Dimensionamento de Eixos Responsáveis Técnicos

ANEXO 2 – Memorial de Eixo

Memorial Técnico: Dimensionamento de Eixos

Responsáveis Técnicos:

Pedro Branquinho de Souza

Resumo

        Nosso objetivo é dimensionar os eixos em aço, sob a ação de cargas variáveis, calculando coeficientes de segurança de forma que eles resistam aos parâmetros de entrada, e mantenha as exigências finais de projeto.

[pic 1]

Figura A.2.1 -  Limite Resistência a Fadiga (SANTOS , 2008)

Geometria de Entalhe

        A Geometria de Entalhe relaciona a tensão máxima e a tensão média na secção da descontinuidade. O coeficiente de concentração de tensão pode ser expresso pelas relações geométricas de entalhe nos eixos envolvidos. A Equação  1.4 foi utilizada para definir a geometria de entalhe dos eixos presentes neste memorial de cálculo:

                                                                        (1.4)[pic 2]

        Segundo SANTOS (2008), em muitos casos o fator Kt gera valores conservadores para materiais dúcteis devido a deformação plástica dos entalhes reduzindo o efeito da concentração de tensão. Então foi criado por Neuber o fator de sensibilidade ao entalhe da Equação 1.5:

                                                                                (1.5)[pic 3]

0nde o Kf  é o fator de redução de resistência à fadiga.

A Tabela A.2.1 abaixo é utilizada para calculo do fator de superfície Ka definido por:

                                                                          (1.6)[pic 4]

[pic 5]

Figura A.2.2  -  (Shigley, 2008).

        A tabela da Figura A.2.3 define o fator de temperatura para o qual o eixo estará submetido quando colocado em operação.

[pic 6]

Figura A.2.3 - (Shigley, 2008)

        Na Figura A.2.4, temos as relações do fator de concentração conforme esforço solicitado. O diâmetro do eixo vai ser calculado em diferentes pontos já que os esforços não são os mesmos ao longo de seu comprimento.

[pic 7]

Figura A.2.4 - Fonte: Shigley

        Na Figura A.2.4 temos a tabela para os tipos de entalhe e seus respectivos valores. Para um primeiro calculo do diâmetro escolhemos o Assento de chaveta formato corredor de trenó.

        É interessante abordar os limites e ajustes com base nas unidades métricas. O Shigley trata a respeito de várias definições:

• Letras maiúsculas sempre se referem aos furos;
• Letras minúsculas são utilizadas para referenciar os eixos
• Tamanho básico é o tamanho ao qual limites ou desvios são designados e é o mesmo para ambos membros do ajuste.
• Desvio é a diferença algébrica entre um tamanho e o tamanho básico correspondente.
• Desvio superior é a diferença algébrica entre o limite máximo e o tamanho básico correspondente.
• Desvio inferior é a diferença algébrica entre o limite mínimo e o tamanho básico adotado.
•  Desvio fundamental é tanto o desvio quanto o inferior, dependendo de qual está mais próximo do tamanho básico.
•  Tolerância é a diferença entre os limites de tamanhos máximo e mínimo de um componente.
•  Números de grau de tolerância internacional IT designam grupos de tolerâncias de modo que as tolerâncias, para um número particular IT, têm o mesmo nível relativo de acurácia, porém, variam dependendo do tamanho básico.
• Base furo representa um sistema de ajustes correspondendo a um tamanho básico de furo. O desvio fundamental é H.
• Base Eixo representa um sistema de ajustes correspondente a um tamanho básico de eixo.
• O desvio fundamental é h.

        Queremos expor também que o sistema base eixo não está incluído aqui neste presente relatório. Os comentários feitos podem ser melhor interpretados observando a Figura A.2.5.

[pic 8]

Figura A.2.5. - Exemplificações das medidas de limites e ajuste.

[pic 9]

Figura A.2.6 - Diagrama de forças e esboço inicial do conjunto dos eixos e engrenagens plano xy

[pic 10]

Figura A.2.7- Diagrama de forças e esboço inicial do conjunto dos eixos e engrenagens plano xz

        De acordo com os resultados obtidos foi decidido que o aço 1030 normalizado se encaixaria bem dentro das exigências finais de projeto, já que os valores apresentados pelo programa de calculo nos deram um resultado que fica bem próximo do valor estipulado inicialmente.        

[pic 11]

Figura A.2.8  - Catálogo de aços para eixos

        Após as análises e problemas que foram aparecendo chegamos ao resultado final dos eixos. Tentamos chegar ao máximo de semelhança possível das dimensões de um redutor real e que atendesse ao requisito de movimento circular (360º) do eixo de saída. Apresentaremos os resultados finais e vamos recapitular alguns passos que utilizamos como fatores de concentração de tensão.

        

        Lembrando que o eixo dimensionado é para transmissão da rotação, e que sofrerá um torque considerável para atender determinadas solicitações. Este eixo não deverá ser aplicado em casos que exijam grandes esforços, como por exemplo, elevação. E ideal para operações aplicadas a usinagem, foi feito pensando nisso. Após alguns estudos para base teórica foi definido que o critério de Goodman seria utilizado para calculo dos coeficientes de segurança.

...