informações sobre a importância do uso adequado de componentes nas estruturas dos equipamentos, mostrando que deve ser analisado o tipo de componente a ser utilizado desde o projeto, também mostra a importância da programação da manutenção desses componentes, para um bom funcionamento do equipamento sem maiores prejuízos.

Palavras-chaves: fadiga, componentes, projeto.

Abstract

This article will describe and study fatigue in mechanical componentes. Information will be presented on how importante is the use of suitable componentes in equipment structures, making possible to analyze the type of component to be used from the initial project. It also shows the importance of regular maintenance of the components for a good functioning of the equipment without damages.

Keywords: fatigue, components, project.

1. Introdução

Componentes mecânicos ou elementos mecânicos são peças que fazem parte da rotina de um engenheiro e são base para a construção de máquinas e nos desenvolvimentos de projetos. Tem-se como exemplo desses tipos de componentes pinos, parafusos, porcas, arruelas, mancais, molas, rolamentos, correntes e engrenagens.

Por mais que simples, esses componentes são de fundamental importância nas estruturas de diversos equipamentos, como caixas redutoras de velocidade, redutores de linha, motores, bombas entre outros.

Segundo José Rui Barbosa (2015, Componentes Mecânicos - Desenho Mecânico, Universidade de Fortaleza - UNIFOR), os componentes mecânicos podem ser subdivididos em três grandes grupos, estes

são: elementos de apoio, elementos de fixação e por fim elementos de transmissão, sendo que o segundo ainda pode se dividir em elementos de fixação desmontáveis ou rígidos.

No ramo da indústria e no setor produtivo num aspecto geral é muito comum a necessidade de unir peças, chapas, perfis ou barras, e para isso são usados os componentes mecânicos de fixação ou elementos de fixação, como rebites, parafusos, porcas e arruelas.

Essa união entre peças pode ser realizada basicamente de duas formas variando de acordo com a aplicação do conjunto produzido, de maneira permanente ou móvel.

Os elementos de apoio têm por objetivo apenas auxiliar o funcionamento adequado do equipamento, mantendo uma peça por exemplo, em seu devido lugar.

2. Descrição do problema

Existem três fatores que podem agravar o fenômeno, estes são: uso do material errado para a produção de um componente, sem levar em conta sua aplicação; falta de um tratamento térmico que auxilie a potencializar as características desejadas para a peça; manutenção inadequada ou exposição excessiva do material acima de sua carga máxima nominal.

Para exemplificar esse tipo de elemento, Rerisson Cristiano Rodrigues (2016, Mecânica Básica e Elementos Mecânicos – CONJUR Construtora Juruti) exemplifica em seu material a aplicação dos trilhos em uma janela corrediça, que tem por objetivo manter o elemento principal (a janela) deslizante em uma única direção.

Assim como elementos como rolamentos e mancais tem por objetivo servir de suporte aos eixos, evitando ao atrito excessivo e por consequência o desgaste constante que poderia danificar o equipamento ou prejudicar seu funcionamento e produtividade.

Por fim temos os elementos de transmissão, que tem como carro chefe as engrenagens, correias e correntes, que estão fortemente presentes em sistemas de transmissão, transmitindo potência e movimento de um sistema para outro, variando ou não as rotações entre dois eixos.

Segundo Fonseca Jr (2003, p.12), “Fadiga é o processo de alteração estrutural progressivo, localizado e permanente que ocorre em um material em condições que produzem variações de tensões e deformações em um ou mais pontos do material e que podem culminar em trincas ou fratura completa após um número suficiente de ciclos de carregamento”.

É válido lembrar que a fadiga pode ocorrer em qualquer material, seja ele cerâmico, poliméricos ou metálico. Em componentes mecânicos as falhas de um material decorrentes da fadiga geralmente ocorrem após uma pequena trinca no material, que sensibiliza a região tornando-a apta a ocorrência de sua ruptura.

A primeira etapa do processo é a chamada nucleação da trinca, considerada quando o diâmetro da trinca é inferior ou igual a 1mm.

Essa etapa geralmente ocorre em pontos onde há um concentrador de tensão, como num rasgo de chaveta por exemplo.

Figura 3. Rasgo de chaveta, potencial ponto de trinca.

A partir desse ponto a trinca cresce a cada repetição de ciclo, a segunda etapa do processo, até um ponto onde o elemento não consegue mais suportar a tensão na qual é submetida, onde ocorre a ruptura.

Essa ruptura pode ser dúctil (ocorre apenas após a deformação plástica extensa e é caracterizada principalmente pela lenta propagação das trincas), ou pode ser frágil (quando há uma propagação rápida das trincas pelo eixo), isso depende muito do material em questão.

Rasgos de chaveta, ângulos e cantos vivos, fios de roscas e demais descontinuidades na peça podem ser observados como pontos para o surgimento e nucleação de uma trinca.

Carregamentos cíclicos também podem produzir descontinuidades, geralmente superficiais, que também podem ser pontos de concentração de tensões.

Figura 4. Processos da propagação de uma trinca num componente mecânico.

Observamos a seguir mais alguns casos onde podemos averiguar acontecimentos de fadigas