Mecanismos

I - INTRODUÇÃO AOS MECANISMOS

1. CONCEITOS E DEFINIÇÕES FUNDAMENTAIS

1.1. MECANISMOS E MÁQUINAS

Mecanismo é um conjunto de elementos interligados que possuem movimentos relativos perfeitamente definidos.

Máquina é um conjunto de mecanismos usado para a transmissão de força motora, visando a execução de trabalho útil.

A título de comparação, alguns conceitos de autores conhecidos são apresentados:

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Mecanismo é um dispositivo que transforma um movimento em outro, enquanto máquina é este mesmo dispositivo, quando transmitindo forças de magnitude considerável.

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Mecanismo é um sistema de corpos destinado a transformar o movimento de um ou mais corpos em movimentos perfeitamente determinados de outros corpos. Máquina é um dispositivo que produz movimentos mecânicos visando a transformação da energia, da matéria e da informação.

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Mecanismo é um sistema de corpos criado artificialmente destinado a transformar o movimento de um ou vários corpos no movimento que se deseja imprimir a outros. Máquina é um dispositivo no qual, mediante mecanismos, garante-se a interação da ferramenta com a peça trabalhada ou a transformação da energia potencial e cinética de distintas substâncias (água, vapor) em energia mecânica.

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Mecanismo é a parte do projeto de máquinas relacionada com o projeto cinemático de sistemas articulados, cames, engrenagens e trens de engrenagens.

Máquina é um mecanismo ou conjunto de mecanismos que transmite força de uma fonte de potência para a resistência a ser superada.

1.2. A TEORIA DE MECANISMOS

A Teoria de Mecanismos é uma etapa fundamental para o estudo da Mecânica das Máquinas e é complementada pela Teoria das Máquinas, que considera a montagem de mecanismos associados formando uma máquina. Essa montagem pode referir-se a uma máquina isolada ou a um conjunto de máquinas com acionamento automático, por exemplo.

A teoria de mecanismos é a ciência que estuda a estrutura, a cinemática e a dinâmica dos mecanismos, associada com sua análise ou sua síntese.

Portanto, a teoria de mecanismos pode ser dividida em dois grandes grupos:

- Análise de Mecanismos, voltada para o estudo das características estruturais, cinemáticas e dinâmicas dos mecanismos já existentes.

- Síntese de mecanismos, que aborda o estabelecimento de projetos (criação) de mecanismos que possuam determinadas características estruturais, cinemáticas e dinâmicas e que sejam capazes de produzir determinados movimentos.

A análise de mecanismos pode ser dividida em duas partes:

- análise estrutural e cinemática

- análise dinâmica.

A análise estrutural e cinemática objetiva um estudo puramente geométrico dos mecanismos e dos movimentos dos elementos que constituem estes mecanismos, desconsiderando as forças que causam estes movimentos.

A análise dinâmica objetiva estudar as forças que agem sobre os elementos formadores do mecanismo, no decorrer do seu movimento, além das relações existentes entre os movimentos dos elementos, suas forças solicitantes e suas massas.

II – ANÁLISE ESTRUTURAL

Análise estrutural é um estudo do mecanismo abordando tão somente a sua geometria, através dos elementos que o constituem e das ligações físicas entre eles.

1. PARES CINEMÁTICOS E CADEIAS CINEMÁTICAS

1.1. Pares Cinemáticos

Viu-se anteriormente que mecanismo é um conjunto de elementos interligados que possuem movimentos relativos perfeitamente determinados. Essa interligação que ocorre entre os elementos dá-se através de pares cinemáticos. Entende-se por elemento todo corpo rígido (portanto, considerado indeformável) que participa da formação do mecanismo.

Pode-se definir par cinemático como a união móvel entre dois elementos de modo que seus movimentos tornam-se mutuamente limitados.

Dessa definição duas expressões são destacadas: a união e a mobilidade que devem existir entre os elementos formadores do par. Assim, só ocorre um par cinemático entre dois elementos se estes tiverem um determinado contato, e se esse contato permitir o movimento relativo entre os dois elementos. Se a ligação for tal que impeça o movimento relativo, então ter-se-á formado uma “estrutura”.

As ligações impostas ao movimento relativo de um elemento do par cinemático restringem seus movimentos em relação aos movimentos que possuía em estado livre (isolado). As restrições impostas ao movimento relativo entre os dois elementos formadores do par dependem do modo de montagem (ligação) entre eles. Essas restrições impostas aos pares cinemáticos são chamadas condições de ligação ou de vínculo.

Sabe-se que todo corpo rígido (que são os corpos abordados nessa disciplina) livre no espaço tem sua posição definida por 6 parâmetros. Em outras palavras, todo corpo rígido livre no espaço possui 6 graus de liberdade. Esses 6 graus de liberdade estão assim distribuídos: translação que pode ser decomposta ao longo dos 3 eixos ortogonais (x, y, z) e rotação que pode ser decomposta em torno desses eixos ortogonais, ou em torno de eixos paralelos a eles.

1.2. Classificação dos Pares Cinemáticos

A forma de ligação entre os dois elementos formadores do par determina a classe do par cinemático.

São usados dois critérios para classificar os pares cinemáticos: segundo o número de condições de vínculo e segundo o tipo de contato entre os elementos formadores do par.

1.2.1. Classificação segundo o número de condições de vínculo

Para classificar-se os pares cinemáticos em relação ao número de condições de vínculo (ou em relação aos movimentos relativos que são retirados ou eliminados pelo tipo de ligação que ocorre), deve-se