Mecânica. Mecânico de Montagem de Produtos

Transcrição

1 Mecânica Mecânico de Montagem de Produtos Instrumentos de Medidas

2 2

3

4 Coordenação do Programa Beth Callia Supervisão Pedagógica Alfredo Vrubel Colaboração Zita Porto Pimentel Autoria deste Caderno Francisco Basto Revisão de texto Vrubel Produção gráfica MDcomunicaçãototal R. Heitor Penteado, São Paulo SP Editoração LASER PRESS Av. Goethe, 71/ Porto Alegre, RS Apoio MEC - Ministério da Educação PROEP - Programa de Expansão da Educação Profissional Iniciativa Realização Al. Tietê, 618 casa São Paulo SP

5 Formare - Uma Escola para a Vida O Programa Formare tem a missão de desenvolver as potencialidades de jovens de 15 a 17 anos para integrá-los à sociedade como profissionais e cidadãos. Constituído por escolas independentes, localizadas junto às unidades fabris das empresas parceiras, sob a coordenação geral e técnica da Fundação Iochpe, oferece oportunidade de formação profissional e de inserção social. Os alunos Formare, residentes em comunidades vizinhas às empresas, são encaminhados ao mercado de trabalho e acompanhados em seu período inicial de atividade. As primeiras escolas foram criadas pela Iochpe-Maxion S.A., em 1988, no Rio Grande do Sul e em São Paulo. A partir de 1995, o Programa passou a buscar o aperfeiçoamento dos cursos oferecidos e o crescimento em âmbito nacional, em um processo comparável à lapidação de uma pedra bruta para transformá-la em puro diamante. Como modelo vitorioso de franquia social, o Formare já se encontra com mais de duas dezenas de escolas implantadas no Brasil e na Argentina. Cerca de 85% dos jovens formados empregaram-se em pequenas, médias e grandes empresas, triplicaram sua renda em três anos, e muitos prosseguiram seus estudos até o nível superior. Os cursos e materiais pedagógicos Formare são estruturados de acordo com as linhas do Programa de Expansão da Educação Profissional do Ministério de Educação (PROEP/MEC), bem como dos princípios da educação tecnológica contemporânea. Assim, os cursos Formare ajudam a desenvolver características essenciais para um bom desempenho profissional: multifuncionalidade, flexibilidade, comunicabilidade, responsabilidade e criatividade, com base em pesquisa para identificar as carências e necessidades do mundo do trabalho nas regiões em que as escolas são implantadas. 5

6 6

7 Introdução Fabricar pode ser entendido como a arte de imaginar um produto para atender a uma necessidade - desenhá-lo, planejá-lo e torná-lo realidade, através de processos industriais. Todo produto precisa ter forma, dimensão e acabamento superficial. Este Caderno tem por objetivo apresentar alguns dados sobre Metrologia, a ciência da medição: o que é um sistema de medição, que tipos existem, como escolher um instrumento de medição adequado e, finalmente, como se realizam medições com cada instrumento. Em um processo de fabricação, também é preciso conhecer certas medições que não estão relacionadas a uma dimensão específica, mas a um determinado estado do sistema, como, por exemplo, a temperatura e a pressão. As unidades dessas grandezas e os instrumentos que se utilizam para medí-las também serão objetos de nosso estudo. Existem vários tipos de instrumentos para medir dimensões. Nem sempre é possível utilizar uma escala graduada, mesmo de boa qualidade, para executar qualquer medição. A própria unidade usual da dimensão muda conforme a área de atuação. Assim, na mecânica, a unidade é o milímetro, já na construção civil, o centímetro. Há, da mesma forma, diferentes manômetros para medir a grandeza denominada pressão. Ao final de cada capítulo deste Caderno, são apresentados exercícios resolvidos e propostos de práticas de laboratório, que motivarão a aprendizagem e consolidarão a fixação dos conceitos. 7

8 8

9 Índice 1. SISTEMAS DE MEDIÇÃO E ESCALA DE AÇO Sistemas de Unidades e seu Emprego na Indústria Sistema Inglês Sistema Métrico Submúltiplos: metro e polegada Controle Dimensional Régua Graduada e Trena Manuseio e Conservação das Réguas de Aço e Trenas Conversão de Unidades 25 Exercícios resolvidos 27 Exercícios propostos 28 Exercícios complementares TOLERÂNCIA DIMENSIONAL Erro e Intercambiabilidade Afastamentos Superior e Inferior Ajustes 39 Exercícios resolvidos 43 Exercícios propostos 43 Exercícios complementares e Prática de laboratório PAQUÍMETRO UNIVERSAL Paquímetros de 0,02 E 0,05 mm Leituras no Sistema Métrico Leitura no Sistema Inglês Aplicações do Paquímetro Utilização do Paquímetro 56 Exercícios resolvidos 60 Exercícios propostos 61 Exercícios complementares e Práticas de laboratório MICRÔMETROS EXTERNOS E INTERNOS Micrômetro Externo Leituras com resolução 0,01 mm Leituras com resolução 0,001 mm 68 9

10 4.4 Micrômetros Internos Cuidados no Manuseio de Micrômetros 70 Exercícios resolvidos 71 Exercícios propostos 72 Exercícios complementares e Práticas de laboratório RELÓGIO COMPARADOR Funcionamento e Nomenclatura Mecanismo de Amplificação Condições de Uso Aplicações Cuidados com o Relógio Comparador Relógio com Ponta de Contato de Alavanca (apalpador) 84 Exercícios resolvidos 86 Exercícios propostos 87 Exercícios complementares e Práticas de laboratório TOLERÂNCIA GEOMÉTRICA DE FORMA Tipos de Erros Retilineidade Planicidade Circularidade Cilindricidade Simbologia 96 Exercícios resolvidos 97 Exercícios complementares e Práticas de laboratório GONIÔMETRO Metrologia não Linear Operações com ângulos Tipos de Goniômetros 101 Exercícios resolvidos 104 Exercícios propostos 105 Exercícios complementares e Prática de laboratório

11 8. PRESSÃO Conceituação Lei de Pascal Pressões Atmosférica, Manométrica e Absoluta Pressão Atmosférica Pressão Manométrica Pressão Absoluta Manômetros 115 Exercícios resolvidos 117 Exercícios propostos 118 Exercícios complementares e Práticas de laboratório TEMPERATURA Termômetros Termopares Unidades 123 Exercícios resolvidos 124 Exercícios propostos e Prática de laboratório TORQUÍMETRO Introdução Definições Objetivos da Força de Fixação Torque Torquímetros 129 Exercícios resolvidos 130 Exercícios propostos e Prática de laboratório 130 GABARITOS 131 GLOSSÁRIO 135 BIBLIOGRAFIA

12

13 1Sistemas de Medição e Escala de Aço 1.1 Sistemas de Unidades e seu Emprego na Indústria Sistema Inglês Sistema Métrico 1.2 Submúltiplos: metro e polegada 1.3 Controle Dimensional 1.4 Régua Graduada e Trena 1.5 Manuseio e Conservação das Réguas de Aço e Trenas 1.6 Conversão de Unidades Exercícios resolvidos Exercícios propostos Exercícios complementares

14 1Sistemas de Medição e Escala de Aço 1. SISTEMAS DE MEDIÇÃO E ESCALA DE AÇO Como fazia o homem, cerca de anos atrás, para medir comprimentos? As unidades de medição primitivas estavam baseadas em partes do corpo humano, as quais eram referências universais, pois ficava fácil chegar-se a uma medida que podia ser verificada por qualquer pessoa. A Polegada O Palmo O Pé A Jarda O Côvado O Passo A Braça O Cúbito Figura 1 Exemplos dos primeiros padrões para medição. 14

15 O Antigo Testamento da Bíblia é um dos registros mais antigos da história da humanidade e lá, no Gênesis, lê-se que o Criador mandou Noé construir uma arca com medidas muito específicas, medidas em côvados. O côvado era uma medida padrão da região onde morava Noé, e é equivalente a 3 palmos, aproximadamente 66 cm. Em geral essas unidades eram baseadas nas medidas do corpo do rei, sendo que tais padrões deveriam ser respeitados por todas as pessoas que, naquele reino, fizessem as medições. Há cerca de anos, os egípcios usavam como padrão de medida de comprimento: distância do cotovelo a ponta do dedo médio. Quando se estuda história, sabe-se que os imperadores e reis eram considerados como figuras divinas e, portanto, é coerente para a mentalidade da época, que seus próprios corpos fossem tomados como referência, da mesma forma como, certamente, acontecia com suas idéias, verdades absolutas. Ocorre, entretanto, que as pessoas têm tamanhos diferentes, daí que o cúbito variava de uma pessoa para outra, ocasionando as maiores confusões nos resultados das medidas. Para serem úteis, era necessário que os padrões fossem iguais para todos. Diante deste problema, os egípcios resolveram criar um padrão único: barras de pedra com os comprimentos equivalentes `as partes do corpo. Assim surgiu o cúbito-padrão. Com gradual avanço das ciências e a maior demanda por medidas cada vez mais precisas, as barras passaram a ser construídas de madeira, o que facilitava o transporte. Como a madeira logo se desgastava, foram gravados comprimentos equivalentes a um cúbito-padrão nas paredes dos principais templos. Desse modo cada um poderia conferir periodicamente sua barra ou mesmo fazer outras quando necessário. 15

16 Na França, no século XVII, ocorreu um avanço importante na questão de medidas. A Toesa, que era então utilizada como unidade de medida linear, foi padronizada em uma barra de ferro com dois pinos nas extremidades, e em seguida, chumbada na parede externa do Grand Chatelet, nas proximidades de Paris. Da mesma forma como o cúbito, cada interessado poderia conferir seus próprios instrumentos. Uma toesa equivale a seis pés, aproximadamente 182,9 cm. Mas também este padrão se desgastava e deixava de representar fielmente o comprimento original, como deveria; surgiu então um movimento no sentido de estabelecer uma unidade natural, isto é, que pudesse ser encontrada na natureza, e assim ser facilmente copiada. Havia também outra exigência: ela deveria ter seus submúltiplos estabelecidos segundo o sistema decimal. O sistema decimal já havia sido inventado na Índia, quatro séculos antes de Cristo. Finalmente estabelecia-se então, em 1790, que a nova unidade deveria ser igual a décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre. Esta nova unidade passou a ser chamada metro (o termo grego metron significa medir). Para executar tais medições foram chamados astrônomos franceses e, utilizando a toesa como unidade, mediram a distância entre Dunkerque (França) e Montjuich (Espanha). Feitos os cálculos, chegou-se a uma distância que foi materializada numa barra de platina de secção retangular de 4,05 x 25 mm. O comprimento dessa barra era equivalente ao comprimento da unidade padrão metro, que foi definido como Metro é a décima milionésima parte de uma quarto do meridiano terrestre Esta definição evoluiu para ser materializada numa barra de platina, da seguinte forma: Metro á distância entre os dois extremos da barra de platina de positada nos arquivos da França e apoiada nos pontos de mínima flexão na temperatura de zero grau celsius. 16

17 Escolheu-se a temperatura de zero grau Celsius por ser, na época a mais facilmente obtida com o gelo fundente. Entretanto, com exigências tecnológicas crescentes, decorrentes do avanço científico, notou-se que o metro dos arquivos apresentava inconvenientes: Paralelismo entre as faces não satisfatório Desgaste rápido do material da barra Falta de rigidez da barra Com a introdução de alterações na geometria e no material da barra (Figura 2), estes erros puderam ser minimizados. A nova definição mostra claramente que cuidados foram tomados. Metro é a distancia entre os eixos de dois traços principais marcados na superfície neutra do padrão internacional depositado no escritório internacional de pesos e medidas, na França, na temperatura de zero graus celsius e submetido a uma pressão atmosferica de 760 mmhg e apoiado sobre seus pontos de mínima flexão Figura 2 Barra padrão para o metro. 17

18 Com os últimos aperfeiçoamentos, o padrão do metro em vigor no Brasil é recomendado pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia)e é baseado na velocidade da luz e definido como segue. Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo de 1/ frações de segundo. Mas o que melhorou tanto de uma definição para outra? Ora, uma barra é bem mais estável, ou menos variável, que o corpo do faraó. E, certamente, uma onda de luz é mais ainda que a barra. Ela não sofre influências de temperatura, pressão e peso próprio. afinal é uma onda eletromagnética*, portanto, estável no tempo e no espaço. Esta estabilidade deve ser entendida como variação máxima muito pequena. O erro máximo no comprimento de 1 metro está, por este método, na faixa de +/- 0,0013 micrômetros ou 0, mm. Também pode ser escrito como 1,3 mm para cada 1000 km. 1.1 SISTEMAS DE UNIDADES E SEU EMPREGO NA INDÚSTRIA Na área industrial é muito comum trabalhar-se com o milímetro (sistema métrico) e também com a polegada (sistema inglês) e seus submúltiplos. Não apenas as empresas de origem americana, mas também de outras nacionalidades continuam a utilizar o sistema inglês, muito embora, a tendência seja de que este seja gradualmente substituído pelo Métrico SISTEMA INGLÊS O sistema inglês tem como padrão a jarda, tradução do inglês "jard" que significa vara, instrumento que foi inicialmente usado por alfaiates ingleses. Outros termos utilizados neste sistema são: 18 1 jarda = 3 pés = 36 polegadas 1 polegada = 25,4 mm 1 pé = 12 polegadas 1 milha terrestre = jardas

19 Na mecânica são frequentemente usadas a polegada fracionária e a decimal. Exemplos medições no sistema fracionário: 1" 1/16" 1/2" 1/32" 1/4" 1/64" 1/8" 1/128" Exemplos da polegada no sistema decimal: 0,1 0,001 0,01 0, SISTEMA MÉTRICO O sistema métrico utiliza como padrão o metro. No Brasil, o sistema métrico foi implantado pela lei imperial número de 26 de junho de Estabeleceu-se então um prazo de dez anos para que os padrões antigos fossem inteiramente substituídos. A mecânica de precisão costuma trabalhar até a casa dos milésimos de milímetro, enquanto que a fabricação de componentes para as indústrias aeroespacial e ótica pode exigir precisões de até 1 nm (1 nanômetro). 1.2 SUBMÚLTIPLOS: METRO E POLEGADA Na mecânica trabalha-se não com o metro mas com seus submúltiplos: 1 metro = 1000 mm 1 milímetro (mm) = 0,001 metro 0,1 mm = 1 décimo de mm 0,01mm = 1 centésimo de mm 0,001 mm = 1 milésimo de mm ou 1 micrômetro (abreviação é mícron=µm) 0,000 1 mm = 1 décimo de milésimo de mm ou 1 décimo de mícron 0, mm = 1 centésimo de milésimo de mm ou 1 centésimo de mícron 0, mm = 1 milionésimo de mm ou 1 nanômetro (nm) = 10-6 mm 19

20 Assim, não é de se estranhar que, no manual de um torno, encontremos que o seu comprimento é de mm e não 2,5 m. Exemplo: A B C, D E F G H I Ou 0 0 6, [mm] A = centenas B = dezenas C = unidades D = décimos E = centésimos F = milésimos [também µm = 1 micrômetro) G = décimos de milésimos H = centésimos de milésimos I = milésimos de milésimos ou milionésimos [também nm] Aplicando ao exemplo: - Leitura: seis milímetros e trezentos e um nanômetros Outros exemplos de leituras 0,7 mm sete décimos de milímetro 0,70 setenta centésimos de milímetro 0,700 setecentos centésimos de milímetro 1,090 um milímetro e noventa milésimos 4,20 quatro milímetros e vinte centésimos 0,005 cinco milésimos ou cinco micra 0,0002 dois décimos de milésimos 0,00020 vinte centésimos de milésimos 0, duzentos nanômetros 0,420 mm quatrocentos e vinte milésimos 20

21 A polegada e seus submúltiplos Sistema fracionário: como será estudado no capítulo 3, a polegada é subdividida em até 128 partes ou, sendo cada divisão chamada 1/128" (um cento e vinte e oito avos de polegada). 1/2" meia polegada 1/4" um quarto de polegada 1/8" um oitavo de polegada 1/16" um dezesseis avos (ou correntemente, um dezesseis de polegada) 1/32" um trinta e dois avos de polegada 1/64" um sessenta e quatro avos de polegada 3/128" três cento e vinte e oito avos de polegada 1 1/2" uma polegada e meia 7 5/32" sete polegadas e cinco trinta e dois avos Sistema decimal: considera submúltiplos até a casa dos milésimos A nomenclatura é idêntica ao sistema métrico, mudando-se apenas a unidade, Portanto 0,1" um décimo de polegada 0,090 noventa centésimos de polegada 2,4 duas pol. e quatro décimos de polegada 0,0067 sessenta e sete décimos de milésimos de polegada 1.3 CONTROLE DIMENSIONAL Sabe-se que uma corrida de fórmula 1 não será ganha apenas por bons motores, ou boas equipes ou bons pilotos, mas pela união de todos estes fatores. Uma empresa que adquire um equipamento de última geração deverá montá-lo e posicioná-lo adequadamente, capacitar um operador para o uso deste equipamento ou contratar alguém qualificado para isto, além de seguir as especificações do equipamento. 21

22 Isto, certamente também se aplica ao controle dimensional: A) OPERADOR CAPACITADO; B) INSTRUMENTO CORRETAMENTE ESPECIFICADO; C) MÉTODO ADEQUADO. Somente com estes requisitos atendidos simultaneamente, os resultados pretendidos serão atingidos. São conhecidos exemplos na indústria de máquinas de precisão que, por maus uso, má instalação ou operação inadequada, geram-se resultados piores que antes de sua aquisição. 1.4 RÉGUA GRADUADA E TRENA A régua graduada, o metro e a trena são os mais simples e conhecidos instrumentos de medição linear. A régua, normalmente, apresenta-se na forma de uma lâmina de aço inoxidável. Nesta lâmina estão gravadas as medidas em cm e mm, conforme o sistema métrico ou em polegadas e suas frações, conforme o sistema inglês. Ao escolher uma régua como instrumento de medição, deve-se ter como certo que o erro permitido para a peça que se irá medir será maior que a sua menor leitura, que equivale, normalmente, a 0,5 mm ou 1/32". As réguas graduadas apresentam-se em comprimentos comerciais de 150, 200, 300, 500, 600, 1000, 1500, 2000 e 3000 mm. A esta dimensão máxima chama-se capacidade. Tipos e aplicações Régua de encosto interno: destinada `as medições que apresentem faces internas de referência. 22 Figura 3 Régua de encosto interno.

23 Régua sem encosto: aqui devemos subtrair do resultado o valor do ponto de referência. Figura 4 Régua sem encosto. Régua com encosto: destinada `as medições de comprimento a partir de uma face externa, a qual é utilizada como encosto. Figura 5 Régua com encosto. Régua de profundidade: utilizada nas medições de canais ou rebaixos internos Figura 6 Régua de profundidade. Régua rígida de aço-carbono com secção retangular: utilizada para o controle de dimensões lineares, traçagem, etc. Figura 7 Régua rígida de aço. 23

24 1.5 MANUSEIO E CONSERVAÇÃO DAS RÉGUAS DE AÇO E TRENAS De modo geral, uma escala de aço deve apresentar bom acabamento, bordas retas e bem definidas, e faces polidas. Uma escala usada deve estar sempre limpa, sem empenos, e com os traços bem definidos e visíveis. Se compararmos uma escala de uso profissional a uma régua mais comum, de uso escolar, por exemplo, é fácil notar que haverá diferenças na qualidade de gravação dos traços e na sua uniformidade, além da largura e eqüidistância* entre os mesmos. Conservação a) Evitar que a régua seja guardada ou fique próxima a ferramentas comuns de trabalho b) Evitar riscos ou entalhes que possam prejudicar a leitura de sua escala c) Não tentar 'entortar' a régua distraidamente, pois pode causar empenamento d) Não utilizá-la para bater em outros objetos, por preguiça de pegar uma ferramenta adequada e) Limpá-la após o uso, aplicando uma leve camada de óleo fino, antes de guarda-la. Trena As trenas são instrumentos de medição bastante práticos e por isto conhecidos. Sua aplicação está relacionada, geralmente, `a medição de comprimentos acima de 200 mm e a sua capacidade pode atingir mm ou até mm, prestando-se também para a verificação de distâncias. 24 Consiste de uma fita de aço, fibra ou tecido, graduada em uma ou em ambas as faces, no sistema métrico e/ou inglês, ao longo de seu comprimento, com traços transversais. Em geral, a fita está acoplada a um estojo dotado de um mecanismo que permite recolher a fita de modo manual ou automático. Tal mecanismo também pode ser ou não dotado de trava para facilitar o manuseio durante as medições. As fitas das trenas podem ser planas ou curvas. As planas permitem medir perímetros de peças cilíndricas, enquanto as curvas são fabricadas para aumentar `a sua resistência a flexão e facilitar medições planas de médios e grandes comprimentos.

25 As trenas apresentam, na extremidade livre, uma pequena chapa metálica dobrada em ângulo de 90º. Essa chapa é denominada encosto de referência ou gancho de zero absoluto. Ela deve ser fixada `a aresta da peça ou a um ponto a partir do qual desejamos efetuar a medição, dispensando assim a necessidade de um auxiliar de medição para segurar a extremidade livre. Figura 8 Trena. 1.6 CONVERSÃO DE UNIDADES Enquanto a indústria não padronizar as unidades usadas, recomenda-se ter agilidade para passar de uma unidade para outra, afinal não é sempre que se dispõe de uma calculadora com tecla de conversão automática. O que precisamos saber é o seguinte: Temos 1) MILÍMETROS 2) POLEGADAS FRACIONÁRIAS 3) POLEGADAS DECIMAIS Assim, as possibilidades são: a) MILÍMETRO POLEGADA FRACIONÁRIA POLEGADA DECIMAL b) POLEGADA FRACIONÁRIA MILÍMETRO POLEGADA DECIMAL c) POLEGADA DECIMAL MILÍMETRO POLEGADA FRACIONÁRIA Fator de conversão: 1 polegada/25,4 mm 25

26 Exemplo: 26

27 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Como se chama a ciência das medidas e medições? Metrologia 2) Qual a principal característica de um padrão de medição? A sua estabilidade dimensional, ou seja, as suas dimensões devem sofrer influências as menores possíveis do ambiente. 3) Quais os Sistemas de Unidades em uso atualmente? Sistema Métrico e Sistema Inglês. 4) Quais os submúltiplos do metro mais utilizados na mecânica? Milímetro, décimos, centésimos e milésimos de milímetro. 5) Como podem ser expressas as medidas em polegadas? Em polegadas fracionárias ou decimais. Ex: 3/4" ou 0,75". 27

28 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Converter para mm: a) 5/32" b) 1/128" c) 1 5/8" d) 33/128" e) 2 1/8" 2) Converter para pol. fracionária: a) 1,5875 mm b) 19,05 mm c) 25,00 mm d) 133,350 mm 3) Converter para mm: a) 0,6875" b) 0,3906" c) 1,250 d) 2,7344" 4) Converter para pol. milesimal: a) 12,7 mm b) 1,588 mm c) 17 mm d) 20,240 mm e) 5/8" f) 17/32" g) 1 1/8" h) 2 9/16" 5) Quais os três fatores mais importantes para a correta execução de uma medição? Instrumento adequado, operador qualificado e procedimento conhecido. 6) Quais os pontos fundamentais para observar-se numa escala graduada antes de seu manuseio? Não estar empenada, traços da escala nítidos e eqüidistantes e graduação visível. 28

29 7) O que é a capacidade de um instrumento de medição? É a maior dimensão que este instrumento permite medir. 8) Para medir o perímetro de um cilindro, qual a geometria de trena recomendada? Recomenda-se a trena de fita plana. 9) Para que servem as trenas com fita curva? Para aumentar a resistência da fita `a flexão. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1) Pesquisar, na fábrica, qual a unidade de medida usada e com qual precisão. 2) Em equipes de, no máximo, quatro componentes, medir as dimensões da sala de aula, registrando suas dimensões num croqui. 3) Ainda em equipe, propor e executar um dispositivo para medir a altura dos alunos da classe com erro máximo de 2 mm. Elaborar gráfico de distribuição. 29

30

31 2 Tolerância Dimensional 2.1 Erro e Intercambiabilidade 2.2 Afastamentos Superior e Inferior 2.3 Ajustes Exercícios resolvidos Exercícios propostos Exercícios complementares e Prática de laboratório

32 2Tolerância Dimensional No do capítulo anterior, comparmos um cabo de vassoura a uma lente, e vimos que mesmo que estes tenham diâmetros idênticos, os cuidados com a fabricação de cada um são diferentes. Mas por que não é possível, por exemplo, fabricar qualquer peça com 50,000 mm, sempre com a mesma precisão e com maior facilidade? A resposta é: as máquinas que fabricam as peças que utilizamos não são perfeitas: elas vibram, se desgastam e deformam por impactos ou calor, etc. Além disto, mesmo máquinas do mesmo tipo e modelo têm comportamentos diferentes quando em uso. O resultado é que duas peças do mesmo lote nunca são idênticas. Pode-se construir máquinas com diversos graus de "resistência" a estas variações, mas como seria de se esperar, maiores resistências implicam em maiores custos de fabricação. Desta forma, a máquina-ferramenta que fabrica o cabo de vassoura será menos resistente, e também mais barata, que aquela que se destina a fabricação de precisão. Não podemos esquecer também o fator humano: mesmo uma máquina controlada por computador depende da intervenção de um operador para, pelo menos, fixar a peça na mesa da máquina. e nós podemos esquecer que uma mesma pessoa trabalha cor graus variados de atenção e boa vontade. Todos estes fatores contribuem para que uma medida nunca saia exatamente igual à outra. Agora fica mais compreensível que existam tolerâncias de fabricação. Entenda-se a mesma como sendo o erro máximo permitido para as variações em certas dimensões de um componente, seja um cabo de vassoura ou uma lente. Lembremos que se o erro no diâmetro externo da parte roscada de um simples cabo de vassoura exceder um certo limite tolerado, o 32

33 cabo não poderá ser montado na rosca interna da vassoura. Ou, o cabo em si se tornará menos confortável para o seu manuseio. 2.1 ERRO E INTERCAMBIABILIDADE Como proceder se uma determinada peça de uma máquina quebrou-se e precisa ser reposta? Muitos equipamentos hoje em dia são importados. no entanto, por ser uma marca, digamos italiana, não significa que todas as partes desta máquina foram fabricadas e montadas na Itália. É comum que por questões como redução de custos, uma empresa encomende partes da máquina que ela comercializa a outras, a chamada terceirização. É então indispensável que todos falem a mesma língua, fabricando componentes com dimensões pré-estabelecidas e que desta forma possam ser aplicados em diversas máquinas. Assim sendo, também a tolerância dimensional, ou o erro máximo permitido, deverá ser conhecido para ser praticado por todos os fabricantes envolvidos. A capacidade, portanto, de que uma peça de reposição se ajuste na máquina e substitua adequadamente outra que se quebrou, mesmo que sejam máquinas de modelos diferentes, é denominada INTERCAMBIABILIDADE. 2.2 AFASTAMENTOS SUPERIOR E INFERIOR Toda dimensão é identificada por uma cota no desenho de fabricação de um componente (figura 9). A esta chama-se cota nominal. Toda cota cota nominal que garante o funcionamento do componente deve ser tolerada. Essa tolerância ou erro admissível na fabricação pode ser especificada através de valores (medidas) junto `as cotas nominais, na mesma unidade de medida da cota. A estas medidas chamam os de afastamento superior (maior) ou inferior (menor). Os afastamentos, quando de maior precisão, são especificados indiretamente através de letras e números. Para saber se o valor numérico desses afastamentos é necessário, consultar tabelas (Figura 17) em anexo. 33

34 Figura 9 Exemplos de peças cotadas com tolerância. Convém salientar que apenas determinadas dimensões num desenho mecânico são especificadas com tolerâncias. Isto é aplicável tão somente àquelas partes do componente que trabalharão através de ajustes com outros componentes. A figura 10 exemplifica um caso típico. Figura 10 Nem toda dimensão cotada num componente precisa de tolerância. Para compreender melhor o emprego limitado das tolerâncias, pensemos no seguinte. A fabricação com tolerâncias pequenas, com o erro máximo necessariamente pequeno, implica em maiores custos de fabricação e um controle dimensional mais apurado, o que significa instrumentos de medição mais sofisticados. O que se quer dizer é que não há porque aplicar uma tolerância, mesmo larga, a uma ou mais dimensões da peça, se esta não for necessária. 34

35 A APLICAÇÃO DE TOLERÂNCIAS IMPLICA NA ELEVAÇÃO DE CUSTOS Entendido o emprego da cotagem com tolerância, vejamos algumas definições importantes para o seu estudo: VALOR NOMINAL OU LINHA ZERO corresponde ao valor indicado pela cota nominal ou de projeto, por exemplo, 50 mm. VALOR EFETIVO corresponde ao valor real, obtido e mensurável na peça pronta. AFASTAMENTO SUPERIOR corresponde ao maior valor máximo permitido para o valor efetivo da dimensão AFASTAMENTO INFERIOR corresponde ao menor valor mínimo permitido para o valor efetivo da dimensão CAMPO DE TOLERÂNCIA corresponde `a diferença entre os valores da dimensão máxima e mínima, ou ainda, a soma dos afastamentos superior e inferior. FOLGA MÁXIMA semi-diferença entre o afastamento superior do furo e o afastamento inferior do eixo FOLGA MÍNIMA semi-diferença entre o afastamento inferior do furo e o afastamento superior do eixo. 35

36 TABELA ISO* DE AFASTAMENTOS Figura 11 Gráfico com a distribuição dos Campos de Tolerância. Tendo em vista que não se fabricará o nosso cabo de vassoura com o mesmo rigor e precisão que a lente, podemos traduzir esta idéia, através da seguinte classificação: Mecânica de baixa precisão erro permitido na ordem dos décimos Mecânica de média precisão erro permitido na ordem dos centésimos Mecânica de alta precisão erro permitido na ordem dos milésimos Mecânica de altíssima precisão erro permitido na ordem dos abaixo de milésimos 36 O sistema de tolerância ISO (International Standards Organization = Organização Internacional para Padronização) foi desenvolvido para a produção de peças mecânicas intercambiáveis com dimensões compreendidas entre 1 e 500 mm.

37 A figura 12 mostra esquematicamente os grupos de posições possíveis para as dimensões de furos e eixos conforme o ajuste e a precisão requeridos em cada caso. A linha horizontal indica a cota de referência e os pequenos retângulos indicam as posições assumidas pelas dimensões efetivas após a aplicação da tolerância apropriada. A altura de cada retângulo indica o erro tolerado: dimensão máxima dimensão mínimo. Para facilitar o sistema e a sua utilização prática, as dimensões nominais foram reunidas em 13 grupos. Figura 12 Grupos de dimensões segundo a norma ISO. 37

38 Qualidade de trabalho Retomando o estudo do cabo de vassoura e da lente, podemos fazer o mesmo para outras peças, tais como britadores, carrinhos de mão, tesouras e outras máquinas grosseiras, que também não requerem precisão. Por outro lado, temos as plainas, tornos mecânicos, fresadoras, máquinas de medição tridimensional, etc., se considerarmos casos mais precisos, como a lente. Enquanto o acabamento do primeiro grupo é apenas regular e os seus ajustes têm folgas consideráveis, o último grupo exige um acabamento melhor e ajustes mais exatos. Por esta razão o sistema ISO estabelece 16 qualidades de trabalho (Figura 13), capazes de serem adaptadas a quaisquer tipos de produção mecânica. Estas qualidades são designadas por IT 1, IT 2 até IT 16, sendo I de ISO e T de tolerância. Figura 13 Qualidades de trabalho conforme tipo de produção. A escolha da qualidade depende de certos critérios, entre os quais, principalmente, a aplicação do componente (sua utilidade na máquina). Quanto menor o erro permitido para a fabricação da peça, em fundação do nível de exigência, menor será a tolerância a ser aplicada, portanto maior será o custo assoâdos `as sua fabricacão 38

39 2.3 AJUSTES Outra importante idéia a ser compreendida é a ajustagem mecânica. Muitas peças devem encaixar perfeitamente entre si para que o equipamento ao qual pertencem possa funcionar adequadamente. E funcionar adequadamente significa atender a requisitos que vão desde a rotação livre ao ajuste prensado, das baixas às altíssimas rotações, assim como, de um médio a um baixíssimo nível de vibrações. Se na construção de uma máquina houvesse vários furos com a mesma dimensão, nos quais os eixos devessem, alguns girar, outros simplesmente deslizar e outros ficar presos, todos os furos poderiam ser executados dentro da mesma tolerância, dando-se entretanto, para os eixos tolerâncias diferentes de acordo com a função de cada um. Neste caso dizemos que foi adotado um sistema de ajuste Furo Base (é o sistema mais usual). Os mesmos ajustes poderiam ser obtidos, executando-se os eixos com a mesma tolerância e variando-se a tolerância dos furos também de acordo com a sua função. Este sistema denomina-se Eixo Base. Figura 14 Sistema Furo Base. Figura 15 Sistema Eixo Base. 39

40 Tipos de ajustes Ajuste com folga é aquele que o afastamento superior, ou dimensão máxima, do eixo, é menor que o afastamento inferior, ou dimensão mínima do furo. Significa que, quaisquer que sejam as dimensões efetivas do eixo e do furo, haverá sempre um espaço, ou folga, entre ambos. Esta folga é considerada como a metade da diferença entre os diâmetros, ou seja: Folga = diâmetro do furo diâmetro do eixo 2 Aplicável sempre que se requeira rotação, e seja necessária uma camada de fluido lubrificante. Figura 16 Nomenclatura de um ajuste furo-eixo. Para o eixo: dmín diâmetro mínimo d diâmetro nominal de diâmetro efetivo dmáx - diâmetro máximo t tolerância permitida Para o furo: Dmín - diâmetro mínimo D - diâmetro nominal De - diâmetro efetivo Dmáx - diâmetro máximo T tolerância permitida 40

41 Ajuste com interferência é aquele em que o afastamento inferior, ou dimensão mínima, do eixo, é maior que o afastamento superior, ou dimensão máxima do furo. Significa que, quaisquer que sejam as dimensões efetivas do eixo e do furo, nunca haverá folga entre ambos após a montagem. Considera-se também como folga negativa, se utilizarmos a equação mostrada. Um exemplo é o de ajustes prensados. São há casos como o da montagem com ligeira pressão. para o eixo entrar no furo, compreeendendo até a necessidade de aquecimento do furo ou resfriamento do eixo, anteriormente à montagem. Ajuste incerto é aquele em que a dimensão máxima do eixo é maior que a dimensão mínima do furo e a dimensão mínima do eixo é menor que a dimensão máxima do furo. Aqui, temos a possibilidade de folgas negativas ou positivas, após a montagem. Entenda-se como uma combinação dos ajustes anteriores. Pode haver, ou não, folga com o conjunto montado. A tabela da figura 17 ilustra alguns casos práticos de ajustes entre componentes, indicando a aplicação, o método de montagem (manualmente ou até com o auxílio de prensas) e o resultado obtido. 41

42 Ajustes Recomendados Tipo de Ajuste Exemplo de Ajuste Extra Preciso Mecânica Precisa Mecânica Média Mecânica Ordinária Exemplo de Aplicação PEÇAS MÓVEIS (uma com relação a outra) Livre Rotativo Montagem à mão, com facilidade. Montagem à mão, podendo girar sem esfôrço. H 6 e 6 H 7 e 7 H 7 e 8 H 8 e 9 H 11 o 11 H 6 f 6 H 7 f 7 H 8 f 8 H 10 d 10 H 11 d 11 Peças cujos funcionamentos necessitam de folga por fôrça de dilatação, mau alinhamento, etc... Peças que giram ou deslizam com boa lubrificação. Ex.: eixos, mancais, etc... Deslizante Montagem à mão, com leve pressão. H 6 g 5 H 7 g 6 H 8 g 8 H 8 h 8 H 10 g 10 H 11 h 11 Peças que deslizam ou giram ou deslizam com grande precisão. Ex.: anéis de rolamentos, corrediças, etc... Deslizante Justo Montagem à mão, porém, necessitando de algum esfôrço. H 6 h 5 H 7 h 6 Encaixes fixos de precisão, órgãos lubrificados deslocáveis à mão. Ex.: punções, guias, etc... PEÇAS FIXAS (uma com relação a outra) Aderente Forçado Leve Forçado Duro Montagem à mão, com auxílio de martelo. Montagem à mão, com auxílio de martelo pesado. H 6 j 5 H 7 j 6 H 6 m 5 H 7 m 6 Órgãos que necessitam de freqüêntes desmontagens. Ex.: polias, engrenagens, rolamentos, etc... Órgãos possíveis de montagens e desmontagens sem deterioração das peças. À Pressão com Esforço Prensa Montagem com auxílio de balancim ou por dilatação. H 6 P 5 H 7 P 6 Peças impossíveis de serem desmontadas sem deterioração. Ex.: buchas à pressão, etc. Figura 17 Tabela para ajustes recomendados. 42

43 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) O que é tolerância de fabricação? É o erro máximo permitido para uma ou mais dimensões de uma peça. 2) Por que toda fabricação mecânica envolve erros dimensionais? Porque as máquinas-ferramenta não são perfeitas e estão sujeitas a trepidações, variações térmicas, desgastes e deformações devido aos esforços. 3) Porque não se aplica a melhor qualidade de fabricação (conforme norma ISO) em qualquer componente fabricado? Isto implicaria que os erros dimensionais máximos permitidos seriam sempre os mínimos; o que elevaria os custos de forma geral e impraticável, para toda e qualquer peça. 4) O que é o ajuste mecânico? É a relação que deve haver entre as dimensões de duas peças que deverão encaixar-se. 5) Que tipos de ajustes existem? Com folga, com interferência e incerto. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Qual a nomenclatura utilizada para estudar um ajuste mecânico? 2) Resolver os seguintes exercícios, calculando todos os valores necessários para a completa identificação do ajuste resultante (cotas nominais, efetivas, folgas, etc). 43

44 44 Área de Mecânica - INSTRUMENTOS DE MEDIDAS

45 3) Em equipe de, no máximo, quatro componentes, pesquisar nos setores da fábrica, os itens abaixo e relacionar as informações em relatório escrito: a) entrevistar três operadores de produção sobre o conceito de tolerância de fabricação. b) Pesquisar três ajustes usados em um ou mais produtos de fabricação da empresa. Relacionar os afastamentos das dimensões envolvidas no ajuste. c) Manuseando desenhos da fábrica, relacionar qual o tipo de especificação de tolerância mais utilizado. d) Pesquisar no setor de engenharia, ferramentaria ou planejamento da produção quais os critérios que adotam para especificar a tolerância de fabricação. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICA DE LABORATÓRIO Utilizar um desenho mecânico de componente onde haja diferentes especificações, escolher quatro dimensões e, para cada uma, relacionar: dimensão nominal, afastamentos superior e inferior, erro máximo permitido, tipo de ajuste e valor da folga ou interferência. Usar tabela de ajustes(figura 17). 45

46

47 3 Paquímetro Universal 3.1 Paquímetros de 0,02 E 0,05 mm Leituras no Sistema Métrico Leitura no Sistema Inglês Aplicações do Paquímetro Utilização do Paquímetro Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos Exercícios Complementares e Práticas de Laboratório.

48 3 Paquímetro Universal 3. PAQUÍMETRO UNIVERSAL 3.1 PAQUÍMETROS DE 0,02 E 0,05 MM O paquímetro é um instrumento de medição que utiliza o princípio do nônio ou vernier para realizar medições lineares externas, internas, de ressaltos e de profundidade. Os termos nônio e vernier originam-se dos nomes do matemático português Pedro Nunes ( ), professor da Universidade de Coimbra, e de Pierre Vernier ( ), geômetra francês, que meio século depois aplicou o mesmo princípio do nônio a dimensões lineares. O dispositivo foi denominado vernier, e divide a escala principal em frações menores. O paquímetro é construído a partir de uma régua graduada, com um encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor. Este cursor ajustase `a régua, permitindo sua livre movimentação, com um mínimo de folga. Ele é dotado de uma escala auxiliar, chamada nônio ou vernier, a qual permite a leitura de frações da menor divisão da escala fixa. A figura 18 mostra um paquímetro e a nomenclatura de suas partes. Lembre-se: a fixação destes termos facilitará não apenas o entendimento de seu funcionamento, mas permitirá que você converse `a vontade sobre o assunto 48

49 Figura 18 Nomenclatura do paquímetro. Para escolher um paquímetro é necessário, inicialmente, saber qual é a sua resolução. A resolução de um instrumento de medição significa a menor leitura que é possível de ser feita com o mesmo. Os paquímetros mais usados possuem duas escalas, uma no sistema métrico e a outra no sistema inglês. A seguir serão mostradas as expressões para o cálculo de suas resoluções nos dois sistemas. Resulução: Menor leitura da escala principal número de divisões do nônio Paquímetro de 0,05 mm: Escala em milímetros com nônio dividido em 20 partes Resolução = 1 mm = 0,05 mm (SISTEMA MÉTRICO) 20 divisões Escala em polegadas com o nônio dividido em oito partes Resolução = 1/16 polegadas = 1/128 pol. (SISTEMA INGLÊS) 8 divisões Paquímetro de 0,02 mm: Escala em milímetros com nônio dividido em 50 partes Resolução = 1 mm = 0,02 mm (SISTEMA MÉTRICO) 50 divisões Escala em polegadas com nônio dividido em 25 partes Resolução = 0,025" = 0,001" (SISTEMA INGLÊS) 25 divisões 49

50 Coerência entre resolução e os resultados de medições: Paquímetros com resolução de 0,05 mm fornecem leituras com os algarismos 0 ou 5 na casa dos centésimos. Exemplos: 5,30 0,75 10,45 30,901 05,00 [mm] Paquímetros com resolução de 1/128" fornecem leituras fracionárias com os algarismos 2, 4, 8, 16, 32, 64 ou 128 no denominador. Exemplos: 1/2 3/4 7/8 3/16 15/32 1/64 29/128 [pol. ou "] Paquímetros com resolução de 0,02 mm fornecem leituras com os algarismos 0, 2, 4, 6 ou 8 na casa dos centésimos. Exemplos: 5,30 0,72 10,44 30,9 105,88 [mm] Paquímetros com resolução de 0,001" fornecem leituras com qualquer algarismo na casa dos milésimos. Exemplos: 0,070 2,001 7,452 10,003 15,994 9,999 [pol. ou "] A quantidade de dígitos depois da vírgula deve ser sempre coerente com a resolução Exemplos: Não são leituras típicas de um paquímetro: 10 mm / 9,0 mm / 12,000 mm / 0,7 mm / 90 mm / 128,150 mm Explicação: as leituras 10 e 90 não têm casas decimais. as leituras 9,0 e 0,7 têm apenas 1 casa decimal. as leituras 12,000 e 128,150 têm casas milesimais. 50

51 Conclusões: Não se devem omitir, nem acrescentar, casas decimais à leitura de paquímetro. Comparativamente, não se compra um Porsche para dirigir a 40 km numa auto-estrada, certo? Da mesma forma, não se adquire um paquímetro para usá-lo como se fosse uma régua graduada! Talvez você se pergunte, mas afinal, qual é a diferença entre 10 mm, 10,0 mm e 10,000 mm? Inicialmente, deve-se esclarecer que as duas primeiras leituras são feitas facilmente com uma régua graduada, e a última, apenas com um micrômetro milesimal. A questão é que, em ajustes de alta precisão, a diferença entre os diâmetros do eixo e do furo só é perceptível na casa dos centésimos. E esta diferença centesimal definirá o bom e o mau funcionamento de um eixo num mancal. 51

52 3.1.1 LEITURAS NO SISTEMA MÉTRICO Na escala fixa ou principal do paquímetro, a leitura feita antes do zero do nônio corresponde à leitura em milímetros. Em seguida, contam-se contar os traços do nônio até o ponto em que um deles coincida com um traço da escala fixa. Depois, soma-se o número lido na escala fixa ao número retirado do nônio. Exemplos: Resolução de 0,02 mm. Figura 19 Exemplo de medição em paquímetro com resolução de 0,02 mm. Resolução de 0,05 mm. 52 Figura 20 Exemplo de medição em paquímetro com resolução de 0,05 mm.

53 3.1.2 LEITURA NO SISTEMA INGLÊS Resolução milesimal: contam-se as unidades 0,025" que estão à esquerda do zero do nônio e, a seguir, somam-se os milésimos de polegada indicados pelo ponto em que um dos traços do nônio coincide com o traço da escala fixa. Figura 21 Exemplo de medição em paquímetro com resolução de 0,001". Resolução fracionária: o procedimento é idêntico aos anteriores, sendo cada divisão da escala principal igual a 1/32". Feita a leitura antes do zero do nônio, passa-se ao nônio em si, onde cada unidade corresponde a 1/128". 53

54 Figura 22 Exemplo de medição em paquímetro em polegadas fracionárias. 54

55 3.1.3 APLICAÇÕES DO PAQUÍMETRO É utilizado em medições internas, externas, de profundidade e de ressaltos. Figura 23 Aplicações do paquímetro. Paquímetro de profundidade: serve para medir a profundidade de furos não vazados, rasgos, rebaixos, etc. Este tipo de paquímetro pode apresentar haste simples ou haste com gancho. Veja, na figura 24, duas situações de uso do paquímetro de Figura 24 Paquímetros de profundidade. 55

56 3.1.4 UTILIZAÇÃO DO PAQUÍMETRO Além da falta de habilidade do operador, outros fatores podem provocar erros de leitura no paquímetro, por exemplo, a paralaxe e a pressão de medição. Paralaxe Em determinadas situações torna-se mais cômodo fazer a leitura de uma medida de modo enviesado, ou seja, os olhos do operador não estão numa direção normal ao plano da escala principal do paquímetro. Este erro se deve ao fato de que a escala do vernier está a uma certa distância da escala principal, como mostra a figura 25. Figura 25 Vista em corte de um paquímetro, mostrando a escala principal (TM), a do vernier (TN) e a distância entre ambas, a qual pode conduzir a erros de leituras (paralaxe). Assim sendo, conforme a posição dos olhos do operador, a coincidência entre o traço da escala do vernier e aquela do traço da escala principal, necessária para a leitura dos centésimos, será enganosa. Um efeito semelhante pode ser notado em qualquer instrumento que funcione através da movimentação de ponteiros, uma vez que estes estão, normalmente situados a uma certa distância do mostrador, onde está a escala. 56

57 Pressão de medição Esta pressão mínima é necessária para um contato correto entre as superfícies dos encostos do paquímetro e aquelas da peça. Ocorre, entretanto, que existe uma folga mínima entre o vernier e a escala principal, necessária para o deslizamento daquele sobre esta. Se esta folga for excessiva, por falta de manutenção do paquímetro, a pressão que o operador exerce sobre o instrumento, com seu polegar, pode causar um desalinhamento do vernier (figura 26). Figura 26 Leitura errada causada por desalinhamento do vernier. Para se deslocar com facilidade sobre a régua, o cursor deve estar bem regulado: nem muito preso nem muito solto. O operador deve regular a mola, adaptando o instrumento à sua mão. Caso exista uma folga anormal, os parafusos de regulagem da mola devem ser ajustados, girando-os até encostar no fundo e, em seguida, retornando 1/8 de volta, aproximadamente. Após este ajuste, o movimento do cursor deve ser suave, porém sem folga (Figura 27). Antes de ser usado, o paquímetro deve ser totalmente fechado e observado contra a luz para verificar-se se as faces de contato estão paralelas. Na hipótese de um acidente que inviabilize a utilização de um ou mais de seus recursos (para medição de diâmetros externos, internos, profundidades ou ressaltos paquímetros quadrimensionais), é prática comum retirar-se tal recurso (diz-se mutilação) e liberar o seu uso com restrições. Figura 27 Ajustagem da folga num paquímetro. 57

58 Regras de manuseio É importante abrir o paquímetro com uma distância maior que a dimensão do objeto a ser medido. A peça a ser medida deve ser colocada o mais profundamente possível entre os bicos de medição para evitar qualquer desgaste na ponta dos bicos ou o desalinhamento do vernier sobre a escala principal (Figura28). Figura 28 Medição de dimensões externas com o paquímetro. A leitura deve ser feita, preferencialmente, com o paquímetro fechado sobre a peça, e somente após a mesma, aberto e retirado. evitar que se desgastem as superfícies de contato do paquímetro, caso este seja indevidamente 'arrastado' sobre a peça. Devemos observar que pode ocorrer, também, um erro de leitura, uma vez que sempre haverá um deslocamento mínimo do próprio instrumento e este, certamente, afetará a casa dos centésimos. O paquímetro deve estar sempre alinhado com a dimensão a ser medida (Figuras 29, 30, 31).Toma-se sempre a máxima leitura para medições de diâmetros internos e a mínima para faces planas internas. 58

59 Figura 29 Medida de diâmetro interno com uso das orelhas do paquímetro deve ocorrer no meio do furo. Figura 30 Para medições com a haste de profundidade, esta deve ser posicionada paralelamente a dimensão desejada. Figura 31 Forma correta de utilizar um paquímetro quadrimensional. 59

60 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: 1) Que tipos de geometrias um paquímetro permite medir? Diâmetros internos, externos e profundidades. 2) O que é um paquímetro quadrimensional? É o paquímetro que, além das três medidas anteriores, também possibilita a medição de ressaltos. 3) Como se chama a parte móvel de um paquímetro? nônio ou Vernier. 4) O que é resolução de um instrumento de medição? É a menor leitura que ele permite. 5) Quais as resoluções, em mm e em pol., típicas dos paquímetros? 0,05 e 0,02 mm; 1/128" e 0,001" 60

61 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Faça a leitura das quatro figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do paquímetro = 0,05 mm) a) Leitura: b) Leitura: c) Leitura: d) Leitura:. 2) Faça a leitura das quatro figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do paquímetro = 0,02 mm) a) Leitura: b) Leitura: c) Leitura: d) Leitura:. 61

62 3) Faça a leitura das quatro figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do paquímetro = 0,001 ) a) Leitura: b) Leitura: c) Leitura: d) Leitura:. 4) Faça a leitura das quatro figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do paquímetro = 1/128"). a) Leitura: b) Leitura: c) Leitura: d) Leitura:. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICAS DE LABORATÓRIO. 1) Com um paquímetro quadrimensional, tomar uma ou mais peças diferentes e exercitar os quatro tipos de medições que ele possibilita. 62 2) Tomar três exemplos práticos de ajuste com folga: livre, rotativo e deslizante. Medir as peças de cada par com o paquímetro de 0,05 mm e determinar os valores das folgas encontradas.

63 4 Micrômetros Externos e Internos 4.1 Micrômetro Externo 4.2 Leituras com resolução 0,01 mm 4.3 Leituras com resolução 0,001 mm 4.4 Micrômetros Internos 4.5 Cuidados no Manuseio de Micrômetros Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos Exercícios Complementares e Práticas de Laboratório

64 4 Micrômetros Externos e Internos 4. MICRÔMETROS EXTERNOS E INTERNOS O micrômetro é, após o paquímetro, a escolha mais adequada para a obtenção de leituras com maior precisão. Num sentido mais prático, se desejarmos verificar variações na espessura de um material, e estas variações estejam na casa dos centésimos, será preciso, no mínimo, o uso de um paquímetro com resolução de 0,02 mm. Entretanto, temos duas limitações: a) Se o material não for suficientemente rígido, a pressão feita pelo operador causará deformações na peça e isto levará a resultados enganosos. b) Mesmo que o problema anterior não ocorra, ainda teremos a possibilidade de que a variação na dimensão da peça seja da ordem de um centésimo, e o melhor paquímetro só permite leituras com diferenças de 0,02 mm. Funcionamento do micrômetro O princípio de funcionamento do micrômetro assemelhase ao de um sistema parafuso e porca (Figura 32). Assim, há, internamente, uma porca fixa e um parafuso móvel que, após uma volta completa, se deslocará de um comprimento igual ao seu passo. Desse modo, dividindo-se a cabeça do parafuso em partes iguais, podemos avaliar comprimentos menores que o seu passo. Figura 32 Passo de uma rosca. Quanto menor o passo da rosca ou maior o número de divisões na sua cabeça, melhor a resolução do instrumento construído sobre este princípio. 64

65 As partes de um micrômetro e suas funções a. O arco é constituído de aço especial, tratado termicamente para evitar tensões internas* b. O isolante térmico fixado sobre o arco evita a sua dilatação devido ao calor proveniente do contato da mão do operador c. O fuso micrométrico deve ser feito de material especial e construído de forma a que sua rosca seja usinada com a precisão adequada a finalidade do instrumento. d. As faces de medição tocam a peça a ser medida e, por isto, devem ser rigorosamente planas e paralelas. e. A porca de ajuste permite controlar a folga do fuso micrométrico f. O tambor é onde são feitas as marcações eqüidistantes que permitem dividir o passo da rosca do fuso em frações iguais e executar medições centesimais ou, conforme o modelo, milesimais. g. A catraca assegura uma pressão de medição consta h. A trava permite imobilizar o fuso numa medida predeterminada. 4.1 MICRÔMETRO EXTERNO Figura 33 Nomenclatura para o micrômetro externo. Assim como para o paquímetro, também os micrômetros possuem características que devem ser conhecidas para uma escolha apropriada: A) RESOLUÇÃO B) CAPACIDADE C) APLICAÇÃO 65

66 Os micrômetros externos podem apresentar resoluções de 0,01mm e 0,001mm; 0,001" e 0,000 1". Os internos, de 0,005 mm. A capacidade diz respeito, como já vimos, `a dimensão que se pretende medir. Exemplos: 0 25 mm : só mede dimensões até 25 mm mm : só mede dimensões entre 25 e 75 mm A aplicação depende do formato da peça que se pretende medir (Figuras 34, 35 e 36): Figura 34 Micrômetros para medição de roscas. Figura 35 Micrômetros para medição de peças com número ímpar de lados. Figura 36 Micrômetro para medição de espessura de paredes de tubos. 66

67 4.2 LEITURAS COM RESOLUÇÃO 0,01 MM Figura 37- Exemplos de leitura com micrômetro centesimal 67

68 4.3 LEITURAS COM RESOLUÇÃO 0,001 MM Figura 38 - Exemplos de leitura com micrômetro milesimal 68

69 4.4 MICRÔMETROS INTERNOS Para medições internas empregam-se dois tipos de micrômetros: a) MICRÔMETRO INTERNO DE TRÊS CONTATOS b) MICRÔMETRO INTERNO DE DOIS CONTATOS Micrômetro interno de três contatos este instrumento é usado exclusivamente para realizar medidas em superfícies cilíndricas internas. Sua principal característica é a de ser autocentrante, isto é, pela disposição de suas pontas de contato que avançam igual e simultaneamente em três direções, a 120º, fornecendo rapidamente a leitura desejada. Figura 39 Micrômetro interno de três contatos. Micrômetro interno de dois contatos tipo tubular é utilizado para medições internas acima de 30 mm. O micrômetro tubular (Figura 40) utiliza hastes de extensão com dimensão de 25 a mm. As hastes podem ser acopladas umas às outras, desta forma facilitando o armazenamento e a versatilidade do seu uso. Figura 40 Micrômetro interno de dois contatos tipo tubular. 69

70 4.5 CUIDADOS NO MANUSEIO DE MICRÔMETROS Antes de iniciar a medição de uma peça, qualquer micrômetro deve ser zerado para evitar leituras incorretas. Procedimento de zeragem: a) Limpe as faces de medição para que, mesmo pequenas, partículas de pó, não escamoteiem os resultados de medição. b) Feche totalmente o instrumento se for um micrômetro para medidas externas e verifique a coincidência da linha zero do tambor com a linha horizontal da escala principal. Caso não haja coincidência, faça o ajuste movimentando a bainha com a chave de micrômetro, que acompanha o instrumento, dentro de seu estojo. c) Se for um micrômetro cuja faixa de medição não comece do zero, será necessário utilizar o padrão cilíndrico de metal que também é fornecido com o instrumento, dentro do estojo. Para micrômetros internos o procedimento é idêntico, a menos do padrão utilizado como medida de referência, que será um anel de metal. Além da zeragem, deve-se tomar cuidados específicos do tipo: manter o instrumento sempre limpo e dentro do seu estojo quando em uso não dar voltas desnecessárias na catraca (recomenda-se cerca de cinco voltas) efetuar a leitura sem retirar o micrômetro da peça a ser medida, evitando assim desgastes das pontas de contato 70

71 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Qual o princípio de funcionamento de um micrômetro? Passo da rosca. Todo micrômetro tem uma rosca interna com um passo bem determinado e fabricado com precisão. O tambor do micrômetro se desloca de um comprimento igual a este passo, a cada giro completo. Com a graduação marcada na sua circunferência é possível fracionar o passo em comprimentos menores. 2) Quais as resoluções dos micrômetros externos? 0,01 mm, 0,001 mm; 0,001" e 0,000 1". 3) Em que consiste a zeragem de um micrômetro? Antes de utilizá-lo, é necessário verificar se a sua leitura é coerente com a dimensão que é medida. Se não houver a correta coincidência entre os traços do tambor e a linha horizontal da escala principal, deve ser utilizada a ferramenta de zeragem, que o acompanha. 4) Qual a função do isolante térmico, fixado sobre o arco do micrômetro? Evitar que o calor da mão do operador cause deformações por dilatação ao arco. 71

72 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Faça a leitura das quatro figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do micrômetro = 0,01 mm) Leitura:.. Leitura:.. Leitura:.. Leitura:.. 72

73 2) Faça a leitura dos quatro micrômetros milesimais abaixo: Leitura:.. Leitura:.. Leitura:.. Leitura:.. 73

74 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICAS DE LABORATÓRIO 1) Reconhecer a capacidade, resolução e aplicação de vários micrômetros disponíveis. 2) Observar vários tipos de micrômetros e constatar que nem todos partem da dimensão zero, e portanto, para a sua zeragem precisam de um padrão que acompanha o estojo do instrumento. 3) Propor quatro peças para medição com o micrômetro e utilizar (sugestão) o modelo seguinte como relatório de inspeção. ESCOLA FORMARE Curso: Alunos:1 Turma: 2 3 EV: RELATÓRIO DE INSPEÇÃO DIMENSIONAL Nome da Peça: Data da inspeção : / / Aprovação: Desenho da Peça: Instrumentação Seqüência de Inspeção e Procedimento 1 Resultados

75 5 Relógio Comparador 5.1 Funcionamento e Nomenclatura Mecanismo de Amplificação Condições de Uso 5.2 Aplicações 5.3 Cuidados com o Relógio Comparador 5.4 Relógio com Ponta de Contato de Alavanca (apalpador) Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos Exercícios Complementares e Práticas de Laboratório

76 5 Relógio Comparador 5. RELÓGIO COMPARADOR Imagine um instrumento que tem apenas um ponto de contato com a peça, e possibilita a medição de deslocamentos de partes móveis de máquinas, de ressaltos e de erros de circularidade, batimentos e planicidade. Versátil, não? Este instrumento é o relógio comparador.(figura 41) Pela figura fica claro que o seu nome está ligado à aparência. A sua principal característica é a de medir por comparação, ou seja, tomando outras dimensões como referência. É a chamada medição indireta. DIMENSÃO A SER MEDIDA = DIMENSÃO DO PADRÃO +/- DIFERENÇA Também pode ser tomado como padrão uma peça original, de dimensões conhecidas, que é utilizada como referência. 5.1 FUNCIONAMENTO E NOMENCLATURA O relógio comparador é um instrumento de medição por comparação, dotado de uma escala e um ponteiro, o qual está conectado a uma ponta de contato através de mecanismos que variam conforme o relógio comparador. (Há também os modelos digitais, Figura 42) O comparador centesimal é o instrumento mais comum de medição por comparação. As diferenças percebidas nele pela ponta de contato são amplificadas mecanicamente e irão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala. Quando a ponta de contato sofre uma pressão e é deslocada, o ponteiro rotativo gira, e conforme o sentido desta rotação, indicará se a diferença é maior ou menor que a dimensão de referência. Se maior, considera-se o valor da leitura positivo; se menor, terá sinal negativo. 76

77 Os comparadores mais comuns têm resoluções de 0,01 mm e 0,001", e capacidade máxima de leitura, ou simplesmente capacidade, de 1 ou 10 mm. Comparadores para uso específico têm resolução de 0,001 mm e capacidade proporcionalmente menor (+/- 0,10 mm). Figura 41 Relógio comparador mecânico. Figura 42 Relógio comparador digital 77

78 Em alguns modelos, a escala dos relógios, ou mostrador, se apresenta perpendicularmente em relação a ponta de contato. Quando a capacidade (10 mm) é maior que a escala (1 mm), possuem, além do ponteiro principal, outro menor, denominado contador de voltas do ponteiro principal. Os limitadores de tolerância são dispositivos móveis que giram em redor do mostrador e podem ser ajustados nos valores máximo e mínimo permitidos para a peça a ser medida. Isto facilita a visualização do campo que o ponteiro principal terá para oscilar, quando estamos medindo peças de um mesmo lote. Importante lembrar que o comparador, como o da Figura 41, deverá estar sempre fixado a uma base ou a um dispositivo especial. Comparadores como so das Figuras 43 e 44 dispensam esses dispositivos e devem ser apoiados manualmente. Figura 43 Os comparadores também podem ser utilizados para medir furos, possibilitando um procedimento rápido e em qualquer lugar do furo. Isto viabiliza a determinação de erros do tipo: conicidade, ovalização, etc. Consiste de um mecanismo que transforma o deslocamento radial de duas pontas de contato, em movimento axial de uma haste, o qual é transmitido a um relógio comparador, onde é feita a leitura. O instrumento deve ser previamente calibrado em relação a uma medida de referência. Figura 44 Súbito. Este instrumento é mais conhecido como súbito (Figura 44). 78

79 5.1.1 MECANISMO DE AMPLIFICAÇÃO Uma escala graduada não possui mecanismos, isto é, órgãos mecânicos com movimentos relativos. Um paquímetro apresenta um cursor deslizando sobre a escala principal e um micrômetro possui um sistema de parafuso e porca, internos. No caso de um relógio comparador, além de não vermos este mecanismo, é mais sofisticado que o de um micrômetro, uma vez que há também transformação de movimentos (axial em radial) e amplificação (o ponteiro se desloca bem mais sobre a escala graduada que a ponta de contato em relação ao relógio). Os mecanismos de amplificação mais comuns são por engrenagem e por alavanca. Amplificação por engrenagem Movimento axial do fuso em movimento radial do ponteiro : sistema pinhão/cremalheira. Lembrando que uma cremalheira, como ilustra a figura 45, é apenas uma engrenagem plana. Amplificação: pinhão/coroa. Para cada volta completa da coroa, o pinhão, que é ligado ao eixo do ponteiro, dá várias voltas. Figura 45 Amplificação do tipo pinhão/coroa. 79

80 5.1.2 LEITURA Nos comparadores mais utilizados, uma volta do ponteiro principal (o maior do mostrador e diretamente ligado a coroa) corresponde a um deslocamento de 1 mm da ponta de contato. Como o mostrador está dividido em 100 partes iguais, a sua menor divisão será de 0,01 mm. Etapas para leitura com um comparador: 1º passo: leitura do contador de voltas 2º passo: leitura do ponteiro principal 3º passo: soma das duas leituras Exemplos: a) O ponteiro menor indica que a ponta de contato não chegou a deslocar-se mais de 1 mm, e portanto, está entre as marcas 0 e 1. A leitura terá o algarismo zero nas unidades: 0,... Digamos que o ponteiro maior esteja entre as marcas 51 e 52, ou seja, indicando que o deslocamento centesimal foi de cinquenta e uma unidades. Assim a leitura final será: 0,51 mm b) O ponteiro menor indica que a ponta de contato deslocou-se 7 mm, pois está situado entre as marcas 7 e 8 do mostrador. A leitura terá o algarismo 7 nas unidades: 7,... Digamos que o ponteiro maior esteja entre as marcas 2 e 3, indicando portanto que a ponta de contato deslocou-se seguramente dois centésimos. A leitura final será a composição destas duas : 7,02 mm 80

81 5.1.3 CONDIÇÕES DE USO Não nos esquecer de verificar as condições de conservação de um instrumento antes de usá-lo, pois este cuidado pode significar a diferença entre uma leitura correta ou não. Em primeiro lugar o comparador deve estar operando, a haste e o ponteiro se deslocando e a escala com sua graduação bem definida. Em seguida, devemos nos assegurar de que os valores indicados pelo comparador são verdadeiros. É necessário proceder uma calibração: o comprador deve ser fixado na posição vertical sobre um desempeno* com o auxílio de um suporte adequado, que para maior clareza não aparece na figura 46. Convém salientar que a posição vertical significa que o comparador está montado perpendicularmente `a superfície a ser medida. o que é condição indispensável para leituras corretas. Com o auxílio de blocos-padrão verifica-se se as medidas lidas correspondem aos blocos utilizados. Figura 46 Calibração de um relógio comparador com blocos-padrão. Observação: Como regra geral, não é recomendável utilizar os primeiros 10% e nem os últimos 10% da escala de um instrumento, pois podemos ter erros induzidos por folgas ou excesso de tensão em seus mecanismos. Assim, devemos dar uma pré-carga na haste do comparador para que, ao contato com a superfície da peça, haja um deslocamento mínimo do ponteiro. 81

82 5.2 APLICAÇÕES Verificação do paralelismo entre duas faces Figura 47 Verificação do paralelismo entre duas faces. Verificação de concentricidade (batimento radial) de peça montada na placa do torno 82 Figura 48 Exemplos de uso do relógio comparador no torno.

83 Figura 49 Verificação do alinhamento entre as pontas de um torno. Figura 50 Verificação de planicidade de superfícies. 5.3 CUIDADOS COM O RELÓGIO COMPARADOR a) A haste de um comparador funciona sob a ação de uma mola, portanto deve-se descer suavemente a ponta de contato sobre a peça, reduzindo o risco de sua quebra ou desgaste prematuro. b) Ao deslocar-se a peça para a medição de diferentes posições sobre a mesma, a haste deve ser manualmente afastada da superfície da peça. c) Evitar choques, arranhões e sujeiras. Não esqueça que mesmo a poeira é composta de pequeníssimos grãos, cujo diâmetro pode ser da ordem de grandeza da resolução do instrumento. d) Manter o relógio guardado no estojo quando não estiver em uso. e) Os relógios devem ser lubrificados internamente nos mancais das engrenagens. 83

84 5.4 RELÓGIO COM PONTA DE CONTATO DE ALAVANCA (APALPADOR) No dia-a-dia da indústria é comum haver certa confusão entre os nomes comparador e apalpador. O relógio apalpador (Figura 51), ou simplesmente apalpador, é um instrumento de muita versatilidade na indústria, principalmente devido ao seu tamanho reduzido, sistema de guias para fixação em várias posições e facilidade de acesso a pontos difíceis. Existem dois tipos de apalpadores: um deles possui reversão automática do movimento da ponta de medição; outro tem alavanca inversora, a qual seleciona a direção do movimento de medição ascendente ou descendente. O mostrador é giratório e as resoluções podem ser: 0,01 mm; 0,002 mm; 0,001" ou 0,0001". Figura 51 Tipos de relógios apalpadores. Aplicação a) Verificação da excentridade b) Alinhamento e centragem de peças em máquinas c) Verificação de paralelismo d) Medições internas e) Medições de detalhes de difícil acesso EXEMPLOS DE APLICAÇÃO Figura 52 Alinhamento e centragem de peças em máquinas. 84

85 Figura 53 Verificação em regiões de difícil acesso. Figura 54 Verificação de paralelismo entre faces. 85

86 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Nos relógios comparadores comuns, cada volta completa do ponteiro equivale a 1 mm. Qual a sua resolução? Se a escala do mostrador possui 100 divisões, a resolução será de 0,01 mm. 2) O que é pré-carga? É a pressão inicial que deve ser aplicada pela ponta de contato sobre a superfície a ser medida, para assegurar uma leitura mínima no comparador. 3) Qual a menor resolução conseguida com um RC? 0,001 mm ou 0,000 1 ". 4) Que tipo de medições faz um comparador? Dimensões, verificação de planicidade, paralelismo, circularidade e cilindricidade. 86

87 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Faça a leitura das três figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do RC, ou relógio comparador = 0,01 mm) 2) Faça a leitura das três figuras abaixo e escreva as medidas (resolução do RC = 0,001 ) 87

88 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICAS DE LABORATÓRIO 1) Com o auxílio de quatro conjuntos de blocos padrão, executar a calibração de um RC. 2) Com o auxílio de uma base magnética, fixar o RC e medir a máxima variação devido ao erro de paralelismo entre as superfícies. verificação do paralelismo 3) Com o auxílio de um RC verificar o erro máximo de concentricidade (também chamado de batimento) de uma peça cilíndrica montada na placa de um torno. 4) Calibrar o anel micrométrico do avanço transversal do carro porta-ferramenta em um, verificando se há folgas, para três pontos ao longo de seu curso. 5) Inspecionar um peça com exigência de 0,05 mm de planicidade (verificar simbologia no seu desenho de fabricação). 6) Idem do item 5 para cilindricidade. 88

89 6 Tolerância Geométrica de Forma 6.1 Tipos de Erros Retilineidade Planicidade Circularidade Cilindricidade 6.2 Simbologia Exercícios Resolvidos Exercícios Complementares e Práticas de Laboratório.

90 6Tolerância Geométrica de Forma 6. TOLERÂNCIA GEOMÉTRICA DE FORMA Conceitos básicos a) SUPERFÍCIE GEOMÉTRICA é a superfície ideal representada nos desenhos, e isenta de erros. b) SUPERFÍCIE REAL é aquela que se toca e se vê, na peça fabricada. c) SUPERFÍCIE EFETIVA é aquela obtida por medições, e cujos resultados apenas aproximam-se da realidade da melhor forma possível. Ex: a dimensão de uma peça varia de acordo com a qualidade do instrumento utilizado para medi-la, e é, portanto, uma boa estimativa do seu real valor. Os erros de forma são causados por vibrações, imperfeições nos mancais, deformações na ferramenta, etc. A diferença entre a superfície efetiva, ou seja, resultado de medições, e a geométrica, ou ideal, é denominada o erro de forma. ERROS MACROGEOMÉTRICOS ondulações acentuadas, aspereza, conicidades, empenamentos, excentricidade, etc, são exemplos de erros visíveis mensuráveis por instrumentos comuns de medição. ERROS MICROGEOMÉTRICOS ou rugosidades: são detectáveis apenas através de instrumentos menos convencionais, tais como rugosímetros e perfiloscópios. Podem ser visíveis através de microscópios. 90

91 6.1 TIPOS DE ERROS Já estudamos este conceito anteriormente, em relação às dimensões, mas ele se aplica também a forma. Qual é a diferença? Para haver um ajuste adequado, não é suficiente apenas que o diâmetro de um furo esteja dentro da tolerância. Isto porque ele é uma entidade tridimensional e a sua linha de centro poderá estar, p.ex., não retilínea. O barramento de um torno ou a mesa de uma fresadora, precisam ser inicialmente fabricadas para então, depois de montadas, transformarem-se em partes destas máquinas. Suas dimensões podem estar corretas, mas suas superfícies também precisam possuir a planicidade requerida em projeto. Este erro, que pode ser chamado de ondulação, comprometerá a precisão da máquina-ferramenta RETILINEIDADE A figura 55 mostra a linha dentro de um cilindro, e representa algo que não se enxerga, mas que é indispensável para a fabricação de um eixo. A linha de centro de um eixo não pode ser vista ou materializada, mas sua forma pode e deve ser medida, sob pena de que o eixo seja montado com dificuldade, ou nem possa ser montado. Esta linha deve então possuir um erro máximo permitido por norma de fabricação para a sua retilineidade. Isto significa que a linha, sendo na realidade sinuosa, deveria idealmente ter um formato retilíneo. Figura 55 Linha de centro de um cilindro com erro de retilineidade. 91

92 Mas o que significa o desenho (Figura 55)? Devemos interpretar o que é mostrado da seguinte forma: O CILINDRO DE DIÂMETRO t É O VOLUME NO ESPAÇO, DEFINIDO PELA TOLERÂNCIA DE FORMA, PARA A MAIOR VARIAÇÃO POSSÍVEL DE RETILINEIDADE DA LINHA MOSTRADA. Se algum segmento desta linha ultrapassar este limite, "saindo do cilindro", a retilineidade não será suficiente. Representação em desenho: Figura 56 Retilineidade: método de medição. Figura 57 Verificação de retilineidade da geratriz* do cilindro através de um relógio comparador, montado sobre o torno mecânico PLANICIDADE A figura 58 ilustra dois planos distantes entre si de uma cota "t". Eles delimitam um volume no espaço, dentro do qual é permitido ocorrer o máximo erro de ondulação para uma determinada superfície. Figura 58 Região do espaço onde é permitida a variação de planicidade. Observação: quando nada é especificado, admite-se que a ondulação máxima não ultrapasse a tolerância dimensional. 92

93 Exemplo de aplicação num desenho: Figura 59 Exemplo de tolerância de planicidade num desenho de fabricação. A interpretação da Figura 59 é a seguinte: quando é especificada uma certa tolerância de planicidade, a zona de variação para a superfície deverá estar coerente com os limites dimensionais. Causas dos erros de planicidade: a) variação da dureza da peça ao longo do plano de usinagem; b) desgaste da ferramenta de corte; c) deficiência na fixação da peça; d) folgas nas guias da máquina; e) tensões internas decorrentes da usinagem. As tolerâncias de planicidade mais comuns, conforme processo de fabricação, são: No torneamento: 0,01 a 0,03 mm No fresamento: 0,02 a 0,05 mm Na retífica: 0,005 a 0,01 mm CIRCULARIDADE Agora podemos perguntar: como delimitar uma região para as variações permitidas para um círculo. A figura 60 mostra que, considerando-se dois círculos concêntricos de diâmetros diferentes, a coroa circular ou folga existente entre os dois corresponderá ao espaço de que precisamos. Em outras palavras, se a tolerância requerida for de 0,5 mm, esta deverá corresponder a semi-diferença entre os diâmetros. 93

94 Figura 60 Exemplos de tolerâncias de circularidade num desenho de fabricação. Geralmente, é suficiente especificar as tolerâncias dimensionais pois se os erros de forma estiverem dentro destes limites, eles serão suficientemente pequenos para se obter montagem e funcionamento adequados. Entretanto, há casos em que os erros de forma permissíveis são tão pequenos que, apenas respeitando-se a tolerância dimensional, não seria suficiente. Exemplo disto são os cilindros de motores de combustão interna, nos quais a tolerância dimensional pode ser aberta, mas os erros de circularidade têm que ser restritos para prevenir vazamentos. Métodos de medição O aparelho mais adequado para medir a circularidade é o circularímetro (Figura 61). 94 Figura 61 Circularímetro.

95 Quando, entretanto, não se dispõe de instrumentos específicos, que podem ser bastante caros, utilizam-se prismas em "V" e um relógio comparador, ou um relógio comparador que possa fazer medições em três pontos (Figura 62). As tolerâncias de circularidade mais comuns são: Figura 62 Aplicações do relógio comparador para a circularidade. Para peças torneadas: até 0,01 mm Para peças mandriladas: entre 0,01 e 0,015 mm CILINDRICIDADE Neste caso, o volume dentro do qual é permitido errar, corresponde à região compreendida entre dois cilindros coaxiais (mesmo eixo). Exemplo de desenho de fabricação: Figura 63 Exemplos de tolerância de cilindricidade em desenhos de fabricação. Parece que a diferença entre circularidade e cilindricidade é bem sutil. Esclarecendo então: A CIRCULARIDADE É UM CASO PARTICULAR DE CILINDRICIDADE, UMA VEZ QUE CONSIDERA APENAS UMA SEÇÃO DO CILINDRO PERPENDICULAR A SUA GERATRIZ. 95

96 Esmiuçando ainda mais, é como se cortássemos um tarugo cilíndrico em alguns pontos de interesse, e verificássemos o quanto os formatos das novas faces geradas, estariam distantes de círculos ideais. As tolerâncias de cilindricidade são aplicáveis ao longo da seção longitudinal do cilindro, considerando erros como conicidade, concavidade e convexidade. Método de medição para a cilindricidade: Figura 64 Verificação da cilindricidade com um relógio comparador. A cilindricidade é medida ao longo da peça ou axialmente 6.2 SIMBOLOGIA Num desenho de fabricação deve haver toda a informação necessária para facilitar a sua execução. Mas, como apresentar, na mecânica de precisão, por exemplo, tanta informação de maneira rápida e operacional? Figura 65 Simbologia para os erros de forma segundo a ABNT. Para facilitar, existe a simbologia segundo a ABNT, conforme mostra a Figura

97 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Como são classificados os dois principais tipos de erros de fabricação, quanto a sua ordem de grandeza? São eles os erros macro-geométricos e os micro-geométricos. Os primeiros visíveis e mensuráveis com instrumentos comuns. Os segundos, somente visíveis com o auxílio de microscópios e mensuráveis através de rugosímetros. 2) Defina superfície geométrica. Superfície geométrica: é a superfície delimitada pelos traços do desenho, algo que ainda não existe, um conceito abstrato e, portanto, sem defeitos. 3) Defina superfície real. Superfície real: é a superfície da peça pronta. 4) Defina superfície efetiva. Superfície efetiva: é a superfície medida através de instrumentos e de parâmetros. A precisão destes parâmetros dependerá da sofisticação do instrumento utilizado para medi-la. 5) Quais são os erros de forma? Erro de planicidade, paralelismo, circularidade e cilindricidade. 6) Como são controlados os erros de forma, uma vez que, são inevitáveis? Assim como para as dimensões, através das tolerâncias aplicadas a cada caso. 7) Como são medidos os erros de forma macrogeométricos? Através de relógios comparadores. 97

98 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICAS DE LABORATÓRIO. 1) Com o auxílio de um bloco em 'V', e um relógio comparador centesimal, verificar a circularidade em três pontos de um pistão de compressor ou motor de combustão interna e de uma peça cilíndrica, simplesmente torneada. Comparar os resultados. 2) Interpretar em exemplos de desenhos de fabricação as especificações de tolerâncias dimensionais. 3) Levantar, junto ao laboratório de Metrologia da fábrica os tipos de tolerâncias geométricas verificadas e os equipamentos e instrumentos usados. 4) Pesquisar três peças de produção ou uso da fábrica para as quais sejam necessárias tolerâncias de forma para garantir o seu funcionamento. 98

99 7Goniômetro 7.1 Metrologia não Linear 7.2 Operações com ângulos 7.3 Tipos de Goniômetros Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos Exercícios Complementares e Prática de Laboratório

100 7Goniômetro 7.1 METROLOGIA NÃO LINEAR Dentro da metrologia dimensional, vimos, até agora, as chamadas dimensões lineares, dadas através dos submúltiplos do metro. Quando desejamos, entretanto, controlar dimensões angulares, precisamos de unidades e de instrumentos adequados para tal: os ângulos e o goniômetro. Se nos lembrarmos do transferidor como a ferramenta que utilizamos para traçar ângulos no desenho mecânico, podemos dizer que o goniômetro (Figura 66) seria o transferidor de indústria, adequado tanto para a traçagem* como para a medição. Figura 66 Goniômetro. O goniômetro simples é utilizado em medidas angulares que não necessitam de grande precisão. Sua menor divisão, ou resolução, é de 1 grau, ou 1, abreviadamente. Revisão Lembremos que a circunferência tem 360 graus e que, geralmente, trabalhamos com quadrantes, ou seja, setores do círculo correspondentes a 90 graus, cada. 100 Acrescente-se a isto que, 1 grau é dividido em 60 partes iguais, tal como num relógio, e que a estas partes chamamos minutos, podendo ainda subdividilos em outras 60 partes menores, denominadas segundos. Assim, podemos entender porque existem goniômetros de diferentes resoluções.

101 7.2 OPERAÇÕES COM ÂNGULOS a) 20 15' ' = Somando os graus: = 60 Somando minutos: 15' + 55' = 70' = ' = 1 10' Total: ' = 61 10' b) 5 10' 15'' ' 40'' = Somando graus: = 95 Somando minutos: 10' + 50' = 60' = 1 Somando segundos: 15'' + 40'' = 55'' Total: '' = 96 55'' 7.3 TIPOS DE GONIÔMETROS Goniômetros com resolução de 1 grau (Figura 67): Figura 67 Goniômetros com resolução de 1 grau. 101

102 Figura 68 Goniômetro com vernier (resolução = 5 minutos). Note-se a semelhança de minutos e segundos com os décimos, centésimos e milésimos da metrologia dimensional linear. Não por acaso, também estão disponíveis goniômetros com vernier, como na figura

103 Resolução de goniômetros A resolução do nônio é dada pela mesma fórmula utilizada para outros instrumentos de medição: RESOLUÇÃO = Menor divisão do disco graduado Número de divisões do nônio Colocando valores, teremos então: 1 grau = 5' 12 divisões Isto significa que nas leituras com nônios de 12 divisões, só poderemos encontrar valores para os minutos dos tipos: 5' 10' 15' 20' 25' 30' 35' 40' 45' 50' 55' e 60' Figura 69 Tipos de geometrias medidas realizadas com goniômetros. 103

104 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Como se chama a ciência que estuda a medição de ângulos? Metrologia dimensional não linear. 2) Como se chama a ciência que estuda a medição de dimensões? Metrologia dimensional linear. 3) Como se chama a ciência que estuda a medição de outras grandezas? Metrologia não dimensional. 4) Quais são os submúltiplos do grau? Minuto e segundo. 5) Como são aplicados estes submúltiplos? Da seguinte forma: 1 grau tem 60 minutos e cada minuto, 60 segundos. 6) Qual a resolução em goniômetros mais precisos? Cada traço do vernier equivale a 5 minutos. 104

105 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Leia e escreva as medidas dos goniômetros (resolução = 5 minutos): EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICA DE LABORATÓRIO 1) Propor três peças para medição de ângulos com respectivas tolerâncias e solicitar inspeção com registro de resultados. 2) Medir o gume de uma broca e comparar com os valores recomendados pelo fabricante. 105

106

107 8Pressão 8.1 Conceituação 8.2 Lei de Pascal 8.3 Pressões Atmosférica, Manométrica e Absoluta Pressão Atmosférica Pressão Manométrica Pressão Absoluta 8.4 Manômetros Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos Exercícios Complementares e Práticas de Laboratório

108 8Pressão 8. PRESSÃO Em que situações convivemos com a pressão no dia-a-dia? No corpo humano o coração pertence a um sistema hidráulico* que leva o sangue através de uma extensa rede de vasos sanguíneos, e este sistema deve funcionar entre limites bem definidos de pressão. Na meteorologia fala-se da pressão atmosférica e de regiões de baixas e altas pressões em diferentes lugares do planeta. A água que chega nas residências e indústrias é fornecida através das bombas hidráulicas* e os dois parâmetros mais importantes para se entender o funcionamento de um sistema hidráulico são a pressão, e a vazão de trabalho. Também os sistemas que funcionam com ar comprimido, denominados pneumáticos, são definidos por tais parâmetros. 8.1 CONCEITUAÇÃO A pressão atuante em um determinado sistema hidráulico é dada pela razão entre a força que o fluido exerce sobre a unidade de área do recipiente onde este está submetido. Entenda-se este recipiente como um reservatório, uma mangueira, válvula ou qualquer componente por onde o fluido escoe. A pressão que medimos em nosso corpo, chamada de pressão arterial, deve ser entendida como a força que o sangue exerce sobre cada mm 2 ou cm 2 de nossos vasos sanguíneos. Quando este valor ultrapassa determinados limites (registrar os valores normais da pressão para um adulto), diz-se que a pessoa é hipertensa. Assim como numa tubulação de um sistema industrial, os vasos sanguíneos correm o risco de não suportar tal pressão que tende a tracioná-los e, posteriormente a rompê-los. 108

109 De acordo com o sistema de unidades adotado, temos várias maneiras de expressar o valor da pressão: Kgf/mm 2 quilogramas força por milímetro quadrado Lbf/in 2 libras força por polegada quadrada N/m 2 Newtons por metro quadrado Atm atmosferas Bar Torr mmhg milímetros de mercúrio Metros de Coluna d'água Cabe lembrar que, tal como para o sistema dimensional, não há uma padronização quanto ao uso destas unidades. Cada área específica da indústria utiliza aquela que lhe seja mais conveniente, apesar do Sistema Internacional de Unidades-SI, recomendar o Pascal (N/mm 2 ). Sugere-se, portanto, o hábito da consulta `as tabelas de conversão de unidades, ou de calculadoras com este recurso. Para entender melhor: Pressão em sistemas hidráulicos: força por unidade de área que o fluido, geralmente a água, exerce sobre as superfícies por onde escoa ou onde esteja armazenado. Nestes sistemas, a intenção é normalmente deslocar a água de um local para o outro, por exemplo, para encher uma caixa d'água. Pressão em sistemas óleo-hidráulicos: aplica-se o mesmo conceito acima, só que o objetivo não é apenas deslocar um volume de óleo, mas pretende-se que o óleo pressurizado acione um dispositivo (ex. a caçamba de um caminhão) que realizará uma certa tarefa. 109

110 8.2 LEI DE PASCAL Um fluido confinado num recipiente sob pressão exerce, em qualquer ponto considerado, a mesma força por unidade de área em todas as direções (figura 70). Esta força é sempre perpendicular à superfície sobre a qual atua. 1. Suponhamos uma garrafa cheia de um líquido, o qual é praticamente incompressível. 1. Se aplicarmos uma força de 10 Kgf numa rolha de 1 cm 2 de área O resultado será uma força de 10 Kgf em cada cm 2 das paredes da garrafa. 3. Se o furo da garrafa tiver uma área de 20 cm 2 e cada cm estiver sujeito a uma força de 10 Kgf, teremos como resultante uma força de 200 Kgf aplicada ao fundo da garrafa. Figura 70 Lei de Pascal. Este princípio explica porque uma garrafa de vidro quebra se a rolha for forçada a entrar na câmara cheia: o fluido praticamente incompressível, transmite a força aplicada na rolha à garrafa, resultando uma força excessivamente alta numa área maior que a da rolha. Assim é possível quebrar o fundo de uma garrafa, aplicando-se uma força moderada na rolha. 110

111 Amplificação hidráulica Somente no início da Revolução Industrial, é que um mecânico inglês, Joseph Bramah, veio a utilizar a descoberta de Pascal para desenvolver uma prensa hidráulica. Bramah concluiu que, se uma força moderada aplicada a uma pequena área criava, proporcionalmente, uma força maior numa área maior, o único limite `a força de uma máquina seria a área em que se aplicasse a pressão. A figura 71 mostra a aplicação do Princípio de Pascal à prensa hidráulica. A pressão em todos os pontos do sistema é igual, mas as forças são proporcionais `as áreas onde atuam. Figura 71 O princípio da prensa hidráulica. Pressão do lado onde a força é aplicada = 10 Kgf 1 cm 2 Pressão do lado onde o peso é suportado = 100 Kgf 10 cm 2 Sabendo a pressão e a área onde esta se aplica, podemos determinar a força total: Força em Kgf = Pressão (Kgf/cm 2 ) x Área (cm 2 ) Como é gerada a pressão: em um sistema hidráulico, a pressão resulta da resistência ao fluxo do fluid. Esta esta resistência ao fluxo é gerada por uma carga que pode ser aquela a ser movimentada, ou simplesmente, a parede de um reservatório pressurizado. 111

112 Exemplo: imagine-se uma tubulação de transporte de óleo pressurizado a 100 atm. A força por unidade de área na direção do fluxo de óleo é de 100 atm, ou convertendo-se, 100 Kgf/cm 2. A força por unidade de área que o óleo exerce sobre as paredes da tubulação também será de 100 Kgf/cm 2, tendendo a rompê-la. Se surgir um vazamento, aquela pequena área da superfície da tubulação não apresentará resistência à saída do óleo e a pressão ali será a atmosférica, ou 1 Kgf/cm 2. Esta área será correspondente a um furo circular de diâmetro d e, portanto, igual a πd 2 4 Se taparmos o furo com algum remendo, a força que tal remendo iria suportar seria de 100 Kgf. πd 2 = (25. πd 2 ) Kgf 4cm PRESSÕES ATMOSFÉRICA, MANOMÉTRICA E ABSOLUTA PRESSÃO ATMOSFÉRICA Uma coluna de ar tão alta como a atmosfera, medindo na base 1 cm 2, pesa 1 Kg/cm 2 ao nível do mar. A pressão atmosférica nada mais é que a pressão do ar em nossa atmosfera, devido ao seu próprio peso. No nível do mar uma coluna de ar com 1 cm 2 de área e altura máxima (considerando-se as mais altas camadas atmosféricas) pesa o equivalente a 1 quilograma (Figura 72). Figura 72 A altura de uma coluna de ar = pressão atmosférica. Desta forma a pressão será de 1 Kgf/cm 2. Em altitudes maiores, onde a altura da coluna de ar é proporcionalmente menor, a pressão tende a diminuir. Abaixo do nível do mar a pressão será maior que 1 Kgf/cm 2. Em qualquer lugar onde a pressão é menor que a atmosférica, diz-se que há vácuo parcial. 112

113 Se quisermos medir a pressão atmosférica precisaremos, não de um manômetro, como se pensaria a princípio, mas de um aparelho denominado barômetro. Como se vê na figura 73, um barômetro é um dispositivo no qual uma determinada coluna de fluido é mantida dentro do tubo por ação da pressão atmosférica atuante sobre a superfície livre do recipiente de um lado, e vácuo do outro (na parte superior do tubo). O fluido mais comum para preencher um barômetro é o mercúrio, em função de seu elevado peso específico, o que diminui as dimensões do aparelho. Isto pode ser melhor entendido se considerarmos a água como fluido. Por ter um peso específico menor, será necessária uma coluna maior de água para sustentar a mesma pressão atmosférica. A pressão de 1 atmosfera, ou 1 atm, é equivalente, portanto, a 76 cmhg ou 10 m de coluna d'água. Para melhor compararmos tais valores, podemos fazer as devidas conversões: Dez metros de coluna d'água ou 0,76 metros de mercúrio exercem, em sua base, uma pressão de 1 Figura 73 Altura de uma coluna de mercúrio pressão atmosférica. 113

114 8.3.2 PRESSÃO MANOMÉTRICA Toda pressão acima da atmosférica, como abaixo do nível do mar ou em sistemas hidráulicos, é medida por aparelhos chamados manômetros (Figura 74), e é denominada pressão manométrica. Quando temos um manômetro nas mãos, ele não apresenta nenhuma leitura porque é construído para medir qualquer diferença maior que a pressão ambiental ou atmosférica. Figura 74 O dispositivo para leitura da pressão manométrica (manômetro) PRESSÃO ABSOLUTA Quando as pressões atmosférica e a manométrica são somadas, obtemos a pressão total ou absoluta. PRESSÃO ABSOLUTA = PRESSÃO ATMOSFÉRICA + PRESSÃO MANOMÉTRICA 114

115 Para pensar! Quando consideramos um sistema hidráulico, com uma bomba fornecendo fluido a altas pressões, não nos damos conta de que primeiro a bomba deve gerar condições de vácuo, em sua sucção, para depois, então, elevar a pressão do fluido aos níveis requeridos para atender ao sistema. Mas o que leva o fluido à bomba é a pressão atmosférica sobre a superfície do reservatório, o qual, inclusive, deve ser aberto ao ambiente. Como há vácuo na entrada da bomba, o fluido se desloca por ação da diferença de pressões. Este efeito só ocorre em sistemas onde a bomba está montada acima do nível do reservatório. 8.4 MANÔMETROS Para controlar a pressão em um sistema hidráulico, é necessário um dispositivo que possa medí-la. Este dispositivo é o manômetro. Assim como para a temperatura, temos os termômetros e, para o tempo, os cronômetros, agora estudaremos a metrologia não dimensional. Os manômetros são instrumentos construídos para receber em seu interior, uma determinada pressão e indicá-la, através de um ponteiro e de uma escala, em unidades de pressão. Podem ser de vários tipos, mas os mais utilizados em sistemas hidráulicos são aqueles de mostrador circular e ponteiro. Na maioria das vezes, o mostrador abrange um arco de 270, contendo as unidades de pressão expressas em Kg/cm 2 e em psi (pounds por square inch = libras por polegada quadrada) ou ainda em bar (1 bar = 1,013 Kgf/cm 2 ). Quanto a sua construção interna, há dois principais tipos: o Bourdon e o Bourdon com glicerina. O funcionamento do manômetro de Bourdon, ilustrado na figura 75, consiste na deformação sofrida por um elemento metálico, denominado elemento sensor. Esta deformação ocorre quando ele se submete `a ação do fluido da linha em que deseja medir a pressão. 115

116 Figura 75 Funcionamento de um manômetro de Bourdon. Este elemento, geralmente, é um tubo fechado e curvado em forma de 'C' ou em espiral. A pressão é introduzida pela extremidade aberta do elemento, através de um orifício. A deformação causada por esta pressão, atuando ao longo de seu comprimento, causa um pequeno deslocamento que aciona um sistema de alavancas e engrenagens, semelhante aos de um relógio comparador. O resultado final é a rotação do ponteiro sobre a escala. Este manômetro não é, entretanto, recomendado para a leitura em sistemas onde ocorrem pulsações ou variações freqüentes de pressão. Isto causaria um desgaste prematuro do mecanismo interno e a possibilidades de leituras incorretas. Para resolver esta questão, desenvolveram-se vários tipos de manômetros, entre os quais o manômetro de glicerina. Todo o mecanismo é idêntico, a menos do mostrador, que fica mergulhado em um banho de glicerina (líquido altamente viscoso). O efeito é o de amortecimento, pois a glicerina torna a movimentação do ponteiro mais lenta. 116

117 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) Definir pressão. É a razão entre uma força e a área sobre a qual atua. 2) Qual a unidade de pressão mais conhecida? É o Kgf/cm2. 3) Em que situações do dia-a-dia, se ouve falar de pressão? Na medicina, a pressão sanguínea; na meteorologia, regiões de baixas e altas pressões; em instalações prediais, a pressão da bomba que enche a caixa d'água, etc. 4) O que é pressão atmosférica? É a pressão exercida pela coluna de ar atmosférico sobre qualquer ponto. 5) O que é pressão manométrica? É qualquer pressão acima da atmosférica. É medida por manômetros. 6) O que é pressão absoluta? É a pressão total num ponto, dada pela soma de atmosférica + manométrica. 7) Quais são as unidades de pressão mais comuns nos manômetros? Kgf/cm 2, bar ou psi (libras por polegada quadrada). 117

118 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Considerando o amplificador hidráulico abaixo, calcular: a) Qual a pressão que seria indicada por um manômetro, no duto central do aparelho? b) Qual seria a área necessária, do lado direito do amplificador hidráulico, para elevar uma massa de 500 Kg? 2) A figura mostra um intensificador de pressão. Dadas a pressão e a área do lado esquerdo (entrada) e a área do lado direito, calcule: Entrada de baixa pressão 10cm 2 70 bar Tanque ou preenchimento Sída de alta pressão e preenchimento a) A pressão que o pistão exerce do lado direito (saída). b) Determine também a taxa de amplificação do dispositivo (relação entre as pressões de saída e de entrada). EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES E PRÁTICAS DE LABORATÓRIO 1) Apresentar um barômetro de coluna de mercúrio e, se possível, um meteorológico. Discutir a relação entre pressão e tendências do tempo. 2) Pesquisar na fábrica o uso de manômetros, registrando: tipo do manômetro; equipamento e setor de uso pressão mínima e máxima unidade de medida 3) Apresentar manômetros numa bancada pneumática e variar a pressão, alterando a carga sobre um cilindro pneumático ) Montar um dispositivo simples para demonstrar o princípio da amplificação hidráulica (Lei de Pascal): 1 ums pequena carga sobre um pistão de pequena área sustenta uma carga maior sobre um pistão de área maior.

119 9 Temperatura 9.1 Termômetros 9.2 Termopares 9.3 Unidades Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos e Prática de Laboratório

120 9 Temperatura 9 TEMPERATURA Uma plataforma de beneficiamento de petróleo é capaz de monitorar até pontos ao longo de todos os equipamentos utilizados. Mas que tipo de informação se é necessário conhecer destes pontos para sabermos se a planta esta funcionando satisfatoriamente? Pressão, vazão e temperatura do fluido são os principais. Mas por quê? A temperatura de um sólido influencia sua densidade, condutividade térmica e elétrica, grau de transparência, além de alterar suas dimensões. Em um fluido, líquido ou gasoso,a temperatura altera a viscosidade, densidade, oxidação, transparência e estrutura molecular. O nível de agitação molecular é medido por uma grandeza: quanto maior a temperatura de um corpo, mais as suas moléculas vibram, mais se distanciam umas das outras, e menor a força de atração entre elas. Daí se entende que, com o aumento da temperatura: a) A viscosidade nos fluidos cai; b) A taxa de reação com o oxigênio aumenta, daí a oxidação acelera; c) A capacidade de se combinar com outros compostos aumenta; d) Nos sólidos aumenta a maleabilidade; e) Diminui a resistência mecânica; f) Diminui a dureza. Percebe-se a importância de medí-la ao longo da maioria dos processos de transformação, sejam de natureza mecânica, química ou física. 120

121 9.1 TERMÔMETROS São instrumentos que se baseiam na variação do volume de um fluido, geralmente o mercúrio, dentro de um tubo capilar (tubo de diâmetro reduzido). Se a temperatura aumenta ou diminui, o fluido naturalmente se expande ou se contrai, conforme a variação de agitação molecular. Disto resultará que a coluna de fluido no termômetro apresentará variações visíveis em função do reduzido diâmetro do tubo e do razoável volume contido no bulbo, conforme mostra a figura 76. Ao lado do tubo há uma escala graduada, onde estão indicados os valores de temperatura correspondentes a cada altura da coluna. Esta correspondência é obtida por calibração, ou seja, submetendo o termômetro a temperaturas conhecidas, e relacionado cada valor a altura alcançada pela coluna. Figura 76 Termômetro de tubo capilar. Tipos de Termômetros Entre os mais conhecidos, temos: a) Termômetro de coluna simples de Hg b) Termômetro de coluna dupla de Hg, também conhecido por termômetro de máximas e mínimas. O tubo capilar tem o formato de U e, em um lado, são indicadas as temperaturas máximas, do outro as mínimas. c) Termômetro industrial: sua apresentação é semelhante ao manômetro, com um mostrador circular onde gira um ponteiro indicador sobre uma escala graduada. A sua construção interna pode ser de vários tipos, entretanto o mais comum possui um bulbo com mercúrio metálico. Com a variação da temperatura, o Hg se expande ou contrai, acionando um mecanismo que faz girar um indicador (Figura 77). d) Termômetro a gás e líquido: variação do anterior, com o mercúrio substituído por gás e líquido. É afetado, entretanto, por variações de pressão (Figura 78). Figura 77 Termômetro industrial. Vapor Líquido volátil Líquido não-volátil Figura 78 Termômetro a gás. 121

122 9.2 TERMOPARES Um termopar é um outro tipo de termômetro. Consiste em duas junções de dois fios metálicos diferentes. Se uma junção é mantida a uma temperatura de referência (tal como um banho líquido de água e gelo) e a outra junção é mantida sob outra temperatura, então será gerada uma diferença de potencial elétrico, ou voltagem entre ambas. Esta diferença de potencial é usada para medir temperaturas, da mesma forma como a expansão da coluna de mercúrio no termômetro de tubo capilar, por equivalência. Note-se que, todos os termômetros baseiam-se na variação visível de uma propriedade de determinada substância. Estas substâncias são chamadas de termométricas. No caso do termopar, a propriedade não é visível, como uma expansão volumétrica, mas pode ser medida (voltagem). Além do termopar, outro tipo de termômetro elétrico é o termômetro de resistência. A resistência elétrica do material do termômetro varia com a temperatura, e é usada para indicá-la. Observação: Deve-se salientar que, embora haja vários tipos de termômetros, apenas alguns modelos são adequados para uso industrial. Figura 79 De cima para baixo: termômetros de tubo capilar (coluna de mercúrio), o termopar e o de resistência. 122

123 9.3 UNIDADES No sistema métrico internacional, utiliza-se a escala Celsius, cuja abreviação é dada por C. No sistema inglês, tem-se as escalas Fahrenheit, com abreviação F, e a Rankine, ou R. Historicamente, a escala Celsius de temperaturas se baseou em pontos bem conhecidos: 1) Congelamento da água: 0 C 2) Ebulição da água: 100 C A escala Kelvin baseia-se no termômetro a gás de volume constante. A relação entre ambas é dada por Tc = T 273,15 K, onde a temperatura Celsius é dada por Tc. Note-se que as escalas Celsius e Kelvin diferem apenas no seu ponto zero. O zero absoluto está em 0 K ou -273,15 C. O ponto de fusão da água corresponde a 273,15 K. Para montar as escalas destas temperaturas foi necessário definir valores arbitrários para alguns pontos de referência, da mesma forma que para o caso das dimensões lineares. Estes pontos de referência deveriam ser padrões naturais, portanto com repetitividade em qualquer lugar do mundo em que se queira reproduzir o padrão. Mas como converter estas escalas? Utilizando as seguintes equações: TF = 9/5 TC + 32 F TC = 5/9 (TF 32 F) Figura 80 Comparação entre alguns valores de temperatura em quatro escalas. 123

124 Exercícios EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) O que é uma substância termométrica? É toda substância que apresenta uma variação visível de suas propriedades com a variação de temperatura. 2) Que tipos de variações estão associadas à temperatura? Variações de volume, cor, resistência elétrica, diferença de potencial elétrico, etc. 3) Que tipos de termômetros existem? Termômetro de bulbo, de relógio, a gás, de resistência elétrica e termopares. 4) Quais as unidades mais usuais para a temperatura? Graus Celsius e Fahrenheit. 5) Como funciona um termopar? Dois fios de materiais metálicos diferentes, quando submetidos a mesma temperatura, geram potenciais elétricos (voltagens) diferentes. À medida desta voltagem se associa a uma temperatura. EXERCÍCIOS PROPOSTOS E PRÁTICA DE LABORATÓRIO 1) Medir, em graus Celsius, a temperatura de; a) Um banho de água com gelo b) Água em ebulição 2) Utilizando um termopar, aquecer uma barra de aço, da temperatura ambiente até 100º C, e medir a sua variação dimensional. Associar este efeito ao conceito de temperatura e agitação molecular. 3) Pesquisar na fábrica se em alguma máquina, aparelho ou equipamento é controlada a temperatura, e com que acessório isto é feito. 4) Medir a temperatura do corpo de três colegas, antes e depois do almoço, e registrar os resultados em uma tabela ) Como e por que se controla a temperatura de funcionamento de um motor de carro?

125 10 Torquímetro 10.1 Introdução 10.2 Definições 10.3 Objetivos da Força de Fixação 10.4 Torque 10.5 Torquímetros Exercícios Resolvidos Exercícios Propostos e Prática de Laboratório

126 10 Torquímetro 10.1 INTRODUÇÃO O aumento dos requisitos de segurança e confiabilidade nas indústrias automobilística, aeroespacial e de equipamentos, tem levado, nos últimos anos, ao estudo das juntas aparafusadas a um grau de interesse surpreendente. A confiabilidade numa fixação aparafusada depende do parafuso e das partes unidas (denominadas juntas), além da precisão do cálculo da força tensora necessária e do processo de montagem. Erros em qualquer um destes passos pode levar ao colapso do conjunto. O conhecimento de uma junta rigidamente fixada por parafusos é claramente definido através das seguintes perguntas: a) Qual é a força? b) Como obter a força? c) Como manter a força? O perfeito domínio destas três variáveis tem sido buscado nos últimos 100 anos, mas somente após a 2ª metade dos anos 60 é que um grande desenvolvimento ocorreu DEFINIÇÕES 126 a) Junta: entende-se por junta, em uma montagem, a união desmontável de dois ou mais componentes, por um elemento de fixação. b) Força tensora: é a força calculada sobre um parafuso, e que tem como finalidade manter o conjunto unido apesar das forças atuantes sobre ele. c) Alongamento: é a deformação, permanente sofrida pelo parafuso, quando este sofre uma força tensora maior que o seu limite de elasticidade. d) Escoamento: é uma fase de deformação que se situa no final do regime elástico, e a partir do qual inicia a fase de alongamento. e) Torque: é o produto de uma força aplicada em um ponto pela distância deste ponto a outro de interesse. f) Torquímetro: é o instrumento que mede o torque dinamicamente, ou seja, durante o aperto do parafuso.

127 10.3 OBJETIVOS DA FORÇA DE FIXAÇÃO Numa junta rigidamente fixada por parafusos é preciso obter e manter uma força tensora ou trativa prévia. Ela deve ser suficiente para manter as partes fixadas no lugar antes, e principalmente, durante a operação do equipamento. Isto significa que a junta deverá manter coesa, e resistir a todos os esforços que possam alterar este estado. Tais esforços podem ser de natureza trativa, tentando separar as faces internas, cisalhantes, tentando deslizar uma face contra a outra, ou, combinados. O conhecimento prévio destes esforços faz parte da fase de projeto da junta. Deve-se entender que cada parafuso atua como uma pequena prensa, comprimindo as partes, uma contra a outra (Figura 81). O atrito proveniente deste contato forçado entre as faces é o elemento que mantém a junta resistente ao cisalhamento. Figura 81 Exemplo de esforço cisalhante numa junta aparafusada. Causas de afrouxamento: a) Perda da rigidez da estrutura do conjunto; b) Relaxamento da junta; c) Torque insuficiente (baixo aperto); d) Dilatação térmica; e) Trepidação. 127

128 10.4 TORQUE Torque, ou momento de uma força em relação a um ponto O (Figura 82), tem sua expressão geral dada por: T = F. r Onde: T = torque (N.m, Kgf.m, lbf.polegada) F = força (N, Kgf, lbf) R = distância da força a um ponto considerado (normalmente um eixo, em torno do qual é gerado o torque) Tipos de torque: Torque dinâmico: controla o aperto desde quando a torção do parafuso é iniciada. Torque estático: necessita-se de uma força para vencer o atrito estático, até começar a fazer a leitura. A distribuição do torque aplicado, em pontos percentuais sobre a energia total, é cerca de: Figura 82 Posições relativas póssíveis entre a força e o ponto O. 60% Atrito (porca/chapa, filetes das roscas, cabeça/chapa) 30% Alongamento do parafuso 10% Compressão da junta Fatores para melhorar a eficiência da montagem a) Bom acabamento da rosca b) Escolha do perfil da rosca c) Boa lubrificação d) Esquadro e planicidade da cabeça/corpo do parafuso 128

129 10.5 TORQUÍMETROS Estes instrumentos de aperto, desaperto e medição dividem-se em: a) de relógio (Figura 83) ou digital b) de estalo c) tipo 'clicker', com ponteiras intercambiáveis O transdutor de torque permite medir o torque durante o aperto. São mais precisos que um torquímetro e permitem a medição do ângulo de aperto (deslocamento angular da ferramenta, a qual pode ser associada uma certa tensão Figura 83 Transdutor de torque. 129

130 Exercícios no parafuso). EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 1) O que é torque? É o produto de uma força por uma distância, denominada braço de alavanca. 2) Qual seria um exemplo concreto de torque? Quando se utiliza uma ferramenta com comprimento maior para facilitar o o aperto ou desaperto de um parafuso, o torque provocado pela força exercida pela mão em relação ao centro do parafuso aumenta. Daí o conhecido, mas não recomendado, uso de um tubo metálico para a extensão de ferramentas. 3) Defina uma junta. É a união desmontável de uma ou mais partes. 4) Como se distribui a energia do aperto dado num parafuso que une uma junta? Sob as formas de atrito na rosca, entre as superfícies de contato do parafuso e da porca com a junta, e finalmente, de tração do corpo do parafuso. 5) Quais as expressões para o torque? T = F. d EXERCÍCIOS PROPOSTOS E PRÁTICA DE LABORATÓRIO 1) Manusear um torquímetro de 'click' na montagem de um conjunto. 2) Desapertar um parafuso com o uso de ferramentas com três comprimentos diferentes e verificar a diminuição da força necessária. 3) Pesquisar nos setores da montagem da fábrica três aplicações de torquímetro, relacionando: a) tipo de torquímetro b) valor e unidade do torque aplicado 4) Pesquisando em uma tabela apropriada, especificar qual o torque recomendado para o aperto das porcas do eixo dianteiro de uma bicicleta aro 21". 130

131 Gabaritos

132 Gabaritos GABARITOS CAPÍTULO 1 1. a) 3,969 b) 0,198 c) 41,275 d) 6,548 e) 53, a) a)1/16" b) b)3/4" c) c)63/64" d) d)5 1/4" 3. a) 17,462 mm b) 9,922 mm c) 31,750 mm d) 69,453 mm 4. a) 0,500" b) 0,0625" c) 0,669" d) 0,7969" e) 0,625" f) 0,5313" g) 1,125" h) 2,5625" CAPÍTULO 2 1) Estes sistemas foram desenvolvidos para facilitar, ou padronizar as opções possíveis de fabricação. Isto reduz a variedade de possibilidades para furos e eixos, e diminuir, igualmente os custos. 2) 40 H7f7 afastamento superior furo: 25 micra afastamento inferior furo: 0 micra afastamento superior eixo: -25 micra afastamento inferior eixo: -50micra Ou ainda, tolerância para o furo: dia. mín.: 40,000 mm / dia máx.: 40,025 mm tolerância para o eixo: dia. mín.: 39,950 mm / dia. máx.: 39,975 mm 60 H7g6 afastamento superior furo: 30 micra afastamento inferior furo : 0micra afastamento superior eixo: -10 micra afastamento inferior eixo : -29 micra Ou ainda, 132

133 tolerância para o furo: dia. mín.: 60,030 mm / dia. máx.: 60,000 mm tolerância para o eixo: dia. mín.: 59,990 mm / dia máx.: 59,971 mm 60H7j6 afastamento superior furo: 30 micra afastamento inferior furo : 0 micra afastamento superior eixo: 12 micra afastamento inferior eixo : -7 micra Ou ainda, tolerância para o furo: dia. mín.: 60,030 mm / dia máx.: 60,000 mm tolerância para o eixo: dia. mín.: 59,993 mm / dia máx.: 60,012 mm 20 H7j6 afastamento superior furo: 21 micra afastamento inferior furo : 0 micra afastamento superior eixo: 9 micra afastamento inferior eixo : -4 micra Ou ainda, tolerância para o furo: dia. mín.: 20,000 mm / dia máx.: 20,021 mm tolerância para o eixo: dia. mín.: 20,009 mm / dia máx.: 19,996 mm CAPÍTULO 3 1. a. 4,00 mm b. 4,50 mm c. 32,70 mm d. 78,15 mm 2. a) 11,00 mm b) 16,02 mm c) 15,34 mm d) 31,94 mm 3. a) 0,175" b) 0,405" c) 3,038" d) 1,061" 4. a. 1/32" b. 1/8" c. 10 1/16" d. 1 11/64" 133

134 CAPÍTULO 4 1. a. 4,00 mm b. 42,97 mm c. 18,61 mm 3. a) 0,175" b) 0,238" c) 0,3313" d) 0,1897" 2. c) 3,930 mm d) 1,586 mm f) 2,078 mm i) 7,324 mm 4. a) 17,660 mm b) 28,745 mm c) 30,035 mm e) 32,785 mm CAPÍTULO 5 CAPÍTULO 7 1. b) 0,46 mm c) -1,98 mm d) 2,53 mm 2. e) 0,167" f) 0,227" g) -0,155" a) 50' b) 11 30' c) 35' d) 14 15' e) 9 25' f) 19 10' g) 29 20' h) 5 20' i) 14 5' j) 20' CAPÍTULO 8 1. a) Pressão = 10 Kgf/cm2 c) Área do lado direito: 50 cm2 2. a) Pressão do lado direito: 700 bar b) Taxa de amplificação: 1:10 ou relação de aumento da pressão no intensificador 134

135 Glossário

136 Glossário GLOSSÁRIO Bomba hidráulica dispositivo que desloca os fluidos hidráulicos, do reservatório ao sistema hidráulico, fornecendo-lhe energia nas formas de pressão e vazão. Desempeno mesa de granito ou ferro fundido que, por seu acabamento extremamente bem executado (polimento), possui erros de planicidade baixíssimos. Assim sendo, desempenha o papel de plano de referência para a oficina ou laboratório. Eqüidistância a mesma distância entre todos os elementos considerados. Geratriz figura geométrica que gera uma outra por translação. Exemplo: uma reta girando no espaço em torno de um eixo gera um cilindro. ISO International Standards Organization ou, em português: Organização Internacional para a Normatização. Onda eletromagnética radiação que se propaga no vácuo e possui características do tipo comprimento, amplitude e freqüência. Peso específico peso por unidade de volume: 4 Kgf/ mm3 significa que cada milímetro cúbico de determinado material possui o peso equivalente a quatro quilogramas força. Sistema hidráulico qualquer sistema ou equipamento que funcione através da ação de um fluido pressurizado (água, óleo). Tensões internas forças internas; localizam-se dentro do próprio material, podem ser de tração ou de compressão. Traçagem nome dado ao processo de riscar a peça, indicando onde ela deve ser furada, fresada, etc. 136

137 Bibliografia

138 Bibliografia BIBLIOGRAFIA Morocini, Cleberson. Tecnologia de aperto de juntas: Apostila da Exettech Assessoria Técnica Industrial. Curso de Mecânica, Telecurso 2000 Profissionalizante: Editora Globo. Princípios Básicos de Hidráulica Senai-RS: Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, Sistema Fiergs. Catálogo PG-2000: Mitutoyo do Brasil. Speck, Henderson José; Scheidt, José Arno; Silva, Julio César. Desenho Mecânico, Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Comunicação e Expressão, Departamento de Artes. Frederick J., Gettys; W. Edward; Skove, Malcolm J. Física volume 1: Keller Makron Books do Brasil Editora Ltda, Física volume 2, Telecurso 2000: Editora Globo,

139

140 o programa tem o reconhecimento de: chancela finalista prêmio prêmio Programa FORMARE /Fundação Iochpe: Fone/Fax: (011) formare@fiochpe.org.br