Elementos De Máquinas

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Elementos de Máquinas Elementos de Máquinas SENAI CIMATEC® Elementos de Máquinas 1 Elementos de Máquinas Elementos de Máquinas Salvador 2009 Elementos de Máquinas Copyright 2009 por SENAI DR BA. Todos os direitos reservados Área Tecnológica de Manutenção Industrial Elaboração: Valtércio Passos e Gilson Assis Revisão Técnica: Derval Ubirajara Leite Lima Revisão Pedagógica: Maria Inês de Jesus Ferreira Normalização: Sueli Madalena Costa Negri Catalogação na fonte (NIT – Núcleo de Informação Tecnológica) _______________________________________________________________ SENAI- DR BA. Elementos de máquinas. Salvador, 2008. 225p .il. (Rev.01) 1. Elementos de máquinas I. Título CDD 621.8 ________________________________________________________________ SENAI CIMATEC Av. Orlando Gomes, 1845 - Piatã Salvador – Bahia – Brasil CEP 41650-010 Tel.: (71) 3462-9500/9501 Fax. (71) 3462-9599 http://www.fieb.org.br 3 SENAI CIMATEC® APRESENTAÇÃO Com o objetivo de apoiar e proporcionar a melhoria contínua do padrão de qualidade e produtividade da indústria, o SENAI BA desenvolve programas de educação profissional e superior, além de prestar serviços técnicos e tecnológicos. Essas atividades, com conteúdos tecnológicos, são direcionadas para indústrias nos diversos segmentos, através de programas de educação profissional, consultorias e informação tecnológica, para profissionais da área industrial ou para pessoas que desejam profissionalizar-se visando inserir-se no mercado de trabalho. Este material didático foi preparado para funcionar como instrumento de consulta. Possui informações que são aplicáveis de forma prática no dia-a-dia do profissional, e apresenta uma linguagem simples e de fácil assimilação. É um meio que possibilita, de forma eficiente, o aperfeiçoamento do aluno através do estudo do conteúdo apresentado no módulo. Por ser um material dinâmico, que merece constante atualização e melhorias, caso o leitor encontre erros, inconsistências, falhas e omissão de algum conteúdo, favor entrar em contato com a Área de Desenvolvimento de Produtos Industriais do SENAI CIMATEC. Estamos sempre abertos para melhorar o nosso material didático. 4 Elementos de Máquinas SUMÁRIO 1. Introdução ...............................................7 2. Elementos de Fixação ..........................10 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3. Molas .......................................................7 3.1 3.2 3.3 4. Rebites: ........................................13 Roscas:.........................................12 Padrões de Roscas e Definições: 13 Parafusos, Porcas e Arruelas: .....13 Anel Elástico ...................................9 Parafuso de Potência: ....................9 Pré-carregamento dos Parafusos 10 Montagem-Torque: .......................10 Chaveta: .......................................11 Tipos de Molas: ..............................7 Materiais para Molas: .....................9 Manutenção de Molas: ...................9 Mancais de Deslizamento .......................7 4.1 Mancais de Deslizamento: .............7 4.2 Classificação dos mancais de deslizamento: ..............................................7 4.3 Mancal Axial: ..................................8 4.4 Mancal Inteiriço: .............................8 4.5 Mancal Ajustável: ...........................8 4.6 Mancal Reto Bipartido: ...................8 4.7 Mancal a Gás: ................................9 4.8 Materiais para Bucha: ....................9 4.9 Formas Construtivas das Buchas: .9 4.10 Manutenção de Mancais: ...............9 5. Mancais de Rolamento ...........................7 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Tipos e Seleção: .............................7 Os Tipos de Rolamentos ................7 Designação dos Rolamentos: ........9 Rolamentos Com Proteção: ...........9 Separadores ou Gaiolas:................9 Cuidados com os Rolamentos: ....10 Defeitos Comuns nos Rolamentos: 10 5.8 Manutenção em Rolamentos: ......11 5.9 Vida Útil do Rolamento:................12 5.10 Representações de Rolamentos nos Desenhos Técnicos: ...........................12 6. Elementos de Transmissão ....................7 6.1 Descrição de alguns elementos de transmissão .................................................8 6.2 EIXOS E ÁRVORES: .....................9 6.3 Polias e Correias: .........................12 6.4 Correntes: ...................................135 6.5 Transmissão: ..............................135 6.6 Tipos de Correntes: ....................136 6.7 Cabos: ........................................139 6.8 Engrenagens: .............................131 6.9 Acoplamento: .............................134 7. Sistemas de Transmissão .................. 130 7.1 7.2 7.3 Variador de Velocidade: ............ 130 Tipos de Variadores: .................. 130 Outros Sistemas de Transmissão: 133 Elementos de Máquinas Introdução 1. Introdução Inicialmente vamos definir o que são os elementos de máquinas, as cargas atuantes nos elementos, quem são os elementos e para que servem. Os elementos de máquinas são elementos constituintes de máquinas e equipamentos com o objetivo de fixar ou de transmitir movimentos. Os elementos de máquinas podem ser de dois tipos: Móveis (Permanentes ou fixos). Os elementos de fixação são elementos presentes nas máquinas com finalidade de fixar partes não soldadas e ser um canal de transmissão potência.Os mais utilizados em mecânica são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, e chavetas. Enquanto os elementos de transmissão mais utilizados são: engrenagens, correias, correntes, rodas de atrito, roscas e etc. As cargas atuantes são as forças sofridas e/ou transmitidas pelos elementos constituintes das máquinas. A seguir faremos um breve resumo de tais cargas. Cargas Presentes nos Elementos de máquinas: Os elementos de máquinas, eixos, engrenagens, polias, parafusos e etc, trabalham constantemente suportando esforços e/ou transmitindo-os. Existem os esforços externos que se dividem em: Ativos e Reativos Ativos: Carga distribuída, carga concentrada e momento estáticos de forças; Reativos: Reações de apoios (mancais e vínculos). Existem os esforços Internos que se dividem em: Solicitantes e Resistentes Solicitantes: Momento Fletor (M): devido ao momento estático de forças; força cortante (Q): devido às cargas externas concentradas perpendiculares ao eixo da 1 secção transversal; momento torsor (Mt); força normal ou Axial: devido à força axial concentrada. Resistentes: Tensão Normal (σ): devido às forças normais e cortantes. Tensão de Cisalhamento (): devido à força cortante e ao momento torsor. Principais esforços solicitantes: a) Tração: O esforço de tração é um tipo de esforço que atua na direção axial de um elemento (barra, cabo, etc), fazendo com que este elemento tenha uma tendência a se alongar nesta direção (direção axial), ou seja, na direção que a carga atua. Devemos também notar que a tração além de atuar na direção axial, também atua perpendicularmente a secção transversal do corpo que está sendo tracionado. (Figura 1) Figura 1. Esforços de tração b) Compressão: Esforço solicitado por duas forças “F”, no entanto diferentemente do esforço de tração as forças ocorrem comprimindo o elemento, produzindo um encurtamento do material. (Figura 2) 7 SENAI CIMATEC® provocando ou tendendo provocar uma curvatura.(Figura 5). Figura 5. Flexão Figura 2. Esforços de compressão f) Torção: Nesse caso duas forças “F” tendem atuar no elemento em um plano perpendicular ao seu eixo no intuito de torcer cada secção reta deste.(Figura 6) c) Flambagem: Quando a barra comprimida é proporcionalmente muito comprida em relação à sua secção transversal, ocorrendo assim a flambagem (encurvamento), graças à atuação de duas forças “F”, que atuam no sentido de comprimir a barra. (Figura 3) Figura 6. Torção Tensão admissível do material: Figura 3. Flambagem d) Cisalhamento: Duas forças grandes e opostas “Q” atuam no sentido perpendicular ao eixo do elemento, onde as duas forças tendem cisalhar (cortar) o elemento.(Figura 4) É a tensão máxima de trabalho para cada material: Na maioria das construções, essa tensão é tomada na região elástica do material e em função dela dimensiona-se o elemento; Na construção de aeronaves, para evitar problemas de peso, essa tensão é tomada na região plástica do material. Tensão admissível para materiais dúcteis (aços) (Equação 1) É uma relação entre a tensão de escoamento do material (Se) e coeficiente de segurança (n): Equação 1. Cálculo da tensão admissível para materiais dúcteis. Figura 4. Cisalhamento e) Flexão: Um elemento de máquina é submetido à flexão quando uma força “F” atuar perpendicularmente ao seu eixo 8  Se n Elementos de Máquinas Tensão admissível para materiais frágeis (Equação 2) É a relação entre a tensão de ruptura do material (Sr) e o seu coeficiente de segurança (n): Equação 2. Cálculo da tensão de admissão para materiais frágeis.   Sr n 9 SENAI CIMATEC® 2 Elementos de Fixação FUNÇÃO TIPO Pino cônico Ação de centragem. Pino cônico com haste roscada A ação de retirada do pino de furos cegos é facilitada por simples aperto da porca. Pino cilíndrico Requer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas as forças cortantes. Pino elástico Apresenta elevada resistência ao corte e pode ser ou pino tubular partido assentado em furos, ou com variação de diâmetro considerável. Pino de guia Serve para alinhar elementos de máquinas. A distância entre os pinos deve ser bem calculada para evitar o risco de ruptura. 2. Elementos de Fixação Os métodos típicos de fixação ou união de peças incluem o uso de itens como parafusos, porcas, parafusos de pressão, parafusos de retenção, pinos, retentores de mola, etc. Desenhos mecânicos e trabalhos com metal, freqüentemente, contêm instruções sobre vários métodos de união, e a curiosidade de qualquer pessoa interessada pode, naturalmente, resultar na aquisição de um bom acervo de conhecimentos a respeito dos métodos de fixação de peças. Detalharemos a partir de agora os principais elementos utilizados na fixação componentes mecânicos. Pinos: Os pinos 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. É uma peça geralmente cilíndrica ou cônica, oca ou maciça que 10 serve para alinhamento, fixação e transmissão de potência. Os pinos se diferenciam por suas características de utilização, forma, tolerâncias dimensionais, acabamentos superficiais, materiais e tratamento térmico. ( ) Veja os exemplos abaixo.(Figura 7) Elementos de Máquinas Figura 7. Aplicação de pinos Na Figura 7, temos um exemplo de aplicação dos pinos. Na parte superior, um pino alinhando uma tampa fixada por parafuso e na parte inferior uma alavanca fixada ao eixo através de um pino. Os alojamentos para pinos devem ser calibrados com alargador que deve ser passado de uma só vez pelas duas peças a serem montadas (Figura 8). Esta calibragem é dispensada quando se usa pino estriado ou pino tubular partido (elástico). 11 SENAI CIMATEC® Tabela 1 Classificação dos pinos TIPO FUNÇÃO Pino cônico Ação de centragem. Pino cônico com haste roscada A ação de retirada do pino de furos cegos é facilitada por simples aperto da porca. Pino cilíndrico Requer um furo de tolerâncias rigorosas e é utilizado quando são aplicadas as forças cortantes. Pino elástico Apresenta elevada resistência ao corte e pode ser ou pino tubular partido assentado em furos, ou com variação de diâmetro considerável. Pino de guia Serve para alinhar elementos de máquinas. A distância entre os pinos deve ser bem calculada para evitar o risco de ruptura. Figura 8. Tipos de pinos O principal esforço a que os pinos, de modo geral, estão sujeitos é o de cisalhamento. Por isso, em função de alinhar ou centrar devem estar a maior distancia possível entre si, para diminuir os esforços de corte. Quanto menor a proximidade entre os pinos, maior o risco de cisalhamento e menor a precisão no ajuste. 12 As cavilhas classificam-se conforme o tipo, norma e aplicação. (Tabela 2) Os pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou, ainda, rebite entalhado são chamados de cavilhas. A diferenciação entre pinos e cavilhas leva em conta o formato dos elementos e suas aplicações. Por exemplo, pinos são usados para junções de peças que se articulam entre si e cavilhas são utilizadas Elementos de Máquinas 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. (Figura 9) nominal.A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisão do furo alargado. Para especificar pinos e cavilhas devese levar em conta seu diâmetro Figura 9. Tipos de pinos cavilhas Tabela 2. Classificação de cavilhas conforme, tipos , normas e aplicação TIPO NORMA UTILIZAÇÃO KS1 KS2 DIN 1471 DIN 1472 KS3 DIN 1473 Fixação e junção. Ajustagem e articulação Fixação e junção em casos de aplicação de forças variáveis e simétricas, bordas de peças de ferro fundido. Encosto e ajustagem. KS4 KS6 KS7 DIN 1474 e Ajustagem e fixação de molas e correntes. KS9 KS10 KS8 KS11 KS12 KS4 KS5 DIN 1475 e Utilizado nos casos em que se tem necessidade de puxar a cavilha do furo. Fixação bilateral de molas de tração ou de eixos de roletes. Articulação de peças. Fixação de eixos de roletes e manivelas. DIN 1476 DIN 1477 KS7 Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal. Fixação de blindagens, chapas e dobradiças sobre metal. Eixo de articulação de barras de estruturas, tramelas, ganchos, roletes e polias. Cupilha ou Contrapino: Cupilha é um arame de secção semicircular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça. (Figura 10) 13 SENAI CIMATEC® Figura 10. Contrapino Sua função principal é a de travar outros elementos de máquinas como porcas. Figura 11. Utilização dos contrapinos Nesse caso, a cupilha não entra no eixo, mas no próprio pino. O pino cupilhado é utilizado como eixo curto para uniões articuladas ou para suportar rodas, polias, cabos, etc. (Figura 11) 2.1 Rebites: As peças das estruturas metálicas são, usualmente, ligadas entre si por intermédio de rebites e soldas. Esses dois tipos de junções originam estruturas de elevadas resistências em comparação com as junções feitas por parafusos ou pinos. Além do mais, dicados. Ex: construção naval, caldeiras etc. Tipos de rebites e suas proporções: O quadro a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da cabeça e seu emprego em geral.(Tabela 3) quando a junção deve ser estanque, é decisiva a utilização de solda ou rebites caso, por exemplo, de caldeiras, reservatórios e tubos sujeitos a altas pressões. No entanto a junção por rebite é mais simples e menos dispendiosa do que as junções por solda e podem ser desfeitas em caso de necessidade, cortando-se a cabeça dos rebites. Devemos observar que o rebite compõe-se de um corpo em forma de eixo cilíndrico e de uma cabeça. A cabeça pode ter vários formatos. Os rebites são elementos fabricados em aço, alumínio, cobre ou latão, isso dependendo muito de sua aplicação. Os rebites são utilizados para unirem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas (como foi visto anteriormente), de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transportes e treliças. As ligações realizadas com rebites podem ser de três tipos: Ligações Resistentes: Quando o objetivo principal é conseguir que as duas peças ligadas transmitam os esforços e/ou resistam aos mesmos, como se fossem uma única. Ex: nas estruturas metálicas de edifícios, pontes etc. Ligações Estanques: Quando se pretende que as juntas da ligação impeçam a passagem de gases ou líquidos. Ex: depósitos, tubulações, etc. Ligações Resistentes e Estanques: Quando se pretende que tenham simultaneamente as características dos dois tipos anteriores. Tabela 3 Classificação dos rebites 14 Elementos de Máquinas Além do quadro anterior que é bastante figurativo, podemos falar um pouco mais sobre alguns tipos de rebites, como: Rebite de Cabeça Redonda – DIN 123: Esse tipo de rebite possui maior diâmetro (D) e maior altura (K) na cabeça, por isso é utilizado como vedação e força em união estanque como caldeiras. Rebite de Cabeça Redonda – DIN 124: Esse tipo de rebite é utilizado em uniões de estruturas metálicas que suportam grandes esforços (Figura 12). Figura 12. Rebite de cabeça redonda Rebite de Embutida: Cabeça Chata ou Cabeça Esse tipo de rebite é utilizado quando a superfície rebitada deve ser plana sem saliências. Sua principal utilização está nas construções navais e aeronáuticas. São menos resistentes na cabeça do que os rebites de cabeça redonda e apresentam vantagem de ter que escarear o furo onde vão ser alojados. O comprimento “L” inclui também a altura da cabeça.(Figura 13) SENAI CIMATEC® A Figura 14, mostra o excesso de material (z) necessário para se formar a segunda cabeça do rebite em função dos formatos da cabeça, do comprimento útil (L) e do diâmetro do rebite (d). Figura 13. Rebite de cabeça chata Devemos salientar que a fabricação de rebites é padronizada, ou seja, segue normas técnicas que indicam medição da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites. Nos quadros abaixo apresentamos as proporções padronizadas para os rebites. Os valores que aparecem na representação abaixo são constantes, ou seja, nunca mudam. Especificação de rebites: Figura 14. Aplicação dos rebites a frio Para solicitar ou comprar rebites devemos indicar todas as especificações. Exemplo: Material do Rebite: Aço 1006 -1010. Tipo de cabeça: redondo. Diâmetro do “corpo: (1/4)’’ X (3/4)” de comprimento útil. Rebitagem: Antes de unirmos peças ou chapas por processo de rebitagem, devemos adquirir os rebites adequados e para isso é necessário conhecer as especificações, ou seja: De que o material é feito. O tipo de sua cabeça. O diâmetro de seu corpo. A denominação depende da forma da cabeça do rebite bruto, cabeça primitiva, e de seu diâmetro que é normalmente um milímetro menor que o diâmetro do furo. A cabeça rebitada deve ser parecida com a cabeça primitiva. O rebite golpeado, depois de rebitado preenche totalmente o furo. Devemos aqui salientar que o processo de rebitagem pode ser feito por meio de dois processos: Processo Manual: O seu comprimento útil. O comprimento útil do rebite corresponde à parte do corpo que vai formar a união. A parte que vai ficar fora da união é chamada de sobra necessária e vai ser usada para formar a outra cabeça do rebite. No caso de rebite com cabeça escareada, a altura da cabeça do rebite também faz parte do seu comprimento útil. O símbolo usado para indicar o comprimento útil (L) e a sobra necessária (z). Na especificação do rebite é importante você saber qual será o: O diâmetro do rebite. O tipo de cabeça a ser formado. O modo como vai ser fixado o rebite: A frio ou a quente. 8 Esse processo de rebitagem está descrito na própria palavra como podemos ver, ou seja, é um processo feito a mão. Antes de iniciarmos a rebitagem manual, devemos comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas, com o auxilio de duas ferramentas: O contra peso, que fica sobre as chapas, e o repuxador que é uma peça de aço com furo interno, na qual é introduzida a ponta saliente do rebite. Após as chapas serem prensadas, o rebite é martelado até encorpar, isto é dilatar e preencher totalmente o furo. Depois, através do martelo de bola, o rebite é “boleado”, ou seja, arredondado através de martelamento. A Figura 15 mostram o boleamento. Em seguida, o formato da segunda cabeça é feito por meio de outra ferramenta chamada estampo, em cuja extremidade possui uma Elementos de Máquinas cavidade que será usada como matriz para cabeça redonda. Figura 15. Rebitagem manual quando é usada a rebitadeira pneumática ou hidráulica, pois essa máquina é silenciosa, trabalha com rapidez e permite rebitamento mais resistente, pois o rebite preenche totalmente o furo, sem deixar espaço. Apesar dos benefícios da rebitagem dos processos mecânicos, as rebitadeiras são máquinas grandes e não trabalham em qualquer posição.Nos casos em que é necessário o deslocamento da pessoa e dá máquina, é preferível o uso do martelo pneumático. Processo Mecânico: Rebitagem a quente e a frio: O processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. O martelo pneumático é ligado a um compressor de ar por tubos flexíveis e trabalha a uma pressão entre 5 Pa – 7 Pa, controlada pela alavanca do cabo. O martelo funciona por meio de um pistão ou êmbolo que impulsiona a ferramenta existente na sua extremidade. Essa ferramenta é o estampo, que dá a forma à cabeça do rebite e pode ser trocado, dependendo da necessidade. Abaixo ilustramos, em corte, um tipo de martelo pneumático para rebitagem. A rebitadeira pneumática ou hidráulica funciona por meio de pressão contínua. Essa máquina tem forma de um C e é constituída de duas garras, uma fixa e outro móvel com estampos nas extremidades.(Figura 16) Tanto a rebitagem manual como a mecânica pode ser feita a quente ou a frio. Figura 16. Rebitagem mecânica O sistema manual é utilizado para rebitar em locais de difícil acesso ou peças pequenas. A rebitagem por processo mecânico apresenta vantagens, principalmente Na rebitagem a quente o rebite é aquecido por meio de forno a gás, elétricos ou maçarico até atingir a cor vermelho-brilhante. Depois o rebite é martelado à mão ou à máquina, após isso ocorre o martelamento do rebite até atingir a forma desejada. A rebitagem a quente é indicada para rebites com diâmetro superior a 6,35 mm, sendo aplicada, especialmente, em rebites de aço. A rebitagem a frio é feita por martelamento simples, sem utilizar qualquer fonte de calor. É indicada para rebites com diâmetro de até 6,3 mm, se o trabalho for à mão, e de 10 mm, se for à máquina. Na rebitagem a frio usamse rebites de aço, alumínio e etc. Exemplo de Rebitagem Manual: Nesse exemplo, você vai ver toda a seqüência de operação de uma rebitagem, usando-se rebites de cabeça escareada chata: Prepare o material: Elimine as rebarbas dos furos a fim de assegurar uma boa aderência entre as chapas. Alinhe as chapas: Se necessário, prenda as chapas com grampos, alicates de pressão ou morsa manual. Caso haja furos que não coincidam, passe o alargador. Prepare os rebites: Calcule o comprimento do rebite de acordo com o formato da cabeça. Se necessário, corte o rebite e rebarbe-o. Rebite: Inicie a rebitagem pelos extremos da linha de rebitagem.(Figura 17) 9 SENAI CIMATEC® e envolvidas por duas outras chapas que as recobrem dos dois lados. Quanto ao número de rebites que devem ser colocados, pode-se ver que, dependendo da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta, é necessário colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites. (Figura 19(a) e (b)). Figura 17. Rebitagem manual Tipos de Rebitagem: Os tipos de rebitagem variam de acordo com a largura das chapas que serão rebitados e o esforço que serão submetidos às chapas. Temos então: Rebitagem de recobrimento: Nesse tipo de rebitagem as chapas são apenas sobrepostas e rebitadas. Esse tipo destina-se apenas a suportar esforços e é empregado na fabricação de vigas e estruturas metálicas. (Figura 18) Figura 18. Rebitagem de recobrimento Figura 19. Rebitagem de recobrimento simples (a) e dupla (b) Quanto à distribuição dos rebites, existem vários fatores a considerar: O comprimento da chapa, a distância entre a borda e o rebite mais próximo, o diâmetro do rebite e o passo. O passo é a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira. É importante ressaltar que o passo deve ser bem calculado para evitar o empenamento das chapas. No caso de junção que necessitem de uma boa vedação, o passo deve ser calculado em duas vezes e meia ou três vezes o diâmetro do corpo do rebite. A distância entre os rebites e as bordas das chapas deve ser igual a pelo menos uma vez e meia o diâmetro do corpo dos rebites mais próximos a essa borda. (Figura 20) Rebitagem de recobrimento simples: É destinada a suportar esforços e permitir fechamento ou vedação. É empregada na construção de caldeiras a vapor e recipientes de ar comprimido. Nessa rebitagem as chapas se justapõem e sobre elas estende-se outra chapa para cobri-las Figura 18. Figura 20. Fileiras de rebites Rebitagem de recobrimento duplo: Usada unicamente para uma perfeita vedação. É empregada na construção de chaminés e recipientes de gás para iluminação. As chapas são justapostas 10 Cálculo para rebitagem: Para rebitar, é preciso escolher o rebite em função da espessura da chapa que se deseja Elementos de Máquinas fixar, do diâmetro do furo e do comprimento excedente do rebite, que vai formar a segunda cabeça. Observe abaixo os passos utilizados para fazer esses cálculos. Cálculo do diâmetro do rebite: A escolha do rebite é feita de acordo com a espessura da chapa que se quer rebitar. A prática recomenda é que se considere a chapa de menor espessura e se multiplique esse valor por 1,5, segundo a fórmula: (Equação 3) Equação 3. Cálculo do diâmetro do rebite Para rebites de cabeça redonda e cilíndrica, temos:(Equação 6) Equação 6. Cálculo do comprimento para rebites de cabeça redonda e cilíndrica L  1,5.d   S Para rebites de cabeça escareada Temos: Consideramos Y = 1,0 , logo a fórmula é dada pela Fórmula (Equação 7) Equação 7. Cálculo do comprimento para cabeça escareada d  1,5.  S Onde: d = diâmetro; < S = menor espessura de chapa; 1,5 = constante ou valor predeterminado. Cálculo do diâmetro do furo: O diâmetro do furo pode ser calculado multiplicando-se o diâmetro do rebite pela constante 1,06. A fórmula é apresentada na equação: (Equação 4) Equação 4. Cálculo do diâmetro do furo L  1,0.d   S Figura 21. Exemplos de rebites de cabeça escareada (b) e redonda (a) Defeitos de Rebitagem: dF  1,06.dR Onde: dF = diâmetro do furo; dR = diâmetro do rebite; 1,06 = constante ou valor permitido. Cálculo do comprimento útil do rebite: O cálculo desse comprimento é feito por meio da seguinte fórmula:(Equação 5) Equação 5. Cálculo do comprimento do rebite L  Y .d   S Onde: L = comprimento útil do rebite; Y = constante determinada formato da cabeça do rebite; d = diâmetro do rebite; Σ S = somatório das espessuras das chapas. pelo Os principais defeitos de rebitagem são devidos, geralmente, ao mau preparo das chapas a serem unidas e à má execução das operações nas fases de rebitagem. Os defeitos causados pelo mau preparo das chapas são: Furo fora de eixo, formando degraus: Esse problema diminui a resistência do corpo. Chapas mal encostada: Nesse caso, o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas, encunhando-se entre elas. Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite, reduzindo sua resistência. Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite, faz o rebite assumir um eixo inclinado, que reduz muito a pressão do aperto. Os defeitos causados pela má execução das diversas operações e fases de rebitagem são: Aquecimento excessivo do rebite: Com isso as características físicas do rebite são alteradas, pois após esfriar, o rebite contraise e então a folga aumenta. Se a folga 11 SENAI CIMATEC® aumentar, ocorrerá o deslizamento das chapas. Rebitagem descentralizada: A cabeça do rebite fica fora do eixo em relação ao corpo e em relação à primeira cabeça. Com isso ele perde a capacidade de apertar as chapas. Mal uso de ferramentas para fazer a cabeça: Com isso a cabeça do rebite apresenta irregularidades como rebarbas e rachaduras. O comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da chapa: Nessa situação o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta, com uma superfície plana. Eliminação dos defeitos: Para eliminação dos defeitos devemos remover a cabeça do rebite. Isso pode ser feito por três processos: como talhadeira, lima e esmerilhadeira. 2.2 Roscas: Rosca é uma saliência de perfil constante, helicoidal, que se desenvolve de forma uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. Essa saliência é denominada filete. As roscas podem ser internas ou externas. As roscas internas encontram-se no interior das porcas. As roscas externas se localizam no corpo dos parafusos.(Figura 22) Figura 22. Roscas internas e internas s roscas permitem a união e desmontagem de peças, como também, movimento de peças. O parafuso que movimenta a mandíbula móvel da morsa é um exemplo de movimento de peças.(Figura 23) 12 Figura 23. Exemplo de utilização de roscas Passo (P) é a distância entre pontos correspondentes de filetes adjacentes, medida paralelamente ao eixo da rosca.(Figura 24) Diâmetro maior ou nominal d é o maior diâmetro da parte roscada. Diâmetro menor ou de raiz dr é o menor diâmetro da parte roscada. Diâmetro médio dm é a média dos diâmetros maior e menor. Ângulo de hélice β. Figura 24. Parâmetros das roscas Os filetes das roscas apresentam vários perfis. Esses perfis, sempre uniformes, dão nome às roscas e condicionam sua aplicação. Triangular: É o mais comum. Utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos.(Figura 25) Figura 25. Rosca triangular Elementos de Máquinas Trapezoidal: Empregado em órgãos de comando das máquinas operatrizes (para transmissão de movimento suave e uniforme), fusos e prensas de estampar (balancins mecânicos).(Figura 26) Figura 26. Rosca trapezoidal Redondo: Empregado em parafusos de grandes diâmetros e que devem suportar grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. È empregado também em lâmpadas e fusíveis pela facilidade na estampagem.(Figura 27) Figura 27. Rosca redonda Dente de serra: Usado quando a força de solicitação é muito grande em um só sentido (morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras).(Figura 28) Figura 28. Rosca dente de serra Sentido de direção da rosca: Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direitas e esquerdas. Na rosca à direita, o filete sobe da direita para a esquerda. Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita.(Figura 29) Figura 29. Sentido de rosqueamento 2.3 Padrões de Roscas e Definições: Roscas Triangulares: As roscas triangulares classificam-se, segundo o seu perfil, em três tipos: Rosca Métrica; Rosca Americana; e Rosca Whitworth; Para nosso estudo, vamos detalhar apenas três tipos: a Métrica, a Americana e a Whitworth. Rosca métrica de perfil triangular ISO ABNT – NB97: A rosca métrica fina, num determinado comprimento, possui maior número de filetes do que a rosca normal. Permite melhor fixação da rosca, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. Exemplo: em veículos. A fórmula para confecção das roscas Whitworth normal e fina é a mesma. Apenas variam os números de filetes por polegada. Utilizando as fórmulas anteriores, você obterá os valores para cada elemento da rosca. 2.4 Parafusos, Porcas e Arruelas: Os parafusos são formados por um corpo cilíndrico roscado, que pode ter vários formatos e suas dimensões normalizadas. Segundo as normas, os parafusos se diferenciam pela rosca, forma de cabeça, haste e forma de aciona mento. Havendo necessidade de travar elementos, usa-se parafuso sem cabeça com pontas adequadas ao trabalho a que se destinam. Quando o parafuso está sujeito a forças de serviço severas como, por exemplo: pressão de vapor, gases ou líquidos, a união é feita 13 SENAI CIMATEC® através de parafusos com haste (ou colo) de dilatação. Esse elemento absorve muito bem as forças pulsatórias, por isso é bastante usado em motores de combustão interna. A vantagem em usar um parafuso com haste de dilatação é que, nas situações citadas, distribui-se a tensão por toda a haste. Enquanto num parafuso comum a tensão se concentra no final da rosca. Segundo norma DIN o diâmetro da haste deve ser 10% menor que o diâmetro do fundo da rosca, e entre o diâmetro maior da rosca e o diâmetro da haste é necessário um ângulo de 20°. As uniões roscadas sujeitas à solicitação transversal necessitam de recursos adicionais para proteger o parafuso contra o cisalhamento e manter a posição das partes. Porcas: As porcas têm normalmente forma prismática ou cilíndricas, com um furo roscado, por onde entra o parafuso.(Figura 30) Figura 30. Porcas Exceção a essa regra é a porca cega onde à altura é 0,8 do diâmetro nominal da rosca e porcas para pequenos esforços em que a altura é 0,5 do diâmetro nominal. Utilização das Roscas: As roscas fazem parte dos parafusos e porcas que são elementos de união com fechamento de forças, isto é, caracterizados pelo aperto de uma peça sobre a outra, criando uma área de grande atrito. 14 A força de aperto resulta da tensão do parafuso ao ser apertado. A tensão produzida tem de ser superior às forças opostas a ela durante o funcionamento. A tensão resultante chama-se tensão inicial. Comportamento dos Parafusos: Ao se apertar um parafuso a tensão aumenta continuamente até certo ponto. Continuandose a apertá-lo nota-se uma diminuição progressiva da tensão até ocorrer o rompimento. Na zona de tensão progressiva o parafuso deforma-se elasticamente. Deformado, sua tendência é voltar ao comprimento inicial, não podendo fazê-lo, devido às peças de união, exerce a força de aperto.Continuandose a apertá-lo provocam-se deformações plásticas, isto é, o parafuso mantém seu comprimento deformado, mesmo após cessar o esforço de tração. Um parafuso apertado dessa forma não possui força de aperto ou tensão inicial. A forma de se ter um aperto adequado é manter a deformação dentro da zona elástica. Quer dizer, dentro do limite de elasticidade do material de que é fabricado o parafuso. Em geral, os parafusos são apertados com chaves comuns, o que gera uma das seguintes situações: Os parafusos pequenos (até 12mm) ficam demasiadamente apertados; Os parafusos grandes (acima de 12mm) ficam pouco apertados; Os parafusos ficam adequadamente apertados devido à habilidade do mecânico. Para evitar estas variações e obter um trabalho seguro devem-se usar ferramentas indicadoras de aperto e seguir as especificações do fabricante da máquina ou equipamento. Ferramentas Indicadoras de Aperto: Tipos Especificados de Aperto: Especificado por torção (torque) em libras por polegadas, Kg.cm,lb.pé.N.m ou Kg.m – é importante verificar se a tração é dado para parafuso seco ou lubrificado. Em caso da falta de especificação do lubrificante, usar graxa com bissulfeto de molibdênio (Molikote G); Especificado por fração de volta - isto é, encosta-se o parafuso até eliminar toda a folga e dá-se mais uma fração de volta, Elementos de Máquinas exemplo 90 ou 120°, conforme especificação do fabricante. Esse procedimento elimina a influência do coeficiente de atrito que varia entre 0,15µ e 0,25 µ a seco e entre 0,11 µ e 0,19 µ com lubrificante; Especificado pela medição do comprimento que aumenta com o aperto -para isso a cabeça e a ponta devem ter bom acabamento.Mede-se o parafuso antes de colocá-lo e aperta-se até atingir o comprimento especificado pelo fabricante ou, na falta deste, usar 0,2% do comprimento. óleos nos furos cegos a fim de evitar o travamento hidráulico; Encostar todos os parafusos antes de apertar o primeiro; Apertar os parafusos evitando deformações e desalinhamentos. A Tabela 4 mostra seqüências adequadas de aperto. Deve-se observar ainda que os parafusos que estão sujeitos a forte solicitação de trabalho em altas temperaturas precisam ser reapertados a estas temperaturas. Comportamento das Porcas: A porca como um todo sofre compressão e seus filetes sofrem tração, flexão e esforços de cisalhamento. Esforços estes que não estão uniformemente distribuídos por todas as voltas do filete. Em formas normais de porcas, a primeira volta absorve aproximadamente 1/3 do esforço total. A resistência ao cisalhamento e à flexão é de 20 a 35% maior nos filetes da porca do que nos filetes do parafuso. Por isso encontramos, com freqüência, porcas feitas com materiais de menor resistência do que o material do parafuso. Montagem com Parafusos: Na montagem, usando parafusos, deve-se considerar a resistência do parafuso e das peças fixadas por ele. Também se deve ter à mão os manuais de serviços das máquinas que fornecem a seqüência de operações e os torques. Na falta destes dados procede-se do seguinte modo: A fim de reutilizar um parafuso, deve-se examiná-lo quanto a trincas, planeza, estado da rosca, estado da cabeça e esquadro entre corpo e cabeça. Não é aconselhável tentar recuperar parafusos ou porcas danificadas; Limpar e examinar os alojamentos dos parafusos (corpo da máquina ou porca). Repassar a rosca com macho condizente para eliminar rebarbas ou impurezas no fundo dos filetes. Limpar novamente e não deixar 15 Elementos de Máquinas Tabela 4 Aperto de parafusos e porcas Danos Típicos em Roscas: Quebra do parafuso; Cisalhamento ou arrancamento da cabeça. Neste caso, para extrair a parte restante improvisa-se um alojamento para chave de boca fixa; ou usa-se extrator apropriado para casos em que a quebra tenha se dado no mesmo plano que a superfície da peça. A seqüência para o uso do extrator, o qual requer apenas um furo, no centro do parafuso, em diâmetro inferior ao do núcleo da rosca. O extrator é constituído de aço-liga especial e possui uma rosca dente-de-serra, múltipla, cônica e à esquerda. Geralmente, é encontrado em jogos para vários diâmetros diferentes. Rosca Interna Danificada: SENAI CIMATEC® Há várias maneiras de consertar uma rosca interna avariada, a melhor geralmente é a colocação de um inserto. Quando a parede for suficiente, o furo deve ser alargado e roscado.Em seguida, coloca-se no furo um pino roscado, que deve ser faceado e fixado por solda ou chaveta. A última operação é furá-lo e roscá-lo com a medida original. Tensão Inicial Aparente: Existem duas situações onde o mecânico aplica o momento de torção correto e o equipamento apresenta falhas no aperto com pouco uso. Atrito excessivo - causado por erros de forma e posição, falta de lubrificação e asperezas nas superfícies de deslizamento. Esses fatores farão com que boa parte do torque aplicado seja empregada para vencer o atrito em questão. Logo, isto não permitirá que a tensão no parafuso atinja a zona elástica. Com isso, teremos uma tensão inicial apenas aparente. Desalinhamento (principalmente em prisioneiros) - causado por furo roscado oblíquo. Neste caso, uma parte importante do momento de torção é absorvida pela deformação forçada no prisioneiro e pela deformação no assentamento oblíquo da porca. Deste modo, apesar de o valor do momento de torção estar correto, a tensão inicial é puramente aparente; pois, o parafuso deformou-se, ao ser apertado, mas não se alongou elasticamente.(Figura 31) Figura 31. Desalinhamento Identificação Normalizada: Identificação segundo DIN 267: Ela é feita por dois algarismos no parafuso e um na porca. O primeiro algarismo multiplicado por 100, fornece a resistência à tração do material. Multiplicando por 10, o produto do primeiro pelo segundo obtemos o limite de escoamento do material. Nas porcas aparece apenas o algarismo indicador da resistência à tração. Identificação segundo SAE J429: Ela é feita por marcas na cabeça do parafuso e na porca. Arruelas: As arruelas têm a função de distribuir uniformemente a força de aperto entre a porca/parafuso e as partes montadas. Durante o funcionamento de um mecanismo, as vibrações, os esforços e os atritos tendem a desapertar as peças roscadas. Devido a isso, muitos tipos de arruelas têm, também, a função de elemento de trava. 8 Elementos de Máquinas 2.5 Anel Elástico É um elemento usado para impedir o deslocamento axial, posicionar ou limitar o curso de uma peça deslizante sobre um eixo. È conhecido, também, por anel de retenção, de trava ou de segurança. Fabricado de aço para molas, tem a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização.(Figura 32) A dureza do anel deve ser compatível com os elementos que trabalham com ele. A uniformidade da pressão em volta da canaleta assegura a aderência e resistência. O anel nunca deve estar solto, mas alojado no fundo da canaleta com certa pressão. A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações. Em aplicações sujeitas à corrosão, os anéis devem receber tratamento anti-corrosivo adequado. Em caso de anéis de secção circular, utilizálos unicamente ou uma vez. Utilizar ferramentas adequadas para evitar entortamentos e esforços exagerados. Montar o anel com a abertura apontando para os esforços menores, quando possível. Nunca substituir um anel normalizado pelo “equivalente" feito de chapa ou arame sem os mesmos critérios. 2.6 Figura 32. Tipos de anéis Dados para manutenção dos anéis: Falhas dos anéis elásticos: As falhas dos anéis podem ocorrer devido a defeitos de fabricação ou condições de operação. No segundo caso, as causas podem ser vibração, impacto, flexão, alta temperatura ou atrito excessivo. Há também o agravante de casos em que o projeto previa esforço estático, mas as condições de trabalho geraram esforço dinâmico. Esta última situação faz com que o alojamento do anel também se danifique. Pontos a observar na montagem: Parafuso de Potência: O parafuso de potência é um dispositivo usado em máquinas para transformar o movimento angular em movimento linear e, usualmente, para transmitir potência. São aplicações familiares do parafuso de potência: o fuso do torno, o parafuso para torno de bancada, os parafusos para prensas e macacos. A Figura 33 mostra uma representação esquemática da aplicação de parafusos de potência em uma prensa. Aplica-se um torque T às extremidades dos parafusos por meio de um par engrenagens; o cabeçote da prensa é acionado, movimentando-se para baixo ou para cima a depender do que se queira. Figura 33. Aplicação de Parafusos de potência em uma prensa Na montagem dos anéis, alguns pontos importantes devem ser observados: 9 SENAI CIMATEC® Quando o avanço é suficientemente grande ou o atrito suficientemente pequeno, de modo que a carga baixe por si só, fazendo o parafuso girar sem emprego de qualquer força externa, o torque T será negativo ou nulo. Quando se obtém um torque positivo, diz-se que o parafuso é auto-retentor. A Figura 34 mostra um parafuso de potência com roscas quadrada, com diâmetro médio dm , passo p e ângulo de hélice β, carregado por uma força axial de compressão. Figura 34. Parafuso de potência com rosca quadrada 2.7 Pré-carregamento dos Parafusos Quando se deseja uma união desmontável, sem empregar métodos destrutivos, e que seja suficientemente resistente para suportar as cargas externas de tração, de cisalhamento ou a combinação delas, usar uma junta simplesmente aparafusada, com arruelas endurecidas, é uma boa solução. Tal união está ilustrada na Figura 35, na qual o parafuso primeiramente é apertado para produzir uma força inicial de tração Fi, após a qual são aplicadas as cargas externas de tração P e a carga externa de cisalhamento Fs.O efeito de pré-carregamento é dar, às partes, em compressão melhor resistência à carga de tração externa e aumentar o atrito entre as peças, para resistirem melhor à carga de cisalhamento. A carga de cisalhamento não afeta a tração final no parafuso, podendo, portanto, ser desprezada no estudo do efeito da carga externa de tração na compressão das peças e na tração resultante no parafuso. 10 Figura 35. União por parafuso 2.8 Montagem-Torque: Tendo aprendido que um pré-carregamento elevado é desejável em uniões importantes, devem-se agora considerar os meios de assegurar que o pré-carregamento se processe por ocasião da montagem das peças. Quando se pode medir com um micrômetro o comprimento total de um parafuso montado, pode-se determinar o alongamento do parafuso devido à carga inicial de montagem Fi. Assim, simplesmente aperta-se a porca até o parafuso alongar de uma certa quantidade. Isto assegura que o précarregamento desejado seja atingido. O alongamento de um parafuso não pode ser medido, se a extremidade roscada ficar em um furo cego. Em muitos casos, mesmo em montagens com porcas, é impraticável medirse o alongamento do parafuso, devendo-se, em tais situações, estimar o torque de montagem necessário para estabelecer o pré-carregamento. Dessa forma, pode-se usar uma chave com torquímetro, uma pneumática ou um método de controlar o giro da porca. A chave com torquímetro tem mostrador que indica o torque aplicado. Com a chave pneumática, a pressão do ar é ajustada de maneira que o aperto cesse, quando se atinge o torque desejado; em algumas chaves pneumáticas, o ar é automaticamente descarregado, quando se atinge o torque marcado. O método de controlar o giro da porca requer que, primeiramente, seja definido o significado de montagem sem folga. As condições de montagem sem folga são atingidas com alguns impactos da chave de impacto ou por um homem usando uma chave comum. Uma vez atingidas as condições de montagem sem folga, todo giro Elementos de Máquinas adicional desenvolverá uma tração útil no parafuso. Neste método, deve-se calcular um número fracionário de voltas da porca, necessário para prover o pré-carregamento desejado. Por exemplo, para parafusos estruturais pesados de cabeça sextavada, o método estabelece que a porca deve ser girada no mínimo 180°, a partir das condições iniciais, sob condições ideais. Note-se que este é também o giro correto para as porcas das rodas de um carro de passageiro. Com algumas definições e simplificações, pode-se achar no torque T para a montagem através da fórmula simplificada.(Equação 8) Figura 36. Chaveta tipo cunha O princípio da transmissão é pela força de atrito entre as faces da chaveta e o fundo do rasgo dos elementos, devendo haver uma pequena folga nas laterais.(Figura 37) Equação 8. Fórmula simplificada do torque T =0,20Fi d Sendo T, o torque necessário para um pré-carregamento Fi , quando se conhece as dimensões do parafuso. 2.9 Chaveta: Chaveta é um corpo prismático que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e tipo de movimento que deve transmitir. È construída normalmente de aço. A união por chaveta é um tipo de união desmontável, que permite às árvores transmitirem seus movimentos a outros órgãos, tais como engrenagens e polias. Figura 37. Princípio de transmissão de forças em uma chaveta Havendo folga entre os diâmetros da árvore e do elemento movido, a inclinação da chaveta provocará na montagem uma determinada excentricidade, não sendo, portanto aconselhado o seu emprego em montagens precisas ou de alta rotação.(Figura 38) Classificação e Características: Chaveta de Cunha (ABNT-PB-121): Empregada para unir elementos de máquinas que devem girar. Pode ser com cabeça ou sem cabeça, para facilitar sua montagem e desmontagem. Sua inclinação é de 1:100, o que permite um ajuste firme entre as partes (Figura 36). Figura 38. Folga entre o eixo e o elemento movido Chaveta Encaixada (DIN 141, 490 e 6883): É a chaveta mais comum e sua forma corresponde ao tipo mais simples de chaveta de cunha. Para facilitar seu emprego, o rasgo 11 SENAI CIMATEC® da árvore é sempre mais comprido que a chaveta (Figura 39). pelo posicionamento (uma contra a outra), é muito comum o seu emprego para transmissão de grandes forças, e nos casos em que o sentido de rotação se alterna (Erro! Fonte de referência não encontrada.). Figura 39. Chaveta encaixada Chaveta Meia-cana (DIN 143 e 492): Sua base é côncava (com o mesmo raio do eixo). Sua inclinação é de 1:100, com ou sem cabeça. Não é necessário rasgo na árvore, pois transmite o movimento por efeito do atrito, de forma que, quando o esforço no elemento conduzido é muito grande, a chaveta desliza sobre a árvore. Chaveta Plana (DIN 142 e 491): É similar à chaveta encaixada, tendo, porém, no lugar de um rasgo na árvore, um rebaixo plano. Sua inclinação é de 1:100 com ou sem cabeça. Seu emprego é reduzido, pois serve somente para a transmissão de pequenas forças (Figura 40). Figura 41. Chaveta tangencial Chaveta Transversal: Aplicada em uniões de órgãos que transmitem movimentos não só rotativos como também retilíneos alternativos (Figura 41). Figura 42. Chaveta transversal Quando é empregada em uniões permanentes, sua inclinação varia entre 1:25 e 1:50. Se a união necessita de montagens e desmontagens freqüentes, a inclinação pode ser de 1:6 a 1:15 (Figura 42). Figura 40. Chaveta plana Chaveta Tangencial (DIN 268 e 271): É formada por um par de cunhas com inclinação de 1:60 a 1:100 em cada rasgo. São sempre utilizados duas chavetas e os rasgos são posicionados a 120°. A designação tangencial é devido a sua posição em relação ao eixo. Por isso, e 12 Figura 43. Chaveta transversal simples e dupla Elementos de Máquinas Chaveta Paralela (DIN 269): Tolerâncias para Chavetas: É, normalmente, embutida e suas faces são paralelas, sem qualquer conicidade. O rasgo para o seu alojamento tem o seu comprimento. As chavetas embutidas nunca têm cabeça e sua precisão de ajuste é nas laterais, havendo uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo do elemento conduzido (Figura 43). O ajuste da chaveta deve ser feito em função das características de trabalho a que vai ser submetida. A Figura 46 mostra os três tipos mais comuns de ajustes e tolerâncias para chavetas e rasgos. Figura 44. Chaveta paralela A transmissão do movimento e das forças é feita pelo ajuste de suas faces laterais com as do rasgo da chaveta. A chaveta paralela varia quanto à forma de seus extremos (retos ou arredondados) e quanto à quantidade de elementos de fixação à árvore. Pelo fato de a chaveta paralela proporcionar um ajuste preciso na árvore não ocorre excentricidade, podendo, então, ser utilizada para rotações mais elevadas. Chaveta de Disco ou Meia-lua tipo Woodruff (DIN 496 e 6888): É uma variante da chaveta paralela, porém recebe esse nome porque sua forma corresponde a um segmento circular (Figura 446). Figura 46. Tolerâncias para chavetas Dados para Manutenção: O material mais usado nas chavetas é aço com baixo teor de carbono (~ 0,2%), visto que é sempre preferível uma falha na chaveta ao invés de uma falha em outro componente mais caro. Na substituição de chavetas é preciso considerar o acabamento superficial, o ajuste e o arredondamento dos cantos para evitar força de atrito excessiva. O estado dos canais de chaveta deve estar em boas condições, principalmente Quanto à chaveta de cunha, outros cuidados na montagem devem ser observados: uma tensão de aperto que não gere danos, fissuras (Figura 47(b)), ou excentricidade, deve ser feita uma proteção da parte saliente dessas peças para evitar acidentes. Quando for necessário construir canais de chavetas, as dimensões têm que ser normalizadas e os cantos precisam ter raios para evitar concentração de tensões (Figura 47(c)). Figura 45. Chaveta de disco ou meia lua É comumente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo. Figura 47. Dados para manutenção 13 SENAI CIMATEC® Nunca se deve aumentar a profundidade dos rasgos com objetivo quanto à perpendicularidade, pois além do esforço de cisalhamento, que tende a virálas em sua sede, as chavetas sofrem torção. Eventualmente, em condições favoráveis, pode-se trocar uma chaveta paralela por um tipo meia-lua. Esse tipo praticamente elimina os problemas com torção; especialmente se o eixo for temperado. 14 de aumentar a resistência; este procedimento reduz a capacidade básica da árvore ou do cubo a uma carga externa. Elementos de Máquinas Molas 3 3. Molas São elementos elásticos de grande importância, empregados com os seguintes objetivos: absorver energia, como em suspensão de automóveis; acumular energia, como em relógios; manter elementos sob tensão controlada, como em válvulas; medir, como em balanças e outros instrumentos (Figura 48). Figura 49. Molas Helicoidais Barra de torção – fabricada de vergalhão redondo ou quadrada (Figura 50). Também submetida a um torque. Figura 50. Barra de torção Mola espiral - trabalha para torção. É fabricada de arame ou fita de aço (Figura 51), enrolada em espiral plana e deforma-se sob a aplicação de um momento torsor.(Figura 51) Figura 48. Parâmetros principais de uma mola As molas realizam esforços de tração, compressão, torção e flexão. A seguir os tipos mais comuns. 3.1 Tipos de Molas: Figura 51. Mola espiral Mola helicoidal - Nas formas cilíndrica, barriletada ou cônica. Trabalha para compressão ou tração. O barriletamento ou conificação visa aumentar o curso sem encostar as espiras (Figura 49 (a)). Pode ter a secção circular ou prismática (Figura 49). Mola de torção - fabricada com fios de secção circular ou prismática (Figura 52), para travas, esperas ou molas de retorno. SENAI CIMATEC® Figura 52. Mola de torção Mola de disco - plana feita de chapa de aço recortada de várias maneiras.(Figura 53) Figura 53. Mola disco Figura 56. Feixe de molas balestra Mola anelar - constituída por anéis com chanfros alternadamente internos e externos superpostos em um cilindro (Figura 57). Sob compressão axial, os anéis internos contraem-se e os externos expandem-se. Usada para solicitações de alta rigidez. Mola prato - feita de chapa conificada. Trabalha para compressão (Figura 54). É formada por uma pilha de discos montados com as concavidades alternadamente opostas. Possibilita variar a rigidez e capacidade de carga apenas mudando o número de discos ou sua disposição. Figura 57. Mola anelar Figura 54. Mola prato Mola de flexão - consiste em uma ou várias lâminas de aço, levemente curvas ou planas, sustentadas em uma ponta (vigas de balanço) (Figura 55(a)) e carregadas na outra. Pode ser também sustentada em ambas às pontas e carregadas ao centro (Figura 55(b)). Mola de borracha - é formada por tarugos de borracha, separados por discos metálicos (Figura 58), que trabalha para compressão. Possui alta capacidade de armazenar energia e resiste bem ao cisalhamento. Usada habitualmente para isolar vibrações. Em veículos e máquinas, emprega-se um tipo chamado coxim, que é um bloco de borracha colado a placas de metal. Figura 55. Molas de flexão Figura 58. Mola de borracha Uma forma especial de mola de flexão é a formada por feixes de molas (mola balestra - Figura 56); que utiliza várias lâminas de comprimentos diferentes, conseguindo grande resistência. 8 Mola de plastiprene - feita em forma de tarugos de uretano sólido. Está substituindo com vantagem a mola de aço usada em ferramentaria, visto que resiste muito bem aos óleos, raramente quebra de imprevisto, Elementos de Máquinas suporta altas pressões e tem ótima flexibilidade (Figura 59). Figura 59. Mola plastiprene Mola voluta - formada por uma lâmina relativamente larga, enrolada em hélice cônica com superposição das espiras. É usada quando são exigidos peças muito compactas e amortecimento pelo atrito entre as espiras (Figura 60). a 0,2% de vanádio. Usado especialmente para molas de válvulas. Aço mola revenido - contém de 0,85 a 1% de carbono e 0,3 a 0,45% de manganês. Seu limite de ruptura está entre 1050 e 1 750 N/mm2. Aço inoxidável para molas - com 0,12% de carbono, 17 a 20% de cromo e 8 a 10% de níquel. Seu limite de ruptura está entre 1 050 e 1 960 N/mm2. Bronze fosforoso para molas - com 5% de estanho e 0,5% de fósforo. Seu limite de ruptura é 660 N/mm2. 3.3 Manutenção de Molas: Uma mola devidamente especificada durará muito tempo. Em caso de abuso, apresentará os seguintes danos: Quebra - causada por excesso de flexão ou torção; Flambagem - ocorre em molas helicoidais longas por falta de guia; Amolecimento causado por superaquecimento presente no ambiente ou devido ao esforço de flexão. Figura 60. Mola de voluta 3.2 Materiais para Molas: Aço piano - contém de 097 a 1% de carbono, 0,25 a 0,40% de manganês e 0,1 a 092% de silício. Seu limite de ruptura é de 1 700 N/mm2. Aço mola trefilado duro - contém 0,5 a 0,65% de carbono e 0,7% a 1% de manganês. Seu limite de ruptura está entre 840 e 1 260 N/mm2. Aço laminado a quente - contém de 0,9 a 1,05% de carbono. Seu limite de ruptura está entre 1 230 e 1 370 N/mm2. Aço silício-manganês (SAE-9260) com 0,6% de carbono, 0,6 a 0,9% de manganês e 1,8 a 2,2% de vanádio. Seu limite de ruptura está entre 1 400 e 2 100N/mm2. Usado para molas de veículos. Aço cromo-vanádio -(SAE-6150) - com 0,5% de carbono, 0,5 a 0,8% de manganês, 0,9 a 1,2% de cromo e 0,15 Recomendações: Evitar a sobrecarga da mola - ela foi especificada para uma solicitação determinada, não devendo ser submetida a um esforço maior que o previsto. Impedir a flambagem - se a mola helicoidal comprimida envergar no sentido lateral, providenciar uma guia. Evitar o superaquecimento - providenciando refrigeração e troca da mola que mudou de coloração. Evitar desgaste não uniforme das pontas isso criaria um esforço adicional não previsto. Testar as molas nas revisões periódicas da máquina - fazê-lo num dispositivo que indique a relação entre o curso e o peso aplicado sobre a mola. Trocar a mola que enfraquecer. Evitar tentativas de consertar a mola quebrada esticando-a, é inútil. Somente em casos de quebra das pontas de molas muito pesadas, é possível consertá-las soldando-as com eletrodos de alto cromo. Quando uma emergência tornar indispensável a fabricação de uma mola, considerar o tipo de material e seu estado superficial; evitando marcas de ferramentas, riscos de matrizes de trefilação, incrustações, 9 SENAI CIMATEC® rugosidade excessiva e descarbonetação superficial. As molas helicoidais podem ser enroladas a frio até o diâmetro do arame de 13mm. 10 Elementos de Máquinas Mancais de Deslizamento 4 4. Mancais de Deslizamento São conjuntos destinados a suportar as solicitações de peso e rotação de eixos e árvores. No ponto de contato entre a superfície do eixo e a superfície do mancal ocorre atrito. Dependendo da solicitação de esforços, os mancais podem ser de deslizamento ou de rolamento. 4.1 rotação. São feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves. Mancais de Deslizamento: Os mancais de deslizamento, geralmente, são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito.(Figura 61) Figura 62. Mancal em corte 4.2 Classificação dos mancais de deslizamento: Pelo sentido das forças que suportam os mancais, classificam-se em: axiais, radiais e mistos. Axiais - Impedem o deslocamento na direção do eixo, isto é, absorvem esforços longitudinais.(Figura 63) Figura 61. Mancal de deslizamento Os usos de buchas e de lubrificantes permitem reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos ocos que envolvem os eixos, permitindo-lhes uma melhor Figura 63. Mancal axial Radiais - Impedem o deslocamento na direção do raio, isto é, absorvem esforços transversais.(Figura 64) SENAI CIMATEC® A Figura 66 mostra um caso para rotação alternada com respectivo detalhe para lubrificação. Figura 67. Mancal axial - rotação alternada Figura 64. Mancal radial MISTOS - Têm, simultaneamente, os efeitos dos mancais axiais e radiais.(Figura 65) 4.4 Mancal Inteiriço: Fabricado, geralmente, de ferro fundido e empregado como mancal auxiliar embuchado ou não.(Figura 68) Figura 68. Mancal inteiriço Figura 65. Mancal misto Formas construtivas dos mancais: Os mancais, em sua maioria, são constituídos por uma carcaça e uma bucha. A bucha pode ser dispensada em casos de pequena solicitação. 4.3 4.5 Mancal Ajustável: Fabricado de ferro fundido ou aço e embuchado, a bucha tem sempre forma que permite reajuste radial. Empregado, geralmente, em tornos e máquinas que devem funcionar com folga constante.(Figura 69) Mancal Axial: Feito de ferro fundido ou aço, tem como fator principal a forma da superfície que deve permitir uma excelente lubrificação. A figura abaixo mostra um mancal axial com rotação em sentido único e o detalhe dos espaços para lubrificação.(Figura 66) Figura 69. Mancal ajustável 4.6 Mancal Reto Bipartido: Feito de ferro fundido ou aço e embuchado com buchas de bronze ou casquilhos de metal antifricção. Empregado para exigências médias.(Figura 70) Figura 66. Mancal axial - rotação em sentido único 8 Elementos de Máquinas Figura 70. Mancal reto bipartido 4.7 Mancal a Gás: O gás (nitrogênio, ar comprimido, etc.) é introduzido através de furos radiais no mancal e mantém o eixo suspenso no furo. Isso permite altas velocidades e baixo atrito. Empregado em turbinas para esmerilhamento e outros equipamentos de alta velocidade. processo faz com que o óleo fique retido na porosidade do material e com o calor do trabalho venha à superfície cumprir sua função. O teflon é também autolubrificantes, porém é sua estrutura física que lhe confere essa propriedade. Um caso particular de bucha é o casquilho, que é resultante da adição de metais antifricção em um metal base. O casquilho pode ter a forma do furo do mancal, ou ainda a forma de fitas de metal enroladas para serem comprimidas nos alojamentos.(Figura 72) Figura 71. Mancal a gás Figura 72. Casquilho 4.8 Materiais para Bucha: Os materiais para bucha devem ter as seguintes propriedades: Baixo módulo de elasticidade, para facilitar a acomodação à forma do eixo; Baixa resistência ao cisalhamento, para facilitar o alisamento da superfície; Boa capacidade de absorver corpos estranhos para efeito de limpar a película lubrificante; Resistência à compressão, à fadiga, à temperatura de trabalho e a corrosão; Boa condutibilidade térmica; Coeficiente de dilatação semelhante ao do aço. Os materiais mais usados são: bronze fosforoso, bronze ao chumbo, latão, ligas de alumínio, metal antifricção, ligas de cobre sinterizado com adição de chumbo ou estanho ou grafite em pó, materiais plásticos como nylon e politetrafluretileno (teflon). Os sinterizados são autolubrificantes por serem mergulhados em óleo quente após sua fabricação. Este Figura 73. Fitas de metal enroladas 4.9 Formas Construtivas das Buchas: Uma bucha bem construída deve conter espaço (cuneiforme) adequado para atuação do lubrificante. São apresentadas, a seguir, as secções transversais mais comuns e suas aplicações. 4.10 Manutenção de Mancais: A tarefa de manutenção é eliminar os fatores que implicam desgaste prematuro dos mancais. De acordo com levantamentos feitos por várias entidades, os perigos de danificar os mancais distribuem-se em: 9 SENAI CIMATEC® Sujeira %. Falhas de lubrificação %. Montagem deficiente %. Desalinhamento %. Sobrecarga %. Corrosão %. Outros %. 43 a 45 10 a 15 13,5 10 a 13 8 a 9 4 a 5 4 a 5 Abaixo estão indicados alguns cuidados que se devem tomar quando da montagem dos mancais. Cuidados para Montagem de Mancais Bipartidos: Evite a inversão da posição do casquilho ou a troca do superior pelo inferior, pois pode obstruir a passagem de óleo. Evitar o rasqueteamento ou lixamento interno, para não prejudicar o acabamento e a forma, e evitar a incrustação de partículas estranhas. O aperto excessivo ou dimensionamento incorreto pode provocar uma deformação ou folga no casquilho.(Figura 74) Figura 74. Exemplo de aperto excessivo Folgas excessivas entre os pinos de guia e os furos ou mesmo a inversão da tampa podem provocar uma descentralização.(Figura 75) 10 Figura 75.Exemplo de folgas excessivas O alojamento do mancal pode estar fora da tolerância (dimensões, ovalização, etc.).(Figura 76) Figura 76. Exemplo de tolerância inadequada Cuidados para Montagem de Buchas sob Pressão: As buchas devem ter um ajuste r6 e montadas em furo H7 , para obter um ajuste forçado. O furo da bucha deve ter E6 ou F7, que ao ser comprimido na montagem, diminui para H6. Para facilitar à compressão a bucha deve ser chanfrada com um ângulo de 5 º e lubrificada. As buchas devem ser introduzidas nos mancais bem alinhadas com auxílio do dispositivo de arraste (Figura 77) ou mandril auxiliar na prensa. Deve-se evitar o uso do martelo. Elementos de Máquinas Figura 77.Introdução da bucha no mancal As buchas de metal sinterizado são comprimidas adequadamente com um mandril suporte para evitar empeno, rompimento da bucha e manter a medida do furo. O quadro abaixo apresenta os danos mais comuns nos mancais e suas causas. 11 Elementos de Máquinas Mancais de Rolamentos 5. Mancais de Rolamento Quando necessitar de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado. Os rolamentos são classificados em função dos seus elementos rolantes. Veja os principais tipos, a seguir.(Figura 78) 5 São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas. Os rolamentos de esfera compõemse de(Figura 79) Figura 79.Partes de um rolamento Figura 78.Tipos de elementos rolantes Os eixos das máquinas, geralmente, funcionam assentados em apoios. Quando um eixo gira dentro de um furo produz-se, entre a superfície do eixo e a superfície do furo, um fenômeno chamado atrito de escorregamento. Quando é necessário reduzir ainda mais o atrito de escorregamento, utilizamos um outro elemento de máquina, chamado rolamento. Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em conseqüência do atrito. O anel externo é fixado no mancal, enquanto que o anel interno é fixado diretamente ao eixo. As dimensões e características dos rolamentos são indicadas nas diferentes normas técnicas e nos catálogos de fabricantes.Ao examinar um catálogo de rolamentos, ou uma norma específica, você encontrará informações sobre as seguintes características: Características dos rolamentos:(Figura 80) D: diâmetro externo; d: diâmetro interno; R: raio de arredondamento; L: largura. SENAI CIMATEC® específica como: máquinas agrícolas, motores elétricos, máquinas, ferramentas, compressores, construção naval etc. Quanto aos elementos rolamentos podem ser: rolantes, os De esferas - os corpos rolantes são esferas. Apropriados para rotações mais elevadas.(Figura 82) Figura 80.Características de um rolamento Em geral, a normalização dos rolamentos é feita a partir do diâmetro interno d, isto é, a partir do diâmetro do eixo em que o rolamento é utilizado. Para cada diâmetro são definidas três séries de rolamentos: leve, média e pesada. As séries leves são usadas para cargas pequenas. Para cargas maiores, são usadas as séries média ou pesada. Os valores do diâmetro D e da largura L aumentam progressivamente em função dos aumentos das cargas. Os rolamentos classificam-se de acordo com as forças que eles suportam. Podem ser radiais, axiais e mistos. Radiais não suportam cargas axiais e impedem o deslocamento no sentido transversal ao eixo. (Figura 81(a)). Axiais - não podem ser submetidos a cargas radiais. Impedem o deslocamento no sentido axial, isto é, longitudinal ao eixo. (Figura 81(b)). Mistos - suportam tanto carga radial como axial. Impedem o deslocamento tanto no sentido transversal quanto no axial. (Figura 81(c)). Figura 81. Classificação dos rolamentos de acordo com as cargas Conforme a solicitação, apresentam uma infinidade de tipos para aplicação 8 Figura 82. Rolamentos de esferas De rolos - os corpos rolantes são formados de cilindros, rolos cônicos ou barriletes. Esses rolamentos suportam cargas maiores e devem ser usados em velocidades menores.(Figura 83) Figura 83. Rolamento de rolos De agulhas - os corpos rolantes são de pequeno diâmetro e grande comprimento. São recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado.(Figura 84) Figura 84. Rolamentos de agulhas Elementos de Máquinas Tabela 5 Vantagens e desvantagens dos rolamentos Vantagens Menor atrito e aquecimento Baixa exigência de lubrificação Intercambialidade internacional Não há desgaste do eixo Pequeno aumento da folga durante a vida útil 5.1 Tipos e Seleção: Os rolamentos são selecionados conforme: as medidas do eixo; o diâmetro interno (d); o diâmetro externo (D); a largura (L); o tipo de solicitação; o tipo de carga; nº de rotação. Com essas informações, consulta-se o catálogo do fabricante para identificar o rolamento desejado. 5.2 Desvantagens Maior sensibilidade aos choques Maiores custos de fabricação Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo. Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento Ocupa maior espaço radial Os Tipos de Rolamentos Os rolamentos podem ser de diversos tipos; fixo de uma carreira de esferas, de contato angular de uma carreira de esferas, autocompensador de esferas, de rolo cilíndrico, autocompensador de uma carreira de rolos, autocompensador de duas carreiras de rolos, de rolos cônicos, axial de esfera, axial autocompensador de rolos, de agulha e com proteção. Rolamento Fixo de uma Carreira de Esferas: É o mais comum dos rolamentos. Suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada. É necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa. Figura 85. Rolamento fixo de uma carreira de esferas Rolamento de Contato Angular de uma Carreira de Esferas: Admite cargas axiais somente em um sentido e deve sempre ser montado contra outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário.(Figura 86) Figura 86. Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Rolamento Autocompensador de Esferas: É um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.(Figura 87) Figura 87. Rolamento autocompensador de esferas SENAI CIMATEC® Rolamento de Rolo Cilíndrico: É apropriado para cargas radiais elevadas. Seus componentes são separáveis, o que facilita a montagem e desmontagem.(Figura 88) Figura 88.Rolamento de rolo cilíndrico Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas, existe uma distribuição uniforme da carga. Rolamento de rolos cônicos: Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido. Os anéis são separáveis. O anel interno e o externo podem ser montados separadamente. Como só admitem cargas axiais em um sentido, torna-se necessário montar os anéis aos pares, um contra o outro.(Figura 91) Rolamento Autocompensador de uma Carreira de Rolos: Seu emprego é particularmente indicado para construções em que se exige uma grande capacidade para suportar carga radial e a compensação de falhas de alinhamento.(Figura 89) Figura 91. Rolamento de rolos cônicos Rolamento axial de esferas: Ambos os tipos de rolamento axial de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, porém, não podem ser submetidos a cargas radiais. Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a atuação permanente de uma carga axial mínima.(Figura 92) Figura 89. Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos: É um rolamento adequado aos mais pesados serviços. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento.(Figura 90) Figura 92. Rolamentos de escora Rolamento Axial Autocompensador de Rolos: Possui grande capacidade de carga axial devido à disposição inclinada dos rolos. Também pode suportar consideráveis cargas radiais. A pista esférica do anel da caixa confere ao rolamento a propriedade de alinhamento angular, compensando Figura 90. Rolamentos autocompensador de duas carreiras de rolos 8 Elementos de Máquinas possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.(Figura 93) designação e informações como capacidade de carga, peso, etc. 5.4 Figura 93. Rolamento axial autocompensador de rolos Rolamento de Agulha: Possui uma seção transversal muito fina em comparação com os rolamentos de rolos comuns. É utilizado especialmente quando o espaço radial é limitado. 5.3 Designação dos Rolamentos: Cada rolamento métrico padronizado tem uma designação básica especifica que indica o tipo de rolamento e a correlação entre suas dimensões principais. Essas designações básicas compreendem 3, 4 ou 5 algarismos, ou uma combinação de letras e algarismos, que indicam o tipo de rolamento, as séries de dimensões e o diâmetro do furo, nesta ordem. Os símbolos para os tipos de rolamento e as séries de dimensões, junto com os possíveis sufixos indicando uma alteração na construção interna, designam uma série de rolamentos. A tabela a seguir mostra esquematicamente como o sistema de designação é constituído.Os algarismos entre parênteses indicam que embora eles possam ser incluídos na designação básica, são omitidos por razões práticas. Como no caso do rolamento de duas carreiras de esferas de contato angular onde o zero é omitido. Convém salientar que, para a aquisição de um rolamento, é necessário conhecer apenas as seguintes dimensões: o diâmetro externo, o diâmetro interno e a largura ou altura. Com esses dados, consulta-se o catálogo do fabricante para obter a Rolamentos Com Proteção: Em função das características de trabalho, os rolamentos, às vezes, precisam ser protegidos ou vedados. A proteção é feita por vários tipos de placas (ou blindagem) diferentes. Os principais tipos de placas são: Placa de proteção Z - é encaixada numa ranhura do anel externo e forma um vão estreito com um rebaixo na face lateral do anel interno. Placa de proteção LZ - o vão estreito é formado sem o rebaixo no anel interno A placa Z está sendo substituída pela LZ, mas os rolamentos continuarão sendo marcados com a mesma letra Z. Placa de vedação RS - é formada por uma lâmina de aço e um lábio de borracha sintética que toca o anel interno formando um vedador de contato. Resiste a temperaturas de 80°c. Placa de vedação RS1 -é um melhoramento da placa RS. Ela é feita de borracha nitrílica moldada sobre uma placa de reforço. Esta placa resiste a temperaturas na faixa de 20°C a +100°C. Placa de vedação RS2 - idêntica à RS1, porém feita com borracha fluoretada. Fato que permite o uso em temperaturas de -30°C a +180° C. As designações z e RS são colocadas à direita do número que identifica o rolamento e, quando acompanhadas do número 2, indicam proteção de ambos os lados. 5.5 Separadores ou Gaiolas: A função da gaiola no rolamento é manter os corpos rolantes espaçados corretamente e, no caso dos rolos, também guiá-los. As gaiolas são feitas de chapa de latão ou aço e prensadas, ou maciças e usinadas. O latão é o material geralmente usado em gaiolas usinadas, mas também são usados aço, ferro fundido nodular, náilon ou plástico fenólico. Os rolamentos com gaiolas prensadas podem ser usados na maioria das aplicações, pois têm um ótimo espaço para o lubrificante e resistem a altas temperaturas. 9 SENAI CIMATEC® Para funcionamento com freqüente mudança de direção, vibrações, altas rotações ou rápida aceleração usam-se rolamentos com gaiolas usinadas. As gaiolas feitas de náilon ou plásticas fenólico são usadas para altas rotações sem provocar com isso grandes ruídos. 5.6 Cuidados com os Rolamentos: Na troca de rolamentos, deve-se tomar muito cuidado, verificando sua procedência e seu código correto. Antes da instalação é preciso verificar cuidadosamente os catálogos dos fabricantes e das máquinas, seguindo as especificações recomendadas. Na montagem, entre outros, devem ser tomados os seguintes cuidados: Verificar se as dimensões do eixo e cubo estão corretas; Usar o lubrificante recomendado pelo fabricante; Remover rebarbas; No caso de reaproveitamento do rolamento, deve-se lavá-lo e lubrificá-lo imediatamente para evitar oxidação; Não usar estopa nas operações de limpeza; Trabalhar em ambiente livre de pó e umidade; Rolamento de agulhas. pequenos engripamentos de rolos ou esferas, causados por partículas estranhas ou falta de lubrificação. Desgaste por brinelamento – é caracterizado na fase inicial pelo aparecimento de canaletas nas pistas e é provocado por vibrações durante o transporte. Oxidação (ferrugem) – na fase inicial é caracterizada pelo aparecimento de nódoas regularmente espaçadas. Na fase final, é caracterizado por áreas descascadas eqüidistantes. É provocado pela condensação de unidade sobre áreas desprotegidas. Fadiga: A origem da fadiga está no deslocamento da peça, ao girar em falso. A peça se descasca, principalmente nos casos de carga excessiva. Descascamento parcial revela fadiga por desalinhamento, ovalização ou por conificação do alojamento. Falhas Mecânicas: O brinelamento é caracterizado por depressões correspondentes aos roletes ou esferas nas pistas do rolamento. Resulta de aplicação da pré-carga, sem girar o rolamento, ou da prensagem do rolamento com excesso de interferência. 5.7 Defeitos Comuns nos Rolamentos: Os defeitos comuns ocorrem por: Desgaste; Fadiga; Falhas mecânicas. Goivagem: Desgaste: É defeito semelhante ao anterior, mas provocado por partículas estranhas que ficam prensadas pelo rolete ou esfera nas pistas. O desgaste pode ser causado por: Sulcamento: Deficiência de lubrificação – além do aparecimento da folga exagerada é caracterizada pelo aspecto reluzente das superfícies. Presença de partículas abrasivas – além da remoção do material nas pistas, será notado desgastes mais pronunciado nas pontas dos rolos e nas gaiolas. Desgaste por patinação (girar em falso) – é caracterizado por sulcos no exterior do rolamento e é provocado por É provocado pela batida de uma ferramenta qualquer sobre a pista rolante. 10 Queima por corrente elétrica: É geralmente provocada pela passagem da corrente elétrica durante a soldagem. As pequenas áreas queimadas evoluem rapidamente com o uso do rolamento e provocam o deslocamento da pista rolante. As rachaduras e fraturas resultam, geralmente, de aperto excessivo do anel ou Elementos de Máquinas cone sobre o eixo. Podem, também, aparecer como resultado do girar do anel sobre o eixo, acompanhado de sobrecarga. O engripamento pode ocorrer devido a lubrificante muito espesso ou viscoso. Pode acontecer, também, por eliminação de folga nos roletes ou esferas por aperto excessivo. 5.8 Manutenção em Rolamentos: Para evitar paradas longas na produção, devido a problemas de rolamentos, é necessário ter certeza de que alguns desses rolamentos estejam disponíveis para troca. Para isso, é aconselhável conhecer com antecedência quais rolamentos são utilizados nas máquinas e as ferramentas especiais para sua montagem e desmontagem. Os rolamentos são cobertos por um protetor contra oxidação, antes de embalados. De preferência, devem ser guardados em local onde a temperatura ambiente seja constante (21ºC). Rolamentos com placa de proteção não deverão ser guardados por mais de 2 anos. Confira se os rolamentos estão em sua embalagem original, limpos, protegidos com óleo ou graxa e com papel parafinado. Nos rolamentos montados em máquinas deve-se verificar, regularmente, se sua parada pode causar problemas. Os rolamentos que não apresentam aplicações muito críticas, ou que não são muito solicitados, não precisam de atenção especial. Na rotina de verificação são usados os seguintes procedimentos: ouvir,sentir, observar. Para ouvir o funcionamento do rolamento usa-se um bastão de madeira, uma chave de fenda ou objetos similares o mais próximo possível do rolamento. Coloca-se o ouvido junto à outra extremidade do objeto. Se o ruído for suave porque o rolamento está em bom estado. Se o ruído for uniforme, mas apresentar um som metálico é necessário lubrificar o rolamento. Atualmente, existem analisadores de vibração que permite identificar a folga e a intensidade da vibração do rolamento. Com a mão, verifica-se a temperatura. Se ela estiver mais alta que o normal, algo está errado: falta ou excesso de lubrificação, sujeira, sobrecarga, fadiga, folga, pressão ou calor nos retentores, vindos de uma fonte externa. Mas é preciso lembrar que logo após a lubrificação é normal ocorrer um aumento da temperatura, que pode durar de um a dois dias. Atualmente, existe um termômetro industrial para medir temperatura. Pela observação, pode-se verificar se há vazamento de lubrificante através dos vedadores ou de bujões. Geralmente, sujeiras mudam a cor do lubrificante, tornando-o mais escuro. Nesse caso, é preciso trocar os vedadores e o óleo.Quando o sistema de lubrificação for automático deve-se verificar, regularmente, seu funcionamento. Lubrificação: Com graxa - A lubrificação deve seguir as especificações do fabricante da máquina ou equipamento. Na troca de graxa, é preciso limpar a engraxadeira antes de colocar graxa nova. As tampas devem ser retiradas para limpeza. Se as caixas dos rolamentos tiverem engraxadeira, deve-se retirar toda a graxa e lavar todos os componentes. Com óleo - Olhar o nível do óleo e completálo quando for necessário. Verificar se o respiro está limpo. Sempre que for trocar o óleo, o óleo velho deve ser completamente drenado e todo o conjunto lavado com o óleo novo. Na lubrificação em banho, geralmente se faz a troca a cada ano quando a temperatura atinge, no máximo, 50ºC e sem contaminação; acima de 100ºC, quatro vezes ao ano; acima de 120ºC, uma vez por mês; acima de 130ºC, uma vez por semana, ou a critério do fabricante (Figura 93). Figura 94. Limpeza e Lubrificação Manutenção na Máquina Parada: 11 SENAI CIMATEC® Comece a operação de inspeção, deixando a área de trabalho o mais limpo e seca possível. Estude o desenho da máquina antes de trocar o rolamento. Limpe as partes externas e anote a seqüência de retirada dos componentes e as posições da máquina. Tenha cuidado ao remover os vedadores, para não forçá-los muito. Verifique todos os componentes do conjunto. Verifique o lubrificante. Observe se existem impurezas. Assegure-se de que não haverá penetração de sujeira e umidade, depois da retirada dos vedadores e das tampas. Proteja o conjunto com papel parafinado, plástico ou algum material similar. Evite o uso de estopa. Quando for possível, lave o rolamento montado no conjunto, evitando desmontá-lo. Use um pincel molhado com querosene e seque com um pano bem limpo, seco e sem fiapos. Não lave rolamentos blindados com duas placas de proteção.Se os rolamentos estão em perfeitas condições de uso, deve-se relubrificar de acordo com as especificações do fabricante da máquina. Monte cuidadosamente os vedadores e as tampas. 5.9 5.10 Representações de Rolamentos nos Desenhos Técnicos: Os rolamentos podem ser apresentados de duas maneiras nos desenhos técnicos: simplificada e simbólica. Observe, com atenção, cada tipo de representação. Observe novamente as representações simbólicas dos rolamentos e repare que a mesma representação simbólica pode ser indicativa de tipos diferentes de rolamentos. Quando for necessário, a vista frontal do rolamento também pode ser desenhada em representação simplificada ou simbólica.(Figura 95) Vida Útil do Rolamento: Entende-se por duração de vida de um rolamento o número de rotações que é alcançado por 90% dos rolamentos, antes que se apresentem fenômenos de fadiga perceptíveis. Dois são os fatores que determinam a vida útil de um rolamento: as condições de serviço e o fator de desgaste (f v) em função dessas condições. O número de rotações é transformado em tempo de funcionamento e pode ser obtido através do diagrama da duração 12 do rolamento (Figura 146). No diagrama, a curva A indica as condições de mínimo desgaste e a curva B indica as condições de máximo desgaste. O espaço entre ambas as curvas está dividido em dez campos, de a até k, nos quais as condições de serviço pioram gradativamente. Para obter o tempo de vida do rolamento, consulta-se a tabela da Figura 147 para encontrar o fator de desgaste (fv). Em seguida, consulta-se o diagrama e tem-se o tempo de funcionamento em horas. Figura 95. Representação técnicas de rolamentos Elementos de Máquinas Elementos de Transmissão 6 6. Elementos de Transmissão Os principais elementos de máquina utilizados para transmissão de movimento são: correia, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço. Com esses elementos são montados sistemas de transmissão que transferem potência e movimento a outro sistema. Na figura abaixo, a polia condutora transmite energia e movimento à polia conduzida.(Figura 96) Figura 97. Sistemas de transmissão por engrenagem Figura 96. Sistema de transmissão Seja qual for o tipo de variador, sua função está ligada a eixos. A transmissão de força e movimento pode ser pela forma e por atrito. A transmissão pela forma é assim chamada porque a forma dos elementos transmissores é adequada para encaixamento desses elementos entre si. Essa maneira de transmissão é a mais usada, principalmente com os elementos chavetados, eixos-árvore entalhados e eixosárvore estriados.(Figura 98) Os sistemas de transmissão podem, também, variar as rotações entre dois eixos. Nesse caso, o sistema de rotação é chamado variador. As maneiras de variar a rotação de um eixo podem ser: Por engrenagens; Por correias; Por atrito. Veja um exemplo de um variador por engrenagens acionado por um motor elétrico.(Figura 97) Figura 98. Transmissão por forma A transmissão por atrito possibilita uma boa centralização das peças ligadas aos eixos. Entretanto, não possibilita transmissão de SENAI CIMATEC® grandes esforços quanto os transmitidos pela forma. Os principais elementos de transmissão por atrito são os elementos anelares e arruelas estreladas.(Figura 99) por meio de pressão, de chaveta ou de parafuso.(Figura 101) Figura 99.Transmissão por atrito Figura 101. Transmissão por correias Esses elementos constituem-se de dois anéis cônicos apertados entre si e que atuam ao mesmo tempo sobre o eixo e o cubo.(Figura 100) Correntes: São elementos de transmissão, geralmente metálicos, constituídos de uma série de anéis ou elos. Existem vários tipos de corrente e cada tipo tem uma aplicação específica.(Figura 102) Figura 100. Transmissão por atrito Figura 102. Transmissão por correntes As arruelas estreladas possibilitam grande rigor de movimento axial (dos eixos) e radial (dos raios). As arruelas são apertadas por meio de parafusos que forçam a arruela contra o eixo e o cubo ao mesmo tempo. Engrenagens: Também conhecidas como rodas dentadas, as engrenagens são elementos de máquina usados na transmissão entre eixos. Existem vários tipos de engrenagem.( Figura 103) 6.1 Descrição de alguns elementos de transmissão Apresentamos, a seguir, uma breve descrição dos principais elementos de máquina de transmissão: correias, correntes, engrenagens, rodas de atrito, roscas, cabos de aço e acoplamento. Correias: São elementos de máquina que transmitem movimento de rotação entre eixos por intermédio das polias. As correias podem ser contínuas ou com emendas. As polias são cilíndricas, fabricadas em diversos materiais. Podem ser fixadas aos eixos 8 Figura 103. Transmissão por engrenagem Elementos de Máquinas Rodas de Atrito: São elementos de máquinas que transmitem movimento por atrito entre dois eixos paralelos ou que se cruzam.(Figura 104) movimento de rotação entre dois eixos ou eixos-árvores.(Figura 106) Figura 106. Sistema de Transmissão por acoplamento 6.2 Figura 104. Transmissão por atrito Roscas: São saliências de perfil constante, em forma de hélice (helicoidal). As roscas se movimentam de modo uniforme, externa ou internamente, ao redor de uma superfície cilíndrica ou cônica. As saliências são denominadas filetes. Existem roscas de transporte ou movimento que transformam o movimento giratório num movimento longitudinal. Essas roscas são usadas, normalmente, em tornos e prensas, principalmente quando são freqüentes as montagens e desmontagens. Cabos de Aço: São elementos de máquinas feitos de arame trefilado a frio. Inicialmente, o arame é enrolado de modo a formar pernas. Depois as pernas são enroladas em espirais em torno de um elemento central, chamado núcleo ou alma.(Figura - 105) EIXOS E ÁRVORES: As máquinas contam com um dos principais elementos de sua estrutura física: eixos e árvores, que podem ter perfis lisos ou compostos, em que são montadas as engrenagens, polias, rolamentos, volantes, manípulos etc. Os eixos e as árvores podem ser fixos ou giratórios e sustentam os elementos de máquina. Define-se árvore como elemento que gira transmitindo potência submetida principalmente a esforços de torção e flexão.(Figura 107) Figura 107. Árvores Eixo é um elemento fixo ou não que suporta rodas dentadas, polias,etc., estando sujeito principalmente a esforços de flexão.No caso dos eixos fixos, os elementos (engrenagens com buchas, polias sobre rolamentos e volantes) é que giram.(Figura 108) Figura - 105 Transmissão por cabos de aço Acoplamento: mecânico que É um transmite conjunto força, e 9 SENAI CIMATEC® Tipos e Características de Árvores: Figura 108. Exemplo de eixos Conforme suas funções, uma árvore pode ser de engrenagens (em que são montados mancais e rolamentos) ou de manivelas, que transforma movimentos circulares em movimentos retilíneos. Para suporte de forças radiais, usam-se espigas retas, cônicas, de colar, de manivela e esféricas. As forças axiais têm direção perpendicular (90º) à seção transversal do eixo, enquanto as forças radiais têm direção tangente ou paralela à seção transversal do eixo.(Figura 110) Quando se trata de eixo-árvore giratório, o eixo se movimenta juntamente com seus elementos ou independentemente deles como, por exemplo, (eixos de um esmeril), rodas de trole (trilhos), eixos de máquinasferramenta, eixos sobre mancais, etc.(Figura 109) Figura 109. Eixos Os eixos e árvores são fabricados em aço ou ligas de aço, pois os materiais metálicos apresentam melhores propriedades mecânicas do que os outros materiais. Por isso, são mais adequados para a fabricação de elementos de transmissão: Eixos com pequena solicitação mecânica são fabricados em aço ao carbono; Eixo-árvore de máquinas e automóveis são fabricados em aço-níquel; Eixo-árvore para altas rotações ou para bombas e turbinas são fabricados em aço cromo-níquel; Eixos para vagões são fabricados em aço-manganês. Quando os eixos e árvores têm finalidades específicas, podem ser fabricado em cobre, alumínio, latão. Portanto, o material de fabricação varia de acordo com a função dos eixos e árvores. 10 Figura 110. Cargas axiais e radiais Tipos de Eixos: Quanto ao tipo, os eixos podem ser roscados, ranhurados, estriados, maciços, vazados, flexíveis, cônicos, cujas características estão descritas a seguir. Eixos maciços: A maioria dos eixos maciços tem seção transversal circular maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. A extremidade do eixo é chanfrada para evitar rebarbas. As arestas são arredondadas para aliviar a concentração de esforços.(Figura 111) Figura 111. Eixos maciços Elementos de Máquinas Eixos vazados: Normalmente, as máquinas-ferramenta possuem o eixoárvore vazado para facilitar a fixação de peças mais longas para a usinagem. Temos ainda os eixos vazados empregados nos motores de avião, por serem mais leves.(Figura 112) circunferência. Essas ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes de peças que serão montadas no eixo. Os eixos ranhurados são utilizados para transmitir grande força.(Figura 115) Figura 115. Eixos-árvores ranhurados Figura 112. eixos vazados Eixos cônicos: Os eixos cônicos devem ser ajustados a um componente que possua um furo de encaixe cônico. A parte que se ajusta tem um formato cônico e é firmemente presa por uma porca. Uma chaveta é utilizada para evitar a rotação relativa.(Figura 113) Eixos-árvore estriados: Assim como os eixos cônicos, como chavetas, caracterizamse por garantir uma boa concentricidade com boa fixação, os eixos-árvore estriados também são utilizados para evitar rotação relativa em barras de direção de automóveis, alavancas de máquinas etc.(Figura 116) Figura 116. Eixo estriado Figura 113. Eixos cônicos Eixos roscados: Esse tipo de eixo é composto de rebaixos e furos roscados, o que permite sua utilização como elemento de transmissão e também como eixo prolongador utilizado na fixação de rebolos para retificação interna e de ferramentas para usinagem de furos.(Figura 114) Eixos-árvore flexíveis: Consistem em uma série de camadas de arame de aço enroladas alternadamente em sentidos opostos e apertadas fortemente. O conjunto é protegido por um tubo flexível e a união com o motor é feita mediante uma braçadeira especial com uma rosca. São eixos empregados para transmitir movimento a ferramentas portáteis (roda de afiar), e adequados a forças não muito grandes e altas velocidades (cabo de velocímetro).(Figura 117) Figura 114. Eixos roscados Eixos-árvore ranhurados: Esse tipo de eixo apresenta uma série de ranhuras longitudinais em torno de sua Figura 117. Eixos flexíveis Manutenção dos Eixos e Árvores: 11 SENAI CIMATEC® A especificação do eixo ou da árvore é feita pelo projetista da máquina que deve considerar vários fatores, tais como: carga, operação, material, dimensionamento, tratamento térmico. Acabamento superficial e tolerâncias. O projetista deve observar ainda que um eixo é um elemento elástico e pode expandir e contrair devido às mudanças de temperatura. Durante a usinagem de um eixo ou árvore devem se observar as tolerâncias dimensionais, as tolerâncias de forma tais como ovalização, conicidade e excentricidade, além do estado superficial, rebarbas raios e as posições dos furos para lubrificação. Durante a montagem o fator mais importante a ser observado é o perfeito alinhamento do eixo ou da árvore, pois o desalinhamento provoca uma rápida quebra por fadiga. Na montagem de retentores, deve-se observar a posição e dimensões a fim de evitar vazamento de óleo ou sulcos no eixo. Em gaxetas, o aperto deve ser o suficiente para não provocar superaquecimento. A limpeza é fundamental para evitar o desgaste por abrasão provocado pela sujeira, e não devem ser esquecidos os cuidados com lubrificação. 6.3 Polias e Correias: Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as correias e as polias. As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens: Possui baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso; São flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros. a um cubo de roda mediante disco ou braços.(Figura 118) Figura 118. Exemplo de transmissão por polias e correias 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. Polias planas: As polias planas podem apresentar dois formatos na sua superfície de contato. Segundo a norma DIN 111 essa superfície pode ser plana ou abaulada. A polia com superfície plana conserva melhor as correias e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias. Figura - 119 Exemplo de polias planas O acabamento superficial deve ficar entre quatro e dez milésimos de milímetro. Quando a velocidade da correia supera 25 m/s é necessário equilibrar estática e dinamicamente as polias. As polias apresentam braços a partir de 200 mm de diâmetro. Abaixo desse valor, a coroa é ligada ao cubo por meio de discos.(Figura 120) Polias: As polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo do motor e pelas correias.Uma polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se enrola a correia. A face é ligada 12 Figura 120. Exemplo de polias trapezoidais A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a correia se assenta apresenta a forma de trapézio. As polias Elementos de Máquinas trapezoidais devem ser providas de canaletas (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada. Essas dimensões são obtidas a partir de consultas em tabelas. Vamos ver um exemplo que pode explicar como consultar tabela. Imaginemos que se vai executar um projeto de fabricação de polia, cujo diâmetro é de 250 mm, perfil padrão da correia C e ângulo do canal de 34º. Como determinar as demais dimensões da polia? Com os dados conhecidos, consultamos (a tabela 06) e vamos encontrar essas dimensões:(Tabela 6) Perfil padrão da correia: C Diâmetro externo da polia: ...........250 mm Ângulo do canal:...................................34º T:.................................................15,25 mm S:....................................................25,5mm W:...................................................22,5mm Y:.........................................................4mm Z:........................................................3 mm H:.......................................................22mm K:.....................................................9,5 mm U = R:...............................................1,5mm X:...................................................8,25 mm Tabela 6 Dimensões normalizadas para polias em "V" O perfil dos canais das polias em V deve ter as medidas corretas para que haja um alojamento adequado da correia no canal. A correia não deve ultrapassar a linha do diâmetro externo da polia e nem tocar no fundo do canal, o que anularia o efeito de cunha.(Figura 121) Figura 121. Posição correta de montagem das correias trapezoidais 13 SENAI CIMATEC® 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 polias são utilizadas como sinônimos.(Figura 122) Figura 122. Exemplos de outros tipos de polias No quadro da próxima página, observe, com atenção, alguns exemplos de polias, ao lado, a forma como são representadas em desenho.técnico.(Tabela 7) 8 SENAI CIMATEC® Tabela 7 Tipos de polias e suas representações Material das Polias: Os materiais que se empregam para a construção das polias são ferro fundido (o mais utilizado), aços, ligas leves e 8 materiais sintéticos. A superfície da polia não deve apresentar porosidade, pois, do contrário, a correia irá se desgastar rapidamente. Elementos de Máquinas Correias: 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 é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para suportar as forças de tração.(Figura 123) Outra correia utilizada é a correia dentada, para casos em que não se pode ter nenhum deslizamento, como no comando de válvulas do automóvel.(Figura 125) Figura 125. Correia dentada Material das Correias: Figura 123. Correia em "V" O emprego da correia trapezoidal ou em “V” é preferível ao da correia plana porque, praticamente não apresenta deslizamento. Permite o uso de polias bem próximas. Eliminam os ruídos e os choques, típicos das correias emendadas (planas). Relação de transmissão até 10:1. Permite uma boa proximidade entre eixos. A pressão nos flancos, em conseqüência do efeito de cunha, triplica em relação à correia plana. Partida com menor tensão prévia que a correia plana. Menor carga sobre os mancais que a correia plana. Emprego de até doze correias numa mesma polia. Existem vários perfis padronizados de correias trapezoidais.(Figura 124) Couro de boi – recebe emendas, suporta bem os esforços e é bastante elástica; Material fibroso e sintético – não recebe emendas (correia sem-fim), própria para forças sem oscilações, para polia de pequeno diâmetro. Tem por material base o algodão, o pêlo de camelo, viscose, o perlon e o náilon; Materiais combinado, couro e sintético esse tipo de correia possui a face interna feita de couro curtido ao cromo e a externa de material sintético (perlon). Essa combinação produz uma correia com excelente flexibilidade, capaz de transmitir grandes potências. Transmissão: Na transmissão por polias e correias, a polia que transmite movimento e força é chamada polia motora ou condutora. A polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida. A maneira como a correia é colocada determina o sentido de rotação das polias. Assim, temos: Sentido direto de rotação – a correia fica reta e as polias têm o mesmo sentido de rotação.(Figura 126) Figura 124. Perfil das correias em "V" 131 SENAI CIMATEC® O tamanho da superfície de atrito é determinado pela largura da correia e pelo ângulo de abraçamento ou contato (α) (Figura 129) que deve ser o maior possível e calculase pela seguinte fórmula.(Equação 9) Equação 9. Cálculo da superfície de atrito Figura 126. Sentido direto de rotação   180º  60.D2  D1  L Sentido de rotação inverso – a correia fica cruzada e o sentido de rotação das polias inverte-se.(Figura 127) Figura 127. Sentido de rotação inverso Figura 129. Relação de transmissão Para obter um bom ângulo de abraçamento é necessário que:(Figura 129) A relação de transmissão i não ultrapasse 6:1; A distância entre eixos não seja menor que 1,2 (D1 + D2). Figura 128. Transmissão de rotação entre eixos não paralelos Transmissão por correia plana: Essa maneira de transmissão de potência se dá por meio do atrito que pode ser simples quando existe somente uma polia motora e uma polia movida, ou múltipla, quando existem polias intermediárias com diâmetros diferentes. A correia plana, quando em serviço desliza e, portanto não transmite integralmente a potência. A velocidade periférica da polia movida é, na prática, sempre menor que a da polia motora. O deslizamento depende da carga, da velocidade periférica, do tamanho da superfície de atrito e do material da correia e das polias. 132 No acionamento simples, a polia motriz e a movida giram no mesmo sentido. No acionamento cruzado as polias giram em sentidos contrários e permitem ângulos de abraçamento maiores, porém o desgaste da correia é maior. Relação de Transmissão: Na transmissão por polias e correias, para que o funcionamento seja perfeito, é necessário obedecer alguns limites em relação ao diâmetro das polias e o número de voltas pela unidade de tempo. Para estabelecer esses limites precisamos estudar as relações de transmissão. Costumamos usar a letra i para representar a relação de transmissão. Ela é a relação entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus diâmetros. Elementos de Máquinas A velocidade tangencial (V) é a mesma para as duas polias, e é calculada pela fórmula.(Equação 10) do motor sobre as guias ou por sistema basculante (Figura 129 (b)). Equação 10. Cálculo da velocidade tangencial V = π . D. n Como as duas velocidades são iguais, temos: V1 = V2 => π. D1 . n1 = π . D2 . n2 Figura 130. Tensionador de correias D1 . n1 = D2 . n2 ou n1/n2 = D2/D1 Procedimentos em Manutenção com Correias e Polias: A correia é importante para a máquina. Quando mal aplicada ou frouxa, provoca a perda de velocidade e de eficiência da máquina; quando esticada demais, há quebra dos eixos ou desgaste rápido dos mancais. As polias devem ter uma construção rigorosa quanto à concentricidade dos diâmetros externos e do furo, quanto a perpendicularidade entre as faces de apoio e os eixos dos flancos, e quanto ao balanceamento, para que não provoquem danos nos mancais e eixos. Os defeitos construtivos das polias também influem negativamente na posição de montagem do conjunto de transmissão. Defeitos Comuns nas Correias Planas: Rachaduras no couro e deslocamento das camadas. Causados por espessura muito grossa da correia para o diâmetro da polia menor; Queda freqüente das correias. Causada por polias mal alinhadas ou tensão insuficiente nas correias; Polimento dos aros das polias. Causado por deslizamento das correias devido a uma tensão insuficiente. Instalação de Transmissões por Correias em V e suas Polias: Para boa eficiência (96%) e durabilidade (mínima um ano), as transmissões por correias devem obedecer às seguintes recomendações: As polias acionadas e acionadoras devem ser perfeitamente alinhadas e seus eixos devem estar paralelos. O esticador deve ter um “jogo” suficiente para que as correias possam ser colocadas na polias sem serem forçadas. Os canais das polias devem estar livres de rebarbas, porosidade e outros defeitos. Portanto: Equação 11. Cálculo da relação de transmissão 1/n2 = D2/D1 Onde: D1 = diâmetro da polia menor; D2 = diâmetro da polia maior; n1 = número de rotações por minuto (rpm) da polia menor; n2 = número de rotações por minuto (rpm) da polia maior. Na transmissão por correia plana, a relação de transmissão (i) não deve ser maior do que 6 (seis), e na transmissão por correia trapezoidal esse valor não deve ser maior do que 10 (dez). A transmissão por correia dentada permite uma transmissão de força sem deslizamento. Para a especificação das polias e correias dentadas, deve-se mencionar o comprimento da correia ou o número de sulcos da polia, o passo dos dentes e a largura. A relação de transmissão (i) é dada por: i = nº de sulcos da polia maior / nº de sulcos da polia menor Tensionador ou Esticador: Quando a relação de transmissão supera 6:1, é necessário aumentar o ângulo de abraçamento da polia menor. Para ajustar as correias nas polias, mantendo tensão correta, utiliza-se o tensionador ou esticador de correia, acionado por mola ou por peso (Figura 130(a)). A tensão da correia pode ser controlada também pelo deslocamento 133 SENAI CIMATEC® Os canais e correias em V devem estar livres de impurezas, especialmente de lubrificantes, tanto na hora da primeira colocação, como durante o serviço. O conjunto de transmissão deve ser protegido contra os respingos de óleo, caídos de corpos estranhos, e contra cortes e machucaduras. Todas as correias em V do jogo devem enquadrar-se nas tolerâncias de comprimento, ter a mesma procedência e a mesma data de aquisição. Se uma delas tiver outro comprimento ou receber tensão diferente, poderá torcer durante o trabalho, ou pular fora da sua canaleta. A tensão deve ser ajustada de acordo com o manual da máquina. As polias planas que trabalham numa transmissão por correias em V não devem ter coroamento (abaulamento). Defeitos Comuns nas Correias em V: Correia deteriorada ou pastosa. Esse defeito é provocado por contato entre a correia com o óleo lubrificante ou óleo solúvel. Nesse caso, deve-se proteger melhor a correia. Se o contato com óleo for inevitável, usá-lo com inibidores. Deterioração ou desgaste excessivo das laterais das correias. Esses defeitos podem ser causados por correia frouxa ou sobrecarregada ou, ainda, pela presença de abrasivo ou ferrugem. Em caso de correia frouxa, elimina-se o problema com a aplicação do esticador. Quando a correia está sobrecarregada, não se deve aplicar o esticador, pois provocaria a quebra do eixo da polia ou o desgaste excessivo dos mancais. Deve-se, nesse caso, recalcular a solicitação com auxílio do manual ou catálogo do fabricante. Pode-se, ainda, verificar se há a possibilidade de aumentar a secção ou o número das correias. Quando há a presença de abrasivo ou ferrugem na correia, deve-se protegê-la melhor. Rupturas nas laterais da polia. São provocadas, geralmente, por ângulo errado das canaletas nas polias ou por diâmetros pequenos demais. Deve-se, nessa situação, medir os diâmetros e corrigir o defeito. 134 Rachaduras na base da correia. São provocadas, provavelmente, por ressecamento da correia devido a um longo período de armazenamento ou devido a elevação da temperatura de trabalho. Deterioração da base da correia. É provocada pelo desgaste excessivo das canaletas. A correia está apoiada na base e patina, queimando-se aos poucos. Nesse caso, deve-se consertar ou trocar a polia. Distorção da correia ou ruptura de cordonéis. Podem ser provocadas pela colocação da correia sem afrouxar o esticador, forçando-a sobre a quina da canaleta. Podem ser provocadas, também, por correia frouxa que se torce até quebrar os cordonéis. Ruptura da correia. Quando se rompe uma correia velha, a causa é fadiga ou desgaste excessivo. Quando se rompe uma correia nova, a causa é sobrecarga ou excesso de tensão. Manutenção de Correias em V: Além de manter as correias limpas (a seco), outros cuidados periódicos devem ser tomados: Entre as primeiras dez e cinqüenta horas de serviço das correias novas, deve-se verificar a tensão e ajustar o esticador de acordo com especificações técnicas. Nesse período, as correias sofrem maior esticamento. Fazer a verificação de tensão de correias em V nas revisões de cem horas. Nas revisões de cem horas, observar o desgaste das correias e polias. No caso de correias novas tocarem no fundo do canal, as polias devem ser consertadas (repassar no torno se isso não prejudicar o número de rotações em demasia) ou substituídas. Cuidar para que o protetor das correias não seja removido. Não existe conserto para correia em V estragada. Precauções na Manutenção de Correias em V: Nunca trocar uma só correia num jogo. Se uma se quebrar ou for danificada, todas as correias devem ser trocadas. Nunca misturar, em um jogo, correias de marcas diferentes. Indicar, no pedido de compra, que se trata de jogo que trabalhará em paralelo. Verificar se os comprimentos das correias enquadram-se nas tolerâncias. Elementos de Máquinas Manutenção das Correias Dentadas: Na instalação de correias dentadas não se deve forçá-las nem empurrá-las sobre os flanges das polias. Em geral, uma redução na distância entre centros ou alivio da tensão da polia esticadora permitem que a correia seja instalada facilmente. Caso contrário, uma ou ambas as polias devem ser removidas. O alinhamento das polias deve ser verificado com esquadro e régua para garantir que esteja adequado (Figura 130). Em transmissões com distâncias entre centros muito grandes, dada a tendência de a correia operar encostada ao flange, é muitas vezes recomendável recuar levemente a polia acionada para compensar qualquer diferença. Este procedimento vale também para correias planas e em V. A firmeza da estrutura que suporta as polias é importante, pois variações na distância entre centros e folga na correia resultam no desencaixe dos dentes, principalmente na partida.(Figura 131) Figura 132. Transmissão por 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. A transmissão por correntes, normalmente, é utilizada quando não se podem usar correias por causa da umidade, vapores, óleos, etc. É ainda muito utilizada para transmissões entre eixos próximos, substituindo trens de engrenagens intermediárias. O rendimento da transmissão de força e de movimento vai depender diretamente da posição das engrenagens e do sentido da rotação. 6.5 Transmissão: A transmissão ocorre por meio do acoplamento dos elos da corrente com os dentes da engrenagem. A junção desses elementos gera uma pequena oscilação durante o movimento.(Figura 133) Figura 131. Verificação do alinhamento das polias 6.4 Correntes: Conceito: Um ou vários eixos podem ser acionados através de corrente. A transmissão de potência é feita pela forma através do engrenamento entre os dentes da engrenagem e os elos da corrente; não ocorre o deslizamento.(Figura 132) Figura 133. Transmissão por correntes Algumas situações determinam a utilização de dispositivos especiais para reduzir essa oscilação, aumentando, conseqüentemente, a velocidade de transmissão. Veja alguns casos. Grandes choques periódicos - devido à velocidade tangencial, ocorre intensa 135 SENAI CIMATEC® oscilação que pode ser reduzida por amortecedores especiais. Grandes distâncias - quando é grande a distância entre os eixos de transmissão, a corrente fica “com barriga”. Esse problema pode ser reduzido por meio de apoios ou guias. Grandes folgas - usa-se um dispositivo chamado esticador ou tensor quando existe uma folga excessiva na corrente. O esticador ajuda a melhorar o contato das engrenagens com a corrente.(Figura 134) O fechamento das correntes de rolo pode ser feito por cupilhas ou travas elásticas, conforme o caso. Essas correntes são utilizadas em casos em que é necessária a aplicação de grandes esforços para baixa velocidade como, por exemplo, na movimentação de rolos para esteiras transportadoras.(Figura 136) Figura 136. Fechamento de correntes de rolos Várias correntes podem ser ligadas em paralelo, formando correntes múltiplas (Figura 137); podem ser montadas até oito correntes em paralelo. Figura 134. Tensor para correntes 6.6 Tipos de Correntes: Correntes de rolo simples, dupla e tripla - fabricadas em aço temperado, as correntes de rolo são constituídas de pinos, talas externa e interna, bucha remachada na tala interna. Os rolos ficam sobre as buchas.(Figura 135) Figura 137. Correntes múltiplas Corrente de Bucha: Essa corrente não tem rolo, por isso os pinos e as buchas são feitos com diâmetros maiores, conferindo mais resistência a esse tipo de corrente que a corrente de rolo. Entretanto, a corrente de bucha se desgasta mais rapidamente e provoca mais ruído. Figura 135. Correntes de rolos 136 Elementos de Máquinas Seus elos são fundidos na forma de corrente e os pinos são feitos de aço. Corrente de Elos Livres: Esta é uma corrente especial usada para transportadores e, em alguns casos, pode ser usada em transmissões. Sua característica principal é a facilidade de retirar-se qualquer elo, sendo apenas necessário suspendê-lo. É conhecida por “link chain”.(Figura 140) Figura 138. Corrente de buchas Corrente de Dentes: Nesse tipo de corrente há, sobre cada pino articulado, várias talas dispostas uma ao lado da outra, onde cada segunda tala pertence ao próximo elo da corrente. Dessa maneira, podem ser construídas correntes bem largas e muito resistentes. Além disso, mesmo com o desgaste, o passo fica, o de elo a elo vizinho, igual, pois entre eles não há diferença. Esta corrente permite transmitir rotações superiores às permitidas nas correntes de rolos. É conhecida como corrente silenciosa.(Figura 139) Figura 140. Corrente de elos livres Correntes Gall e de Aço Redondo: Utilizadas para o transporte de carga, são próprias para velocidade baixa e grande capacidade de carga.(Figura 141) Figura 141. Correntes Gall e de aço redondo Corrente Comum: Conhecida também por cadeia de elos. Possui os elos formados de vergalhões redondos soldados, podendo ter um vergalhão transversal para esforço. É usada em talhas manuais, transportadores e em uma infinidade de aplicações.(Figura 142) Figura 139.Correntes de dentes Corrente de Articulação Desmontável: Esse tipo de corrente é usado em veículos para trabalho pesado, como em máquinas agrícolas, com pequena velocidade tangencial. Figura 142. Correntes comuns ou cadeias de elos Corrente de Blocos: É uma corrente parecida com a corrente de rolos, mas, cada par de rolos, com seus elos, forma um sólido 137 SENAI CIMATEC® bloco. É usada nos transportadores e os blocos formam base de apoio para os dispositivos usados para transporte.(Figura 143) Figura 144. Engrenagens para correntes Engrenagem para Correntes de Dentes: Figura 143. Correntes comuns ou cadeia de elos Fabricação das Correntes: As talas são estampadas de fitas de aço. Os rolos e as buchas são repuxados de chapas de aço ou enrolados de fitas de aço. Os pinos são cortados de arames de aço. As peças prontas são, separadamente, beneficiadas ou temperadas para aproximadamente 60 Rockwell. Engrenagens para Correntes: As engrenagens para correntes têm como medidas principais o número de dentes (Z), o passo (p) e o diâmetro (d). O passo é igual à corda medida sobre o diâmetro primitivo desde o centro de um vão ao centro do vão consecutivo, porque a corrente se aplica sobre a roda em forma poligonal. O perfil dos dentes corresponde ao diâmetro dos rolos da corrente e para que haja facilidade no engrenamento, as laterais dos dentes são afiladas e 10% mais estreitas que a corrente. Algumas rodas possuem o perfil modificado para compensar o alargamento produzido pelo desgaste. Os dentes são formados de tal modo que os rolos colocados entre eles tenham folga no flanco da frente e no flanco de trás.(Figura 144) 138 As engrenagens para correntes de dentes têm dentes de flancos retos (sem evolvente). O ângulo entre os flancos, sobre os quais se apóia um elo de corrente, compreende 60º. Os flancos dos dentes dos elos da corrente devem ser um pouco abaulados para evitar um apoio de canto.(Figura 145) Figura 145. Engrenagens para correntes de dentes Fabricação das Engrenagens: Os principais materiais para fabricação de engrenagens para correntes são: aço laminado, aço fundido, ferro fundido e chapa de aço. Os dentes são fresados, moldados por fundição ou estampos. Os cubos, eventualmente, podem ser soldados e ligamse aos eixos através de chavetas. Manutenção das Transmissões por Correntes: O ângulo de abraço da roda motriz não deve ser menor que 1200. O número máximo de dentes de qualquer das rodas não deve exceder a 150. A soma dos números de dentes das duas rodas não deve ser menor do que 50; e o número mínimo de dentes para cada roda é 16. As rodas dentadas devem ser perfeitamente alinhadas e os eixos nivelados. Elementos de Máquinas A distância entre eixos mais favorável está entre 30 e 50 passos. O tensor, quando necessário, deve estar do lado sem carga, ter o engrenamento de três dentes no mínimo, não deve estar mais perto do que quatro elos da roda mais próxima e deve ter 19 dentes, no mínimo. Nas transmissões horizontais e inclinadas a flexão deve ser aproximadamente 1(um) mm para cada 50 mm entre centros, medida no centro entre eixos. Nas transmissões verticais e nas sujeitas a choque a flexão deve ser quase nula. Para partidas com carga convém usar esticador com molas. O esticador deve permitir um jogo de 2% do comprimento total da corrente. A velocidade máxima linear da corrente não deve exceder os limites das especificações. Cuidados Durante a Vida Útil das Correntes e Suas Rodas: A lubrificação deve ser feita a óleo; a graxa deve ser evitada. A lubrificação deve ser regulada de maneira que não apareça a coloração marrom na corrente; pode ser feita a gotas, por banho ou por jato. A vida da roda dentada pode ser prolongada, invertendo-a ocasionalmente. Não colocar um elo novo no meio dos gastos. Não usar corrente nova nas rodas dentadas velhas. Lavar a corrente com querosene, nos períodos dependentes das condições de serviço, enxugar e mergulhar em óleo, escorrendo o seu excesso. Armazenar a corrente coberta de graxa e embrulhada em papel. Medir ocasionalmente o aumento do passo causado pelo desgaste de pinos e buchas (esticando a corrente). O aumento máximo do passo permitido é 1%. Medir o desgaste das rodas com uma chapelona. Substituir a corrente quando seu comprimento, devido ao estiramento e desgaste, aumentar em 3%. Verificar periodicamente o alinhamento da corrente com a roda. A dimensão das correntes e engrenagens são indicadas nas Normas DIN, as quais especificam a resistência dos materiais de que é feito cada um dos elementos: talas, eixos, buchas, rolos etc. 6.7 Cabos: Cabos são elementos de transmissão que suportam cargas (força de tração), deslocando-as nas posições horizontal, vertical ou inclinada. Os cabos são muito empregados em equipamentos de transporte e na elevação de cargas, como em elevadores, escavadeiras, pontes rolantes.( Figura 146) Figura 146. Exemplo de transmissão por cabos Cabos de Aço: São feitos de arames estrados a frio que são inicialmente enrolados formando pernas; as pernas são enroladas em espiras em torno de um elemento central, chamado núcleo ou alma.( Figura 147) Figura 147. Composição dos cabos de aço Dimensão das Correntes: 139 SENAI CIMATEC® Figura 149. Indicação do passo em cabos Construção dos Cabos: Um cabo pode ser construído em uma ou mais operações, dependendo da quantidade de fios e, especificamente, do número de fios da perna. Por exemplo: um cabo de aço 6 (seis) por 19 significa que uma perna de 6 (seis) fios é enrolada com 12 fios em duas operações, conforme segue ( Figura 148) Figura 148. Construção de cabos Tipos de Cabos: Existem vários tipos de distribuição de fios nas camadas de cada perna do cabo. Os principais tipos de distribuição que vamos estudar são: normal, seale, filler e warrington. Distribuição normal: Os fios dos arames e das pernas são de um só diâmetro ( Figura 150(a)); Distribuição seale: As camadas são alternadas em fios grossos e finos ( Figura 150(b)); Distribuição filler: As pernas contêm fios de diâmetro pequeno que são utilizados como enchimento dos vãos dos fios grossos ( Figura 150(c)); Tipos de Alma de Cabos de Aço: Distribuição warrington: Os fios das pernas têm diâmetros diferentes numa mesma camada ( Figura 150(d)). Quando a perna é construída em várias operações, os passos ficam diferentes no arame usado em cada camada. Essa diferença causa atrito durante o uso e, conseqüentemente, desgasta os fios. Passo é a distância entre dois pontos de um fio em torno da alma do cabo.(Figura 149) Figura 150. Tipos de cabos Especificação dos Cabos: A apresenta valores referentes a resistência à tração, em função do material do fio. Os materiais do núcleo do cabo podem ser de fibras naturais, fibras artificiais, amianto ou aço. Os núcleos de aço aumentam a resistência à tração em 7%, porém diminuem a flexibilidade. Os fios podem ser galvanizados ou simplesmente lubrificados. Atualmente está sendo usado o náilon estirado como revestimento de cabos, o que dá boa proteção. Tabela 8 140 Elementos de Máquinas Tabela 8. Resistência à tração para diferentes materiais As almas de cabos de aço podem ser feitas de vários materiais, de acordo com a aplicação desejada. Existem, portanto, diversos tipos de alma. Veremos os mais comuns: alma de fibra, de algodão, de asbesto, de aço. Alma de fibra: o tipo mais utilizado para cargas não muito pesadas. As fibras podem ser naturais (AF) ou artificiais (AFA). As fibras naturais utilizadas normalmente são o sisal ou o rami. Já a fibra artificial mais usada é o polipropileno (plástico). Alma de asbesto: Tipo de alma utilizado em cabos especiais, sujeitos a altas temperaturas. Alma de aço: Tipo de alma que pode ser formada por uma perna de cabo (AA) ou por um cabo de aço independente (AACI), sendo que este último oferece maior flexibilidade somada à alta resistência à tração. Tipos de Torção: Vantagens das fibras artificiais: Não se deterioram em contato com agentes agressivos. São obtidas em maior quantidade. Não absorvem umidade. Desvantagens das fibras artificiais: São mais caras. São utilizadas somente em cabos especiais. Alma de algodão: Tipo de alma que é utilizado em cabos de pequenas dimensões. Os cabos de aço, quando tracionados, apresentam torção das pernas ao redor da alma. Nas pernas, também, há torção dos fios ao redor do fio central. O sentido dessas torções pode variar, obtendo-se as situações: Torção regular ou em cruz: Os fios de cada perna são torcidos no sentido oposto ao das pernas ao redor da alma. As torções podem ser à esquerda ou à direita. Esse tipo de torção confere mais estabilidade ao cabo.(Figura 151) 131 Elementos de Máquinas Figura 153, mostra as formas possíveis de amarração de cargas com cabos e os coeficientes em relação à vertical. Figura 151. Torção regular ou em cruz Torção Lang ou em paralelo: Os fios de cada perna são torcidos no mesmo sentido das pernas que ficam ao redor da alma. As torções podem ser à esquerda ou à direita. Esse tipo de torção aumenta a resistência ao atrito (abrasão) e dá· mais flexibilidade. O diâmetro de um cabo de aço corresponde ao diâmetro da circunferência que o circunscreve.(Figura 152) Figura 153. Tipos de amarração de cargas Na aquisição de um cabo devem ser consideradas as condições de trabalho como velocidade, aceleração, quantia de curvas, abrasão, corrosão e o peso próprio do cabo. E, finalmente, na requisição devem constar o comprimento, diâmetro, número de pernas e fios, tipo de construção, torcedura, lubrificação, acabamento, aplicação, carga útil e resistência dos arames. Polias e Tambores para Cabos: Figura 152. Torção "Lang" ou em paralelo Fatores para o Dimensionamento: O diâmetro das polias e tambores para cabos deve ser o maior possível, considerando todos os fatores envolvidos no serviço. Para uma rápida avaliação podem ser considerados os diâmetros indicados.(Tabela 9) O coeficiente de segurança deve estar entre 500 e 850%, chegando a 1.300% para os elevadores de passageiros. No caso de suspensão de pesos fora da vertical, tem-se de considerar que existe uma redução da capacidade do cabo. A Tabela 9 Especificação de cabos de aço 131 Elementos de Máquinas Quanto à forma da canaleta (ou canal) devem ser observadas as recomendações do fabricante. Na ausência dessas informações, podemse considerar os seguintes dados: Canais redondos guiam da melhor maneira (Figura 154. Tipos de polias para cabos (a)). Canais a 45º dão a máxima durabilidade (Figura 154. Tipos de polias para cabos (b)). Canais a 20º dão o máximo efeito de cunha (Figura 154 (c)). Os canais não devem ser largos demais para que o cabo tenha apoio nas laterais e não deforme. O material deve ser resistente tanto à abrasão quanto à fluência (escoamento), a fim de não se desgastar nem se deformar facilmente. Figura 154. Tipos de polias para cabos Elementos de Máquinas Figura 155. Tipos de fixação da ponta dos cabos de aços Figura 156. Maneira de fixação da ponta dos cabos de aço Manutenção dos Cabos de Aço: Além dos cuidados de instalação que visam, principalmente, evitar o aparecimento do nó que limita o aproveitamento do cabo, deve-se ainda tomar os seguintes cuidados: Não deixar que o cabo encoste na lateral da polia, no chão ou nos obstáculos ao longo do seu caminho. Evitar arrancadas ou mudanças bruscas de direção. Aplicar suavemente as forças. Permitir que o cabo esteja bem esticado antes de levantar o peso. Manter o cabo sempre limpo. As partículas abrasivas são particularmente nocivas. Manter o cabo sempre lubrificado. A lubrificação do cabo deve ser incluída na ficha de lubrificação da máquina. Os cabos devem ser inspecionados periodicamente, conforme as recomendações do fabricante da máquina. Nessa inspeção, devem ser observados: Redução de secção de fios externos - o cabo deve ser substituído quando atingir a porcentagem determinada pelo fornecedor da máquina. Indícios de corrosão - eliminar a causa. Rompimento da alma substituir imediatamente o cabo. Ondulação - depois de perceber a ondulação, deve-se observá-la de novo após algum 131 Elementos de Máquinas tempo; se notar progresso do defeito, substituir o cabo. Aparecimento de "gaiola de passarinho" - substituir imediatamente o cabo. Não se descuidar das argolas, pinos, etc. Em caso de desgaste acima do indicado pelo manual de serviço, eles devem ser trocados ou recondicionados. Na falta de indicação do manual, considerar 10% da perda de secção como valor máximo. Defeitos em Serviço: Quando um cabo de aço não corresponder às expectativas, devem ser procurados os seguintes defeitos: Cabo rompido - em caso de rompimento de um cabo novo ou seminovo, onde o cabo mantém-se reto, o problema é excesso de carga ou choque. Em caso de rompimento com entortamentos do cabo, é provável que ele tenha-se soltado da polia e esteja apoiado sobre o eixo ou armação. Nesse caso, deve-se providenciar o protetor. Gaiola de passarinho - é provocada pelo choque de alívio de tensão, ou seja, quando a tensão, provavelmente excessiva, tenha sido aliviada instantaneamente. Cabo amassado trata-se, provavelmente, de cruzamento de cabos sobre o tambor ou de subida dos cabos sobre a quina da canaleta. Evitase esse problema mantendo o cabo esticado e um enrolamento ordenado do cabo no tambor; Quebra de fios externos - trata-se de: diâmetro da polia ou tambor excessivamente pequeno ou mudança freqüente de direção; corrosão; abrasão não uniforme; e excesso de tempo de trabalho do cabo. Ondulação - trata-se de deslizamento de uma ou mais pernas devido à fixação imprópria ou devido a rompimento da alma. Deterioração da alma - trata-se de falta de lubrificação. Dependendo do tipo de alma, esta pode fragmentar-se quando resseca, ou pode apodrecer com umidade ou penetração de líquidos corrosivos. Escoamento do material do cabo devido ao excesso de carga. Nesse caso não é possível recuperar o cabo, assim, ele deve ser trocado. 6.8 Engrenagens: 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. Elas permitem a redução ou aumento do momento torsor, com perdas mínimas de energia, e aumento ou redução de velocidades, sem perda nenhuma de energia, por não deslizarem. A mudança de velocidade e torção é feita na razão dos diâmetros primitivos. Aumentando a rotação, o momento torsor diminui e viceversa. Assim, num par de engrenagens, a maior delas terá sempre rotação menor e transmitirá momento torsor maior. A engrenagem menor tem sempre rotação mais alta e momento torsor menor. O movimento dos dentes entre si processase de tal modo que o diâmetro primitivo não há deslizamento, havendo apenas aproximação e afastamento. Nas demais partes do flanco, existem ação de deslizamento e rolamento. Daí conclui-se que as velocidades periféricas (tangenciais) dos círculos primitivos de ambas as rodas são iguais (lei fundamental do denteado).(Figura 158) Figura 157. Trem de engrenagens 131 SENAI CIMATEC® Observe as engrenagem: partes de uma de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem.(Figura 161) Figura 158. Parte de uma engrenagem Existem diferentes tipos de corpos de engrenagem. Para você conhecer alguns desses tipos, observe as ilustrações.(Figura 159) Figura 161. Engrenamento dos dentes As engrenagens trabalham em conjunto. 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.(Figura 162) Figura 159. Exemplos de engrenagens Os dentes são um dos elementos mais importantes das engrenagens. Observem, no detalhe, as partes principais do dente de engrenagem.(Figura 160) Figura 160. Nomenclatura dos dentes de engrenagens Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes 132 Figura 162. Representação de um pinhão e uma coroa Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel, bronze fosforoso, alumínio, náilon. Para interpretar desenhos técnicos de engrenagens, é preciso conhecer bem suas características. Analise cuidadosamente o desenho a seguir e veja o significado das letras sobre as linhas da engrenagem.(Figura 163) Elementos de Máquinas Figura 163. Elementos básicos das engrenagens As características dos dentes da engrenagem são: De = Diâmetro externo – É o diâmetro máximo da engrenagem, isto é, o diâmetro maior:(Equação 12) Equação 12. Cálculo de diâmetro externo De = m(Z+2) Di = Diâmetro interno – É o diâmetro menor da engrenagem; Dp = Diâmetro primitivo – É o diâmetro imaginário que fica entre os diâmetros externo e interno da engrenagem. Seu cálculo exato é De 2m; c = Cabeça do dente – É a parte do dente que fica entre a circunferência primitiva (Dp) e a circunferência externa (De) da engrenagem; f = Pé do dente – É a parte do dente que fica entre a circunferência primitiva e a circunferência interna (ou raiz); h = Altura do dente – corresponde à soma da altura da cabeça mais a altura do dente, ou (De - Di)/2; e = Espessura de dente - É a medida do arco limitada pelo dente, sobre a circunferência primitiva (determinada pelo diâmetro primitivo); v = Vão do dente – É o vazio que fica entre dois dentes consecutivos também delimitados por um arco do diâmetro primitivo; p = passo – É a soma dos arcos da espessura e do vão (p=e+v), ou é a medida que corresponde a distância entre dois dentes consecutivos, medida à altura do Dp; m = Módulo – Dividindo-se o Dp pelo número de dentes (Z), ou o passo (P) por p, teremos um número que se chama módulo (m). Esse número é que caracteriza a engrenagem e se constitui em sua unidade de medida. O módulo é o número que serve de base para calcular a dimensão dos dentes. a = Ângulo de pressão – Os pontos de contato entre os dentes da engrenagem motora e movida estão ao longo do flanco do dente e, com o movimento das engrenagens, deslocam-se em uma linha reta, a qual forma, com a tangente comum às duas engrenagens, um ângulo. Esse ângulo é chamado ângulo de pressão (a), e no sistema modular é utilizado normalmente com 20 ou 15º. Perfil do Flanco do Dente: O perfil do flanco do dente é caracterizado por parte de uma curva cicloidal chamada evolvente. A Figura 164(a) apresenta o processo de desenvolvimento dessa curva. O traçado prático da evolvente pode ser executado ao se desenrolar um fio esticado ao redor de um círculo, marcando-se a trajetória descrita por um ponto material definido no próprio fio. Quanto menor for o diâmetro primitivo (Dp), mais acentuada será a evolvente. Quanto maior for o diâmetro primitivo, menos acentuada será a evolvente, até que, em uma engrenagem de Dp infinito (cremalheira) a evolvente será uma reta. Neste caso, o perfil do dente será trapezoidal, tendo como inclinação apenas o ângulo de pressão (a) (Figura 164 (b)). Figura 164.Desenvolvimento da envolvente Geração da Evolvente: Imagine a cremalheira citada no item anterior como sendo uma ferramenta de corte que 133 SENAI CIMATEC® trabalha em plaina vertical, e que a cada golpe se desloca juntamente com a engrenagem a ser usinada (sempre mantendo a mesma distância do diâmetro primitivo). É por meio desse processo contínuo que é gerada, passo a passo, a evolvente (Figura 165). ser compensada pelo mancal ou rolamento. Serve para transmissão de eixos paralelos entre si e também para eixos que formam um ângulo qualquer entre si (normalmente 60 ou 90º). (Figura 166). Figura 166. Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais Figura 165. Geração da envolvente O ângulo de inclinação do perfil (ângulo de pressão a) sempre é indicado nas ferramentas e deve ser o mesmo para o par de engrenagens que trabalham juntas. Tipos de Engrenagens: Existem vários tipos de engrenagem, que são escolhidos de acordo com sua função. Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos: Os dentes são dispostos paralelamente entre si e em relação ao eixo. Ê o tipo mais comum de engrenagem e o de mais baixo custo. É usada em transmissão que requer mudança de posição das engrenagens em serviço, pois é fácil de engatar. É mais empregada na transmissão de baixa rotação do que na de alta rotação, por causa do ruído que produz. Engrenagens Cilíndricas de Dentes Helicoidais: Os dentes são dispostos transversalmente em forma de hélice em relação ao eixo (Figura 166). É usada em transmissão fixa de rotações elevadas por ser silencioso devido a seus dentes estarem em contato constante. Tem, porém, uma componente axial de força que deve 134 Figura 167. Transmissão entre eixos paralelos e eixos em ângulos Engrenagens Cilíndricas com Dentes Internos: É usada em transmissões planetárias e comandos finais de máquinas pesadas, permitindo uma economia de espaço e distribuição uniforme da força. As duas rodas do mesmo conjunto giram no mesmo sentido. Engrenagem Cilíndrica com Cremalheira: A cremalheira pode ser considerada como uma coroa dentada com diâmetro primitivo infinitamente grande. É usada para transformar movimento giratório em longitudinal.(Figura 168) Elementos de Máquinas Figura 168. Engrenagem cilíndrica com cremalheira Engrenagens Cônicas com Dentes Retos: É empregada quando as árvores se cruzam; o ângulo de intersecção geralmente 90º, podendo ser menor ou maior. Os dentes das rodas cônicas têm um formato também cônico, o que dificulta sua fabricação, diminui a precisão e requer uma montagem precisa para o funcionamento adequado.A engrenagem cônica é usada par mudar a rotação e direção da força, em baixas velocidades.(Figura 169) oblíquos produzem uma força axial que deve ser compensada pelos mancais. Engrenagem Cilíndrica com Dentes em V: Conhecida também como engrenagem herringbone ou espinha de peixe. Possui dentado helicoidal duplo com uma hélice à direita e outra à esquerda. Isso permite a compensação da força axial na própria engrenagem, eliminando a necessidade de compensar esta força nos mancais. Para que cada parte receba metade da carga, a engrenagem em espinha de peixe deve ser montada com precisão e uma das árvores deve ser montada de modo que flutue no sentido axial. Usam-se grandes inclinações de hélice, geralmente de 30 a 45º. Pode ser fabricada em peça única ou em duas metades unidas por parafusos ou solda. Neste último caso só é admissível o sentido de giro no qual as forças axiais são dirigidas uma contra a outra.( Figura 170) Figura 170. Engrenagem cilíndricas de dentes em "V" Figura 169. Engrenagem cônica com dentes retos Engrenagem Cilíndrica com Dentes Oblíquos: Seus dentes formam um ângulo de 20º com o eixo da árvore. Os dentes possuem o perfil da evolvente e podem estar inclinados direitos ou à esquerda. Os dentes vão se carregando e descarregando gradativamente. Sempre engrena vários dentes simultaneamente, o que dá um funcionamento suave e silencioso. Pode ser bastante solicitada e pode operar com velocidades periféricas até 160 m/s. Os dentes Engrenagem Cônica com Dentes em Espiral: Empregada quando o par de rodas cônicas deve transmitir grandes potências e girar suavemente, pois com este formato de dentes consegue-se o engrenamento simultâneo de dois dentes. O pinhão pode estar deslocado até 1/8 do diâmetro primitivo da coroa. Isso acontece particularmente nos automóveis para ganhar espaço entre a carcaça e o solo.( Figura 171) Figura 171. Engrenagem cônica com dentes em espiral 135 SENAI CIMATEC® f = Número de filetes do sem-fim. Parafuso Sem-fim e Engrenagem Côncava (coroa): O parafuso sem-fim é uma engrenagem helicoidal com pequeno número (até 6) de dentes (filetes). O sem-fim e a coroa servem para transmissão entre dois eixos perpendiculares entre si. São usados quando se precisa obter grande redução de velocidade e conseqüente aumento de momento torsor. Quando o ângulo de inclinação (y) dos filetes for menor que 5º, o engrenamento é chamado de auto-retenção. Isto significa que o parafuso não pode ser acionado pela coroa. Nos engrenamentos sem-fim, como nas engrenagens helicoidais, aparece forças axiais que devem ser absorvidas pelos mancais. Entre o sem-fim e a coroa produz-se um grande atrito de deslizamento. A fim de manter o desgaste e a geração de calor dentro dos limites, adequam-se os materiais do sem-fim (aço) e da coroa (ferro fundido ou bronze), devendo o conjunto funcionar em banho de óleo. Relação de Transmissão, para engrenagens em geral.(Equação 13) Equação 13. Cálculo da relação de transmissão para engrenagens i= D p2 D p1 = Z2 Z1 Onde: Dp1 = Diâmetro primitivo da engrenagem motora; Dp2 = Diâmetro primitivo da engrenagem movida; Z1 = Número de dentes da roda motora; Z2 = Número de dentes da roda movida; Para coroa e sem-fim: (Equação 14) Neste caso, não se calcula o aumento ou a redução da velocidade em número de voltas por minuto, mas o deslocamento (dv) linear da cremalheira por volta do pinhão.(Equação 15) Equação 15. Cálculo do deslocamento linear da cremalheira por volta do pinhão d v =Z .P ou d v =D p .π Onde: Z = Número de dentes do pinhão; P = Passo; Dp = diâmetro primitivo do pinhão. Obs: A unidade resultante é milímetro por volta, ou seja, m/volta. Fabricação de Engrenagens: Normalmente são empregados dois processos para construir engrenagens. O primeiro, com fresas modulares consiste em abrir os vãos entre os dentes da engrenagem, um a um (Figura 171). O segundo com fresas tipo caracol, gerando todos os dentes simultaneamente. Ao abrir os vãos dos dentes das engrenagens, além de determinar o ângulo de pressão entre os dentes, é necessário determinar-lhes o perfil. Quando duas engrenagens de mesmo módulo tiverem quantidades de dentes diferentes, seus diâmetros primitivos serão diferentes e, conseqüentemente, o perfil dos dentes será diferente.(Figura 172) Equação 14. Cálculo para coroa e sem fim i= Z f Onde: i = Relação de transmissão Z = Número de dentes da coroa; 136 Figura 172. Processo de fabricação de engrenagens utilizando fresas Elementos de Máquinas Por isso, as fresas modulares são construídas de modo que haja para cada módulo um jogo de oito fresas com perfis diferentes, em função do número de dentes da engrenagem a ser construída (Tabela 10). Tabela 10. Jogo de oito fresas para execução das engrenagens até o módulo 10 A partir do módulo 10, as dimensões do perfil do dente são muito maiores e, conseqüentemente, as diferenças são consideráveis Assim, a partir do módulo 10 o jogo de fresas modular é composto de 15 fresas (Tabela 11). Tabela 11 Jogo de 15 fresas para execução das engrenagens acima do módulo 10 fresa não é o real correspondente ao número de dentes a fresar, isto porque, Escolha do Número da Fresa: Para dentes retos: Basta consultar a tabela e determinar o número da fresa em função do número de dentes de engrenagem a ser confeccionada. Para dentes helicoidais: Para fresar engrenagens com dentes helicoidais são empregadas as mesmas fresas modulares utilizadas para as fresas cilíndricas com dentes retos. O módulo deve ser o mesmo, porém o número da com o movimento helicoidal da engrenagem há uma alteração no perfil natural do dente (evolvente). Portanto, a fresa a ser escolhida deverá ter outro número, em função de um número de dentes imaginário (Zi), sempre maior que o número de dentes de uma engrenagem com dentes retos. Esses números podem ser conseguidos através de diagramas, ou podem ser calculados em função do número de dentes 137 Elementos de Máquinas real (Z) e da inclinação do ângulo da hélice (b). Veja a seguir no diagrama que para confeccionar uma engrenagem helicoidal de 52 dentes com um ângulo de hélice de 38 graus, será necessário usar a fresa número 7. Fabricação de Engrenagens por Geração: Chama-se processo por geração porque o perfil do dente (evolvente) é gerado pelo movimento conjugado entre a ferramenta e a peça. Nesse processo, a ferramenta faz todos os vãos da peça, contínua e progressivamente. A ferramenta (caracol) é semelhante a uma rosca sem-fim com o perfil de uma cremalheira (evolvente reta) tendo somente a inclinação do ângulo de pressão.(Figura 173) Procedimentos em Manutenção com Engrenagens: Montagem de engrenagens cilíndricas: Para um par de engrenagens cilíndricas trabalharem, adequadamente, devem coincidir a espessura dos dentes, a altura dos dentes, o passo e o perfil dos dentes. O alinhamento e a concentricidade entre os diâmetros da engrenagem e da árvore devem ser os mais exatos possíveis, assim como o paralelismo entre os eixos.(Figura - 174) Figura - 174 Alinhamento para montagem de engrenagens Figura 173. Fresa caracol Uma rosca modular possui a inclinação do ângulo da hélice que deve ser compensado inclinando-se o,cabeçote porta-ferramenta. Quando a engrenagem a ser confeccionada for de dentes retos, a inclinação do cabeçote será a mesma do ângulo da hélice da ferramenta. Se a engrenagem a ser confeccionada for helicoidal, a inclinação do cabeçote porta-ferramenta será a do ângulo da hélice da engrenagem mais (+) ou menos (-) a inclinação da hélice da ferramenta (em função do sentido da hélice à direita ou à esquerda). A engrenagem e a ferramenta trabalham conjuntamente como uma coroa e um sem-fim. Por exemplo, ao se fazer uma engrenagem com Z = 50 dentes, para cada rotação dela, a ferramenta dará 50 rotações, como se estivessem engrenadas. Conseqüentemente, o passo entre os dentes da engrenagem será o mesmo passo da ferramenta. O avanço da ferramenta é no sentido da linha de centro da peça. A distância entre centros pode ser calculada pelas fórmulas: Equação 16. Cálculo da distância entre centros a= D p1 +D p 2 2 Ou a= m.( Z1 +Z 2 ) 2 Os defeitos de paralelismo dos dentes em relação ao eixo da roda podem ser verificados percorrendo os flancos dos dentes com um apalpador de precisão.(Figura - 175) 131 SENAI CIMATEC® Figura - 175 Defeitos de paralelismo A principal dificuldade na montagem de engrenagens consiste em montá-las de modo que, quando em contato, os flancos se toquem em todo o seu comprimento. Isso pode ser verificado pintando-se uma das rodas com azulda-prússia. Por outro lado, a experiência tem mostrado que durante o funcionamento, sob a influência da carga na roda e da flexão do eixo, as rodas montadas, corretamente, acabam produzindo um contato parcial.(Figura - 176) mostram a distribuição da carga sobre o flanco e a impressão de contato para a montagem e para o serviço. Figura - 178 Figura - 178 Distribuição de cargas em um dente de engrenagem Montagem de Engrenagens Cônicas: Figura - 176 Influência da carga no dente Essas dificuldades levaram à fabricação do flanco com abaulamento longitudinal. Essa forma permite adaptação às variações de carga, às flexões do dente e aos pequenos erros de montagem.(Figura - 177) Figura - 177 Presença do abaulamento A 132 As engrenagens cênicas com dentes retos são muito sensíveis a deslocamentos de seus eixos. Qualquer desvio acarreta o contato somente nos extremos dos dentes, o que provoca desgaste prematuro do pinhão. A figura abaixo mostra os casos mais comuns de eixos deslocados. Modernamente, estas engrenagens são também fabricadas com os dentes arqueados (abaulamento longitudinal), que são insensíveis aos defeitos de posição. As engrenagens cônicas com dentes em espiral são insensíveis aos deslocamentos dos eixos porque os flancos estão, diferentemente, curvados numa roda em relação à outra. Assim, produz-se o contato só na região central, de modo que os deslocamentos dos eixos são compensados por um movimento de contato dos flancos. Esta forma de dentes pode, portanto, ir-se acomodando aos erros de deslocamento dos eixos, incorreção de montagem e golpes de carga que possam apresentar. A maior dificuldade em verificar a montagem das rodas cônicas é o fato de o vértice ser imaterial. Em vez do vértice do cone, escolhe-se na roda uma superfície de referência adequada, à qual se referem os dentes na sua fabricação, verificação e montagem. Às vezes verifica-se o corpo da roda, montada em seu eixo, antes da abertura dos dentes. Elementos de Máquinas Folga Entre as Engrenagens: A folga é necessária, pois sem ela haveria um emperramento, no caso de as tolerâncias de fabricação das engrenagens estarem na faixa superior, e as distâncias entre eixos, na faixa inferior. Por outro lado, a folga entre as engrenagens não pode ser grande demais, pois provocaria vibração em serviço. As folgas, geralmente, são especificadas pelo fabricante da máquina e medidas com relógio comparador: fixando uma engrenagem e movimentando a outra em dois sentidos, com o apalpador do relógio no diâmetro primitivo. Em caso de falta de dados pode-se usar a folga entre 2 e 3,5% do módulo. A lubrificação deve atingir toda a superfície dos dentes. A lubrificação deve ser mantida no nível, evitando excesso de óleo, que provoca o efeito de turbina, com conseqüente superaquecimento. Usar o aditivo correto no óleo lubrificante. A pré-carga dos rolamentos ou folga dos mancais deve ser mantida nos limites recomendados, a fim de evitar desalinhamentos dos eixos, o que provocará carga no canto dos dentes e possível quebra. O desgaste dos eixos e dos entalhes não deve exceder os limites de ajuste, o que provocaria batidas, devido ao atraso, recalcando os entalhes que provocaram desalinhamento, além de efeito sobre os flancos dos dentes. Depósitos sólidos do fundo da caixa de engrenagem devem ser removidos antes de entrarem em circulação. Montagem de Sem-fim e Coroa: Defeitos Comuns nas Engrenagens: Nesta montagem, é importante que os eixos do sem-fim e da coroa fiquem nos planos paralelos E1 e E2. A distância entre os planos é igual a distância entre eixos. Os eixos têm de cruzar-se a 90º e o plano vertical E3, que passa pelo eixo do sem-fim, deve passar pelo centro dos dentes da coroa. O melhor modo de obter o alinhamento dos três planos é através de uma usinagem precisa dos alojamentos dos eixos na carcaça e da montagem correta dos mancais. A posição correta pode ser verificada pintando-se (com azul-da-prússia) os flancos do sem-fim e fazendo o acoplamento em seguida. Durante o funcionamento sem carga a impressão de contato deve ser pequena e próxima da extremidade do dente da coroa. A plena carga, a impressão de contato deve cobrir pelo menos 70% do comprimento do dente. Os defeitos mais freqüentes que ocorrem nas engrenagens são desgaste, fadiga superficial, escoamento plástico e quebra. Desgaste por Interferência: É provocado por um contato inadequado entre engrenagens, onde, a carga total está concentrada sobre o flanco impulsor e a ponta do dente da engrenagem impulsionada. Pode resultar em uma leve linha de desgaste, sem maiores conseqüências, ou até em um dano considerável. Desgaste Abrasivo: É provocado pela presença de impurezas (corpos estranhos) que se interpõem entre as faces de contato. Essas impurezas abrasivas podem estar no óleo. Quebra por Fadiga: Começa, geralmente, com uma trinca do lado da carga, num ponto de concentração de tensões perto da base do dente, e termina com quebra total no sentido longitudinal ou diagonal para cima.O desalinhamento na montagem ou em serviço pode favorecer o surgimento de trincas. Quebra por Sobrecarga: Não mostra sinais de progresso da trinca. Pode resultar de sobrecarga estática, choque ou problemas de tratamento térmico. Em geral, apresenta do lado da compressão do dente, uma lombada cuja altura diminui de acordo com o tempo que leva para quebrar-se. A sobrecarga pode ser causada por penetração de um corpo Utilização dos Conjuntos Engrenados: Os cuidados para uma boa utilização dos conjuntos engrenados são: Evitar reversões de rotações e partidas bruscas sob carga. A lubrificação deve eliminar a possibilidade de trabalho a seco. 133 SENAI CIMATEC® estranho entre os dentes, ou desalinhamento devido ao desgaste ou folga excessiva nos mancais. Ou, ainda, por perda de pré-carga nos rolamentos. Trincas Superficiais: Ocorrem nas engrenagens cementadas e caracterizam-se por cisalhamento do material. São provocadas pelo emperramento momentâneo e deslizamento conseqüente, que, por sua vez, são provocados por vibrações, excesso de carga ou lubrificação deficiente. Essas trincas não apresentarão maiores problemas se não forem progressivas. Desgaste por Sobrecarga: É caracterizado pela perda de material sem a presença de abrasivos no óleo. Ocorre geralmente em velocidades baixas e cargas muito altas. Lascamento: Os dentes temperados soltam lascas, devido a falhas abaixo da superfície, originadas durante o tratamento térmico. Essas lascas podem cobrir uma área considerável do dente como se fosse uma só mancha. Laminação ou Cilindramento: É caracterizada pela deformação do perfil do dente. Essa deformação pode se apresentar como arredondamento ou saliências nas arestas dos dentes. Essas saliências são mais altas de um lado que do outro. Pode, ainda, apresentar-se como depressões no flanco da engrenagem motora e uma lombada perto da linha do diâmetro primitivo da engrenagem movida. É causada pelo impacto, devido à ação de rolar e deslizar sob carga pesada. Sintomas de Irregularidades na Engrenagem: Baseado em alguns sintomas simples de serem observados, o operador da máquina ou equipamento poderá fazer ou pedir uma manutenção preventiva, evitando, assim, a manutenção corretiva. A seguir, os sintomas mais comuns: Uivo: Normalmente aparece nas rotações muito altas e quando não existe folga suficiente entre as engrenagens; quando estão desalinhadas, excêntricas ou ovais. 134 Tinido: Proveniente de alguma saliência no dente, causada por uma batida ou pela passagem de um corpo duro (estranho) entre os dentes. Matraqueamento: É causado pela folga excessiva entre os dentes (distância entre centros) ou, às vezes, pelo desalinhamento entre duas engrenagens. Chiado: Normalmente ocorre em caixas de engrenagens, quando a expansão térmica dos eixos e componentes elimina as folgas nos mancais ou nos encostos. Limalha no óleo: Se aparecer em pequena quantidade, durante as primeiras 50 horas de serviço, trata-se, provavelmente, de amaciamento. Caso a limalha continue aparecendo após o amaciamento, significa a ocorrência de algum dano que pode ser provocado por uma engrenagem nova, no meio das usadas, ou o emprego de material inadequado. Superaquecimento: Pode ser causado por sobrecarga, excesso de velocidade, defeito de refrigeração ou de lubrificação. Pode, ainda, resultar do efeito de freio hidráulico, se a circulação de óleo estiver deficiente. Neste último caso, nota-se uma perda de potência. Os desalinhamentos e a folga insuficiente entre os dentes também geram superaquecimento. Vibração; Pode ser causada por empenamento dos eixos ou por falta de balanceamento dinâmico nas engrenagens de alta rotação, realizado no inicio de seu funcionamento ou após desgaste desigual nas engrenagens. Outras causas de vibração são: erros de fabricação; mau nivelamento da máquina; fundação defeituosa; sobrecarga com torção dos eixos e perda de ajuste dos mancais. 6.9 Acoplamento: Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquina, empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixosárvore.(Figura 179) Elementos de Máquinas funcionem como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência. Acoplamentos Permanentes Rígidos: Figura 179. Uso de acoplamentos Os momentos de rotação são transmitidos pelos acoplamentos segundo os princípios de atrito e da forma. Emprega-se o acoplamento quando se deseja transmitir um momento de rotação (movimento de rotação e forças) de um eixo motor a outro elemento de máquina situado coaxialmente a ele. Principio de Atuação dos Acoplamentos: O momento de rotação (Md) é o produto da força (F) pela distância (L), sendo calculada pela fórmula: Equação 17. Cálculo do momento de rotação M d =F .L Para um mesmo momento de rotação a ser transmitido, a distância L é menor em um acoplamento pela forma do que em um acoplamento por atrito, pois F (Força) precisa ser menor em um acoplamento por atrito. Podemos observar melhor através das figuras abaixo o comprimento L e o momento de rotação (Md). Acoplamento Rígido com Flanges Parafusados: Esse tipo de acoplamento é utilizado quando se pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade.(Figura 180) Figura 180. Acoplamento rígido com flanges parafusados Acoplamento com Luva de Compressão ou de Aperto: Esse tipo de luva facilita a manutenção de máquinas e equipamentos, com a vantagem de não interferir no posicionamento das árvores, podendo ser montado e removido sem problemas de alinhamento. Tais luvas devem ser construídas de modo que não apresentem saliências ou que estas estejam totalmente cobertas, para evitar acidentes. A união das luvas ou flanges à árvore é feita por chaveta, encaixe com interferência ou cones.(Figura 181) Classificação dos Acoplamentos: Os acoplamentos classificam-se em permanentes e comutáveis. Os permanentes atuam continuamente e se dividem em rígidos e flexíveis. Os comutáveis atuam obedecendo a um comando. Os acoplamentos podem ser fixos (rígidos), elásticos e móveis. Os acoplamentos fixos servem para unir árvores de tal maneira que Figura 181. Acoplamento com luvas de compressão 135 SENAI CIMATEC® Acoplamento de Discos ou Pratos: Empregado na transmissão de grandes potências em casos especiais, como, por exemplo, nas árvores de turbinas, as superfícies de contato nesse tipo de acoplamento podem ser lisas ou dentadas. Os eixos dos acoplamentos rígidos devem ser alinhados precisamente, pois estes elementos não conseguem compensar eventuais desalinhamentos ou flutuações. O ajuste dos alojamentos dos parafusos deve ser feito com as partes montadas para obter o melhor alinhamento possível.(Figura 182) Permitem a compensação de até 6 (seis) graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Veja a seguir os principais tipos de acoplamentos elásticos: Acoplamento Elástico de Pinos: Os elementos transmissores são pinos de aço com mangas de borracha.(Figura 184) Figura 184. Acoplamento elástico de pinos Acoplamento Perflex: Os discos de acoplamento são unidos, perifericamente, por uma ligação de borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de eixos.(Figura 185) Figura 182. Acoplamento de discos ou pratos Acoplamentos Elásticos ou Permanentes Flexíveis: Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em árvores que tenham movimentos bruscos, permitindo o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre as árvores.(Figura 183) Figura 185. Acoplamento perflex Acoplamento Elástico de Garras: As garras, constituídas por tocos de borracha, encaixam-se nas aberturas do contra-disco e transmitem o movimento de rotação. Figura - 183 Acoplamento elástico Os acoplamentos elásticos são construídos em forma articulada, elástica ou articulada e elástica. 136 Elementos de Máquinas Figura garras 186 Acoplamento elástico de Acoplamento Elástico de Fita de Aço: Consiste de dois cubos providos de flanges ranhuradas, nos quais está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas providas de junta de encosto e de retentor elástico junto ao cubo. Todo o espaço entre os cabos e as tampas é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser flexível, as árvores deve estar bem alinhado no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações excessivas em serviço.(Figura - 187) Figura - 188 Acoplamento de dentes arqueados Acoplamento Flexível Oldham: Permite a ligação de árvores com desalinhamento paralelo. Quando a peça central é montada, seus ressaltos se encaixam nos rasgos das peças conectadas às árvores. O formato desse acoplamento produz uma conexão flexível através de ação deslizante da peça central.(Figura - 189) Figura - 189 Acoplamento flexível Oldham Figura - 187 Acoplamento elástico de fita de aço Acoplamento de Dentes Arqueados: Os dentes possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, o que permite até 3 (três) graus de desalinhamento angular. O anel dentado (peça transmissora do movimento) possui duas carreiras de dentes que são separadas por uma saliência central.(Figura - 188) Junta de Articulação: É usada para transmissão de momentos de torção em casos de árvores que formarão um ângulo fixo ou variável durante o movimento. A junta de articulação mais conhecida é a junta universal (ou Junta Cardan) empregada para transmitir grandes esforços. Com apenas uma junta universal o ângulo entre as árvores não deve exceder à 15º. Para inclinações até 25º, usam-se duas juntas.(Figura 190) 137 SENAI CIMATEC® Figura 190. Junta de articulação A junta com articulação esférica, com ou sem árvore telescópica, é empregada para transmitir pequenos momentos de torção.(Figura 191) Figura 191. Junta de articulação esférica comando. Esses acoplamentos são mecanismos que operam segundo o principio de atrito. Esses mecanismos recebem os nomes de embreagens e de freios. As embreagens, também chamadas fricções, fazem conexão entre árvores. Elas mantêm as árvores, motriz e comandada, à mesma velocidade angular. Os freios têm as funções de regular, reduzir ou parar o movimento dos corpos. Segundo o tipo de comando existem os acoplamentos comutáveis manuais, eletromagnéticos, hidráulicos, pneumáticos e os diretamente comandados pela máquina de trabalho. Os acoplamentos móveis podem ser: de garras ou dentes, e a rotação é transmitida por meio do encaixe das garras ou de dentes. Embreagens: A junta cardam e a junta com articulação esférica não conseguem dar a árvore comandada uma velocidade constante, igual à da árvore motriz. Junta Universal Homocinética: Esse tipo de junta é usado para transmitir movimento entre árvores que precisam sofrer variação angular, durante sua atividade. Essa junta é constituída de esferas de aço que se alojam em calhas.(Figura 192) As embreagens, conforme o tipo, podem ser acionadas durante o movimento da máquina ou com ela parada. As formas mais comuns de embreagens acionadas em repouso são os de acoplamento de garras e os de acoplamento de dentes. Geralmente, esses acoplamentos são usados em aventais e caixas de engrenagens de máquinas ferramentas convencionais.(Figura 193) Figura 192. Junta universal Homocinética A junta Homocinética é muito usada em veículos. A maioria dos automóveis é equipada com esse tipo de junta. Acoplamentos Móveis (ou Comutáveis): São empregados para permitir o jogo longitudinal das árvores. Esses acoplamentos transmitem força e movimento somente quando acionados, isto é, obedecem a um 138 Figura 193. Acoplamentos de garras e de dentes Elementos de Máquinas A seguir, serão apresentados os principais tipos de embreagens acionadas em marcha. Embreagens de Disco: Consiste em anéis planos apertados contra um disco feito com material com alto coeficiente de atrito, para evitar o escorregamento quando a potência transmitida. Normalmente, a força é fornecida por uma ou mais molas e a embreagem é desengatada por uma alavanca.( Figura 194) sapatas que, por sua vez, completam a transmissão do torque. Embreagem de Disco para Autoveículos: Consiste em uma placa, revestida com asbesto em ambos os lados, presa entre duas placas de aço quando a embreagem está acionada.(Figura 196) Figura 196. Embreagem de disco para automóveis Figura 194. Embreagem de disco Embreagem Cônica: Possuem duas superfícies de fricção cônicas, uma das quais pode ser revestida com um material de alto coeficiente de atrito. A capacidade de torque de uma embreagem cônica é maior que a de uma embreagem de disco de mesmo diâmetro. Sua capacidade de torque aumenta com o decréscimo do ângulo entre o cone e o eixo. Esse ângulo. Esse ângulo não deve ser inferior a 8º para evitar o emperramento.(Figura 195) Figura 195. Embreagem cônica Embreagem Centrífuga: É utilizado quando o engate de uma árvore motora deve ocorrer progressivamente e a uma rotação predeterminada. Os pesos, por ação da força empurram as O disco de atrito é comprimido axialmente através do disco de compressão por meio de molas sobre o volante. Com o deslocamento do anel de grafite para a esquerda, o acoplamento é aliviado e alavanca, que se apóia sobre a cantoneira, descomprime o disco através dos pinos. A ponta de árvores é centrada por uma bucha de deslizamento. Embreagem de Disco para Máquinas: A cobertura e o cubo têm rasgos para a adaptação das lamelas de aço temperadas. A compressão é feita pelo deslocamento da guia de engate, e as alavancas angulares comprimem, assim, o pacote de lamelas. A separação das lamelas é feita com o recuo da guia de engate por meio do molejo próprio das lamelas opostas e onduladas. O ajuste posterior da força de atrito é feito através da regulagem do cubo posterior de apoio. Embreagem de Escoras: Pequenas escoras estão situadas no interior do acoplamento fazendo a ligação entre as árvores. Essas escoras estão dispostas de forma tal que, em um sentido de giro, entrelaçam-se transmitindo o torque. No outro sentido, as escoras se inclinam e a transmissão cessa. Embreagem Seca: É um tipo de embreagem centrifuga em que partículas de metal, como granalhas de aço, são compactadas sob a ação de força centrífuga produzida pela rotação. As partículas estão contidas em um componente propulsor oco, dentro do qual está também um disco, ligado ao eixo acionado. A força centrífuga comprime as 139 SENAI CIMATEC® partículas contra o disco, acionando o conjunto. Embreagem de Roda-Livre ou Unidirecional: Cada rolete está localizado em um espaço em forma de cunha, entre as árvores interna e externa. Em um sentido de giro, os roletes avançam e travam o conjunto impulsionando a árvore conduzida. No outro sentido, os roletes repousam na base da rampa e nenhum movimento é transmitido. A embreagem unidirecional é aplicada em transportadores inclinados como conexão para árvores, para travar o carro a fim de evitar um movimento indesejado para trás. Freio de Sapata e Tambor: O detalhe característico deste freio é uma sapata (ou parte de uma alavanca), revestida com material de alto coeficiente de atrito, comprimida contra uma roda giratória (ou tambor) ligada ao órgão a frear. Freio de Sapatas Internas ou Freio a Tambor: É um freio em que duas sapatas curvas são forçadas para fora, contra o interior da borda de um tambor giratório. Freio Multidisco: Compõe-se de vários discos de atrito intercalados com discos de aço. Os discos de aço giram em um eixo entalhado e os discos de atrito são fixados por pinos. O freio atua por compressão axial dos discos. Freio Centrífugo: É um freio onde as sapatas (revestidas com asbesto) atuam, na parte interna de um tambor, pela ação da força centrífuga contra a ação de molas lamelares. A tensão da mola determina o instante de ação do freio. Materiais para Freios e Embreagens: O material mais usado e geralmente mais satisfatório e econômico para tambores de freios e embreagens é o ferro fundido. Embora o aço ao carbono, o aço inoxidável, o metal monel e outros sejam usados em casos específicos. As sapatas podem ser feitas em madeira ou com revestimento de couro, se as temperaturas de trabalho forem baixas. As sapatas de metal podem ter vida longa, porém o coeficiente de atrito é relativamente baixo. Os metais 140 sinterizados, base de cobre ou ferro com adição de chumbo/estanho, e grafite/sílica, têm boas propriedades de desgaste e bons coeficientes de atrito. O tecido de asbesto flexível é usado em sapatas rígidas. O asbesto, em várias formas, é preferido por sua capacidade de atuar, em temperaturas altas, sem avarias. Manutenção de Acoplamentos: Para a manutenção dos acoplamentos é necessário considerar as tensões a que estão sujeItos os acoplamentos: cisalhamento da chaveta, compressão entre chaveta e árvore, compressão entre chaveta e flange, cisalhamento do flange no cubo e compressão e cisalhamento das peças transmissoras de torque. Destes, o item mais vulnerável é o cisalhamento da chaveta, que não deve ser superdimensionada sem um estudo apurado dos esforços envolvidos. Pois se a chaveta cisalha com freqüência, o problema em geral está na especificação do acoplamento ou em erros de montagem (alinhamento, folga, etc.). Os principais cuidados a tomar durante a montagem dos acoplamentos são: Colocar os flanges a quente, sempre que possível e não deixar a temperatura exceder a 135ºC; Evitar a colocação dos flanges através de golpes, usarem prensas ou dispositivos adequados; No caso de encaixe cênico, verificar se não existem diferenças de conicidade entre as superfícies de contato; O alinhamento das árvores deve ser o melhor possível apesar de serem usados acoplamentos flexíveis, pois durante o serviço é que ocorrerão os desalinhamentos a serem compensados; Considerar a possível dilatação axial das árvores que deve ser compensada pela folga entre os flanges do acoplamento; Fazer a verificação da folga entre flanges, e do alinhamento e da concentricidade do flange com a árvore; Certificar se todos os elementos de ligação estão bem instalados antes de aplicar a carga. Lubrificação de Acoplamentos: Os tipos de acoplamentos que requerem lubrificação, em geral, não necessitam Elementos de Máquinas cuidados especiais. O melhor procedimento é o recomendado pelo fabricante do acoplamento ou pelo manual da máquina. No entanto, algumas características de graxas para acoplamentos flexíveis são importantes para uso geral: Ponto de gota – 150º C ou acima; Consistência - NLGI nº 2 com valor de penetração entre 250 e 300; Baixo valor de separação do óleo e alta resistência à separação por centrifugação; Deve possuir qualidades lubrificantes equivalentes às dos óleos minerais bem refinados de alta qualidade; Não deve corroer aço ou deteriorar o neoprene (material das guarnições). Essas indicações são válidas para trabalhos em temperaturas ambientes de -18 a 66º C. 141 Elementos de Máquinas Sistemas de Transmissão 7. Sistemas de Transmissão Com os elementos de transmissão, vistos na unidade anterior, são montados os sistemas de transmissão. Esses sistemas têm por fim transmitir o número de rotações da árvore motora à árvore movida e, em muitos casos, também variar o número de rotações da árvore movida em relação à motora. 7.1 cônicas móveis podem aproximar-se ou afastar-se entre si, determinando assim uma variação do diâmetro de contato e, desta forma, da relação de transmissão mediante uma regulagem da distância entre os centros dos eixos, já que a correia não pode variar seu comprimento. A ação de uma mola obriga a correia a posicionar-se sobre o máximo diâmetro de contato permitido pela separação dos eixos e a estar sempre tensionada.(Figura 197) Variador de Velocidade: A variação de velocidade de forma escalonada é obtida por meio de várias polias de diâmetros diferentes. Com isso, na troca de rotações é perdido um tempo com desaceleração parada, troca de posição das alavancas e nova aceleração. O variador de velocidade elimina estes inconvenientes; funciona suavemente, sem impactos, e pode ser preparado para adaptar-se automaticamente às condições de trabalho exigidas. O variador de velocidade pode transmitir potências de até 150 kW, com um campo de relação de transmissão de 1:3 a 1:10. A variação da velocidade em geral é executada com a máquina em movimento e com baixa carga. 7.2 7 Figura 197. Variador de velocidade com distância variável entre eixos Variador com Distância Fixa Entre Eixos: É constituído por dois pares de polias cônicas que deslizam sobre dois eixos paralelos, de forma que, quando as polias de um par se aproximam, as do outro se separam. Obtém-se, assim, uma variação contínua da relação de transmissão, enquanto varia o diâmetro de contato da correia sobre os dois pares de polias.(Figura 198) Tipos de Variadores: Variador com Transmissão por Correia: A mudança gradual da rotação na transmissão por correia obtém-se, variando o diâmetro de contato da correia com as polias, cuja distância entre eixos pode permanecer variável ou fixa. Variador com Distância Variável entre Eixos: Somente as semi-polias Figura 198. Variador de velocidade com distância fixa entre eixos Elementos de Máquinas Variador por Roda de Fricção: Transmite o momento de giro por fricção entre duas árvores paralelas ou que se cruzam a distâncias relativamente curtas. É construído em várias formas. Para conseguir condições adequadas de fricção, uma das rodas é recoberta com material de atrito, como borracha, couro ou material sintético. No caso de pequenos esforços, a guarnição é fixada elasticamente, e, em caso de grandes esforços, a guarnição é vulcanizada sobre a roda.A força a ser transmitida é representada pelo produto entre a força normal (perpendicular à tangente no ponto de contato) e o coeficiente de atrito μ, que depende dos materiais das rodas. O rendimento do variador por roda de fricção está entre 0,8 e 0,9; é de baixo custo de manutenção; precisa possuir mancais com alta resistência e está limitado a 400 kW de transmissão de potência. Variador PIV: O variador PIV (parallel ideal verstellbar) é muito usado e funciona pelo mesmo sistema que o variador com distância fixa entre eixos. No variador PIV, a distância entre eixos também é fixa e as polias se aproximam e se afastam gradualmente.(Figura 199) Figura 199. Variador PIV As polias são ranhuradas e a transmissão é feita por corrente composta por paletas que se tocam ligeiramente no sentido transversal e, com isso, se amoldam aos diferentes passos das ranhuras das polias. Isso permite que a transmissão seja pela forma e não por atrito, não havendo, portanto, deslizamento. Variador de Bolas: O variador de bolas (Wülfel-kopp) assemelha-se a um rolamento de esferas. As árvores de acionamento e de saída estão alinhadas no centro e possuem nas extremidades internas um disco cônico.(Figura 200) Figura 200. Variador de bolas Esses discos se unem por atrito por meio das esferas, em número de três até oito, distribuídas eqüidistantemente. Um anel de retenção, que gira juntamente com as bolas, pressiona-as contra os discos cônicos. As bolas estão presas, de forma rotativa, a eixos que podem bascular, mas não giram ao redor das árvores. Esses eixos basculantes se guiam por sua extremidade quadrada, que se encaixa em ranhuras radiais nas tampas da carcaça. Os eixos têm, no extremo oposto ao quadrado, ressaltos esféricos que engrenam em ranhuras inclinadas do anel de ajuste. O anel de ajuste está alojado na carcaça para poder girar em torno do eixo horizontal do variador. Quando acionada a alavanca de ajuste, as ranhuras inclinadas deslocam os eixos basculantes radialmente, mudando o ponto de contato entre a bola e os cones. Os pontos de contato têm uma distância periférica diferente para cada cone, o que permite uma relação de transmissão de 1:3 até 3:1. Variador PK: Possui na árvore do induzido do motor elétrico um cone que pode moverse axialmente para efetuar o ajuste do número de rotações. Cone de acionamento carcaça oscilante.(Figura - 201) 131 SENAI CIMATEC® Figura - 201 Variador PK O cone entra em contato com um anel de rodagem que está unido a uma engrenagem planetária que engrena em uma roda dentada central ajustada à árvore de saída. A carcaça onde estão a roda planetária e a roda central realiza um movimento pendular em redor do eixo de acionamento. Quando acionado o motor, o próprio peso da carcaça oscilante, situada obliquamente à linha vertical, é necessário para iniciar a transmissão de potência. A pressão dos dentes entre as rodas dentadas exerce retroativamente uma força FR sobre a carcaça oscilante que repercute entre o cone e o anel de rodagem como forma de aperto FN. Com isso, produz-se a fricção necessária para a transmissão da potência. A carcaça oscilante atua regulando a força de aperto. Nesse variador, a relação de alavanca entre o raio do anel de rodagem e o raio da engrenagem planetária é escolhida de tal modo que assegure o funcionamento até a ponta do cone, tendo em conta o coeficiente de atrito entre o cone e o anel de rodagem. É importante notar que o cone, o anel de acionamento e a roda planetária giram no mesmo sentido.(Figura - 202) Figura - 202 Variação do número de velocidade no variador PK Redutor de Velocidade: É conhecido por redutor o conjunto de coroa e semfim ou de engrenagens acondicionado em uma carcaça com sistema de 132 lubrificação e destinado a reduzir a velocidade. Os principais cuidados na manutenção do redutor de engrenagens são: Na desmontagem, iniciar pelo eixo de alta rotação e terminar pelo de baixa rotação; Na substituição de eixo e pinhão, considerar ambos como uma unidade, isto é, se um ou outro estiver gasto, substituir os dois; Engrenagens e pinhões cônicos são lapidados em pares e devem ser substituídos por pares nestas mesmas condições. Os fabricantes marcam os conjuntos aos pares e geralmente indicam a folga a ser respeitada; Medir a folga entre os dentes para que esteja de acordo com as especificações; Proteger os lábios dos retentores dos cantos agudos dos rasgos de chaveta por meio de papel envolvido no eixo. Não dilatar os lábios dos retentores mais que 0,8 mm no diâmetro.(Figura - 203) Figura - 203 Redutor de velocidade Cuidados na Manutenção de Variadores: Os variadores de velocidade são conjuntos mecânicos constituídos por diversos elementos de máquinas estudados nas unidades anteriores; portanto os cuidados com rolamentos, eixos, árvores, chavetas, etc. devem ser os já citados. Além destes, são importantes os seguintes cuidados: Alinhamentos e nivelamentos adequados; Lubrificação; Inspeções periódicas, com especial atenção para mancais, elementos de atrito, acoplamentos e elementos de ligação em geral. Elementos de Máquinas Variador Eletromagnético: É constituído basicamente por um ventilador de aço, que é acionado diretamente pelo motor, um rotor, no qual está ligado o eixo de saída do variador, e uma bobina fixa de campo. Na medida em que se varia a excitação da bobina (por meio de um circuito eletrônico), será provocado um aumento ou diminuição do fluxo magnético, que por sua vez altera a força de arraste do rotor de saída, proporcionando assim um controle contínuo na velocidade com aceleração suave. O controle da velocidade se dá pelo escorregamento entre o eixo motriz e o eixo movido, o que possibilita que o torque disponível à saída do variador seja praticamente igual ao torque do motor. A vantagem desse variador, sobre os variadores mecânicos, é a de não possuir peças em contato físico, que pelo friccionamento desgastam-se ao transmitir o torque.O variador eletromagnético, ainda, pode funcionar como freio dinâmico de absorção ou embreagem. metros, pois, devido à rarefação do ar, a potência se reduz. 7.3 Outros Sistemas de Transmissão: Transmissão planetária: É um sistema que compreende uma engrenagem central, chamada sol, ligada a um eixo central e várias engrenagens satélites (ou planetárias) engrenadas e girando em torno da engrenagem sol.(Figura - 204) Instalação e manutenção do variador eletromagnético: A transmissão de torque com escorregamento, gera o aquecimento interno do variador eletromagnético e, por isso, ele é provido de um sistema de auto-arrefecimento. Esse sistema obriga a instalação do variador em local com fácil renovação de ar. A poeira, em geral, não traz grandes problemas, exceto se contiver muitas partículas ferrosas ou termoplásticas. As partículas ferrosas, sendo magnéticas, ficam retidas no entre - ferro das partes rotativas travando-as. As partículas termoplásticas não ocasionam problemas quando em movimento, mas fundem-se com a temperatura de trabalho, e quando o variador pára e esfria ocorre o colamento das partes rotativas. Por causa disso, o eixo acionado terá a mesma rotação do eixo acionador. Outros cuidados exigidos são quanto aos intervalos de lubrificação e à instalação em altitudes acima de 1 000 Figura - 204 Transmissão planetária As engrenagens satélites são montadas no porta-satélites que se apóia no eixo central. Há ainda a engrenagem anelar, cujos dentes se engatam aos das engrenagens satélites. Com esse sistema, podemos arranjar os elementos de modo a obter seis possibilidades de movimento, conforme a tabela.(Tabela 12) 133 Elementos de Máquinas Tabela 12 Possibilidades de movimentos Obs: O número de dentes das engrenagens satélites (planetárias) não afeta a relação de transmissão. Fuso de Esferas Recirculantes: É uma rosca de transmissão, com atrito baixíssimo, em que o parafuso e a porca têm filetes opostos, em formato circular, para conter as esferas de rolamento situadas entre eles. A potência é transmitida entre o parafuso e a porca por meio das esferas que circulam continuamente através de um tubo ligado à parte externa da porca.(Figura - 205) Figura - 205 Fuso de esferas recirculantes Elementos de Máquinas Os fusos e as porcas são construídos com aço para rolamento, temperados, revenidos com 62 HRC e retificados. Sua capacidade de carga é de até 400000 N e são fabricados com diâmetros entre 16 e 80 mm. Seu rendimento é de quase 100 %. Nas máquinas CNC, são montadas duas porcas com um elemento de ajuste e pré-carga entre ambas. Os principais cuidados na manutenção dos fusos de esferas recirculantes são com a lubrificação, a pré-carga segundo a especificação e a verificação mensal das tubulações de lubrificação das porcas.(Figura - 206) Figura - 206 Fuso de esferas recirculantes em máquinas CNC 131 Elementos de Máquinas REFERÊNCIAS: FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Elementos de Maquinas. São Paulo: Globo. (Telecurso 2000). SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI. Elementos e conjuntos mecânicos de máquinas. São Paulo. SHIGLEY, Joseph E. Elementos de máquinas. L.T.C., 1990. 2 v.