Introdução ao estudo de mecanismos

1.1 – Introdução aos estudos dos mecanismos

Mecanismos definiram-se como o ramo da Engenharia Mecânica relacionada ao estudo cinemático de sistemas articulados, excêntricos, engrenagens e trens de engrenagens. A fig. 1.1 mostra-nos um sistema articulado particularmente conhecido pela denominação de biela-manivela.

Fig 1.1

As articulações I solidarizam-se a estrutura estacionária que suporta assim a manivela 2, a biela 3 e o cursor 4. Uma aplicação simples deste sistema está nos motores de combustão interna onde 4 é o pistão e 1 é o bloco do motor.

Outro exemplo simples de mecanismo é o que podemos ver na fig. 1.2, onde representa um excêntrico e sua haste conduzida que sobe e desce quando o primeiro gira em um eixo motriz. O avanço é comandado pelo excêntrico e o retorno é realizado por gravidade ou por molas.

Fig. 1.2

As engrenagens são aplicadas na transmissão de movimento entre eixos a uma razão constante de velocidades angulares. A fig. 1.3 nos dá idéia dos tipos mais comuns. Quando em alguns casos a redução desejada é excessiva para a utilização do par de engrenagens, utiliza-se um conjunto de mais de duas engrenagens, denominado trem de engrenagens fig. 1.4.

Fig. 1.3

Fig. 1.4 Trem de engrenagens

1.2 – Mecanismo e Máquina

Mecanismo é uma combinação de corpos rígidos compostos e conectados de tal forma que se movem entre si com movimento relativo definido. Como exemplo podemos citar um conjunto biela manivela.

Máquina é um conjunto de mecanismos destinado a transmitir força de uma fonte de potência contra uma resistência a ser superada. O sistema completo do motor de combustão interna é uma máquina.

1.3 – Movimentos

Definiremos os vários tipos de movimentos passiveis de serem realizados pelos mecanismos:

Movimento plano Translação: Quando um corpo rígido movimenta-se de tal forma que cada linha reta que lhe é pertinente mantém-se paralela a si mesma nas diversas posições ocupadas.

1.3.1 – Translação retilínea: Todos os pontos do corpo têm como trajetórias retas paralelas. Quando o corpo movimenta-se desta forma, ora para frente ora para trás, temos um movimento alternativo.

1.3.2 – Translação curvilínea: As trajetórias descritas por aqueles pontos são linhas curvas paralelas entre si. A fig. 1.5 mostra um mecanismo usado na conexão de rodas motoras de uma locomotiva. A barra 3 move-se em translação curvilínea com trajetória cicloidal durante o movimento de rolamento das rodas 2 e 4 ao longo do trilho 1. A barra 5 está possuída de translação retilínea.

Fig. 1.5

Rotação: Quando cada ponto de um corpo regido, realizando um movimento plano, permanece a distância constante de um eixo fixo normal ao plano de movimento.

Movimento Combinado: Quando em um sistema temos o movimento de translação e rotação.

Movimento Helicoidal: Quando um corpo rígido, em seus pontos, move-se simultaneamente com rotação em torno do seu eixo fixo e translação paralela a este eixo. É este o movimento descrito por um ponto de uma rosca em uma porca ao ser aparafusada.

Movimento esférico: Cada ponto do corpo mantém-se a uma distância constante de um ponto fixo.

1.4 – Ciclo, Período e Fase do Movimento:

Quando as diversas partes de um mecanismo partem de uma posição inicial, descrevem um movimento intermediário, retornando então a posição inicial (posição relativa) para assim reiniciar a mesma transformação cinemática, o mecanismo terá completado um ciclo durante o tempo denominado período, após adquirir várias posições instantâneas relativas chamadas fases.

1.5 – Pares Cinemáticos

È a forma geométrica pela qual dois membros de um mecanismo são unidos de modo a se relacionarem por movimentos consistentes. O contato dos pares pode ser feito por ponto, linha ou superfície, como, respectivamente, em um mancal de esferas, em duas engrenagens e em uma junta de pino.

1.6 – Conexão e Cadeia

Uma conexão consiste em um corpo rígido com dois ou mais elementos de acoplamento pelos quais ela poderá ser articulada com outros elementos com a finalidade de transmitir força ou movimento.

Fig 1.6

Geralmente essa conexão consta de um membro rígido com possibilidade de acoplamento