Design Industrial

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Universidade do Vale do Itajaí Centro de Educação de Balneário Camboriu UNIVALI FABRICAÇÃO PARA DESIGNERS: Elementos de Máquinas Curso de Desenho Industrial – Habilitação Design Industrial Prof. Dr. Eng. Cláudio Roberto Losekann Prof. Dr. Eng. Paulo César Machado Ferroli MARÇO/2004 1 ÍNDICE ANALÍTICO ÍNDICE ANALÍTICO ................................................................................................ I ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................ II 1 - ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS, PORCAS, PINOS, REBITES, ANÉIS ELÁSTICOS E ARRUELAS ........................................................................ 1 1.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................... 1 1.2 - PORCAS E PARAFUSOS .......................................................................... 2 1.3 – ARRUELAS E ANÉIS ELÁSTICOS ......................................................... 15 1.4 – REBITES E PINOS .................................................................................. 17 2 - ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO – POLIAS, CORREIAS, CORRENTES, ENGRENAGENS E CAMES ................................................................................ 23 2.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................... 23 2.2 - POLIAS..................................................................................................... 24 2.3 - CORREIAS ............................................................................................... 26 2.4 - CORRENTES ........................................................................................... 27 2.5 – CABOS .................................................................................................... 29 2.6 – ENGRENAGENS ..................................................................................... 30 2.7 – CAMES .................................................................................................... 41 3 - ELEMENTOS DE APOIO – MANCAIS E MOLAS ........................................... 43 3.1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................... 43 3.2 - MANCAIS ................................................................................................. 43 3.2.1 - Mancais de rolamento ........................................................................ 43 3.2.1.1 - Maiores causas de falhas prematuras nos rolamentos ............................... 51 3.2.1.2 - Condições da máquina e do rolamento ..................................................... 52 3.2.1.3 - Ferramentas para análise de rolamentos.................................................... 52 3.2.1.4 - Montagens e desmontagem de rolamentos................................................ 54 3.2.2 - Mancais de deslizamento ................................................................... 56 Buchas ..................................................................................................................... 57 3.3 - MOLAS ..................................................................................................... 58 3.3.1 - Introdução .......................................................................................... 58 3.3.2 - Tipos de molas ................................................................................... 58 Molas helicoidais ..................................................................................................... 58 Molas helicoidais de torção ..................................................................................... 60 3.3.3 - Associação de molas ......................................................................... 61 3.3.4 - Materiais e fabricação de molas......................................................... 61 I ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). ......................................... 1 FIGURA 1.2 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). ......................................... 2 FIGURA 1.3 - Parafusos. Fonte: Niemann (1971).............................................................. 3 FIGURA 1.4 - Fixação de tampas por parafusos. Fonte: Niemann (1971). ......................... 3 FIGURA 1.5 - Porcas. Fonte: Niemann (1971). ................................................................. 4 FIGURA 1.6 - Travamentos de segurança. Fonte: Niemann (1971). .................................. 4 FIGURA 1.7 - Parafusos distanciadores. Fonte: Niemann (1971)....................................... 4 FIGURA 1.8 - Tipos de travamento e parafusos diferenciais. Fonte: Niemann (1971). ...... 5 FIGURA 1.9 - Parafusos em movimento. Fonte: Niemann (1971). .................................... 5 FIGURA 1.10 - Parafusos sextavados. Fonte: Provenza (1988).......................................... 6 FIGURA 1.11 - Parafusos diversos. Fonte: Provenza (1988).............................................. 6 FIGURA 1.12 - Parafusos de fixação. Fonte: Provenza (1988)........................................... 7 FIGURA 1.13 - Extremidades interiores dos parafusos. Fonte: Provenza (1988). .............. 7 FIGURA 1.14 - Parafusos passantes para madeira. Fonte: Provenza (1988)....................... 7 FIGURA 1.15 - Parafusos para madeira com rosca soberba. Fonte: Provenza (1988)......... 8 FIGURA 1.16 - Porcas. Fonte: Provenza (1988). ............................................................... 8 FIGURA 1.17 - Porcas. Fonte: Provenza (1988). ............................................................... 9 FIGURA 1.18 – Rosca métrica. ....................................................................................... 10 FIGURA 1.19 – Rosca witworth. ..................................................................................... 10 FIGURA 1.20 – Dimensões da rosca. .............................................................................. 12 FIGURA 1.21 – Conjunto de fixação. .............................................................................. 15 FIGURA 1.22 – Tipos de arruelas.................................................................................... 16 FIGURA 1.23 – Anel elástico. ......................................................................................... 16 FIGURA 1.24 – Fixação de lonas. ................................................................................... 17 FIGURA 1.25 – Tipos de rebites...................................................................................... 18 FIGURA 1.26 – Estampo. ................................................................................................ 19 FIGURA 1.27 – Repuxador. ............................................................................................ 19 FIGURA 1.28 – Rebitadeira pneumática.......................................................................... 19 FIGURA 1.29 – Dimensões do rebite............................................................................... 20 FIGURA 1.30 – Pino e cavilha......................................................................................... 21 FIGURA 1.31 – Tipos de pinos........................................................................................ 21 FIGURA 1.32 – Tipos de cavilhas. .................................................................................. 22 FIGURA 1.33 – Chaveta.................................................................................................. 22 FIGURA 1.34 – Tipos de ajustes de chaveta. ................................................................... 22 II FIGURA 2.1 - Sistema de transmissão............................................................................. 23 FIGURA 2.2 – Corte de polia plana e polia abaulada. ...................................................... 24 FIGURA 2.3 – Corte de polia trapezoidal. ....................................................................... 24 FIGURA 2.4 – Tipos de polias......................................................................................... 25 FIGURA 2.5 – Correia trapezoidal ou em “V”................................................................. 26 FIGURA 2.6 – Correia dentada........................................................................................ 26 FIGURA 2.7 – Esticador de correia. ................................................................................ 27 FIGURA 2.8 – Transmissão por corrente. ........................................................................ 27 FIGURA 2.9 - Correntes. Fonte: Provenza (1988). .......................................................... 28 FIGURA 2.10 - Rodas para correntes. Fonte: Provenza (1988). ....................................... 28 FIGURA 2.11 – Sistemas de elevação e transporte. ......................................................... 29 FIGURA 2.12 – Partes do cabo........................................................................................ 29 FIGURA 2.13 – Tipos do cabo......................................................................................... 30 FIGURA 2.14 – Engrenagens de dente reto. .................................................................... 31 FIGURA 2.15 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988)............. 31 FIGURA 2.16 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988)............. 32 FIGURA 2.17 – Detalhe da engrenagem cilíndrica de dentes retos. ................................. 32 FIGURA 2.18 – Esquema da cremalheira de dentes retos. ............................................... 33 FIGURA 2.19 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). ............................. 33 FIGURA 2.20 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). ............................. 34 FIGURA 2.21 – Detalhe da engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). ............ 35 FIGURA 2.21 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988). 35 FIGURA 2.22 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988). 36 FIGURA 2.23 – Engrenagens cônicas a 900. Fonte: Provenza (1988). ............................. 36 FIGURA 2.24 – Engrenagens cônicas a 750. Fonte: Provenza (1988). ............................. 37 FIGURA 2.25 – Engrenagens cônicas a 1200. Fonte: Provenza (1988)............................. 37 FIGURA 2.26 – Coroa e rosca sem fim.. Fonte: Provenza (1988). ................................... 38 FIGURA 2.27 – Coroa e rosca sem fim. Fonte: Provenza (1988). .................................... 38 FIGURA 2.28 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). .. 39 FIGURA 2.29 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). .. 39 FIGURA 2.30 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). ..... 40 FIGURA 2.31 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). ..... 40 FIGURA 2.32 – Came. .................................................................................................... 41 FIGURA 2.33 – Came de disco com diferentes extremidades. ......................................... 41 FIGURA 2.34 – Came de Tambor.................................................................................... 42 FIGURA 2.35 – Came frontal. ......................................................................................... 42 FIGURA 2.36 – Came de palminha. ................................................................................ 42 III FIGURA 3. 1 - Rolamento fixo de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). ....... 43 FIGURA 3. 2 – Esboço em corte do rolamento fixo de uma carreira de esferas. .............. 44 FIGURA 3.3 - Rolamento autocompensador de esferas. Fonte: Provenza (1988)............. 44 FIGURA 3.4 - Rolamento autocompensador de esferas e aplicação ................................. 45 FIGURA 3.5 - Rolamento de rolos cilíndricos. Fonte: Provenza (1988)........................... 45 FIGURA 3.6 - Rolamento de rolos cilíndricos e sua aplicação. ........................................ 45 FIGURA 3.7 - Rolamento autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988)................ 46 FIGURA 3.8 - Rolamento autocompensador de rolos e sua aplicação. ............................. 46 FIGURA 3.9 - Rolamento de contato angular. Fonte: Provenza (1988)............................ 47 FIGURA 3.10 - Rolamento de contato angular de duas carreiras de esferas. Fonte: Provenza (1988). ...................................................................................................... 47 FIGURA 3.11 - Rolamento axial de esferas de escora simples. Fonte: Provenza (1988). . 48 FIGURA 3.12 - Rolamento axial de esferas de escora dupla. Fonte: Provenza (1988)...... 48 FIGURA 3.13 - Rolamento axial de esferas de escora e sua aplicação. ............................ 49 FIGURA 3.14 Rolamento axial autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988)........ 49 FIGURA 3.15 - Rolamento de rolos cônicos de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). ..................................................................................................................... 50 FIGURA 3.16 - Rolamento de agulhas. Fonte: Provenza (1988). ..................................... 50 FIGURA 3.17 - Rolamento deformado não esfericamente. .............................................. 51 FIGURA 3.18 - Rolamento deformado plasticamente com escamação............................. 51 FIGURA 3.19 - Rolamento com contaminante abrasivo................................................... 51 FIGURA 3.20 - Rolamento deformado com estrias de fadiga........................................... 52 FIGURA 3.21 - Tacômetros............................................................................................. 52 FIGURA 3.22 - Estetoscópio. .......................................................................................... 53 FIGURA 3.23 – Verificador de óleo. ............................................................................... 53 FIGURA 3.24 – Medidor de vibrações............................................................................. 53 FIGURA 3.25 – Montagem com interferência: eixo cilíndrico. ........................................ 54 FIGURA 3.26 – Montagem com interferência: eixo cônico. ............................................ 54 FIGURA 3.27 – Chave gancho. ....................................................................................... 54 FIGURA 3.28 – Extrator com garra. ................................................................................ 54 FIGURA 3.29 – Extrator com martelo. ............................................................................ 55 FIGURA 3.30 – Extrator para caixa cega. ........................................................................ 55 FIGURA 3.31 – Montagem a quente................................................................................ 55 FIGURA 3.32 – Aquecedores por indução....................................................................... 56 FIGURA 3.33 – Mancal de deslizamento e suas partes. ................................................... 56 FIGURA 3.34 – Tipos de buchas quanto à forma............................................................. 57 FIGURA 3.35 – Bucha e eixo. ......................................................................................... 57 FIGURA 3.36 - Molas. .................................................................................................... 58 FIGURA 3.37 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de compressão....................... 58 FIGURA 3.38 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de tração................................ 59 FIGURA 3.39 - Esquemas para tracionamento de molas. Fonte. Provenza (1988). .......... 59 FIGURA 3.40 – Molas helicoidais. .................................................................................. 59 FIGURA 3.41 - Efeito de deformação em uma mola tracionada. Fonte. Bonjorno et. all. (1997). ..................................................................................................................... 60 FIGURA 3.42 – Mola helicoidal de torção....................................................................... 60 FIGURA 3.43 – Molas em paralelo.................................................................................. 61 FIGURA 3.44 – Molas helicoidal cônica de secção retangular......................................... 61 FIGURA 3.45 – Dimensionamento de uma mola helicoidal de tração.............................. 62 IV UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 1 - ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS, PORCAS, PINOS, REBITES, ANÉIS ELÁSTICOS E ARRUELAS 1.1 - INTRODUÇÃO Ferraresi (1988) comenta que a ferramenta foi um dos primeiros instrumentos a ser utilizado pelo homem, desde as eras pré-históricas. O autor conceitua ferramentas como o que pode ser manuseado pelo homem, direta ou indiretamente. Chiaverinni (1986) conceitua ferramenta como um elemento adicional que, quando acoplado a um dispositivo ou, a outra ferramenta, permite a realização de um trabalho. Assim, o aperfeiçoamento em termos de qualidade, materiais, arranjos, etc. permitiu ao homem utilizar ferramentas de modo combinado, juntando-as umas às outras ou a outros materiais, criando os equipamentos. Os equipamentos são, portanto, uma evolução das ferramentas, considerando-se como equipamento tudo aquilo que o homem pode usar. Não há clareza conceitual entre equipamentos e máquinas. No entanto, pode-se explicar que o conceito de máquina sempre significa um conjunto de elementos mecânicos dispostos de tal forma a permitir a realização de um trabalho, gerar energia ou força. Assim, para efeito de projetos, no estudo dos elementos de máquinas é importante, num primeiro momento, a familiarização com a nomenclatura usualmente utilizada nas indústrias. As figuras 1.1 e 1.2 apresentam alguns nomes. Rosca Arruela Concordância Braçadeira Bucha Rasgo de chaveta FIGURA 1.1 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). 1 Articulação UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Chanfro Entalhe Espiga Eixo ranhurado Furo escareado Flange Mancal Nervura Orelha Parafuso Allen Porca Sulco Rebaixo Saliência Recartilhado FIGURA 1.2 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). Furos de alívio 1.2 - PORCAS E PARAFUSOS O parafuso é o elemento de máquina mais utilizado que existe. Seu uso compreende, entre outros: a fixação (junções desmontáveis), protensão, obturação (tampar orifícios), ajustagem (eliminação de folgas e compensação de desgastes), transmissão de força (prensa de parafuso, morsa, etc.), movimentação (transformação de movimentos rotativos em movimentos retilíneos) e para medições micrométricas (micrômetro, por exemplo). 2 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. As figuras 1.3 e 1.4 mostram alguns exemplos de parafusos. A figura 1.3 está dividida em 5 partes: em (a), mostra-se a junção de flanges através de parafusos passantes; em (b) a junção é realizada por meio de um parafuso prisioneiro; em (c) utiliza-se simplesmente um parafuso; em (d), utiliza-se um parafuso elástico passante e um tubo distanciador e em (e), usou-se um parafuso com dupla porca. FIGURA 1.3 - Parafusos. Fonte: Niemann (1971). Já a figura 1.4 também apresenta 5 casos de fixação de tampas: em (a), usou-se um parafuso passante; em (b), um parafuso comum; em (c), um parafuso com alongamento; em (d), um parafuso articulado com porca-borboleta e em (e), um parafuso articulado com porca-alavanca. FIGURA 1.4 - Fixação de tampas por parafusos. Fonte: Niemann (1971). Em todos os casos em que as junções sofrem efeitos vibratórios ou cargas dinâmicas, existe a necessidade de dispositivos de segurança contra o afrouxamento das porcas. Alguns tipos de porcas são mostradas na figura 1.5. A segurança contra o afrouxamento das porcas pode ser conseguida através de dispositivos de travamento baseado no design de parafusos e porcas, tais como, ressaltos na cabeça do parafuso, cupilhas, pinos transversais, parafusos transversais, arruelas dobráveis de fixação, etc.. Também pode-se conseguir segurança através do travamento por força, baseado em arruelas de pressão, arruelas dentadas, porcos com molas, travas ou fendas. A figura 1.6 ilustra alguns desses mecanismos. 3 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.5 - Porcas. Fonte: Niemann (1971). Na figura 1.6 estão representados vários tipos de travas: em (a), porca castelo com coupilha; em (b) auto-retenção elástica com um anel de fibra; em (c), arruela de pressão; em (d), arruela dentada (dentes travados); em (e), chapa de travamento e em (f), acréscimo de atrito cônico na porca (exemplo: fixação da roda no carro). FIGURA 1.6 - Travamentos de segurança. Fonte: Niemann (1971). As figuras 1.7 e 1.8 mostram tipos específicos de juntas unidas por parafusos: na primeira, tem-se representada a fixação de peças não adjacentes por meio de parafusos distanciadores; na segunda, tem-se representada a união por meio de parafusos prisioneiros. FIGURA 1.7 - Parafusos distanciadores. Fonte: Niemann (1971). Na figura 1.8 (parte A) são mostradas três tipos de travamento: em (a), o travamento se dá por rosca; em (b), o travamento se dá por uma porca com possibilidade de regulagem e em (c), o travamento acontece por parafuso-pino com muita solicitação. Os parafusos diferenciais, como mostra o exemplo da parte B da figura 1.8, são geralmente utilizados em máquinas pesadas, como por exemplo, na fixação e desmontagem de fresas. 4 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. A: tipos de travamento B: parafuso diferencial FIGURA 1.8 - Tipos de travamento e parafusos diferenciais. Fonte: Niemann (1971). Quando se utilizam parafusos que serão movimentados, deve-se prever o desgaste dessa movimentação. A figura 1.9 mostra, esquematicamente, algumas possibilidades de conformação para parafusos em movimento. Os parafusos de fixação requerem muita atenção no que se refere às superfícies de contato (assento) da cabeça do parafuso e da porca, que devem ser planas, e a distribuição de carga por vários parafusos, para se evitar esforços desiguais entre eles, o que pode acarretar em distorções nas peças. Nesses casos, é conveniente a utilização de parafusos iguais, com o mesmo diâmetro e comprimento. FIGURA 1.9 - Parafusos em movimento. Fonte: Niemann (1971). Os parafusos sextavados são os mais conhecidos e utilizados. A figura 1.10 mostra, na parte A, as proporções normalizadas desse parafuso e, na parte B, a representação de um parafuso sextavado. As proporções dos parafusos são bastante rígidas. As figuras 1.11, 1.12, 1.13,. 1.14 e 1.15 mostram, respectivamente, as proporções dos seguintes tipos de parafusos: parafusos diversos, parafusos de fixação, extremidades interiores de parafusos, parafusos passantes para madeira e parafusos para madeira com rosca soberba. 5 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. A: Proporções normalizadas de parafuso sextavado B: Parafuso sextavado FIGURA 1.10 - Parafusos sextavados. Fonte: Provenza (1988). Parafuso com cabeça Parafuso com cabeça Parafuso com cabeça Parafuso com cabeça cilíndrica oval redonda cilíndrica escareada oval Parafuso com cabeça Parafuso Philip escareada Parafuso Allen Parafuso de cabeça com pino FIGURA 1.11 - Parafusos diversos. Fonte: Provenza (1988). 6 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.12 - Parafusos de fixação. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 1.13 - Extremidades interiores dos parafusos. Fonte: Provenza (1988). Cabeça lentilha Cabeça chata Cabeça cônica Cabeça sextavada FIGURA 1.14 - Parafusos passantes para madeira. Fonte: Provenza (1988). 7 UNIVALI Cabeça redonda Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Cabeça oval Cabeça chata Cabeça quadrada FIGURA 1.15 - Parafusos para madeira com rosca soberba. Fonte: Provenza (1988). As figuras 1.16 e 1.17 mostram os tipos de porcas existentes. Porca sextavada Porca chapéu Porca com assento cônico Porco com assento esférico Porca com entalhes radiais FIGURA 1.16 - Porcas. Fonte: Provenza (1988). 8 Porca cega Porca castelo UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Porca com furo de fixação Porca com fixação parafuso de Porca quadrada FIGURA 1.17 - Porcas. Fonte: Provenza (1988). Nem sempre os parafusos e porcas usadas nas máquinas são padronizados (normalizados) e, muitas vezes, não se encontra o tipo de parafuso desejado no comércio. Nesse caso, é necessário que a própria empresa faça os parafusos. Para isso é saber identificar o tipo de rosca do parafuso e calcular suas dimensões. Tipos de roscas: triangulares métrica normal, incluindo rosca métrica fina e rosca whitworth normal (BSW) e fina (BSF). P = passo da rosca d = diâmetro maior do parafuso (normal) d1 = diâmetro menor do parafuso (diâmetro do núcleo) d2 = diâmetro efetivo do parafuso (diâmetro médio) a = ângulo do perfil da rosca f = folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso D = diâmetro maior da porca D1 = diâmetro menor da porca D2 = diâmetro efetivo da porca he = altura do filete do parafuso rre = raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso rri = raio de arredondamento da raiz do filete da porca 9 UNIVALI • Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rosca métrica triangular (normal e fina) FIGURA 1.18 – Rosca métrica. a = 60º . d1 = d - 1,2268P. d2 = D2 = d - 0,6495P. f = 0,045P. D = d + 2f . D1= d - 1,0825P. D2= d2. he = 0,61343P . rre = 0,14434P. rri = 0,063P. • Rosca witworth (triangular normal e fina) FIGURA 1.19 – Rosca witworth. a = 55º P = 1”/nºde filetes hi = he = 0,6403P rri = rre = 0,1373P d=D d1 = d - 2he D2= d2 = d - he 10 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Exemplo - Calcular o diâmetro menor de um parafuso (d1) para uma rosca de diâmetro externo (d) de 10 mm e passo (p) de 1,5 mm. Cálculo: d1 = d - 1,2268P Substituindo os valores dessa fórmula: d1 = 10 - 1,2268.1,5 d1 = 10 - 1,840 d1 = 8,16 mm 11 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.20 – Dimensões da rosca. 12 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 13 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 14 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 1.3 – ARRUELAS E ANÉIS ELÁSTICOS A maioria dos conjuntos mecânicos apresenta elementos de fixação. Qualquer lugar que se usem esses elementos, seja em máquinas ou em veículos automotivos, existe o perigo de se ocorrer um afrouxamento imprevisto no aperto do parafuso. Para evitar esse inconveniente utiliza-se arruela. As arruelas têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas. Em algumas situações, também funcionam como elementos de trava. Os materiais mais utilizados na fabricação das arruelas são aço-carbono, cobre e latão. FIGURA 1.21 – Conjunto de fixação. 15 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Existem vários tipos de arruela: lisa, de pressão, dentada, serrilhada, ondulada, de travamento com orelha, com furo quadrado, com serrilhamento interno, arruela para perfilados, etc. Para cada tipo de trabalho, existe um tipo ideal de arruela. A figura abaixo mostra alguns exemplos. Arruela lisa Arruela de pressão Arruela serrilhada Arruela ondulada FIGURA 1.22 – Tipos de arruelas. Arruela dentada Arruela com travamento O anel elástico é um elemento usado em eixos ou furos, tendo como principais funções: 1. Evitar deslocamento axial de peças ou componentes; 2. Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre o eixo. FIGURA 1.23 – Anel elástico. - Na utilização dos anéis, alguns pontos importantes devem ser observados: A dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele; As condições de operação são caracterizadas por meio de vibrações, impacto, flexão, alta temperatura ou atrito excessivo; Um projeto pode estar errado: previa, por exemplo, esforços estáticos, mas as condições de trabalho geraram esforços dinâmicos, fazendo com que o anel apresentasse problemas que dificultaram seu alojamento; A igualdade de pressão em volta da canaleta assegura aderência e resistência; 16 UNIVALI - Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações; Dimensionamento correto do anel e do alojamento. 1.4 – REBITES E PINOS Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões. Também é usado na fixação panelas, lonas e cintas. FIGURA 1.24 – Fixação de lonas. 17 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.25 – Tipos de rebites. Existem também rebites com nomes especiais: de tubo, de alojamento explosivo, etc. O rebite explosivo contém uma pequena cavidade cheia de carga explosiva. Ao se aplicar um dispositivo elétrico na cavidade, ocorre a explosão. Ferramentas para rebitagem Estampo - utilizado na rebitagem manual È feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e ponta. Na ponta existe um rebaixo, utilizado para dar formato final na segunda cabeça do rebite. 18 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.26 – Estampo. Repuxador - O repuxador comprime as chapas a serem rebitadas. Feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e face. Na face existe um furo que aloja a extremidade livre do rebite. FIGURA 1.27 – Repuxador. Rebitadeira pneumática ou hidráulica - funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem a forma de um C e È constituída de duas garras, uma fixa e outra móvel com estampos nas extremidades. FIGURA 1.28 – Rebitadeira pneumática. A escolha do rebite È feita de acordo com a espessura das chapas que se quer rebitar. A prática recomenda que se considere a chapa de menor espessura e se multiplique esse valor por 1,5 segundo a fórmula: d = 1,5.S 19 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Onde: d = diâmetro; S = menor espessura; 1,5 = constante ou valor predeterminado. Exemplo - para rebitar duas chapas de aço, uma com espessura de 5 mm e outra com espessura de 4 mm, qual o diâmetro do rebite? Solução: d = 1,5.S d = 1,5.4 mm d = 6,0 mm O diâmetro do furo pode ser calculado multiplicando-se o diâmetro do rebite pela constante 1,06. Matematicamente, pode-se escrever: dF = dR.1,06 Onde: dF = diâmetro do furo; dR = diâmetro do rebite; 1,06 = constante ou valor predeterminado. O cálculo desse comprimento é feito por meio da seguinte fórmula: L=yd+S Onde: L = comprimento útil do rebite; y = constante determinada pelo formato da cabeça do rebite; d = diâmetro do rebite; S = soma das espessuras das chapas. FIGURA 1.29 – Dimensões do rebite. Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar ou fixar os elementos de máquinas, permitindo uniões mecânicas, ou seja, uniões em que se juntam duas ou mais peças, estabelecendo, assim, conexão entre elas. As cavilhas são chamadas também de pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicáveis. Por exemplo, pinos são usados para junções de peças que se articulam entre si e cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações; indicando pinos com entalhes externos na sua superfície. Esses entalhes é que fazem com que o conjunto não se movimente. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. 20 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.30 – Pino e cavilha. FIGURA 1.31 – Tipos de pinos. 21 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.32 – Tipos de cavilhas. Outro tipo de pino é a chaveta. Sua forma, em geral, é retangular em cunha ou semicircular. A chaveta se interpõe numa cavidade de um eixo e de uma peça. A chaveta tem por finalidade ligar dois elementos mecânicos. FIGURA 1.33 – Chaveta. Há vários tipos de chavetas como plana, embutida, meia-lua, lingüeta, plana, transversais, tangenciais e etc. e seu ajuste depende da forma e das características de trabalho. FIGURA 1.34 – Tipos de ajustes de chaveta. 22 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 1.1 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). ........................................... 1 FIGURA 1.2 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988). ........................................... 2 FIGURA 1.3 - Parafusos. Fonte: Niemann (1971)................................................................ 3 FIGURA 1.4 - Fixação de tampas por parafusos. Fonte: Niemann (1971). .......................... 3 FIGURA 1.5 - Porcas. Fonte: Niemann (1971)..................................................................... 4 FIGURA 1.6 - Travamentos de segurança. Fonte: Niemann (1971)..................................... 4 FIGURA 1.7 - Parafusos distanciadores. Fonte: Niemann (1971). ....................................... 4 FIGURA 1.8 - Tipos de travamento e parafusos diferenciais. Fonte: Niemann (1971)........ 5 FIGURA 1.9 - Parafusos em movimento. Fonte: Niemann (1971)....................................... 5 FIGURA 1.10 - Parafusos sextavados. Fonte: Provenza (1988). .......................................... 6 FIGURA 1.11 - Parafusos diversos. Fonte: Provenza (1988). .............................................. 6 FIGURA 1.12 - Parafusos de fixação. Fonte: Provenza (1988). ........................................... 7 FIGURA 1.13 - Extremidades interiores dos parafusos. Fonte: Provenza (1988). ............... 7 FIGURA 1.14 - Parafusos passantes para madeira. Fonte: Provenza (1988)........................ 7 FIGURA 1.15 - Parafusos para madeira com rosca soberba. Fonte: Provenza (1988). ........ 8 FIGURA 1.16 - Porcas. Fonte: Provenza (1988)................................................................... 8 FIGURA 1.17 - Porcas. Fonte: Provenza (1988)................................................................... 9 FIGURA 1.18 – Rosca métrica. .......................................................................................... 10 FIGURA 1.19 – Rosca witworth. ........................................................................................ 10 FIGURA 1.20 – Dimensões da rosca. ................................................................................. 12 FIGURA 1.21 – Conjunto de fixação.................................................................................. 15 FIGURA 1.22 – Tipos de arruelas....................................................................................... 16 FIGURA 1.23 – Anel elástico. ............................................................................................ 16 FIGURA 1.24 – Fixação de lonas. ...................................................................................... 17 FIGURA 1.25 – Tipos de rebites......................................................................................... 18 FIGURA 1.26 – Estampo. ................................................................................................... 19 FIGURA 1.27 – Repuxador................................................................................................. 19 FIGURA 1.28 – Rebitadeira pneumática. ........................................................................... 19 FIGURA 1.29 – Dimensões do rebite. ................................................................................ 20 FIGURA 1.30 – Pino e cavilha............................................................................................ 21 FIGURA 1.31 – Tipos de pinos........................................................................................... 21 FIGURA 1.32 – Tipos de cavilhas. ..................................................................................... 22 FIGURA 1.33 – Chaveta. .................................................................................................... 22 FIGURA 1.34 – Tipos de ajustes de chaveta. ..................................................................... 22 1 - ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS, PORCAS, PINOS, REBITES, ANÉIS ELÁSTICOS E ARRUELAS ................................................................................................ 1 1.1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 1.2 - PORCAS E PARAFUSOS........................................................................................ 2 1.3 – ARRUELAS E ANÉIS ELÁSTICOS .................................................................... 15 1.4 – REBITES E PINOS ................................................................................................ 17 23 Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. UNIVALI 2 - ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO – POLIAS, CORREIAS, CORRENTES, ENGRENAGENS E CAMES 2.1 - INTRODUÇÃO As polias fazem parte das chamadas máquinas de elevação e transporte. Os motores elétricos, em geral, têm uma freqüência de rotação fixa. No entanto, muitas vezes, as máquinas que são acionadas por eles, precisam desenvolver diferentes freqüências de rotação. Devido a isso, utilizam-se acoplamentos por intermédio de polias, condutoras e conduzidas, ou engrenagens. A figura 2.1 mostra um sistema de transmissão. Assim, considerando que a velocidade tangencial nas polias é a velocidade linear da correia, pode-se dizer que a velocidade tangencial da polia conduzida (A) é igual a velocidade tangencial da polia condutora (B). A velocidade tangencial é expressa pela equação V = 2πRf, onde “R” é o raio da polia, ou a distância do centro ao nível médio da correia, geralmente expressa em mm, m, “f” é a freqüência, geralmente expressa em rpm (rotações por minuto). A relação de transmissão também deve ser verificado em engrenagens. FIGURA 2.1 - Sistema de transmissão. 2.2 - POLIAS As polias são peças cilíndricas movimentadas pelo eixo motor ou por correias ou correntes. São duas formas de acoplamentos de polias. Na primeira, mostrada na figura 2.1, as polias são acopladas por duas correias em forma de V (vista da secção transversal). Este formato permite maior rigidez no acoplamento entre polia e correia. Muitos outros sistemas de transmissão com polias e correias utilizam correias planas. Em eixos independentes. Nesse caso, admitindo-se que a correia seja inextensível e que não ocorram escorregamentos, a velocidade escalar das polias serão iguais. As equações abaixo mostram a relação de transmissão entre os raios e freqüências dessas polias. VA = VB ⇒ 2πRAfA = 2πRBfB i= R A fA = R B fB 23 ⇒ RAfA = RBfB UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Outro tipo de agrupamento de polias é quando polias de diferentes diâmetros estão no mesmo eixo, muitas são chamadas de polias escalonadas. Para esse tipo de agrupamento, a velocidade angular, o período e a freqüência das polias são iguais. Tipos de polias Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual a correia se assenta. Elas podem ser planas ou trapezoidais. As polias planas podem apresentar dois formatos na sua superfície de contato. Essa superfície pode ser plana ou abaulada. A polia plana conserva melhor a correia enquanto que a polia abaulada guia melhor a correia. FIGURA 2.2 – Corte de polia plana e polia abaulada. A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a correia se assenta apresenta a forma de trapézio. As polias trapezoidais devem ser providas de canaletas (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada. FIGURA 2.3 – Corte de polia trapezoidal. Além das polias para correias planas e trapezoidais, existem as polias para cabos de aço, para correntes, polias (ou rodas) de atrito, polias para correias redondas e para correias dentadas. Algumas vezes, as palavras, roda e polia, são utilizadas como sinônimos. 24 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.4 – Tipos de polias. 25 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 2.3 - CORREIAS Os elementos de transmissão flexíveis (correntes, correias, etc.) são utilizados para a transmissão de potência onde a distância entre os acoplamentos é muito grande para a utilização de sistemas mecânicos, como conjuntos de engrenagens, eixos e mancais. Os elementos de transmissão flexíveis podem ser divididos em dois grandes grupos: os que mantêm constante a velocidade e os de velocidade variável. A principal característica do primeiro grupo é a de manter a mesma velocidade entre o sistema motor e o sistema movido. Entre eles, destacam-se os acoplamentos elásticos e as correntes. Os acoplamentos elásticos ligam diretamente o eixo motor ao eixo movido, apresentando como principais vantagens a facilidade de montagem, a capacidade de absorver choques, e a compensação de pequenos desalinhamentos. As correias mais usadas são planas e as trapezoidais. A correia em V ou trapezoidal é inteiriça, fabricada com seção transversal em forma de trapézio.É feita de borracha revestida de lona e È formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para suportar as forças de tração. FIGURA 2.5 – Correia trapezoidal ou em “V”. O emprego da correia trapezoidal é preferível ao da correia plana porque: - Praticamente não apresenta deslizamento; - Permite o uso de polias bem próximas; - Elimina os ruídos e os choques, típicos das correias emendadas (planas). Em casos em que não pode ocorrer de forma alguma um pequeno deslizamento, ou seja, o movimento tem de ser integralmente transmitido, utiliza-se correia dentada, como exemplo, as correias utilizadas em comando de válvulas do motor de um automóvel. FIGURA 2.6 – Correia dentada. 26 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Para ajustar as correias nas polias, mantendo tensãoo correta, utiliza-se o esticador de correia. FIGURA 2.7 – Esticador de correia. A relação de transmissão para correia plana não deve ser maior que 6 e, para correia trapezoidal, admite-se relação de transmissão até 10. 2.4 - CORRENTES As correntes transmitem força e movimento que fazem com que a rotação do eixo ocorra nos sentidos horário e anti-horário. Para isso, as engrenagens devem estar num mesmo plano. Os eixos de sustentação das engrenagens ficam perpendiculares ao plano. Entre as características básicas de uma transmissão por corrente, incluem-se a relação de transmissão constante e a possibilidade de acionar vários eixos a partir de uma única fonte motora. FIGURA 2.8 – Transmissão por corrente. Normalmente a falha de uma corrente ocorre por desgaste dos roletes ou pinos ou fadiga superficial decorrentes de jornadas muito grande de trabalho. A figura 2.9 mostra alguns tipos de correntes utilizados na indústria. Corrente de elo curto Corrente de elo intermediário 27 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Corrente de elo com travessa Corrente de elo comprido Corrente de elos desmontáveis Corrente “Waucanson” FIGURA 2.9 - Correntes. Fonte: Provenza (1988). A figura 2.10 mostra algumas rodas utilizadas para transmissões via correntes. FIGURA 2.10 - Rodas para correntes. Fonte: Provenza (1988). 28 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 2.5 – CABOS Cabos são elementos de transmissão que suportam cargas (força de tração), deslocando-as nas posições horizontal, vertical ou inclinada. Os cabos são muitos empregados em equipamentos de transporte e na elevação de cargas, como em elevadores, escavadeiras e pontes rolantes. FIGURA 2.11 – Sistemas de elevação e transporte. O cabo de aço se constitui de alma e perna. A perna se compõe de vários arames em torno de um arame central. FIGURA 2.12 – Partes do cabo. 29 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Existem vários tipos de distribuição de fios nas camadas de cada perna do cabo. Os principais tipos de distribuição são: • Normal - Os fios e dos arames e das pernas são de um único diâmetro; • Seale - As camadas são alternadas em fios grossos e finos; • filler - As pernas contêm fios de diâmetro pequeno que são utilizados como enchimento dos vãos dos fios grossos; • e Warrington - Os fios das pernas têm diâmetros diferentes numa mesma camada. Seale FIGURA 2.13 – Tipos do cabo. Filler As almas de cabos de aço podem ser feitas de vários materiais, de acordo com a aplicação desejada. Existem, portanto, diversos tipos de alma. Os mais comuns: alma de fibra, naturais (AF) ou artificiais (AFA), o tipo mais utilizado para cargas não muito pesadas; alma de algodão – para cabos pequenos; alma de asbesto – sujeitos a temperaturas elevadas; alma de aço – quando necessita de maior resistência à tração. 30 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 2.6 – ENGRENAGENS As engrenagens são, talvez, o mais conhecido arranjo de elementos de máquinas conhecido, estando presente, desde produtos pequenos como relógios, até grandes máquinas de usinagem. Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro. A figura 2.14 mostra alguns exemplos. FIGURA 2.14 – Engrenagens de dente reto. Para produzir o movimento de rotação, as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem. As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa e a menor chama-se pinhão. Tipos de engrenagens • Engrenagens cilíndricas de dentes retos: A figura 2.15 mostra uma engrenagem cilíndrica de dentes retos com módulo igual a 8 e número de dentes igual a 17. A partir desses dados, é possível determinar muitos elementos que compõem a engrenagem, figuras 2.15 a figura 2.17. FIGURA 2.15 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988). 31 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.16 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 2.17 – Detalhe da engrenagem cilíndrica de dentes retos. Número de dentes: Módulo: Diâmetro primitivo: Passo: Espessura circular e vão: Espessura cordal: Diâmetro externo: Diâmetro interno: Ângulo de pressão: Diâmetro do círculo da base: Altura da cabeça do dente: Altura da cabeça do dente (cordal): Altura do pé do dente: z = 17 m=8 dp = m.z ⇒ P = m.π ⇒ s = v = P/2 ⇒ sc = m.z.sen α ⇒ de = m (z + 2) ⇒ di = m (z – 2,334) ⇒ 0 θ = 20 db = dp.cos θ ⇒ a=m ⇒ ac = m [1 + z/2 (1 – cos α) b = 1,1167m ⇒ 32 dp = 136 mm P = 25,12 mm s = v = 12,56 mm sc = 12,56 mm de = 152 mm di = 117,32 mm db = 128 mm a = 8 mm ⇒ ac = 8,27 mm b = 9,34 mm UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Altura do dente: Folga no pé do dente: Comprimento do dente: Ângulo do dente: h=a+b e = 0,167 m L = (6/20) m α = 90/z ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ h = 17,34 mm e = 1,34 mm L = 50 m α = 50 18’ • Engrenagem e cremalheira: Podese acompanhar, pelas figuras que seguem, as principais medidas que compõem esse mecanismo, sendo que se conhece previamente m = 6; z = 6 e ângulo de pressão = 200. FIGURA 2.18 – Esquema da cremalheira de dentes retos. FIGURA 2.19 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). 33 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.20 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). Número de dentes: Módulo: Diâmetro primitivo: Passo: Espessura circular e vão: Espessura cordal: Diâmetro externo: Diâmetro interno: Ângulo de pressão: Diâmetro do círculo da base: Altura da cabeça do dente: Altura do pé do dente: Altura do dente: Folga no pé do dente: Comprimento do dente: Ângulo do dente: z = 24 m=6 dp = m.z P = m.π s = v = P/2 sc = m.z.sen α de = m (z + 2) di = m (z – 2,334) θ = 200 db = dp.cos θ a = m = 6 mm b = 1,167 m h=a+b e = 0,167 m L = (6/20) m α = 90/z 34 ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ dp = 144 mm P = 18,84 mm s = v = 9,42 mm sc = 9,417 mm de = 156 mm di = 129,99 mm ⇒ db = 135,4 mm ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ b = 7 mm h = 13 mm e = 1 mm L = 48 mm α = 30 45’ UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.21 – Detalhe da engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). • Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais: Nas engrenagens helicoidais os dentes são oblíquos em relação ao eixo da engrenagem. As figuras que seguem mostram um conjunto de engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais com módulo igual a 4, 15 dentes no pinhão, 26 dentes na coroa e ângulo de inclinação do dente β = 180. FIGURA 2.21 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988). 35 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.22 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988). • Engrenagens cônicas a 900: As figuras 2.23 a 2., mostram um conjunto de engrenagens cônicas a 900 com módulo igual a 5, 12 dentes no pinhão, 25 dentes na coroa e ângulo entre os eixos γ = 900. FIGURA 2.23 – Engrenagens cônicas a 900. Fonte: Provenza (1988). • Engrenagens cônicas a 750: A figura que segue mostra um conjunto de engrenagens cônicas a 750 com módulo igual a 4,5; 16 dentes no pinhão, 34 dentes na coroa e ângulo entre os eixos γ = 750. 36 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.24 – Engrenagens cônicas a 750. Fonte: Provenza (1988). • Engrenagens cônicas a 1200: A figura mostra um conjunto de engrenagens cônicas a 1200 com módulo igual a 5, 19 dentes no pinhão, 30 dentes na coroa e ângulo entre os eixos de 1200. FIGURA 2.25 – Engrenagens cônicas a 1200. Fonte: Provenza (1988). 37 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. • Coroa e rosca sem fim: As figuras 2.26 e 2.27 mostram um conjunto de coroa e rosca sem fim, com módulo igual a 3, 40 dentes na coroa e ângulo de inclinação de 200. FIGURA 2.26 – Coroa e rosca sem fim.. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 2.27 – Coroa e rosca sem fim. Fonte: Provenza (1988). 38 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. • Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais: As figuras 2.28 e 2.29 mostram um conjunto de engrenagens helicoidais de eixos ortogonais, com módulo igual a 3, 15 dentes no pinhão e 28 dentes na coroa. FIGURA 2.28 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 2.29 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). 39 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. • Engrenagens helicoidais de eixos reversos: As figuras 2.30 e 2.31 mostram um conjunto de engrenagens helicoidais de eixos reversos, com módulo igual a 4, 18 dentes no pinhão e 31 dentes na coroa. FIGURA 2.30 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 2.31 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). 40 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 2.7 – CAMES Came é um elemento de m·quina cuja superfície tem um formato especial. Normalmente, há um excêntrico, isto é, essa superficie possui uma excentricidade que produz movimento num segundo elemento denominado seguidor seguidor. FIGURA 2.32 – Came. Tipos de cames FIGURA 2.33 – Came de disco com diferentes extremidades. 41 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.34 – Came de Tambor. FIGURA 2.35 – Came frontal. FIGURA 2.36 – Came de palminha. 42 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 2.1 - Sistema de transmissão................................................................................ 23 FIGURA 2.2 – Corte de polia plana e polia abaulada. ........................................................ 24 FIGURA 2.3 – Corte de polia trapezoidal........................................................................... 24 FIGURA 2.4 – Tipos de polias............................................................................................ 25 FIGURA 2.5 – Correia trapezoidal ou em “V”. .................................................................. 26 FIGURA 2.6 – Correia dentada........................................................................................... 26 FIGURA 2.7 – Esticador de correia. ................................................................................... 27 FIGURA 2.8 – Transmissão por corrente............................................................................ 27 FIGURA 2.9 - Correntes. Fonte: Provenza (1988).............................................................. 28 FIGURA 2.10 - Rodas para correntes. Fonte: Provenza (1988).......................................... 28 FIGURA 2.11 – Sistemas de elevação e transporte............................................................. 29 FIGURA 2.12 – Partes do cabo. .......................................................................................... 29 FIGURA 2.13 – Tipos do cabo............................................................................................ 30 FIGURA 2.14 – Engrenagens de dente reto. ....................................................................... 31 FIGURA 2.15 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988). ............ 31 FIGURA 2.16 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988). ............ 32 FIGURA 2.17 – Detalhe da engrenagem cilíndrica de dentes retos.................................... 32 FIGURA 2.18 – Esquema da cremalheira de dentes retos. ................................................. 33 FIGURA 2.19 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988)................................ 33 FIGURA 2.20 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988)................................ 34 FIGURA 2.21 – Detalhe da engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988). ............. 35 FIGURA 2.21 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988).. 35 FIGURA 2.22 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988).. 36 FIGURA 2.23 – Engrenagens cônicas a 900. Fonte: Provenza (1988)................................ 36 FIGURA 2.24 – Engrenagens cônicas a 750. Fonte: Provenza (1988)................................ 37 FIGURA 2.25 – Engrenagens cônicas a 1200. Fonte: Provenza (1988).............................. 37 FIGURA 2.26 – Coroa e rosca sem fim.. Fonte: Provenza (1988). .................................... 38 FIGURA 2.27 – Coroa e rosca sem fim. Fonte: Provenza (1988). ..................................... 38 FIGURA 2.28 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). .. 39 FIGURA 2.29 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988). .. 39 FIGURA 2.30 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). ...... 40 FIGURA 2.31 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988). ...... 40 FIGURA 2.32 – Came. ........................................................................................................ 41 FIGURA 2.33 – Came de disco com diferentes extremidades............................................ 41 FIGURA 2.34 – Came de Tambor....................................................................................... 42 FIGURA 2.35 – Came frontal. ............................................................................................ 42 FIGURA 2.36 – Came de palminha. ................................................................................... 42 2 - ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO – POLIAS, CORREIAS, CORRENTES, ENGRENAGENS E CAMES ............................................................................................. 23 2.1 - INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 23 2.2 - POLIAS................................................................................................................... 23 2.3 - CORREIAS ............................................................................................................. 26 2.4 - CORRENTES ......................................................................................................... 27 2.5 – CABOS................................................................................................................... 29 2.6 – ENGRENAGENS................................................................................................... 31 2.7 – CAMES .................................................................................................................. 41 43 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3 - ELEMENTOS DE APOIO – MANCAIS E MOLAS 3.1 - INTRODUÇÃO Os elementos de máquinas de apoio têm grandes responsabilidades em equipamentos. Embora o aspecto construtivo de mancais e molas é bastante diferenciado e apresentam aplicações bem distintas, a não utilização destes pode comprometer determinados equipamentos. Os mancais se dividem em mancais de deslizamento e mancais de rolamentos. As molas por sua vez, podem apresentar-se em várias formas em um mesmo produto, como por exemplo, um relógio. 3.2 - MANCAIS 3.2.1 - Mancais de rolamento O termo mancal de rolamento é usado para descrever a classe de mancais onde o esforço principal é transmitido através de um elemento de contato rolante, ao invés de deslizante. Nesse tipo de mancal, o atrito inicial e o atrito de serviço são iguais (aproximadamente iguais, para ser exato), e os efeitos de carga, velocidade e temperatura são pequenos. Os fabricantes desenvolveram muitos tipos diferentes de mancais de rolamento, tabelados em função do tipo e do tamanho. Em seus guias, pode-se encontrar as recomendações de forças de serviço, limite de velocidade, tipo específico de lubrificação, etc. Logo, o problema fundamental de um designer não é projetar um rolamento, mas sim, selecionar o tipo de rolamento mais adequado para as condições de serviço exigidas pelo projeto. Nas figuras seguintes apresentam-se alguns tipos de rolamentos disponíveis nas lojas especializadas. FIGURA 3. 1 - Rolamento fixo de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). 43 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rolamentos fixos de uma carreira de esferas: o rolamento fixo de uma carreira de esferas tem pistas profundas, sem orifício para entrada das esferas. Graças a profundidade das pistas, ao tamanho das esferas e ao íntimo contato entre as esferas e as pistas, esse rolamento possui grande capacidade de carga, inclusive no sentido axial. É, por isso, muito adequado para resistir às cargas de todas as direções. Sua construção lhe permite suportar consideráveis cargas axiais, mesmo a velocidades muito elevadas (figura 3.1 e figura 3.2). FIGURA 3. 2 – Esboço em corte do rolamento fixo de uma carreira de esferas. Rolamentos autocompensadores de esferas: o rolamento autocompensador de esferas tem duas carreiras de esferas e uma pista esférica comum ao anel externo. Graças à esfericidade da pista, o rolamento é autocompensador, o que o torna insensível a ligeiros desalinhamentos do eixo provenientes de montagem defeituosa, esforços sobre o eixo, desníveis das fundações, etc. Pelo mesmo motivo, o rolamento não pode ocasionar flexões no eixo, o que é de grande importância quando se trata de aplicações em que se requer alta velocidade e exatidão (figura 3.3 e figura 3.4). FIGURA 3.3 - Rolamento autocompensador de esferas. Fonte: Provenza (1988). 44 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.4 - Rolamento autocompensador de esferas e aplicação Rolamentos de rolos cilíndricos: os rolos do rolamento cilíndrico são guiados por rebordos em um dos anéis. O outro anel geralmente não tem rebordos. Essa exceção apresenta a vantagem de permitir que o eixo se desloque axialmente, dentro de certos limites, em relação à caixa. Os rolamentos com rebordos nos dois anéis podem fixar axialmente o eixo, sempre que as forças sejam muito reduzidas. A desmontagem é muito fácil, mesmo que ambos os anéis estejam montados com ajuste forte. Este rolamento é adequado para cargas relativamente grandes e pode também suportar altas velocidades (figura 3.5 e 3.6). FIGURA 3.5 - Rolamento de rolos cilíndricos. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 3.6 - Rolamento de rolos cilíndricos e sua aplicação. 45 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rolamentos autocompensadores de rolos: o rolamento autocompensador de rolos tem duas carreiras de rolos e uma pista esférica comum no anel externo, característica a qual deve sua propriedade de alinhamento automático. O número e o tamanho de seus rolos e a exatidão com que estes são guiados conferem a esse rolamento uma capacidade de carga muito grande. O de tipo largo também pode suportar cargas axiais consideráveis, provenientes de qualquer direção (figura 3.7 e 3.8). FIGURA 3.7 - Rolamento autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988). FIGURA 3.8 - Rolamento autocompensador de rolos e sua aplicação. 46 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rolamentos de contato angular: o rolamento de contato angular de uma carreira de esferas tem as pistas dispostas de forma que a pressão exercida pelas esferas está dirigida em ângulo agudo com respeito ao eixo. Em conseqüência dessa disposição, o rolamento é especialmente apropriado para resistir a uma grande carga axial, devendo-se montá-lo contraposto a outro rolamento que possa receber a carga axial existente em sentido contrário. Esse rolamento não é desmontável (figura 3.9). FIGURA 3.9 - Rolamento de contato angular. Fonte: Provenza (1988). Rolamentos de contato angular de duas carreiras de esferas: o rolamento de contato angular de duas carreiras tem as pistas de maneira que as linhas de pressão formadas pelas duas carreiras de esferas se dirigem a dois pontos do eixo relativamente distantes entre si. Ao contrário de outros tipos de rolamentos, este tem carga prévia, que lhe permite reduzir, entre pequenos limites, os movimentos axiais do eixo, mesmo sob cargas de direção variável. Para sua construção, esse rolamento é apropriado para órgão giratórios de máquinas que requerem dois apoios, porém nos quais se dispõe de espaço para um só rolamento (figura 3.10). FIGURA 3.10 - Rolamento de contato angular de duas carreiras de esferas. Fonte: Provenza (1988). 47 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rolamentos axiais de esferas com escora: o rolamento axial de esferas de escora simples consta de uma carreira de esferas entre duas placas, uma das quais, a placa móvel, é de assento plano, enquanto que a outra, a placa fixa, pode ter assento plano ou esférico. Neste último caso, o rolamento se apoia em uma contraplaca. Os rolamentos com assento plano deveriam, sem dúvida, ser preferidos para a maioria das aplicações, porém, os de assento esférico são muito úteis em certos casos, para compensar pequenas inexatidões de fabricação das caixas. O rolamento destina-se a suportar carga axial em uma só direção (figura 3.11 e 3.13). FIGURA 3.11 - Rolamento axial de esferas de escora simples. Fonte: Provenza (1988). Rolamentos axiais de esferas de escora dupla: o rolamento axial de esferas de escora dupla tem duas carreias de esferas, uma para cada direção de carga, e três placas fixas são iguais as do rolamento de escora simples, podendo ser de assento plano ou esférico. O rolamento destina-se a resistir a cargas axiais de direção variável (figura 3.12 e 3.13). FIGURA 3.12 - Rolamento axial de esferas de escora dupla. Fonte: Provenza (1988). 48 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.13 - Rolamento axial de esferas de escora e sua aplicação. Rolamentos axiais autocompensadores de rolos: o rolamento axial autocompensador de rolos tem uma carreira de rolos em posição oblíqua, os quais, guiados por um ressalto da placa móvel, giram sobre a superfície esférica da placa fixa. Em conseqüência, o rolamento possuir capacidade de carga muito grande e alinhamento automático perfeito. Graças a execução especial da superfície de apoio dos rolos no ressalto de guia, os rolos giram separados do ressalto por uma fina camada de óleo. O rolamento pode, por isso, girar a grande velocidade, mesmo suportando elevada carga. Contrariamente a outros rolamentos axiais, este pode, também, resistir a cargas radiais (figura 3.14). FIGURA 3.14 Rolamento axial autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988). 49 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Rolamentos de rolos cônicos de uma carreira de esferas: o rolamento de rolos cônicos, graças a posição oblíqua da pista, é especialmente adequado para resistir a cargas radiais e axiais. Para os casos em que a carga axial é muito importante, há uma série de rolamentos cujo ângulo é muito aberto. Esse rolamento deve ser montado contraposto a outro capaz de suportar os esforços axiais em sentido contrário. O rolamento é desmontável; tanto o anel interno com seus rolos e o anel externo, monta-se cada um separadamente (figura 3.15). FIGURA 3.15 - Rolamento de rolos cônicos de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). Rolamento de agulhas: os rolamentos de agulhas, indicados para suportar esforços radiais intensos, são de pequena espessura, possibilitando, assim, o emprego de assentos mais leves e de dimensões reduzidas; apresentam alta rigidez, o que permitem que suportem maiores cargas com muito menor desgaste; funcionam silenciosamente, mesmo quando submetidos a regimes de altas rotações (figura 3.16). FIGURA 3.16 - Rolamento de agulhas. Fonte: Provenza (1988). 50 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3.2.1.1 - Maiores causas de falhas prematuras nos rolamentos - Montagem incorreta 16% - Cerca de 16 % de todas as falhas prematuras nos rolamentos são causadas por má montagem (usualmente impactos fortes) e pelo desconhecimento da disponibilidade das ferramentas de montagem corretas. Para uma montagem ou desmontagem correta e eficaz podem ser utilizados métodos mecânicos, hidráulicos ou térmicos. Montagem profissional, usando ferramentas e técnicas especializadas, é outro passo positivo para alcançar o máximo de duração das máquinas. FIGURA 3.17 - Rolamento deformado não esfericamente. - Lubrificação inadequada 36% - Embora os rolamentos possam ser montados e esquecidos, cerca de 36 % das falhas prematuras são causadas por especificação incorreta e aplicação inadequada do lubrificante. Inevitavelmente, qualquer rolamento privado de lubrificação adequada, falhará muito antes do limite da sua duração. Porque os rolamentos são geralmente os componentes menos acessíveis nas máquinas, a lubrificação negligenciada, muito freqüentemente constitui o problema. Sempre que a manutenção manual não seja viável, os sistemas de lubrificação totalmente automática podem ser especificados para uma lubrificação ótima. FIGURA 3.18 - Rolamento deformado plasticamente com escamação. - Contaminação 14% - Um rolamento é um componente de precisão que não funcionará eficazmente a menos que tanto ele próprio como os seus lubrificantes estejam isolados de contaminação. E, dado que os rolamentos vedados, em inicialmente já lubrificados, são responsáveis só por uma pequena proporção de todos os rolamentos em uso, pelo menos 14% de todas as falhas prematuras são atribuídas aos problemas de contaminação. FIGURA 3.19 - Rolamento com contaminante abrasivo. 51 UNIVALI - Fadiga Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 34% - Sempre que as máquinas estejam sobrecarregadas, servidas incorretamente ou sem apoio, os rolamentos sofrem as conseqüências, resultando em 34% de todas as falhas prematuras nos rolamentos. Pode-se evitar falhas súbitas ou inesperadas desde que os rolamentos negligenciados ou fatigados emitam sinais de alarme, que podem ser detectados e interpretados com a utilização do equipamento de monitorização de condição. A gama inclui instrumentos portáteis, sistemas fixos e software de gestão de dados para controlo de monitorização de condição periódica ou contínua de parâmetros chave de operação. FIGURA 3.20 - Rolamento deformado com estrias de fadiga. 3.2.1.2 - Condições da máquina e do rolamento Visando garantir uma longa vida do rolamento, é importante que se determine à condição da máquina e do rolamento durante a operação. Uma boa manutenção preventiva irá reduzir tanto as paradas da máquina, quanto os custos totais de manutenção. A variedade dos parâmetros mais importantes para a medição das condições da máquina em busca de um ótimo desempenho de rolamentos é: - Ruído - Temperatura - Velocidade - Vibrações - Alinhamento - Condição do óleo - Condição do rolamento 3.2.1.3 - Ferramentas para análise de rolamentos - Tacômetro ótico de função única ou múltipla O tacômetro óptico permite medir rotações por processo óptico ou por contato. Pode ser equipado com sensor remoto e adaptador de contato. O tacômetro óptico é um sistema de medições de velocidades de alta qualidade, controlado por microprocessador. Equipado com uma gama de acessórios, oferece uma excelente versatilidade de medições - rpm, m/min ou ft/min, intervalos de tempo entre resoluções ou ciclos e tempo acumulado total. FIGURA 3.21 - Tacômetros. 52 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. - Estetoscópio digital É um aparelho de alta qualidade que permite determinar problemas em partes de máquinas pela detecção de ruídos ou vibrações. Composto por auscultadores, dois comprimentos diferentes de sondas, ajuste de som e um CD de comparação previamente gravado, é o aparelho ideal para detecção de problemas em partes de máquinas ou avarias em rolamentos. FIGURA 3.22 - Estetoscópio. - Verificador de óleo O verificador de óleo detecta e mede a constante dielétrica do óleo. Comparando as medições obtidas em óleos da mesma marca usados e não usados, o verificador de óleo consegue determinar o grau de alteração na constante dielétrica do óleo. A alteração dielétrica está diretamente relacionada com a degradação e o nível de contaminação do óleo e permitirá ao usuário obter intervalos otimizados entre as mudanças de óleo e detectar maior desgaste da máquina assim como perda de propriedades do óleo lubrificante. FIGURA 3.23 – Verificador de óleo. - Medidor de vibrações O medidor de vibrações é uma ferramenta de monitoramento de vibrações, de múltiplos parâmetros, capaz de medir as vibrações globais (causadas por problemas rotacionais e estruturais, tais como desbalanceamento, desalinhamento, falta de aperto, etc), e capaz de efetuar medições de envoltórias de aceleração, que mede a vibração em freqüências mais altas (vibração provocada por problemas em elementos rodantes em rolamentos ou em engrenagens). Ao efetuar as medições, o sinal de entrada do sensor da ferramenta é processado para produzir tanto as medições para cada ponto da máquina, quanto à vibração global e envoltórias de aceleração. FIGURA 3.24 – Medidor de vibrações. 53 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3.2.1.4 - Montagens e desmontagem de rolamentos Montagens a frio: Falhas prematuras de rolamentos podem ser provocadas por montagem incorreta. Problemas típicos que podem provocar falhas prematuras: - Danos provocados durante a montagem; - Eixos e caixas fora das tolerâncias, ex: folga excessiva, aperto demasiado; - Porcas de fixação que se soltam durante o funcionamento; - Rebarbas, danos nos eixos e caixas, arestas; - Rolamentos montados incorretamente. FIGURA 3.25 – Montagem com interferência: eixo cilíndrico. FIGURA 3.26 – Montagem com interferência: eixo cônico. Extratores: São ferramentas especiais para remover rolamentos. FIGURA 3.27 – Chave gancho. FIGURA 3.28 – Extrator com garra. 54 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.29 – Extrator com martelo. FIGURA 3.30 – Extrator para caixa cega. Montagens a quente: A diferença de temperatura entre o rolamento e a caixa depende da magnitude da interferência e das dimensões do rolamento. Normalmente uma temperatura de 80 a 90 °C do rolamento, superior ao do eixo, é suficiente para montagem. Nunca se deve aquecer um rolamento a uma temperatura superior a 125 °C, porque o material pode sofrer alterações de diâmetro e de dureza. Deve evitar-se o sobreaquecimento local e em particular nunca se deve aquecer um rolamento usando chama diretamente. FIGURA 3.31 – Montagem a quente. Aquecedores por indução (portátil): Permite o aquecimento de rolamentos com um diâmetro interno de 20 até 100 mm e um peso máximo correspondente de 4 a 5 kg. O aquecedor está equipado com um controle de temperatura e de tempo. Utilizando um método de aquecimento por indução a alta freqüência, proporciona uma elevada eficiência. Também pode ser utilizado para aquecer componentes metálicos, tais como, engrenagens, polias, buchas e anéis de aperto. - Leve e portátil (4,5 kg); - O usuário leva o aquecedor até o rolamento; - Eficiência de aquecimento acima de 85%; - Os componentes nunca ficam magnetizados. 55 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.32 – Aquecedores por indução. 3.2.2 - Mancais de deslizamento Os mancais de deslizamento são elementos de máquinas destinados a assegurar movimentos rotativos ou lineares entre duas superfícies, com baixo nível de atrito. O elemento suportante é comumente chamado de casquilho ou guia e o elemento suportado de munhão, colar de encosto ou deslizador. Em função da direção da força, esses mancais dividem-se em mancais axiais ou de escora e mancais radiais ou de apoio. Também pode-se encontrar mancais deslizantes ou de guia, que tem a função de guiar um movimento segundo uma trajetória retilínea. FIGURA 3.33 – Mancal de deslizamento e suas partes. Tanto os mancais de deslizamento, quanto os de rolamento dificilmente satisfazem todas as requisições de um projeto, devendo o designer optar sempre para o que satisfaça o maior número das exigências de um projeto em específico. Há casos em que apenas mancais de deslizamento podem ser usados, outros, em que somente mancais de rolamento constituem uma boa solução e, finalmente, aqueles que qualquer dos tipos oferecem solução satisfatória. Nos mancais de deslizamento, a área de lubrificação, relativamente grande, amortece mais facilmente vibrações e choques. Além disso, o ruído é muitas vezes menor e são menos sensíveis a choque e poeira. Podem ser desenvolvidos inteiriços ou bipartidos e, em qualquer dos casos, são de construção fácil e de simples fabricação, sendo os de grande diâmetros, consideravelmente mais baratos que os rolamentos. O uso de buchas ou casquilhos e lubrificantes permite reduzir os atrito e melhorar a rotação do eixo. A maioria dos mancais de deslizamento deve trabalhar a partir da formação da película do lubrificante, que dependendo do sistema adotado, apresentará um atrito de 56 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. partida sensivelmente mais elevado que em funcionamento normal. Acima de tudo, o atrito de escorregamento requer e consome muito mais lubrificante, exigindo, portanto, maiores cuidados na circulação do lubrificante e de manutenção. Buchas As buchas são geralmente cilindros ocos ou cônicos feitos de materiais macios como bronze, liga de alumínio e às vezes de plásticos. Servem para apoiar eixos ou guiar eixos na direção axial. Elas podem ser de fricção radial para esforços radiais, de fricção axial para esforços axiais ou cônicos para ambos esforços. FIGURA 3.34 – Tipos de buchas quanto à forma. Em virtude das buchas terem uma superfície de contato, é necessário que a lubrificação seja eficiente ou que o seja construído de material auto-lubrificante. FIGURA 3.35 – Bucha e eixo. Os mancais de deslizamento são preferíveis aos de rolamento quando: - Há baixa rotação do eixo; - O nível de ruído deve ser baixo; - Há impactos fortes e vibrações; e -Se desejam mancais bipartidos ou o diâmetro é pequeno. 57 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3.3 - MOLAS 3.3.1 - Introdução Mola é um elemento de máquina que se caracteriza pela possibilidade de apresentar deformações relativamente grandes, sem que o limite de elasticidade do material seja ultrapassado. A maioria das molas é construída com materiais metálicos, porém, outros materiais podem ser usados, como os plásticos. As molas são usadas em máquinas para exercer forças, proporcionar flexibilidade e para armazenar ou absorver energia. Em geral, são classificadas quanto à forma (planas, helicoidais, quadradas, etc.) e quanto ao esforço (flexão ou torção). FIGURA 3.36 - Molas. 3.3.2 - Tipos de molas Molas helicoidais A figura 3.37 e 3.38 mostra duas molas helicoidais esquematizadas. FIGURA 3.37 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de compressão. 58 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.38 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de tração. As molas podem ser de tração ou de compressão. As molas de tração devem, necessariamente, possuir meios de transferir a carga do suporte para o corpo. Embora isso possa ser feito com uma peça roscada ou um gancho, essas soluções aumentam o custo do produto. Assim, geralmente emprega-se um dos métodos mostrados na figura 3.39. FIGURA 3.39 - Esquemas para tracionamento de molas. Fonte. Provenza (1988). FIGURA 3.40 – Molas helicoidais. Em alguns casos, quando o projeto requer um comprimento inicial preciso da mola, ou quando se deseja que a primeira deformação só ocorra com uma força pré-estabelecida, as molas são fabricadas com uma pré-tensão. É importante que as molas tracionadas 59 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. apresentem as espiras em contato umas com as outras quando descarregadas, de forma que, para afastá-las, seja necessário a aplicação de uma força. A figura 3.41 ilustra o efeito de deformação em uma mola causada por esforço de tração. FIGURA 3.41 - Efeito de deformação em uma mola tracionada. Fonte. Bonjorno et. all. (1997). Um dos parâmetros de cálculo de mola, ou para determinar o dimensionamento de uma mola é a constante de mola “K”. Esta constante pode ser determinada como mostra a figura 3.40, na qual submete-se a mola a uma carga conhecida e verifica-se a deformação submetida, ou seja, divide-se a carga pela deformação.É importante que a carga não extrapole o limite elástico da mesma: K= F1 F2 F3 = = x1 x 2 x3 As molas pré-carregadas apresentam como vantagens a economia de espaço e, por apresentarem espiras fechadas, a ausência do risco de enroscamento, fato este que permite que essas molas possam ser armazenadas à granel. Já as molas de compressão, obrigatoriamente, devem ter as espirais afastadas entre si. O tipo de extremidade influiu no número de espiras inativas da mola, que devem ser subtraídas, em caso de cálculo, do número total de espiras. Molas helicoidais de torção FIGURA 3.42 – Mola helicoidal de torção. 60 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3.3.3 - Associação de molas Molas helicoidais podem ser associadas, tanto em paralelo quanto em série. A associação mais usada é a em paralelo e, geralmente com uma montagem de molas concêntricas, que possam ter uma ou mais das seguintes finalidades: necessidade de grandes forças em pequenos espaços e, assegurar a continuidade de funcionamento (mesmo que precariamente) quando uma das molas venha a falhar. FIGURA 3.43 – Molas em paralelo. Toda a mola possui uma constante K, advinda da lei de Hooke, que representa a relação entre a força aplicada e a deformação produzida. Essa constante varia conforme for a associação das molas, conforme ilustram as equações 2 e 3. K = k1 + k2 + ... + kn 1 K= 1 1 1 + + ... + k1 k2 kn associação em paralelo associação em série (equação 2) (equação 3) 3.3.4 - Materiais e fabricação de molas Na fabricação de molas, são usados tanto processos a quente, quanto a frio. Essa escolha depende das dimensões, dos índices de curvatura da mola e das propriedades desejadas. Em geral, não se deve utilizar fio tratado termicamente se D / d for menor ou igual a 4 mm. Há uma grande variedade de materiais próprios para a confecção de molas, entre eles: aços carbono, aços liga, aços resistentes à corrosão, materiais não ferrosos como bronze, latão, ligas de níquel, berílio. Pode-se comparar os materiais para molas através da observação das resistências à tração e, estas variam muito de acordo com o diâmetro do fio. Para a escolha do material, considera-se o serviço a que a mola estará sujeita: FIGURA 3.44 – Molas helicoidal cônica de secção retangular. 61 UNIVALI - - Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. Serviço leve: carga estática ou variação lenta, com a carga máxima incidida menos de 1000 vezes durante a vida útil da mola. Exemplos: válvulas de segurança e certos tipos de acoplamentos. Serviço médio: nesse grupo é agrupada a maioria das molas. A carga máxima incide de 1 000 a 100.000 vezes durante a vida esperada. Exemplos: freios, interruptores, regulares de velocidade, suspensão de automóveis, máquinas em geral, etc. Serviço pesado: deflexões rápidas e contínuas, com incidência da carga máxima acima de 100.000 vezes durante a vida útil da mola. Exemplos: molas de válvulas de motores de combustão interna, molas de martelos pneumáticos, etc. A maioria das molas é sujeita a cargas variáveis, que levam a fadiga, e a confiabilidade, nesses casos, pode ficar de difícil mensuração. Um método de projetar molas levando-se em consideração uma confiabilidade maior, leva em consideração que as falhas podem ser devido, principalmente a defeitos superficiais, corrosão, tratamentos térmicos impróprios e descarbonetação. FIGURA 3.45 – Dimensionamento de uma mola helicoidal de tração. 62 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.46 – Dimensionamento de uma mola helicoidal cônica. FIGURA 3.47 – Dimensionamento de uma mola helicoidal cônica de secção retangular. 63 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. 3 - ELEMENTOS DE APOIO – MANCAIS E MOLAS ............................................... 43 3.1 - INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 43 3.2 - MANCAIS .............................................................................................................. 43 3.2.1 - Mancais de rolamento...................................................................................... 43 3.2.1.1 - Maiores causas de falhas prematuras nos rolamentos............................... 51 3.2.1.2 - Condições da máquina e do rolamento ..................................................... 52 3.2.1.3 - Ferramentas para análise de rolamentos.................................................... 52 3.2.1.4 - Montagens e desmontagem de rolamentos................................................ 54 3.2.2 - Mancais de deslizamento ................................................................................. 56 Buchas ..................................................................................................................... 57 3.3 - MOLAS................................................................................................................... 58 3.3.1 - Introdução ........................................................................................................ 58 3.3.2 - Tipos de molas.................................................................................................. 58 Molas helicoidais..................................................................................................... 58 Molas helicoidais de torção ..................................................................................... 60 3.3.3 - Associação de molas ........................................................................................ 61 3.3.4 - Materiais e fabricação de molas...................................................................... 61 FIGURA 3. 1 - Rolamento fixo de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). ....... 43 FIGURA 3. 2 – Esboço em corte do rolamento fixo de uma carreira de esferas. ............... 44 FIGURA 3.3 - Rolamento autocompensador de esferas. Fonte: Provenza (1988).............. 44 FIGURA 3.4 - Rolamento autocompensador de esferas e aplicação .................................. 45 FIGURA 3.5 - Rolamento de rolos cilíndricos. Fonte: Provenza (1988). ........................... 45 FIGURA 3.6 - Rolamento de rolos cilíndricos e sua aplicação........................................... 45 FIGURA 3.7 - Rolamento autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988)................. 46 FIGURA 3.8 - Rolamento autocompensador de rolos e sua aplicação. .............................. 46 FIGURA 3.9 - Rolamento de contato angular. Fonte: Provenza (1988). ............................ 47 FIGURA 3.10 - Rolamento de contato angular de duas carreiras de esferas. Fonte: Provenza (1988)........................................................................................................... 47 FIGURA 3.11 - Rolamento axial de esferas de escora simples. Fonte: Provenza (1988)... 48 FIGURA 3.12 - Rolamento axial de esferas de escora dupla. Fonte: Provenza (1988). ..... 48 FIGURA 3.13 - Rolamento axial de esferas de escora e sua aplicação............................... 49 FIGURA 3.14 Rolamento axial autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988). ....... 49 FIGURA 3.15 - Rolamento de rolos cônicos de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988). ......................................................................................................................... 50 FIGURA 3.16 - Rolamento de agulhas. Fonte: Provenza (1988)........................................ 50 FIGURA 3.17 - Rolamento deformado não esfericamente. ................................................ 51 FIGURA 3.18 - Rolamento deformado plasticamente com escamação.............................. 51 FIGURA 3.19 - Rolamento com contaminante abrasivo. ................................................... 51 FIGURA 3.20 - Rolamento deformado com estrias de fadiga. ........................................... 52 FIGURA 3.21 - Tacômetros. ............................................................................................... 52 FIGURA 3.22 - Estetoscópio............................................................................................... 53 FIGURA 3.23 – Verificador de óleo. .................................................................................. 53 FIGURA 3.24 – Medidor de vibrações. .............................................................................. 53 64 UNIVALI Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação II Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann. FIGURA 3.25 – Montagem com interferência: eixo cilíndrico........................................... 54 FIGURA 3.26 – Montagem com interferência: eixo cônico. .............................................. 54 FIGURA 3.27 – Chave gancho. .......................................................................................... 54 FIGURA 3.28 – Extrator com garra. ................................................................................... 54 FIGURA 3.29 – Extrator com martelo. ............................................................................... 55 FIGURA 3.30 – Extrator para caixa cega............................................................................ 55 FIGURA 3.31 – Montagem a quente................................................................................... 55 FIGURA 3.32 – Aquecedores por indução. ........................................................................ 56 FIGURA 3.33 – Mancal de deslizamento e suas partes. ..................................................... 56 FIGURA 3.34 – Tipos de buchas quanto à forma. .............................................................. 57 FIGURA 3.35 – Bucha e eixo. ............................................................................................ 57 FIGURA 3.36 - Molas......................................................................................................... 58 FIGURA 3.37 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de compressão........................ 58 FIGURA 3.38 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de tração. ................................ 59 FIGURA 3.39 - Esquemas para tracionamento de molas. Fonte. Provenza (1988). ........... 59 FIGURA 3.40 – Molas helicoidais. ..................................................................................... 59 FIGURA 3.41 - Efeito de deformação em uma mola tracionada. Fonte. Bonjorno et. all. (1997). ......................................................................................................................... 60 FIGURA 3.42 – Mola helicoidal de torção. ........................................................................ 60 FIGURA 3.43 – Molas em paralelo..................................................................................... 61 FIGURA 3.44 – Molas helicoidal cônica de secção retangular. ......................................... 61 FIGURA 3.45 – Dimensionamento de uma mola helicoidal de tração. .............................. 62 FIGURA 3.46 – Dimensionamento de uma mola helicoidal cônica. .................................. 63 FIGURA 3.47 – Dimensionamento de uma mola helicoidal cônica de secção retangular. 63 65