DESENHO TÉCNICO PARA ENGENHARIA MECÂNICA

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1 DESENHO TÉCNICO PARA ENGENHARIA MECÂNICA Apostila - Versão Professor: Armando Carlos de Pina Filho Universidade Federal do Rio de Janeiro - Escola Politécnica Departamento de Expressão Gráfica 0

2 DESENHO DE MÁQUINAS E MECANISMOS 1. INTRODUÇÃO: A representação gráfica de um projeto mecânico, em especial, de uma máquina ou mecanismo, é composta pelo desenho de conjunto mecânico, que representa a montagem dessa máquina ou mecanismo, juntamente com o desenho de peças a serem fabricadas. Também é importante apresentar um manual de fabricação e montagem. Cada desenho possui uma série de dados necessários para representação gráfica adequada do projeto. Antes de estudar a representação gráfica de um conjunto mecânico, é conveniente conhecer os elementos usados para montagem e funcionamento de uma máquina ou mecanismo. Basicamente, esses elementos podem ser de transmissão ou de união (fixação). Também existem outros elementos que compõem o conjunto mecânico. Dentre os elementos de transmissão, destacam-se: engrenagens, correias (e polias), correntes, cabos de aço, e cames. No caso dos elementos de união (fixação), os mais usados são: parafusos (e porcas, arruelas), rebites, pinos, chavetas, e anéis elásticos. Quanto aos demais elementos, temos: eixos, mancais (de deslizamento e rolamento), molas, etc. A união das peças de um conjunto pode ser móvel ou permanente. Em uniões móveis, os elementos podem ser colocados ou retirados sem causar danos às peças. Por exemplo, uniões com parafusos, porcas e arruelas. Já em uniões permanentes, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites. Vale ressaltar que uniões permanentes também podem ser feitas através de processos, como por exemplo, a soldagem. Para o engenheiro mecânico é importante conhecer a representação gráfica dos diversos elementos de máquinas e mecanismos, bem como conjuntos mecânicos. Além disso, deve-se estudar uma série de detalhes relacionados a ajustes e tolerâncias (dimensionais e geométricas), indicações de acabamento superficial (símbolos de usinagem), e indicações de processos de fabricação e montagem (símbolos de soldagem). O objetivo dessa apostila é apresentar um resumo sobre esses assuntos. Toda a representação gráfica dos elementos e conjuntos mecânicos se baseia em normas e padrões pré-determinados. Esse material, juntamente com exercícios específicos sobre os diversos assuntos, será fornecido à parte, complementando as informações aqui apresentadas. 1

3 2. ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO: Os elementos de transmissão constituem sistemas de transmissão, os quais transferem potência e movimento a um outro sistema. Existe sempre um elemento que transmite o movimento, denominado condutor, e aquele que recebe o movimento, o elemento conduzido. A Figura 1 apresenta um exemplo de sistema de transmissão usando polias e correia. Figura 1. Exemplo de sistema de transmissão usando polias e correia. Os sistemas de transmissão podem ser utilizados também para variar as rotações entre dois eixos. Nesse caso, o sistema é denominado variador ENGRENAGENS: Vulgarmente conhecidas como rodas dentadas, as engrenagens representam um dos principais elementos de transmissão. Seus dentes são padronizados, e através de um engrenamento (conjunto de duas ou mais engrenagens) servem para transmitir movimento entre eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro. A Figura 2 apresenta uma engrenagem, indicando suas partes principais. Observe, em detalhe, o dente de engrenagem. 2

4 Figura 2. Partes de uma engrenagem. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa e a menor chama-se pinhão. Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel, bronze fosforoso, alumínio e náilon. Existem vários tipos de engrenagem. As mais comuns são as engrenagens cilíndricas e as engrenagens cônicas. Ambas podem ter dentes retos ou helicoidais (inclinados). A Figura 3 mostra uma engrenagem cilíndrica de dentes retos e sua representação gráfica. Figura 3. Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Essa forma de representação em meia vista e meio corte, mostrada na Figura 3, é normalmente utilizada no desenho de engrenagens. Observe que, como regra geral, a engrenagem é representada como uma peça sólida, sem dentes. Excepcionalmente, caso seja necessário representar um ou dois dentes, eles podem ser desenhados. Apenas um elemento da engrenagem, o diâmetro primitivo, é indicado por uma linha traço-ponto. No caso de engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais (Figura 4), estes podem ser inclinados à direita ou à esquerda, ou ainda ter uma forma côncava, ideal para o engrenamento com uma rosca sem-fim (Figura 5). 3

5 Figura 4. Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais. Figura 5. Engrenagem helicoidal côncava e engrenamento com rosca sem-fim. A Figura 6 apresenta a representação gráfica de uma engrenagem cônica, além do engrenamento entre duas engrenagens desse tipo, as quais transmitem rotação entre eixos concorrentes. Figura 6. Engrenagem cônica e engrenamento coroa-pinhão. 4

6 Existe ainda a chamada cremalheira, que seria uma barra provida de dentes, destinada a engrenar uma roda dentada. Com esse sistema, pode-se transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa (veja Figura 7). Figura 7. Cremalheira e engrenagem, com transmissão de movimento DESENHO DO DENTE DE ENGRENAGEM: Em relação ao desenho do perfil do dente de uma engrenagem, os dois métodos mais utilizados são: da evolvente de circunferência, e do odontógrafo de Grant. Existe também o desenho por meio da ciclóide, aplicado basicamente em dentes de engrenagens cônicas hipóides e palóides. O método da evolvente consiste em traçar uma circunferência de base, e então dividi-la em um determinado número de partes iguais (por exemplo, 12), e por cada ponto, traçar uma reta tangente a essa circunferência (veja Figura 8). A seguir, traça-se um arco com centro no ponto 1, do ponto 12 até a reta tangente que passa pelo ponto 1, e cujo raio é a distância de 1 até 12, para determinar o ponto 1. Repita o processo, traçando um segundo arco com centro no ponto 2, iniciando o arco no ponto 1 até a reta tangente que passa pelo ponto 2, determinando o ponto 2, e assim sucessivamente. No método do odontógrafo de Grant temos uma aproximação do traçado da evolvente através de dois arcos de circunferência, cujos raios são calculados a partir de parâmetros especificados pelo número de dentes da engrenagem. 5

7 Veremos a seguir a aplicação de ambos os métodos no desenho do perfil do dente de uma engrenagem. Figura 8. Método da evolvente de uma circunferência. Para o desenho do dente com perfil evolvental devemos considerar os seguintes dados fundamentais: o módulo (M), o número de dentes (Z), e o ângulo de pressão (θ). O módulo corresponde à altura da cabeça do dente e serve de base para calcular as demais dimensões dos dentes da engrenagem. Quanto maior o valor do módulo, maior é o tamanho da engrenagem. As demais dimensões são: dp = diâmetro primitivo = MZ de = diâmetro externo = dp + 2a di = diâmetro interno = dp - 2b db = diâmetro de base = dpcosθ a = cabeça do dente ou adendo = M b = pé do dente ou dedendo = 1,25M p = passo da engrenagem = Mπ e = espessura do dente = p/2 eg = espessura angular = 360/2Z h = altura do dente = a + b r = raio do pé = M/6 L = largura do dente (dado de projeto) A Figura 9 apresenta um desenho da engrenagem com dente de perfil evolvental e suas principais dimensões. 6

8 Figura 9. Dimensões de uma engrenagem com dente de perfil evolvental. Para desenhar o dente, comece traçando todas as circunferências: dp, de, di e db. Então aplique o método para traçar a evolvente, a partir de tangentes à circunferência de base db (veja Figura 10). Quanto maior o número de divisões, mais correto será o perfil do dente. Em seguida, marque a espessura do dente (e ou eg) sobre dp. O restante do dente tem direção radial, com um segmento de reta em direção ao centro da engrenagem. Não esqueça de traçar o raio do pé do dente. Figura 10. Desenho do dente com perfil evolvental. Para o desenho do dente pelo método do odontógrafo de Grant, comece traçando todas as circunferências: dp, de, di e db. Marque a espessura do dente (e ou eg) na circunferência primitiva, determinando os pontos 2 e 2 (veja Figura 11). A seguir, trace o arco de circunferência 7

9 de raio R1 = f'm (f' retirado da Tabela 1), com centro no ponto 2. Este arco irá interceptar a circunferência de base no ponto 5. Trace o arco de raio R1, que vai do ponto 2 ao ponto 1, cujo centro é o ponto 5. Trace o arco de raio R2 = f"m (f" retirado da Tabela 1), com centro no ponto 2. Este arco irá interceptar a circunferência de base no ponto 6. Trace o arco de raio R2 que vai do ponto 2 ao ponto 3, cujo centro é o ponto 6. O restante do dente tem direção radial, com um segmento de reta do ponto 3 a 4, com direção ao centro da engrenagem. Não esqueça de traçar o arco do pé do dente (r). Figura 11. Desenho do dente pelo método do odontógrafo de Grant. Tabela 1. Parâmetros do odontógrafo de Grant. Z f' f" Z f' f" Z f' f" 8 2,1 0, ,41 1, ,33 3, ,28 0, ,49 2, ,39 3, ,40 0, ,57 2, ,45 3, ,51 0, ,64 2, , ,62 1, ,71 2, , ,72 1, ,78 2, , ,82 1, ,85 2, , ,92 1, ,92 2, , ,02 1, ,99 2, , ,12 1, ,06 2, , ,22 1, ,20 2, , ,32 1, ,27 3, ,62 8

10 Exercício 1: Desenvolva o método para desenho da evolvente de uma circunferência, da mesma forma que foi apresentado na Figura 8 (página 6). Exercício 2: Desenhe a engrenagem cilíndrica de dentes retos, mostrada a seguir, usando os métodos da evolvente e do odontógrafo de Grant, para traçar o perfil do dente. Os principais dados da engrenagem são: M = 8; Z = 17; e θ = ENGRENAMENTOS: A representação gráfica de engrenagens e alguns engrenamentos já foi mostrada anteriormente (Figuras 3 a 7), bem como os métodos mais usados para desenho do perfil do dente de uma engrenagem. O que será visto nessa seção são detalhes em relação às principais dimensões necessárias para o desenho de determinadas engrenagens e engrenamentos. 9

11 As dimensões para engrenagem cilíndrica de dentes retos já foram apresentadas na página 6. A condição necessária para o engrenamento é que ambas as engrenagens tenham o mesmo módulo. A relação de transmissão será dada pela razão entre o número de dentes de cada engrenagem. Com engrenagens cilíndricas de dentes retos, o engrenamento só pode ser feito em eixos paralelos. Para engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais, além do módulo (M), o número de dentes (Z), e o ângulo de pressão (θ), deve-se fornecer também o ângulo de inclinação (β). As demais dimensões são calculadas a partir desses dados: dp = diâmetro primitivo = MZ/cosβ de = diâmetro externo = dp + 2a di = diâmetro interno = dp - 2b db = diâmetro de base = dpcosθ a = cabeça do dente ou adendo = M b = pé do dente ou dedendo = 1,25M h = altura do dente = a + b Pn = passo normal = Mπ Pc = passo circular = Mπ/cosβ en = espessura normal = Pn/2 ec = espessura circular = Pc/2 eg = espessura angular = 360/2Z r = raio do pé = M/6 L = largura do dente (dado de projeto) Observe que nesse caso temos dois passos, um normal (Pn) e outro circular (Pc), que estão relacionados pelo ângulo de inclinação (β)(figura 12). Figura 12. Detalhe do passo normal e circular numa engrenagem helicoidal. A utilização de engrenagens helicoidais permite o engrenamento de formas distintas, em relação ao posicionamento dos eixos. Quando as engrenagens têm ângulo de inclinação de mesmo valor mas de sentidos opostos, os eixos são paralelos (Figura 13-a). Quando a inclinação 10

12 é no mesmo sentido, e a soma dos ângulos resulta em 90º, os eixos são ortogonais (Figura 13-b). E quando a soma dos ângulos é diferente de 90º, independentemente do sentido de inclinação, os eixos são reversos (Figura 13-c). (a) (b) (c) Figura 13. Engrenamentos usando engrenagens helicoidais. Além do engrenamento usando duas ou mais engrenagens cilíndricas, um sistema bastante utilizado é o de engrenagem/cremalheira, apresentado na Figura 7. Existem dois tipos de cremalheira: a cremalheira de dentes perpendiculares (ou retos), que pode ser acoplada a uma engrenagem de dentes retos; e a cremalheira de dentes inclinados, que pode ser acoplada a uma engrenagem helicoidal (veja Figura 14). Figura 14. Tipos de cremalheira. As dimensões da cremalheira, como módulo, ângulo de pressão, ângulo de inclinação (para cremalheiras de dentes inclinados), dentre outras, estão relacionadas à engrenagem a qual ela será acoplada. O número de dentes da cremalheira, assim como comprimento, largura e altura, são dados de projeto. O perfil do dente da cremalheira é reto, não necessitando de nenhum método especial de desenho. O ângulo adotado para o flanco do dente é igual a 2θ e o raio do pé (r) é igual a M/6 (Figura 15). 11

13 Figura 15. Principais dimensões da cremalheira. Exercício 3: Desenhe o engrenamento mostrado a seguir, considerando os seguintes dados para engrenagem cilíndrica de dentes retos: M = 6; Z = 24; e θ = 20. Outra opção de engrenamento usando engrenagens helicoidais se faz em conjunto com um parafuso com rosca sem-fim (já visto na Figura 5). Esse sistema é muito utilizado em redutores de velocidade, talhas e pontes rolantes. O posicionamento dos eixos é similar ao que foi visto na Figura 13, com a substituição de uma das engrenagens pelo sem-fim. 12

14 Um aspecto interessante desse sistema se refere ao número de dentes/entradas do sem-fim (veja exemplo na Figura 16), que influencia a transmissão de movimento, por meio da seguinte relação: (n de entradas do sem-fim) x (rpm do sem-fim) = (n de dentes da coroa) x (rpm da coroa) Figura 16. Exemplo de sem-fim com 4 entradas. O parafuso sem-fim também pode ser usado com uma engrenagem de forma côncava, que é o sistema mais comum (coroa/sem-fim). A rosca do parafuso sem-fim tem um perfil trapezoidal e pode ter uma ou mais entradas. Os dados principais são: o módulo (M), o número de dentes/entradas (Z), o ângulo de pressão (θ), o ângulo de inclinação da hélice (β), e o ângulo do flanco (γ). As demais dimensões, a serem calculadas, são: dp = diâmetro primitivo = MZ/cosβ de = diâmetro externo = dp + 2a di = diâmetro interno = dp - 2b a = cabeça do dente ou adendo = M b = pé do dente ou dedendo = 1,25M h = altura do dente = a + b p = passo da rosca = Mπ r = raio do pé = M/6 Para um ângulo de pressão (θ) igual a 14º30' ou 15º, pode-se adotar um valor menor para b (pé do dente) = 1,167M. O valor do ângulo do flanco (γ) é igual a 29º, 30º ou 40º, variando de acordo com o ângulo de pressão: 14º30', 15º ou 20º. Em relação à engrenagem côncava, ela é projetada a partir do parafuso sem-fim, possibilitando o engrenamento (veja Figura 17). Os dados necessários são: 13

15 M = módulo = igual ao do sem-fim Zc = n de dentes (dado de projeto) θ = ângulo de pressão = sem-fim βc = ângulo de inclinação (projeto) Dp = diâmetro primitivo = MZc/cosβ De = diâmetro externo = Dp + 2a Di = diâmetro interno = Dp - 2b a = cabeça do dente ou adendo = M b = pé do dente = 1,25M ou 1,167M h = altura do dente = a + b P = passo da coroa = Mπ e = espessura do dente = P/2 r = raio do pé = M/6 E = (Dp + dp)/2 R = E - (De/2) δ = arc cos (dp/de) D = De + 2R (1 - cos δ) l = largura da coroa = veja a seguir Em relação à largura da coroa, para parafuso com rosca sem-fim de uma ou duas entradas: l = 2,38P + 6, e para parafuso com rosca sem-fim com mais de duas entradas: l = 2,15P + 5. Figura 17. Sistema de transmissão coroa/sem-fim. Exercício 4: A partir do exemplo mostrado na Figura 17, desenhe o sistema de transmissão coroa/sem-fim, com eixos ortogonais, considerando o módulo = 2, número de entradas do sem-fim = 1, número de dentes da coroa = 50, ângulo de pressão = 20, e ângulo de inclinação da coroa = 5. As dimensões relativas aos cubos da coroa e sem-fim devem ser estimadas. 14

16 Outro tipo de engrenagem que pode ser utilizado em sistemas de transmissão é a cônica (Figura 6). A engrenagem cônica possui dentes moldados sobre um tronco de cone, que são paralelos à reta geratriz desse cone, podendo se acoplar a outra engrenagem cônica, cujo posicionamento dos eixos pode ser a 120º, 90º ou 75º (veja Figura 18). Esses eixos são concorrentes, ou seja, se encontram em um mesmo ponto, quando prolongados. (a) (b) (c) Figura 18. Engrenamentos usando engrenagens cônicas. As dimensões da coroa (engrenagem maior) e pinhão (engrenagem menor) podem ser calculadas a partir das equações apresentadas a seguir. 15

17 A Figura 19 apresenta o engrenamento com as principais dimensões das engrenagens. Algumas dimensões não mostradas, tais como: a largura total de cada engrenagem, detalhes do cubo e diâmetros de eixo, são dados de projeto, a serem dimensionados. Figura 19. Sistema de transmissão de engrenagens cônicas. Exercício 5: Desenhe o sistema de transmissão coroa/pinhão, formado pelas engrenagens cônicas abaixo, considerando M = 10, n de dentes da coroa = 24, n de dentes do pinhão = 14, θ = 25 e Σ =

18 2.2. POLIAS E CORREIAS: Além do sistema de transmissão por meio de engrenagens, um sistema bastante utilizado, devido ao menor custo de fabricação, facilidade de manutenção, e por representar boa solução para problemas de atrito, desgaste e perda de energia, é a transmissão por meio de polias e correias (Figura 20). Figura 20. Sistema de polias e correias. As polias são peças cilíndricas, fabricadas em diversos materiais, tais como: ferro-fundido (o mais utilizado), aços, ligas leves e materiais sintéticos. A superfície da polia não deve apresentar porosidade, pois do contrário, a correia irá se desgastar rapidamente. As polias podem ser fixadas aos eixos por meio de pressão, de chaveta ou de parafuso. Os principais tipos de polias são as de aro e em "V", utilizadas em conjunto com correias planas e correias trapezoidais, respectivamente. Além dessas polias, ainda existem outros modelos específicos para cabos de aço, para correntes, para correias redondas e para correias dentadas. A Figura 21 apresenta os principais tipos de polias e suas respectivas representações gráficas. As correias são elementos que transmitem movimento de rotação entre eixos por intermédio das polias. Os materiais empregados para fabricação das correias são couro, materiais fibrosos e sintéticos (à base de algodão, viscose, perlon e náilon) e material combinado (couro e sintéticos). 17

19 Figura 21. Principais tipos de polias e sua representação gráfica. 18

20 As correias mais usadas são planas e trapezoidais, sendo contínuas ou com emendas. A correia trapezoidal é inteiriça, fabricada com seção transversal em forma de trapézio. Sua estrutura é composta de forma a suportar as forças de tração. O emprego da correia trapezoidal é preferível ao da correia plana, pois praticamente não apresenta deslizamento, permite o uso de polias bem próximas, e elimina os ruídos e os choques, típicos das correias planas DESENHO DE POLIAS E CORREIAS: Em relação às correias, a representação gráfica é simples, e as dimensões são padronizadas para os vários tipos e perfis, de acordo com a escolha de projeto. A Figura 22 apresenta os principais perfis padronizados de correias trapezoidais, com suas devidas dimensões. Figura 22. Perfis de correias trapezoidais. No caso das polias, as dimensões estão relacionadas ao tipo de correia escolhido para o sistema. As polias de aro tem uma geometria simples e seu dimensionamento está relacionado à largura da correia plana. As polias em "V" são mais complexas, e dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia trapezoidal a ser utilizada (ver Figuras 24 e 25). Em relação ao cubo das polias, para diâmetros externos da polia a partir de 200 mm, usamse "braços", enquanto para diâmetros abaixo desse valor, o cubo da polia é sólido, com uma estrutura em disco, similar ao utilizado nas engrenagens (Figura 23). Figura 23. Polia com cubo usando braço e disco 19

21 Figura 24. Principais dimensões da polia em "V". Figura 25. Dados para dimensionamento da polia em "V". 20

22 SISTEMAS DE TRANSMISSÃO COM POLIAS E CORREIAS: Na transmissão por meio de polias e correias, a polia que transmite movimento e força é chamada polia motora ou condutora, enquanto que a polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida. A maneira como a correia é colocada nas polias, de forma reta ou cruzada, determina o sentido de rotação dos eixos (veja Figura 26). Figura 26. Sistema com sentido direto de rotação; e sentido de rotação inverso. Para que o sistema de transmissão seja adequado, é necessário obedecer limites em relação ao diâmetro das polias e o número de voltas por unidade de tempo. A seguinte relação de transmissão i deve ser observada: i = (rpm polia menor) / (rpm polia maior) = (diâmetro polia maior) / (diâmetro polia menor) Na transmissão usando correias planas, a relação i não deve ser maior do que 6 (seis), enquanto que na transmissão usando correias trapezoidais, o valor de i não deve ser maior do que 10 (dez). Exercício 6: A partir da polia fornecida, e com auxílio das informações contidas nas Figuras 24 e 25, faça a modelagem dessa polia, sabendo-se que ela faz parte de um sistema, cuja relação de transmissão é igual a 2. Faça também a modelagem da outra polia, de diâmetro menor, e represente o sistema de transmissão, cuja distância entre os eixos é igual a 250 mm. Dimensões adicionais dos cubos das polias, diâmetros de eixos, dentre outros dados não padronizados, devem ser estimados. 21

23 2.3. CAMES: Um sistema de transmissão muito utilizado em máquinas operatrizes e comandos de válvulas é o came/seguidor. Tal sistema é formado por um excêntrico, que é uma peça cuja superfície possui uma excentricidade, a qual transmite movimento para um segundo elemento, denominado seguidor (veja Figura 27). Figura 27. Sistema de transmissão came/seguidor. Dentre os diversos tipos de cames existentes, o mais utilizado é o de disco, que pode apresentar uma variação do elemento excêntrico, bem como uma variação da extremidade do seguidor (veja Figura 28). Figura 28. Tipos de came de disco e seguidores. 22

24 DESENHO DE CAMES: A geometria do disco (came) apresenta contornos excêntricos de diferentes raios, de acordo com a transmissão de movimento desejada para o seguidor, que se desloca conforme o movimento dado pela excentricidade ou pela diferença desses raios. Para realizar a representação gráfica do sistema, é importante entender o funcionamento do mesmo. Na Figura 29 temos a came de disco girando no sentido da seta A, e o seguidor toca a came nos pontos 1', 2', 3', 4'..., retornando ao ponto 1', após uma volta completa. Figura 29. Representação gráfica de uma came de disco. Esse ciclo de funcionamento do sistema pode ser representado por um gráfico, que identifica a altura do seguidor em função dos raios do disco (Figura 30). Considerando uma circunferência de raio 0 1 (veja Figura 29), temos uma curva formada pelos pontos 1', 2', 3', 4',... 1' (Figura 30), desenhada a partir das alturas 1 1', 2 2', 3 3', 4 4', '. Esse gráfico é utilizado para construir a came. Quanto maior o número de divisões da circunferência, mais correto será o desenho da came. 23

25 Figura 30. Gráfico do ciclo de funcionamento do sistema came/seguidor. Exercício 7: A partir dos dados fornecidos, que descrevem as alturas relacionadas a um sistema came/seguidor, construa o gráfico do ciclo de funcionamento do sistema, e desenhe a came de disco, considerando uma circunferência de raio igual a 30 mm. Altura Dimensão [mm] 1-1' 0 2-2' 0 3-3' 1,0 4-4' 5,0 5-5' 10,2 6-6' 17,0 7-7' 24,7 8-8' 34,3 9-9' 47, ' 60, ' 71, ' 83, ' 93, ' 97, ' 89, ' 74, ' 52, ' 25, ' 9, ' 1,0 24

26 3. ELEMENTOS DE UNIÃO (FIXAÇÃO): Para que uma máquina ou mecanismo possa realizar suas operações, por meio dos diversos sistemas, em especial, aqueles de transmissão de movimento e força, é necessário que os elementos estejam fixados de forma apropriada. Essa união (fixação) pode ser feita por diversos elementos, tais como: parafusos (e porcas, arruelas), rebites, pinos, chavetas, anéis elásticos, etc. A união das peças de um conjunto pode ser móvel ou permanente, dependendo do elemento utilizado (Figura 31). Por exemplo, uniões com parafusos, porcas e arruelas, além de chavetas e pinos, representam uniões móveis, enquanto uniões com rebites são permanentes. Figura 31. União móvel, e união permanente PARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS: Os parafusos, em conjunto com porcas e arruelas, representam o sistema mais utilizado para união (fixação) entre elementos de um conjunto mecânico. Existem diversos tipos de parafusos no mercado, que são padronizados, e na maioria dos projetos, eles são especificados a partir do dimensionamento, não necessitando de fabricação. Todo parafuso e porca possui algum tipo de rosca. Rosca é um conjunto de filetes em torno de uma superfície cilíndrica. As roscas podem ser externas (como no corpo dos parafusos) ou internas (como nas porcas). Além da união entre peças, as roscas permitem movimento entre peças, como por exemplo, em morsas e grampos. A Figura 32 apresenta os principais tipos de roscas e alguns exemplos de aplicação. 25

27 Figura 32. Principais tipos de roscas e aplicações. Independente da sua aplicação, as roscas têm os mesmos elementos, variando apenas os formatos e dimensões. Esses elementos são mostrados na Figura 33. Figura 33. Elementos de uma rosca. 26

28 P = passo (em mm) d = diâmetro externo d1 = diâmetro interno d2 = diâmetro do flanco α = ângulo do filete f = fundo do filete i = ângulo da hélice c = crista h = altura do filete do parafuso D = diâmetro do fundo da porca D1 = diâmetro do furo da porca h1 = altura do filete da porca Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda. Todas as roscas são normalizadas, com suas dimensões apresentadas por meio de tabelas (veja o exemplo da rosca métrica nas Figuras 34 e 35), e a identificação nos desenhos é feita por uma letra, referente ao tipo de rosca, acompanhada do valor do diâmetro nominal. Tipo de rosca Métrica triangular Whitworth Unificada grossa Unificada fina Unificada extra-fina Quadrada Dente de Serra Trapezoidal Identificação M W UNC UNF UNEF Q S Tr Figura 34. Detalhe de uma rosca métrica e dimensões padronizadas. 27

29 Figura 35. Parte de uma das tabelas de rosca métrica. Em geral, o parafuso é composto de duas partes: cabeça e corpo (que pode ser total ou parcialmente roscado). Existem também parafusos sem cabeça. A Figura 36 apresenta os principais tipos de parafusos. No caso das porcas, o tipo de rosca interna e dimensões são correspondentes aos parafusos a serem utilizados. A Figura 37 apresenta os tipos mais comuns de porcas. As principais funções das arruelas são distribuir igualmente o aperto e evitar o afrouxamento, causado por variações de temperatura ou vibrações. A Figura 38 apresenta os tipos mais comuns de arruelas. 28

30 Figura 36. Tipos de parafusos. 29

31 Figura 37. Tipos de porcas. arruela lisa arruela de pressão arruela dentada arruela serrilhada Figura 38. Tipos de arruelas DESENHO DE PARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS: O parafuso mais utilizado na montagem de máquinas é o sextavado (com ou sem porca e arruela), sendo sua rosca do tipo métrica ou Whitworth. Sua representação gráfica é mostrada na Figura

32 Figura 39. Desenho do parafuso sextavado. Observe que as medidas das partes do parafuso são proporcionais ao diâmetro do seu corpo. Observe também a representação gráfica da rosca nas vistas frontal e lateral. Numa das vistas a rosca é representada apenas por duas linhas, uma delas relativa ao diâmetro nominal externo e a outra ao diâmetro interno (valores tabelados). Na outra vista temos a representação por meio de dois círculos concêntricos, sendo que o de menor diâmetro não é desenhado por inteiro. Essa representação se inverte, no caso das porcas. A Figura 40 apresenta a representação e dimensões da porca e arruelas que poderão ser utilizadas com o parafuso sextavado. Figura 40. Desenho da porca sextavada e arruelas. 31

33 A Figura 41 apresenta outros exemplos de parafusos e suas principais dimensões. Vale ressaltar que essas dimensões são utilizadas para o desenho dos parafusos, de forma geral, mas podem variar de acordo com o fabricante. cabeça cilíndrica cabeça redonda cabeça escareada com fenda com fenda com fenda cabeça cilíndrica com sem cabeça com sem cabeça com sextavado interno (Allen) sextavado interno com fenda Figura 41. Alguns parafusos e suas principais dimensões. Na Figura 42 temos uma tabela com alguns comprimentos padronizados para parafusos. 32

34 Figura 42. Alguns comprimentos padronizados para parafusos. Na montagem das peças, o parafuso pode ser passante ou não-passante. Parafusos passantes atravessam, de lado a lado, as peças a serem unidas, passando livremente nos furos. Esses parafusos utilizam porcas para fixação. No caso dos parafusos não-passantes, não se utilizam porcas, o papel de porca é desempenhado pelo furo roscado, feito numa ou em ambas as peças a serem unidas (veja Figura 43). Figura 43. Parafusos passantes, e não-passante. Vale lembrar que na representação de elementos de fixação (parafusos, rebites, pinos), ao realizar um corte nas peças, esses elementos não sofrem corte, ou seja, permanecem inalterados e sem hachura. 33

35 Em relação às dimensões do furo nas peças, no caso de parafusos passantes, o diâmetro do furo será igual a 1,06 D, onde D é o diâmetro maior da rosca. Em parafusos não-passantes deve-se considerar algumas dimensões adicionais, como mostrado na Figura 44. Figura 44. Dimensões na utilização de parafusos não-passantes. D = diâmetro maior da rosca D 1 = diâmetro do furo broqueado d f = diâmetro do furo passante A = profundidade do furo broqueado B = profundidade da parte roscada C = comprimento de penetração do parafuso Essas dimensões variam de acordo com o material das peças, conforme tabela mostrada na Figura 45. Se a união por parafusos for feita em peças de materiais diferentes, os cálculos deverão ser efetuados em função do material que receberá a rosca. Figura 45. Dimensões usadas para união de peças com parafusos não-passantes. Exercício 8: Deseja-se unir duas peças, uma delas com espessura igual a 15 mm, feita de ferro fundido, e outra com espessura igual a 50 mm, feita de alumínio. A união será feita por meio de um parafuso sextavado não-passante, em conjunto com uma arruela lisa. Sabendo-se que esse parafuso é identificado por M10, faça a modelagem do parafuso, bem como da arruela, e a representação gráfica, em corte, do conjunto de peças unidas por esses elementos. 34

36 3.2. REBITES: Rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Diferente do processo de soldagem, que devido ao calor pode causar alterações na superfície de peças a serem unidas, os rebites representam uma excelente alternativa para união permanente de peças, sendo utilizados em estruturas metálicas de máquinas, reservatórios, caldeiras, navios, aviões, veículos e treliças. A fabricação de rebites é padronizada, seguindo normas que indicam medidas da cabeça, do corpo e do comprimento útil dos rebites. A Figura 46 apresenta os principais tipos de rebites e suas dimensões padronizadas. Figura 46. Principais tipos de rebites e dimensões (em polegadas). Existem outros tipos de rebites, e dentre eles destaca-se um tipo especial, bastante utilizado na prática, o chamado rebite de repuxo, mais conhecido como rebite "pop". Ele é um elemento especial de união, empregado para fixar peças com rapidez, economia e simplicidade. A Figura 47 apresenta esse tipo de rebite. 35

37 Figura 47. Tipos de rebite de repuxo (rebite pop). Para realizar a união por meio de rebites, além de definir o tipo de rebite a ser utilizado, é necessário verificar detalhes da rebitagem, como a largura e o número de chapas e serem unidas, e a aplicação e o número de fileiras de rebites. É preciso calcular adequadamente os rebites em relação à espessura das chapas. Na distribuição dos rebites deve-se levar em conta: o comprimento da chapa, a distância entre a borda e o rebite mais próximo, o diâmetro do rebite e o passo, que representa a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira. Esse passo deve ser calculado de forma a não ocasionar empenamento das chapas. A Figura 48 mostra algumas formas de distribuição dos rebites. Figura 48. Formas de distribuição dos rebites. Para calcular o diâmetro do rebite (d) que fará a união entre chapas, deve-se considerar a chapa de menor espessura (e), usando-se a relação: d = 1,5 e 36

38 Observe que esse valor pode ser dado em mm, e como os rebites comerciais são fornecidos, em geral, com as dimensões em polegadas (veja Figura 46), é necessário escolher um rebite com diâmetro aproximado, que atenda ao serviço. Em relação à espessura de chapas, em muitos casos é especificada pela bitola, que representa um número padronizado que corresponde a uma determinada espessura de chapa. Essa correspondência pode ser encontrada em tabelas de chapas. Um exemplo de tabela é mostrado na Figura 49. Figura 49. Exemplo de tabela para chapas de aço inoxidável. Quanto ao diâmetro do furo a ser feito nas chapas, a serem unidas por rebites, devemos considerar a seguinte relação: df = 1,06 d 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 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 comprimento útil é L e o símbolo para indicar a sobra necessária é z. 37

39 O cálculo do comprimento útil do rebite depende do formato da cabeça. Para rebites de cabeça redonda e cilíndrica (veja Figura 50), temos: L = 1,5 d + S Figura 50. União usando rebite de cabeça redonda. E para rebites de cabeça escareada (veja Figura 51), temos: L = 1 d + S Figura 51. União usando rebite de cabeça escareada. Exercício 9: Deseja-se unir duas chapas de aço inoxidável, uma com bitola 9 e outra com bitola 5, usando-se rebites de cabeça redonda. A partir dessas informações, determine todos os dados necessários para especificação e desenho do rebite, bem como para representação gráfica da união, como mostrado na Figura PINOS, CAVILHAS E CUPILHAS: Os pinos e cavilhas têm a finalidade de alinhar e fixar os elementos de um máquina. Os pinos podem ser cilíndricos, cônicos ou elásticos (veja Figura 52), enquanto que as cavilhas são pinos estriados ou ranhurados (veja Figura 53). 38

40 Figura 52. Tipos de pinos (cônico, cônico com rosca, cilíndrico, e elástico). Figura 53. Tipos de cavilhas. Os pinos são usados para união de peças que se articulam entre si, enquanto que as cavilhas são utilizadas em conjuntos sem articulações. Para especificar pinos e cavilhas deve-se levar em conta seu diâmetro nominal, seu comprimento, e função do pino. Todos os dados são padronizados e fornecidos por normas e tabelas. Um exemplo de tabela é mostrado na Figura

41 Figura 54. Dimensões padronizadas de pinos cônicos. A cupilha ou contra pino é um arame de seção semi-circular, dobrado de modo a formar um corpo cilíndrico e uma cabeça (veja Figura 55). Sua função principal é a de travar outros elementos, como parafusos e porcas (veja Figura 56). Figura 55. Principais dimensões de um contra pino. Figura 56. Aplicação de contra pinos. 40

42 Assim como os pinos, as dimensões dos contra pinos também são padronizadas por meio de tabelas (exemplo mostrado na Figura 57). Figura 57. Dimensões padronizados de cupilhas ou contra pinos. Exercício 10: A partir da tabela fornecida na Figura 57, faça o desenho do contra pino, de forma similar ao apresentado na Figura 55, considerando um diâmetro nominal igual a 5 mm, e comprimento igual a 35 mm CHAVETAS: A chaveta é um elemento fabricado em aço, em geral, na forma retangular ou semicircular. Ela se interpõe numa cavidade de um eixo e de uma peça (engrenagem, polia, came, etc), com a finalidade de unir ou fixar os dois elementos (Figura 58). Figura 58. União por meio de chaveta. 41

43 Os principais tipos de chavetas são: de cunha, paralela (ou lingueta), e de disco (ou meialua). A chaveta de cunha recebe esse nome porque uma de suas faces é inclinada, para facilitar a união das peças (Figura 59). Figura 59. Tipos de chavetas de cunha. A chaveta paralela possui as faces paralelas, ou seja, sem inclinação. Seus extremos podem ser retos ou arredondados, e pode-se usar parafusos para fixar a chaveta ao eixo (veja Figura 60). Figura 60. Tipos de chavetas paralelas. A chaveta de disco é uma variante da chaveta paralela, e recebe esse nome devido a sua forma semicircular. É comumente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo (veja Figura 61). Figura 61. Chaveta de disco. 42

44 Da mesma forma que vários elementos de união, as dimensões das chavetas são dadas por meio de tabelas padronizadas (exemplo mostrado nas figuras 62 e 63). Figura 62. Dimensões padronizadas para chavetas paralelas. Figura 63. Representação gráfica de uma união por meio de chaveta paralela. Exercício 11: A partir da tabela fornecida na Figura 62, faça o desenho da união por meio de chaveta paralela, de forma similar ao apresentado na Figura 63, considerando um diâmetro do eixo igual a 60 mm, e comprimento da chaveta igual a 50 mm. 43

45 3.5. ANÉIS ELÁSTICOS: O anel elástico é um elemento usado em eixos ou furos, tendo como principais funções: evitar o deslocamento axial de peças ou componentes, e posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre o eixo. É conhecido também como anel de retenção, de trava ou de segurança. O anel elástico é fabricado de aço-mola, tendo a forma de anel incompleto, que se aloja em um canal circular construído conforme normalização. Suas dimensões são padronizadas por meio de tabelas. Os dois principais tipos são apresentados nas Figuras 64 e 65. Figura 64. Dimensões de anel elástico externo (para eixos). 44

46 Figura 65. Dimensões de anel elástico interno (para furos). É importante ressaltar que para montagem adequada dos anéis em eixos ou furos é necessário o uso de alicates especiais. Exercício 12: A partir da tabela e representação gráfica apresentados na Figura 64, faça o desenho do anel elástico externo, bem como do eixo onde será utilizado esse anel, considerando um diâmetro externo do eixo igual a 15 mm. Dimensões adicionais do conjunto, tais como: comprimento do eixo e detalhe do chanfro, devem ser estimados. 45

47 4. OUTROS ELEMENTOS DE MÁQUINAS: Além dos elementos de transmissão e fixação (união), apresentados anteriormente, existem vários outros elementos que compõem uma máquina ou mecanismo. A seguir serão apresentados alguns desses elementos EIXOS E ÁRVORES: Eixo é um elemento de função estrutural, submetido à flexão. Ele não transmite potência, ou seja, não sofre esforço de torção. Árvore (ou eixo-árvore) é um elemento de transmissão de potência, submetido tanto à flexão, como torção. Em termos práticos, muitas vezes essa diferença de definição não é levada em consideração. Os eixos e árvores possuem perfis lisos ou compostos, geralmente de seção circular, podendo ser fixos ou giratórios. São fabricados, em geral, em aço ou ligas de aço. Quanto ao tipo, podem ser: maciços, vazados, cônicos, roscados, ranhurados, estriados, e flexíveis. Os eixos maciços tem seção transversal circular maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. A extremidade do eixo é chanfrada, e as arestas são arredondadas para aliviar a concentração de esforços (Figura 66). Figura 66. Exemplo de eixo maciço. Os eixos vazados facilitam a fixação de peças para usinagem, sendo utilizados normalmente em máquinas-ferramenta. Também são empregados quando se deseja uma redução de peso (Figura 67). Figura 67. Exemplo de eixo vazado. 46

48 Os eixos cônicos são ajustados a componentes que possuam 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 68). Figura 68. Exemplo de eixo cônico. Os eixos roscados são compostos de rebaixos e furos roscados, que permitem a utilização como elementos de transmissão e também como eixos prolongadores, utilizados na fixação de rebolos para retificação e de ferramentas de usinagem (Figura 69). Figura 69. Exemplo de eixo roscado. Os eixos ranhurados apresentam uma série de ranhuras longitudinais em torno de suas circunferências. Essas ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes de peças que serão montadas no eixo. Esses eixos são utilizados para transmitir grande força (Figura 70). Figura 70. Exemplo de eixo ranhurado. Os eixos estriados caracterizam-se por garantir uma boa concentricidade com boa fixação, sendo utilizados para evitar rotação relativa em barras de direção de automóveis, alavancas de máquinas, etc (Figura 71). 47

49 Figura 71. Exemplo de eixo estriado. Os eixos flexíveis consistem de uma série de camadas de arame de aço enroladas alternadamente em sentidos opostos e apertadas fortemente. Esse conjunto é protegido por um tubo flexível. Esses eixos são empregados em ferramentas portáteis (roda de afiar), e adequados a forças não muito grandes e altas velocidades (cabo de velocímetro). A transmissão de movimento entre dois eixos pode ser feita por meio de um elemento mecânico denominado acoplamento (Figura 72). O acoplamento pode também apresentar uma estrutura com espaçador. Espaçadores também podem ser usados nos eixos para fixação de elementos. Figura 72. Exemplo de acoplamento MANCAIS, BUCHAS E ROLAMENTOS: Mancal pode ser definido como um suporte ou guia no qual se apóia um eixo. 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. 48

50 Os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte (Figura 73). Esses mancais são usados em equipamentos de baixa rotação, onde a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito. O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. Figura 73. Mancal de deslizamento. As buchas são elementos de forma cilíndrica ou cônica, e servem para apoiar eixos e guiar brocas e alargadores. Podem ser fabricadas de materiais plásticos ou metal antifricção (liga de cobre, zinco, estanho, chumbo ou antimônio, também conhecido como metal patente, metal branco ou metal Babbitt). As buchas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação. Nesse sentido, elas podem ser de fricção radial, para esforços radiais, de fricção axial, para esforços axiais, e cônicas, para esforços nos dois sentidos. Em geral, as buchas possuem um furo que possibilita a entrada de lubrificantes. A Figura 74 mostra a representação gráfica dos principais tipos de buchas, enquanto a Figura 75 apresenta um exemplo de tabela padronizada para buchas cilíndricas. Figura 74. Principais tipos de buchas. 49

51 Figura 75. Dimensões (em mm) para buchas cilíndricas. Os mancais de rolamento (Figura 76) são utilizados quando se necessita de maiores velocidades e menos atrito. Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em conseqüência do atrito. São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes, tais como: esferas, rolos (ou roletes) e agulhas. Figura 76. Mancal de rolamento. 50

52 Os rolamentos de esfera são apropriados para rotações mais elevadas. Os rolamentos de roletes suportam cargas maiores e devem ser usados em velocidades menores. E os rolamentos de agulha são recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado. A Figura 77 apresenta os principais tipos de rolamentos e suas representações gráficas, de forma simplificada e simbólica. Figura 77. Representação gráfica de rolamentos. 51

53 As dimensões e características dos rolamentos são indicadas em normas técnicas e nos catálogos de fabricantes. A Figura 78 apresenta um exemplo de tabela padronizada para um rolamento de esferas. Figura 78. Dimensões (em mm) para um rolamento de esferas ANÉIS DE VEDAÇÃO: Esses anéis são empregados em elementos de máquina em movimento, geralmente eixos, e servem para proteger os mancais contra sujeira decorrente do uso (penetração de pó ou outras impurezas), além de conter o lubrificante. Os anéis são colocados em canaletas feitas nos flancos do suporte. Entre os principais anéis de vedação, um dos mais usados é o anel de feltro. A Figura 79 apresenta as dimensões para anéis de feltro, e para canaletas a serem feitas no suporte. 52

54 Figura 79. Dimensões (em mm) para anéis de feltro. Outro elemento de vedação bastante conhecido é a gaxeta, que é formada com estopas trançadas, feitas de cânhamo engraxado com sebo, algodão, amianto trançado com fibras orgânicas ou fios de teflon. As tranças são de seção quadrada e, às vezes, trapezoidal. Também existe o chamado "o-ring", que é um anel de borracha, similar ao anel de feltro, mas com seção circular (veja Figura 80). 53

55 Figura 80. Representação gráfica de um "o-ring" MOLAS: As molas podem ser helicoidais ou planas. A seleção de uma mola depende das respectivas formas e solicitações mecânicas. A mola helicoidal é a mais usada em mecânica. Em geral, ela é feita de um arame de aço enrolado em forma de hélice cilíndrica ou cônica. O arame pode ter a seção circular, quadrada, retangular etc. As molas helicoidais podem ser de compressão, tração ou torção. Molas de compressão (Figura 81) são enroladas com as espiras separadas de forma que possam ser comprimidas, podendo ter também a forma de um tronco de cone. Figura 81. Mola helicoidal de compressão. 54

56 As molas helicoidais de tração (Figura 82) são enroladas com as espiras em contato uma com a outra, de forma a possibilitar uma extensão (tração). Os elementos de uma mola helicoidal de tração são quase os mesmos da mola helicoidal de compressão, sendo que H representa o comprimento total da mola, ou seja, a soma do comprimento do corpo da mola (h) mais o comprimento dos ganchos. Figura 82. Mola helicoidal de tração. As molas helicoidais de torção (Figura 83) tem uma estrutura similar as molas de compressão ou tração, mas as forças que atuam na mola são perpendiculares ao eixo da mesma, enquanto que nas molas de tração e de compressão as forças seguem a mesma direção do eixo. Figura 83. Mola helicoidal de torção. 55

57 A Figura 84 apresenta as formas de representação gráfica de molas helicoidais. Figura 84. Representação gráfica de molas helicoidais. 56

58 Em relação às molas planas, elas podem ser do tipo: simples, prato, feixe de molas e espiral (veja Figura 85). Figura 85. Tipos de molas planas. A Figura 86 apresenta as formas de representação gráfica de molas planas. Figura 86. Representação gráfica de molas planas. 57

59 A mola plana simples funciona, em geral, fixada numa das extremidades e livre na outra. Quando sofre a ação de uma força, a mola é flexionada em direção oposta. A mola prato funciona associada a outras molas do mesmo tipo, empilhadas, formando colunas. Esse arranjo depende da aplicação desejada. O feixe de molas é feito de diversas peças planas de comprimento variável, moldadas de maneira que fiquem retas sob a ação de uma força. E a mola espiral, em geral, feita de barra ou de lâmina com seção retangular, é enrolada de tal forma que todas as espiras fiquem concêntricas e coplanares. Exercício 13: Considerando os elementos da mola apresentados na Figura 81, faça o desenho a mola helicoidal de compressão, sabendo-se que: Diâmetro externo = 22 mm; Diâmetro interno = 18 mm; Comprimento = 47 mm; Diâmetro da seção circular do arame = 2 mm; Passo = 6 mm; Número de espiras = 8,5. Exercício 14: Considere um conjunto mecânico formado por um eixo maciço de aço, com degrau, diâmetro externo menor = 20 mm e diâmetro externo maior = 28 mm, onde será acoplada (no diâmetro menor) uma engrenagem cilíndrica de dentes retos (módulo = 5; número de dentes = 20; ângulo de pressão = 20 ; e largura = 40 mm), fixada por meio de uma chaveta paralela, de comprimento igual a 36 mm, e um anel elástico externo. O eixo deverá ficar apoiado (por seu diâmetro maior) em um mancal de deslizamento simples, usando uma bucha com flange, similar ao apresentado na Figura 73, a 30 mm da engrenagem. A base do mancal (de ferro fundido), com 12 mm de espessura, deverá ser fixada à carcaça da máquina, por meio de dois parafusos sextavados não passantes, com rosca M8. A partir desses dados, faça a modelagem das peças e a representação gráfica do conjunto montado. 58

60 5. CONJUNTOS MECÂNICOS: Tão importante quanto conhecer os elementos de máquinas e projetá-los, é saber representar graficamente e interpretar esses elementos em desenhos técnicos. Máquinas (torno mecânico, furadeira, fresadora, etc), mecanismos (trem de engrenagens, biela-manivela, talha mecânica, etc) e dispositivos (morsa, mandril, grampo, etc) são exemplos de conjuntos mecânicos, onde cada peça tem uma função e ocupa determinada posição. O conjunto mecânico tem por finalidade apresentar a montagem final de uma máquina, mecanismo ou dispositivo. A partir da definição das peças que serão compradas prontas (elementos padronizados e comercializados, tais como: parafusos, rebites, rolamentos, etc) e das peças a serem fabricadas, teremos a definição do que deverá ser representado graficamente. O projeto completo inclui o desenho do conjunto mecânico, das peças a serem fabricadas, e um manual ou plano de fabricação e montagem DESENHO DE CONJUNTO MECÂNICO: O desenho de conjunto mecânico representa o desenho da máquina, mecanismo ou dispositivo, com suas partes montadas. Dependendo da complexidade da máquina, o desenho do conjunto necessita de uma representação mais detalhada, muitas vezes adotando a utilização de subconjuntos. A representação gráfica de conjuntos mecânicos pode ser feita através de vistas ortográficas (representação fundamental em projetos de engenharia) ou perspectivas (mais comum em revistas e catálogos técnicos). No caso das vistas, geralmente utiliza-se uma vista principal e outras auxiliares, se necessário. Também é possível representar parte do conjunto em corte (veja o exemplo na Figura 87). Observe que cada uma das peças que compõem o conjunto é identificada por um número, o qual deve ser escrito em tamanho facilmente visível. Observe também que a numeração das peças é feita de forma sequencial em sentido horário, onde cada número é ligado a cada peça por uma linha contínua, com extremidade terminando com um ponto, quando toca a superfície do objeto, ou com uma seta, quando toca a aresta ou contorno do objeto. Geralmente, o desenho de conjunto não aparece cotado. Entretanto, quando o desenho de conjunto é utilizado para montagem, algumas cotas básicas podem ser indicadas, tais como: dimensões totais do conjunto, distância entre eixos, posição de furos. 59

61 Figura 87. Representação de conjunto mecânico usando vistas ortográficas. A representação através de perspectivas (Figura 88) pode ser feita de duas formas: mostrando o conjunto montado ou não montado. No segundo caso as peças são desenhadas separadas, mas permanece clara a relação entre as mesmas. Esse tipo de representação é chamado de perspectiva explodida. Figura 88. Representação de conjunto mecânico usando perspectivas. O desenho de conjunto deve ser representado em folha específica, não podendo ocupar a mesma folha que o desenho de peças a serem fabricadas. Na legenda deve-se apresentar a lista 60

62 de peças indicadas pelos números. Cada peça deve ter uma denominação específica, juntamente com o número do desenho referente a essa peça, sua quantidade, material e dimensões gerais. A Figura 89 apresenta um exemplo de desenho de conjunto mecânico. Figura 89. Exemplo de desenho de conjunto mecânico. 61

63 A legenda padrão se refere aos dados padrões utilizados nos desenhos de uma empresa ou, em nosso caso, do curso/disciplina. Deve-se apresentar a denominação do conjunto, e dados fundamentais, como: diedro, escala e unidade de medida (Figura 90). Figura 90. Legenda padrão do curso/disciplina de Desenho Técnico para Eng. Mecânica DESENHO DE PEÇAS (COMPONENTES): Além do desenho de conjunto, é necessário apresentar o desenho de cada peça que será fabricada, o qual deverá conter informações como: cotas, ajustes e tolerâncias, sinais de usinagem e soldagem. O desenho de cada peça (componente) deve ser apresentado, de preferência, em folha individual. A Figura 91 apresenta um exemplo de representação de uma peça de um conjunto qualquer. Figura 91. Representação de uma peça (componente). 62

64 Vale ressaltar que os desenhos de peças (componentes) podem ser representados em escala diferente da escala do desenho de conjunto. Além da apresentação de vistas ortográficas cotadas, que é fundamental, pode-se apresentar também um detalhe da peça em perspectiva, para auxiliar a visualização. Em relação aos dados adicionais para fabricação, na Figura 91, o número 2 que aparece na parte superior do desenho corresponde ao número da peça. O símbolo ao seu lado representa a rugosidade desejada para peça ou o processo de fabricação a ser aplicado. Detalhes sobre essa especificação serão vistos mais adiante. Outro ponto importante mostrado na Figura 91 se refere a ajustes e tolerâncias. Devido a dificuldade em executar peças com medidas rigorosamente exatas, uma vez que todo processo de fabricação está sujeito a imprecisões, sempre acontecem variações ou desvios das cotas indicadas no desenho. No entanto, as peças devem ser fabricadas dentro de uma faixa de medidas aceitável, o que é determinado pelas tolerâncias dimensionais. A tolerância pode ser indicada em cotas individuais ou de forma geral. Na Figura 91 temos um exemplo de tolerância válida para dimensão do furo de diâmetro 10. O símbolo H7 se refere ao ajuste e afastamentos admissíveis, cujos valores são tabelados. Além das tolerâncias dimensionais, ainda existem as tolerâncias geométricas, que constituem as variações aceitáveis para as formas e posições dos elementos na fabricação da peça. Alguns exemplos de tolerâncias geométricas se referem a desvios de planeza, cilindricidade, retilineidade, circularidade, paralelismo, perpendicularidade, concentricidade, simetria, dentre outros. Embora sejam importantes na fabricação de determinadas peças, as tolerâncias geométricas são menos usuais que as tolerâncias dimensionais. Maiores detalhes sobre tolerâncias serão vistos mais adiante. Assim como na representação gráfica de conjunto, acima da legenda padrão do desenho, que deve trazer informações importantes como diedro, escala e unidade das cotas, deve-se mostrar a legenda referente à peça a ser fabricada. A Figura 92 apresenta um exemplo de desenho de peça (componente), relacionada ao conjunto mecânico apresentado na Figura 89. Note a presença de vistas parciais e cortes, para auxiliar a representação da peça. Temos também a indicação de acabamento (N9), e de afastamento geral (± 0,1). Outro detalhe importante é a especificação de dimensões na legenda. Os valores possuem uma sobra de material, necessária para fabricação. As dimensões gerais da peça final são 18 x 62 x 65, mas a matéria-prima necessária possui dimensões 19 x 63,5 x

65 Figura 92. Exemplo de desenho de peça (componente) MANUAL OU PLANO DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM: Em geral, na representação gráfica das peças não se encontra, de forma explícita, a sequência que será desenvolvida durante o processo de fabricação das mesmas. Além disso, a representação do conjunto mecânico pode não ser suficiente para demonstrar a forma como a máquina deverá ser montada. Para resolver essas questões existe o chamado manual ou plano de fabricação e montagem. 64

66 Esse manual representa um roteiro, baseado no desenho de conjunto e das peças, para realização dos processos de fabricação e montagem, a serem aplicados pelos operadores de máquinas e de controle de qualidade. A utilização desse manual tende a facilitar a fabricação de peças e montagem da máquina, reduzindo o tempo de produção e evitando a ocorrência de erros de fabricação, com perda de material. A Figura 93 apresenta um exemplo de plano de fabricação para uma peça de um conjunto qualquer. 1. Prender a peça com sobremetal de usinagem na placa de três castanhas, centrar e facear; 2. Fazer furo de centro; 3. Colocar o centro rotativo; 4. Fazer as marcações; 5. Tornear o diâmetro maior; 6. Tornear os diâmetros menores; 7. Abrir a rosca M20; 8. Cortar a peça no comprimento indicado; 9. Levar a peça à furadeira e abrir furo de 11 mm de diâmetro; 10. Rebater as extremidades na montagem. Figura 93. Exemplo de plano de fabricação de uma peça. Os planos de fabricação podem apresentar uma série de informações mais detalhadas, de acordo com a necessidade do projeto. Eles podem englobar vários processos de fabricação, como usinagem e fundição, ou pode-se preparar planos em separado, um para usinagem e outro para fundição, por exemplo. 65

67 Um plano de montagem segue o mesmo raciocínio do plano de fabricação, sendo que as etapas descritas se referem a forma correta para realizar a montagem de uma peça ou máquina. Em síntese, deve-se apresentar a forma de fixação/união entre componentes, utilizando-se elementos ou processos, como a soldagem. A Figura 94 apresenta um exemplo de plano de montagem para uma peça de um conjunto qualquer. 1. Soldar a peça 1.1 à 1.2, conforme indicado; 2. Soldar a peça 1.2 à 1.3, conforme indicado; 3. Soldar a peça 1.3 à 1.4, conforme indicado. Figura 94. Exemplo de plano de montagem de uma peça (conjunto). Exercício 15: A partir do conhecimento sobre a representação gráfica de conjuntos mecânicos, incluindo o desenho de peças, e a preparação de planos de fabricação e montagem, apresente a documentação gráfica de projeto relativa ao conjunto definido no Exercício 14 (página 58). 66

68 6. TOLERÂNCIAS: Como dito anteriormente, devido a dificuldade em executar peças com medidas rigorosamente exatas, uma vez que todo processo de fabricação está sujeito a imprecisões, sempre acontecem variações ou desvios das cotas indicadas no desenho. No entanto, as peças devem ser fabricadas dentro de uma faixa de medidas aceitável, o que é determinado pelas chamadas tolerâncias dimensionais. Além das tolerâncias dimensionais, ainda existem as tolerâncias geométricas, que constituem as variações aceitáveis para as formas e posições dos elementos na fabricação da peça. Embora sejam importantes na fabricação de determinadas peças, as tolerâncias geométricas são menos usuais que as tolerâncias dimensionais. Veremos a seguir alguns detalhes sobre tolerâncias dimensionais e geométricas TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS (NBR 6158/1995): Tolerância dimensional é a variação entre a dimensão máxima e mínima permitida para peça. Essas dimensões são afastamentos aceitáveis para as dimensões nominais da peça. Tais afastamentos podem ser indicados em cada cota ou de forma geral, por meio de valores numéricos ou por uma letra acompanhada de um número, que identificam o campo de tolerância e qualidade de trabalho, como será visto mais adiante. Observe na Figura 95 os valores de afastamento indicados ao lado da cota e os cálculos para determinação da tolerância. Figura 95. Afastamentos e tolerância. Num conjunto mecânico as peças se ajustam, ou seja, se encaixam umas nas outras de diferentes maneiras, por isso é importante conhecer os tipos de ajustes possíveis entre peças. Quando falamos em ajustes, eixo é o nome genérico dado a qualquer peça, ou parte de peça, que funciona alojada em outra. Em geral, a superfície externa de um eixo trabalha acoplada, isto é, unida à superfície interna de um furo. 67

69 Dependendo da função do eixo, existem várias classes de ajustes (Figura 96). Se o eixo se encaixa no furo de modo a deslizar ou girar livremente, temos um ajuste com folga. Quando o eixo se encaixa no furo com certo esforço (prensado), de modo a ficar fixo, temos um ajuste com interferência. Ainda existem situações intermediárias em que o eixo pode se encaixar no furo com folga ou com interferência, dependendo das suas dimensões efetivas. É o que chamamos de ajuste incerto. Em geral, eixos e furos que se encaixam têm a mesma dimensão nominal, o que varia são os afastamentos adotados para cada elemento. Figura 96. Tipos de ajustes: com folga, com interferência, e incerto. 68

70 Considerando um ajuste com folga, o eixo será sempre menor que o furo, e teremos uma folga máxima e uma folga mínima (veja Figura 97). Folga máxima é a diferença entre as dimensões máxima do furo e mínima do eixo, ou seja: Fmax = Dmax - dmin. Folga mínima é a diferença entre as dimensões mínima do furo e máxima do eixo, ou seja, Fmin = Dmin - dmax. Os valores de folga serão sempre positivos. Figura 97. Ajuste com folga: folga máxima e folga mínima. Considerando um ajuste com interferência, o eixo será sempre maior que o furo, e teremos uma interferência máxima e uma interferência mínima (veja Figura 98). Interferência máxima é a diferença entre as dimensões mínima do furo e máxima do eixo, ou seja, Imax = Dmin - dmax. Interferência mínima é a diferença entre as dimensões máxima do furo e mínima do eixo, ou seja, Imin= Dmax - dmin. Os valores de interferência serão sempre negativos. Figura 98. Ajuste com interferência: interferência máxima e interferência mínima. A variação possível da folga ou da interferência entre as peças que se acoplam é denominada tolerância do ajuste (T AJ ), também definida pelo somatório das tolerâncias dimensionais do eixo e furo, logo: 69

71 T AJ = T EIXO + T FURO T AJ = Fmax - Fmin (para um ajuste com folga) T AJ = limaxl - liminl (para um ajuste com interferência) T AJ = Fmax + limaxl (para um ajuste incerto) Com relação aos sistemas de ajustes, existem dois tipos: o chamado eixo-base, e o furobase. No sistema de ajuste eixo-base as folgas ou interferências exigidas são obtidas pela associação de furos de várias classes de tolerâncias com eixos de uma única classe de tolerâncias. Nesse caso, o afastamento superior do eixo é sempre igual a zero. Já no sistema de ajuste furo-base as folgas ou interferências exigidas são obtidas pela associação de eixos de várias classes de tolerâncias, com furos de uma única classe de tolerâncias. Nesse caso, o afastamento inferior do furo é sempre igual a zero. O sistema furo-base é o mais usado em ajustes entre eixos e elementos de transmissão. A norma técnica estabelece uma série de tolerâncias fundamentais que determinam a precisão da peça, ou seja, a qualidade de trabalho (veja Figura 99), uma exigência que varia de peça para peça, de uma máquina para outra. Figura 99. Faixas de qualidade de trabalho. A partir da dimensão nominal do eixo/furo (em mm) é possível definir uma tolerância de fabricação (em micrometros), em função da qualidade de trabalho desejada. Esses valores são normalizados e tabelados (veja Figura 100). Além da definição da qualidade de trabalho, também é preciso definir o campo de tolerância, ou seja, o conjunto de valores aceitáveis após a fabricação da peça, que vai da dimensão mínima até a dimensão máxima. A norma técnica estabelece 28 campos de tolerâncias, identificados por letras do alfabeto latino. Cada letra está associada a um determinado campo de tolerância. Os campos de tolerância para eixo são representados por letras minúsculas, enquanto que para furos utilizam-se letras maiúsculas. 70

72 Figura 100. Tolerâncias dimensionais em função do diâmetro do eixo/furo e da qualidade de trabalho (os valores "de" são exclusivos, e os valores "até" são inclusivos). O sistema eixo-base é caracterizado por eixos na posição h, apresentando a s = 0, ou seja, as dimensões limite máximas destes eixos são iguais à suas dimensões nominais. O sistema furobase é caracterizado por furos na posição H, apresentando A i = 0, ou seja as dimensões limite mínimas destes furos são iguais à suas dimensões nominais. A norma técnica apresenta uma grande quantidade de tabelas para definição de afastamentos em função do campo de tolerância adotado. Contudo, em termos práticos, podemos adotar a utilização do sistema furo-base, pois como já foi dito, esse sistema é o mais usado em ajustes entre eixos e elementos de transmissão. Dessa forma, a Figura 101 apresenta uma tabela com alguns valores de afastamentos superiores para eixos, em função da dimensão nominal e campo de tolerância. 71

73 Figura 101. Afastamentos superiores (em micrometros) para eixos, em função da dimensão nominal e campo de tolerância. A partir do tipo de ajuste, pela determinação de folgas ou interferências máximas e mínimas, é possível definir tolerâncias padronizadas para acoplamentos eixo/furo, e dessa forma especificar um ajuste normalizado. Para isso, deve-se utilizar o seguinte procedimento: Definir folgas e/ou interferências (dados de projeto). Calcular a tolerância do ajuste (T AJ ). Calcular (T AJ )/2 e escolher uma tolerância normalizada (tabela da Figura 100) para o furo, que se aproxime do valor calculado. Definir uma tolerância normalizada para o eixo, de forma que T EIXO + T FURO < T AJ. Especificar os dados para o furo, considerando o sistema furo-base. Especificar os dados para o eixo, calculando os afastamentos, e depois definindo um valor normalizado (tabela da Figura 101). Verificar as folgas e/ou interferências do ajuste especificado. O valor máximo calculado deve ser menor do que o valor máximo solicitado pelo projeto, enquanto que a valor mínimo calculado deve ser maior do que o valor mínimo solicitado pelo projeto. 72

74 Exercício 16: A dimensão nominal em um acoplamento eixo/furo é de 40 mm. O furo tem como afastamentos: A s = +64µm e A i = +25µm, enquanto que o eixo tem a s = 0 e a i = -39µm. Sabendo disso: a) Calcule as dimensões máximas e mínimas do furo e do eixo. b) Calcule a tolerância dimensional para o furo e para o eixo. c) Foi adotado um sistema furo-base ou eixo-base? Explique sua resposta. d) Qual o tipo de ajuste? Por que? e) Calcule os valores máximos e mínimos da folga e/ou interferência. f) Calcule a tolerância do ajuste. g) Faça um desenho esquemático do acoplamento, identificando as principais dimensões. Exercício 17: No dimensionamento de um projeto, o diâmetro nominal de um acoplamento eixo/furo foi definido como 100 mm, tendo uma folga máxima de 170 µm e uma folga mínima de 70 µm. Sabendo disso, especifique um ajuste normalizado, considerando o sistema furo-base. Apresente também um desenho esquemático do acoplamento, identificando as principais dimensões TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS (NBR 6409/1997): Uma determinada peça pode ser dimensionalmente bem fabricada, mas pode conter uma série de defeitos em sua geometria. Para controlar a qualidade das peças fabricadas, do ponto de vista geométrico, deve-se indicar tolerâncias geométricas, que se referem a desvios aceitáveis para forma, orientação e posição, tais como: planeza, cilindricidade, retilineidade (ou retitude), circularidade, paralelismo, perpendicularidade, concentricidade, simetria, dentre outros. Na definição de tolerâncias geométricas devemos considerar dois tipos de elementos: o elemento tolerado, que se refere ao elemento real ao qual estão associadas as tolerâncias geométricas; e o elemento de referência, que seria o elemento real a partir do qual as tolerâncias geométricas são desenvolvidas. Para indicar os elementos tolerados deve-se utilizar um símbolo, sempre paralelo à legenda da folha, com uma seta em sua extremidade posicionada perpendicularmente à superfície cotada, exceto em cotas radiais, onde a seta é feita a 45. Os elementos de referência são identificados por um símbolo com letras maiúsculas enquadradas, com uma base triangular (cheia ou vazada), apoiada sobre a superfície de referência (veja Figura 102). 73

75 Figura 102. Símbolos para elementos tolerados e elementos de referência. Quando a tolerância se aplica à uma linha ou à própria superfície da peça, a seta deve tocar o contorno do elemento ou o prolongamento do contorno, mas não a linha de cota (veja Figura 103). Quando a tolerância for aplicada ao eixo ou ao plano médio do elemento cotado, a seta deve tocar a linha de extensão, em prolongamento à linha de cota (veja Figura 104). E quando a tolerância for aplicada ao eixo ou ao plano médio de todos os elementos comuns a este eixo ou este plano médio, a seta deve tocar esse eixo (veja Figura 105). Figura 103. Tolerância aplicada à uma linha ou à própria superfície da peça. Figura 104. Tolerância aplicada ao eixo ou ao plano médio do elemento cotado. Figura 105. Tolerância aplicada ao eixo de todos os elementos comuns a este eixo. 74

76 Uma mesma tolerância geométrica pode ser aplicada a vários pontos de uma peça, como mostrado na Figura 106. Figura 106. Tolerância geométrica aplicada a vários pontos de uma peça. Em relação aos elementos de referência, quando a base do triângulo está localizada no contorno da peça ou no prolongamento do contorno, mas não sobre uma linha de cota, a linha ou a superfície da peça representa o elemento de referência (veja Figura 107). Quando a base do triângulo está localizada em uma extensão da linha de cota, o eixo ou o plano médio da parte cotada representa o elemento de referência (veja Figura 108). E quando a base do triângulo está localizada sobre o eixo ou plano médio, o elemento de referência será: o eixo ou plano médio de um elemento único, por exemplo um cilindro; ou o eixo comum ou plano formado por dois elementos (veja Figura 109). Figura 107. A linha ou a superfície da peça representa o elemento de referência. Figura 108. O eixo ou o plano médio da parte cotada representa o elemento de referência. 75

77 Figura 109. O eixo comum aos dois elementos representa o elemento de referência. Se o quadro de tolerância puder ser ligado diretamente ao elemento de referência por uma linha de chamada, a letra de referência pode ser omitida, como mostrado na Figura 110. Figura 110. Simplificação da indicação de tolerância, pela omissão da letra de referência. Como dito anteriormente, para controlar a qualidade das peças fabricadas, do ponto de vista geométrico, deve-se indicar tolerâncias geométricas, que se referem a desvios aceitáveis para diversas características de forma, orientação e posição desejada para um detalhe ou parte específica de uma peça. A norma técnica apresenta uma série de opções de tolerâncias a serem aplicadas, de acordo com a característica a ser tolerada, indicadas por meio de símbolos específicos (veja a tabela mostrada na Figura 112). Um detalhe importante a ser citado é que se uma tolerância de posição, forma ou inclinação for especificada para um elemento, as cotas básicas que definem essa posição, forma ou inclinação não devem receber tolerâncias dimensionais, sendo emolduradas e suas dimensões estarão sujeitas às tolerâncias geométricas especificadas (veja exemplos na Figura 111). Figura 111. Cotas básicas emolduradas, que não devem receber tolerâncias dimensionais. 76

78 Figura 112. Tipos de tolerâncias geométricas e símbolos utilizados. A seguir são apresentadas definições simples relacionadas a cada tipo de tolerância. Definições mais detalhadas podem ser encontradas na norma técnica específica. Tolerâncias geométricas de forma: Retitude (ou retilineidade) uma peça será considerada reta se o seu erro estiver dentro do campo da tolerância definido. 77

79 Planeza uma superfície da peça será considerada plana quando o erro estiver dentro do campo da tolerância definido. Circularidade uma peça será considerada circular quando o círculo real estiver compreendido entre duas circunferências concêntricas ideais, distanciadas radialmente da tolerância definida. Cilindricidade uma peça será considerada cilíndrica quando o cilindro real estiver compreendido entre dois cilindros ideais, que se encontram separados radialmente de uma distância igual à tolerância. Perfil de linha qualquer o erro aceitável para o perfil de linha qualquer de um elemento é definido por duas linhas imaginárias, cuja distância é igual à tolerância. Perfil de superfície qualquer superfície qualquer. similar ao caso anterior, mas aplicado a uma Tolerâncias geométricas de orientação: Paralelismo uma linha será considerada paralela a outra (de referência) se todos os seus pontos se encontrarem dentro da tolerância definida. O mesmo raciocínio deve ser empregado para definir paralelismo entre dois planos. Perpendicularidade uma linha será considerada perpendicular a uma superfície de referência, se o seu erro se encontrar dentro do campo da tolerância. Inclinação o erro de inclinação de um elemento é medido entre duas retas ideais coplanares separadas de uma distância igual ao valor da tolerância, e inclinadas do ângulo em relação à superfície de referência. Tolerâncias geométricas de posição: Posição quando a localização de um elemento é de importância, é necessário a indicação da tolerância para a sua posição, e o erro deve estar dentro do valor definido. Concentricidade é indicado normalmente em peças com formas circulares concêntricas, de pequena espessura, para quantificar o erro admissível ligado à excentricidade deste elemento. 78

80 Coaxilidade é indicado normalmente em peças com formas cilíndricas escalonadas, para quantificar o erro admissível ligado à excentricidade deste elemento. Simetria em algumas peças a condição de simetria é necessária para o bom funcionamento. Nesse caso, torna-se necessário indicar o erro aceitável, definido quando o eixo de simetria real da peça fica no interior do campo de tolerância definido. Tolerâncias geométricas de batimento (ou oscilação): Circular e Total e este erro aparece apenas quando as peças são submetidas a movimento rotativo, sendo provocado pela não circularidade/cilindricidade, ou pela excentricidade do elemento. O erro pode ser radial, quando é medido na direção do diâmetro da peça, ou axial, quando medido na direção do eixo da peça, ou ainda os dois ao mesmo tempo. Uma tolerância para oscilação deve ser definida. Exercício 18: Faça o desenho da peça abaixo, realizando a cotagem e indicando: a) que o lado direito da peça deve ter retitude, com tolerância 0,05 mm. b) que a parte superior da peça deve estar perpendicular ao lado direito, com tolerância 0,08 mm. c) uma tolerância de posição de 0,05 mm para os dois furos. d) uma tolerância de inclinação de 0,01 mm em relação à parte superior da peça. 79

81 7. INDICAÇÕES DE ACABAMENTO SUPERFICIAL (NBR 8404/1984): Até 1984, a norma técnica indicava o acabamento superficial das peças por meio de triângulos simples, ainda encontrados em desenhos mais antigos (um ~ (til) era usado para indicar peças brutas, sem acabamento). Atualmente, a avaliação da rugosidade é quantitativa, ou seja, ela pode ser medida. A norma técnica define 12 classes de rugosidade (veja Figura 114), que correspondem a determinados desvios médios aritméticos (Ra), expressos em micrometros, e determinados a partir de um comprimento de amostragem (Figura 113). Figura 113. Representação do desvio médio aritmético (Ra). Figura 114. Tabela indicativa das classes de rugosidade. O símbolo básico para a indicação da rugosidade de superfícies é constituído por duas linhas de comprimento desigual, que formam ângulos de 60º entre si e em relação à linha que representa a superfície considerada. Quando, no processo de fabricação, é exigida remoção de material para obter o estado da superfície, o símbolo básico é representado com um traço 80

82 adicional. Quando a remoção de material não é permitida ou quando o estado da superfície deve permanecer inalterado, o símbolo básico é representado com um círculo adicional (Figura 115). Figura 115. Símbolos para indicação de rugosidade: básico; exigida remoção de material; e remoção de material não permitida. A rugosidade da superfície pode ser indicada por seu valor (Ra, em micrometros) ou pela classe correspondente, levando em consideração um valor máximo específico ou um intervalo desejado (Figura 116). Figura 116. Exemplo de indicações de rugosidade. Os símbolos e informações referentes ao acabamento das superfícies devem estar representados de tal modo que possam ser lidos sem dificuldade. O símbolo pode ser ligado à superfície a que se refere por meio de uma linha de indicação, que pode conter uma seta em sua extremidade, tocando a superfície (Figura 117). Observe que o símbolo é indicado uma vez para cada superfície. No entanto, quando um determinado acabamento é exigido para a maioria das superfícies da peça, o símbolo de rugosidade correspondente pode vir representado uma única vez, no lado superior direito da peça. 81

83 Os demais símbolos de rugosidade, que se referem a superfícies indicadas diretamente no desenho, vêm após o símbolo principal, entre parênteses (Figura 118). Figura 117. Exemplo de aplicação dos símbolos de acabamento superficial. Figura 118. Simplificação da indicação de símbolos em uma peça. Ainda é possível aplicar outra simplificação, apresentando apenas o símbolo básico de acabamento dentro dos parênteses, para substituir as indicações específicas de classes de rugosidade, indicadas em determinados pontos da peça. Além da aplicação dos símbolos e indicação das rugosidades, pode-se apresentar também informações complementares, prolongando-se o traço maior do símbolo básico com um traço horizontal, como mostrado na Figura 119. As informações a serem incluídas se referem a: a - valor da rugosidade Ra, em micrometros, ou classe de rugosidade; b - método de fabricação, tratamento ou revestimento da superfície; c - comprimento da amostra para avaliação da rugosidade, em mm; d - direção predominante dos sulcos (estrias); e - sobremetal para usinagem, em mm. 82

84 Figura 119. Informações complementares para acabamento da superfície. A tabela apresentada na Figura 120 pode auxiliar a escolha do método ou processo de fabricação a ser aplicado a uma peça, em função da rugosidade desejada. Figura 120. Relação entre rugosidades e processos de fabricação. Em relação ao tratamento ou revestimento, o mesmo é aplicado para modificar certas propriedades da peça, tais como: dureza, maleabilidade, resistência à oxidação, etc. A Figura 121 apresenta uma peça a ser fabricada por meio de métodos específicos indicados, incluindo a realização de têmpera e revenido. Nesse caso, não é preciso usar um símbolo para acabamento, 83

85 apenas indicar a parte da peça que deverá receber os tratamentos indicados, o que é feito por meio de uma linha traço-ponto, delimitada por uma cota. Figura 121. Exemplo de aplicação de métodos de fabricação e tratamentos. Quanto ao comprimento da amostra para avaliação da rugosidade, é um dado experimental tabelado, em função da rugosidade (veja Figura 122). Figura 122. Comprimento de amostragem (em mm). Em relação aos símbolos para indicação da direção predominante dos sulcos (estrias), deve-se levar em consideração as informações apresentadas na Figura 123. Vale ressaltar que os sulcos não são visíveis a olho nu, logo a representação esquemática mostrada na tabela foi feita apenas para uma melhor compreensão da simbologia. Se for necessário definir uma direção dos sulcos que não esteja claramente definido por um dos símbolos apresentados, essa informação deve estar descrita no desenho por meio de uma nota adicional. Quanto ao sobremetal para usinagem, deve ser indicado apenas se necessário, uma vez que essa informação da sobra de material pode ser apresentada na legenda, como já visto anteriormente. Se tal valor for incluído junto ao símbolo de acabamento, então esse valor deverá ser somado a cota nominal indicada no desenho, para definição da matéria-prima necessária. 84

86 Figura 123. Símbolos para indicação da direção predominante dos sulcos (estrias). 85

87 Exercício 19: Faça o desenho da peça abaixo, realizando a cotagem e indicando o acabamento superficial para cada parte específica, adotando classes de rugosidade. O restante da peça, sem indicações, deve permanecer inalterado. A - remoção de material exigida, rugosidade 6,3. B - remoção de material exigida, rugosidade 3,2, sobremetal de 2 mm, usando torneamento. C - remoção de material facultativa, rugosidade 12,5, sulcos multidirecionais, indique o comprimento de amostragem. D - remoção de material exigida, rugosidade 0,8, usando processo de alargamento. E - remoção de material facultativa, rugosidade entre 1,6 e 6,3, sulcos paralelos, com aplicação de pintura. F - remoção de material exigida, rugosidade 1,6, sobremetal de 3 mm, indique o comprimento de amostragem. G - remoção de material exigida, rugosidade entre 3,2 e 12,5, sulcos em direções cruzadas. 86

88 8. INDICAÇÕES DE SOLDAGEM (NBR 7165/1982): Em certos casos de uniões permanentes pode-se utilizar o processo de soldagem para junção das peças. A utilização desse processo deve ser bem analisada, principalmente em relação à viabilidade de realização da soldagem sem causar danos as peças. É importante verificar a soldabilidade das peças, ou seja, a capacidade do material resistir a certo tipo de processo de soldagem sem perder suas propriedades mecânicas. É importante ressaltar que no desenho de conjunto mecânico, os diversos elementos soldados, que compõem uma das peças da máquina ou mecanismo, recebe apenas um número e uma denominação, salvo se as peças soldadas forem peças padronizadas, como porcas, parafusos, etc. No desenho de detalhes de peças soldadas, estas são desenhadas como se fossem uma única peça, mas os contornos de cada elemento que compõe esta peça devem ser representados e, no caso de cortes, as hachuras devem ter inclinações diferentes em cada elemento. Veja exemplo do desenho de conjunto de peças soldadas na Figura 94 (página 66). Quanto à representação gráfica referente ao processo de soldagem, utilizam-se símbolos padronizados para indicar as características das juntas soldadas. Esses símbolos devem ser representados sempre paralelos à legenda, e são compostos basicamente por: linha horizontal de referência; seta; símbolo básico da solda; dimensões e outros dados; símbolos suplementares; cauda (especificação do processo de soldagem ou outra referência)(veja Figura 124). Os tipos básicos de soldas e seus respectivos símbolos estão apresentados na Figura 125, enquanto que a Figura 126 apresenta os símbolos suplementares de soldagem. Figura 124. Símbolo de soldagem. 87

89 Figura 125. Tipos de soldas e símbolos. 88

90 Figura 126. Símbolos suplementares de soldagem. Toda a simbologia de solda deve ser disposta na linha de referência, seguindo o padrão apresentado na Figura 124. Os símbolos que possuem um traço vertical, tais como: tipo bisel, tipo J, e filete, devem ser representados com esse traço vertical sempre para o lado esquerdo. A seta na extremidade da linha de extensão indica a localização da solda, e pode estar do lado direito ou esquerdo da linha de referência. Caso seja necessário representar particularidades de soldagem (indicações complementares), deve ser adicionada uma "cauda" à linha de referência. As juntas soldadas podem ser representadas em vista (mais simples e geralmente usada) ou em corte (nesse caso, é preciso fazer o desenho da solda). O cordão de solda é sempre considerado contínuo, caso não o seja, deve-se indicar no símbolo da solda o comprimento do cordão e, se necessário, o passo (espaçamento centro a centro das soldas)(figura 127). 89

91 cordão contínuo cordão descontínuo Figura 127. Solda tipo I, com 3 mm de fresta (ou abertura da raiz), com cordão contínuo e descontínuo (comprimento do cordão igual a 20 mm). Se o símbolo referente ao tipo de solda for colocado abaixo da linha de referência, significa que a mesma deverá ser realizada no lado e local onde a seta está apontando (Figura 128), do contrário, se o símbolo for colocado acima da linha de referência, significa que a solda deverá ser realizada no lado oposto de onde a seta está apontando (Figura 129). Figura 128. Solda tipo V, com 3 mm de fresta (ou abertura da raiz), ângulo de chanfro igual a 60, realizada no lado e local onde a seta está apontando. 90

92 Figura 129. Solda tipo V, com 3 mm de fresta (ou abertura da raiz), ângulo de chanfro igual a 60, realizada no lado oposto de onde a seta está apontando Existe também a possibilidade de realizar a soldagem em ambos os lados das juntas, indicando cada detalhe da solda no local correspondente na linha de referência (Figura 130). Figura 130. Solda tipo V, aplicada em ambos os lados de uma junta, indicando-se não somente o valor da fresta e ângulos, mas também a dimensão de solda (profundidade). Em relação aos símbolos suplementares, um dos mais utilizados é aquele que indica que a solda deve ser realizada em todo o contorno da peça (Figura 131). Figura 131. Solda de filete, aplicada em todo o contorno da peça. 91

93 Diversos outros exemplos de aplicação de soldas em vários tipos de juntas podem ser encontrados, em detalhes, na norma técnica. Exercício 20: Para cada junta soldada apresentada a seguir, faça a representação gráfica em vista e em corte, aplicando a indicação de soldagem correspondente. 92

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