Elementos De Maquinas

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

ELEMENTOS DE MÁQUINAS I

APOSTILA PARA O CURSO

2o Semestre de 2001

AUTOR:

PROF. DR. AUTELIANO ANTUNES DOS SANTOS JÚNIOR

DEPARTAMENTO DE PROJETO MECÂNICO - FEM - UNICAMP

Resumo:

Essa apostila abrange os principais temas abordados na Disciplina EM 718 - Elementos de Máquinas I, que são: Introdução ao Projeto Mecânico, Conceito sobre Tensão e Deformação, Critérios de Falha por Carregamento Estático, Fadiga, Impacto, Contato, Parafusos, Uniões Soldadas, Molas, Eixos, Acoplamentos, Chavetas, mancais de rolamento e mancais de deslizamento.

1. Introdução

A exercício da engenharia é uma arte, capaz de recompensar seu artista, o engenheiro, e beneficiar os seres cujas necessidades serão atendidas pelas soluções encontradas e implantadas. O engenheiro é então um artista, cujo trabalho é resolver problemas de engenharia com os materiais e com as ferramentas científicas disponíveis. No entanto, a maior das ferramentas que possui é a si próprio e o correto emprego dessa ferramenta pode ser expresso através de sua dedicação, sua disposição em conhecer e, principalmente, seu bom senso.

Engenharia é também uma ciência ligada a solução de problemas práticos. Embora essa definição seja extremamente abrangente, podendo incluir um médico que atua na solução de problemas de saúde ou um físico que busca as bases do comportamento do universo, o engenheiro se diferencia porque seu trabalho consiste na construção de artefatos ou na análise e na otimização destes. Assim, o projeto e a construção desses artefatos, bem como o trabalho com os artefatos construídos, representam a melhor expressão do trabalho do engenheiro.

Para o exercício da Engenharia, o profissional necessita de conhecimento, materiais, experiência e uma boa dose de senso crítico, expressa em decisões que revelem seu bom senso. Este texto é basicamente sobre o conhecimento necessário para exercer a profissão. Os materiais e sua disponibilidade são tão importantes que fazem parte de outras disciplinas. A experiência, o profissional só a terá com a prática, que será incentivada pelos seus mestres. Por melhores que sejam os mestres, no entanto, sempre será difícil transmitir bom senso. Palavras ajudarão na formação do carater e esse terá muita influência no bom senso do engenheiro. Todavia, a imensa gama de variáveis que influi na formação pessoal do profissional impede que engenheiros que aprenderam da mesma forma, as mesmas coisas, com os mesmos mestres, exerçam a profissão com a mesma sabedoria. Caberá ao profissional suprir suas próprias dificuldades em conter os arroubos naturais de quem tem muito conhecimento a aplicar, sem influenciar negativamente em sua capacidade criativa. Adquirir essa sabedoria é tarefa difícil, mas recompensadora.

Como já dito, este é um texto sobre conhecimento. Como tal, tem a pretensão de apresentar um conjunto de tópicos que permita ao engenheiro o exercício de sua profissão. Seria impossível, no entanto, incluir todo o conhecimento necessário para o exercício da engenharia. De fato, esse é um texto sobre as ferramentas para que o engenheiro desenvolva seus projetos. Ainda mais especificamente, esse é um texto sobre projetos em engenharia mecânica, em especial sobre o projeto de máquinas. O texto tem seu enfoque principal na descrição dos elementos básicos que compõem uma máquina e no conhecimento necessário para entendê-los e utilizá-los. Assim sendo, o texto discute suscintamente o conhecimento abordado em disciplinas básicas de engenharia, como os conceitos de tensão e deformação, as propriedades dos materiais de engenharia, os critérios de falha estática, a falha por fadiga, as falhas de impacto e de superfície. A seguir, são apresentadas as aplicações desses conceitos ao projeto e especificação dos elementos de uma máquina. Os elementos que serão estudados servem de base para a extensão dos mesmos conceitos a outros elementos. Ênfase será dada na abordagem aos seguintes elementos: eixos, chavetas, acomplamentos elásticos, molas helicoidais e planas, parafusos de movimento ou potência, junções aparafusadas, junções soldadas, mancais de rolamento e mancais de deslizamento.

1.1. O Projeto Mecânico

O projeto mecânico surge de uma necessidade. Suprí-la, resolver o problema utilizando algum tipo de artefato, é tarefa do engenheiro. A necessidade nem sempre é evidente. Muitas vezes, esconde-se atrás do próprio palavreado ou da forma utilizada para expressá-la. Como exemplo, a necessidade não é construir uma ponte ou viaduto, o que inviabilizaria uma série de soluções para o mesmo problema; a necessidade é transportar produtos ou pessoas além do obstáculo natural, seja ele um rio ou um vale. A necessidade não é construir uma ponte rolante; talvez seja levantar a carga até uma determinada altura, ou mesmo transportá-la entre dois pontos de um mesmo prédio sem que cause transtornos durante sua movimentação. Saber definir a necessidade claramente permite que o projeto realmente atenda o objetivo, além de ser uma qualidade importante para diferenciar um engenheiro de um projetista mecânico competente. O tempo dispendido na busca da definição clara da necessidade não é disperdiçado. Na realidade, pode significar uma economia significativa no tempo total de projeto, evitando que o projeto final seja ineficiente e que seja necessário reiniciá-lo após a constatação da falta de um rumo correto.

A segunda tarefa do projetista é a clara definição do problema. Neste ponto, não apenas a necessidade deve estar clara, mas também as limitações que o projeto deve atender. Como exemplo, pode-se pensar que exista uma limitação de ruído no local onde o artefato será utilizado. Isso pode inviabilizar o uso de correntes ou de engrenagens em uma eventual transmissão de potência. Também pode haver a necessidade de que algum componente seja trocado ou removido para manutenção, impedindo que este seja fixado com solda ou por prensagem, na maioria dos casos. Limitações ambientais podem excluir motores a combustão como fonte de potência; baixas velocidades podem impedir a utilização de mancais