Elementos de Máquinas. Alessandro de Franceschi Miguel Guilherme Antonello

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1 Elementos de Máquinas Alessandro de Franceschi Miguel Guilherme Antonello Santa Maria - RS 2014

2 Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica Colégio Técnico Industrial de Santa Maria Este caderno foi elaborado pelo Colégio Técnico Industrial da Universidade Federal de Santa Maria para a Rede e-tec Brasil. Equipe de Acompanhamento e Validação Colégio Técnico Industrial de Santa Maria CTISM Coordenação Institucional Paulo Roberto Colusso/CTISM Professor-autor Alessandro de Franceschi/CTISM Miguel Guilherme Antonello/CTISM Coordenação de Design Erika Goellner/CTISM Revisão Pedagógica Elisiane Bortoluzzi Scrimini/CTISM Jaqueline Müller/CTISM Revisão Textual Milene Vania Kloss/CTISM Revisão Técnica Alexsandra Matos Romio/CTISM Ilustração Marcel Santos Jacques/CTISM Rafael Cavalli Viapiana/CTISM Ricardo Antunes Machado/CTISM Diagramação Cássio Fernandes Lemos/CTISM Leandro Felipe Aguilar Freitas/CTISM Ficha catalográfica elaborada por Alenir I. Goularte CRB 10/990 Biblioteca Central da UFSM F815e Franceschi, Alessandro de Elementos de máquinas / Alessandro de Franceschi, Miguel Guilherme Antonello. Santa Maria, RS : Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria : Rede e-tec Brasil, p. : il. ; 28 cm ISBN Engenharia mecânica 2. Elementos de máquinas 3. Máquinas, Engrenagens e roscas I. Antonello, Miguel Guilherme I. Título. CDU

3 Apresentação e-tec Brasil Prezado estudante, Bem-vindo a Rede e-tec Brasil! Você faz parte de uma rede nacional de ensino, que por sua vez constitui uma das ações do Pronatec Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego. O Pronatec, instituído pela Lei nº /2011, tem como objetivo principal expandir, interiorizar e democratizar a oferta de cursos de Educação Profissional e Tecnológica (EPT) para a população brasileira propiciando caminho de o acesso mais rápido ao emprego. É neste âmbito que as ações da Rede e-tec Brasil promovem a parceria entre a Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC) e as instâncias promotoras de ensino técnico como os Institutos Federais, as Secretarias de Educação dos Estados, as Universidades, as Escolas e Colégios Tecnológicos e o Sistema S. A educação a distância no nosso país, de dimensões continentais e grande diversidade regional e cultural, longe de distanciar, aproxima as pessoas ao garantir acesso à educação de qualidade, e promover o fortalecimento da formação de jovens moradores de regiões distantes, geograficamente ou economicamente, dos grandes centros. A Rede e-tec Brasil leva diversos cursos técnicos a todas as regiões do país, incentivando os estudantes a concluir o ensino médio e realizar uma formação e atualização contínuas. Os cursos são ofertados pelas instituições de educação profissional e o atendimento ao estudante é realizado tanto nas sedes das instituições quanto em suas unidades remotas, os polos. Os parceiros da Rede e-tec Brasil acreditam em uma educação profissional qualificada integradora do ensino médio e educação técnica, é capaz de promover o cidadão com capacidades para produzir, mas também com autonomia diante das diferentes dimensões da realidade: cultural, social, familiar, esportiva, política e ética. Nós acreditamos em você! Desejamos sucesso na sua formação profissional! Nosso contato etecbrasil@mec.gov.br Ministério da Educação Agosto de e-tec Brasil

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5 Indicação de ícones Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual. Atenção: indica pontos de maior relevância no texto. Saiba mais: oferece novas informações que enriquecem o assunto ou curiosidades e notícias recentes relacionadas ao tema estudado. Glossário: indica a definição de um termo, palavra ou expressão utilizada no texto. Mídias integradas: sempre que se desejar que os estudantes desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: vídeos, filmes, jornais, ambiente AVEA e outras. Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado. 5 e-tec Brasil

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7 Sumário Palavra do professor-autor 9 Apresentação da disciplina 11 Projeto instrucional 13 Aula 1 Elementos de fixação Elementos de fixação móveis e permanentes Roscas 24 Aula 2 Elementos de apoio de fixação Elementos de apoio mancais, buchas e guias Mancal Buchas Guias 50 Aula 3 Elementos flexíveis elásticos molas Elementos flexíveis elásticos Tipos de molas 59 Aula 4 Elementos de transmissão flexíveis Elementos de transmissão Transmissão por correias Transmissão por polias Transmissão por correntes Transmissão por cabos Transmissão por eixos 85 Aula 5 Elementos de transmissão engrenagens Engrenagens Classificação das engrenagens Obtenção de engrenagens Cálculo de engrenagens de dentes retos ou frontais Engrenagens helicoidais Engrenagens cônicas Parafuso com rosca sem-fim 108 e-tec Brasil

8 Aula 6 Elementos de acoplamento Acoplamento Classificação e tipos de acoplamentos 114 Aula 7 Elementos de vedação Vedação Materiais de vedação Juntas e anéis Retentores Gaxetas Selo mecânico 130 Aula 8 Máquinas de elevação e transporte Movimentação de cargas Dispositivos destinados a manuseio de carga Elevadores e guindastes Pontes rolantes Correias transportadoras Transportadores pneumáticos Empilhadeiras 143 Referências 150 Currículo do professor-autor 151 e-tec Brasil

9 Palavra do professor-autor A disciplina de Elementos de Máquinas trata de diversos componentes mecânicos empregados em máquinas e equipamentos, sendo que de acordo com as suas funções ou aplicações, podem ser denominados de elementos de fixação, apoio, transmissão, acoplamentos, vedação, flexíveis, etc. Nesse sentido, é muito importante que o conhecimento destes componentes mecânicos, seja adquirido em cada aula, pois posteriormente podem ser utilizados de forma sistemática nas mais variadas situações de trabalho, envolvendo como, por exemplo, montagens e desmontagens de máquinas e equipamentos. A cada aula você deverá aprimorar seu conhecimento a respeito do tema abordado, através das atividades de aprendizagem, por meio da resolução de questões teóricas e práticas. Portanto, bom estudo e que o conhecimento seja uma constante em suas metas. Alessandro de Franceschi Miguel Guilherme Antonello 9 e-tec Brasil

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11 Apresentação da disciplina A disciplina de Elementos de Máquinas tem como objetivo apresentar os diferentes conjuntos mecânicos e seus componentes, permitindo a execução e a interpretação de desenhos técnicos e seus respectivos dimensionamentos. Da mesma forma, possibilitará conhecer os diversos elementos de apoio empregados sob as mais variadas formas, assim como os vários tipos de elementos flexíveis. O mesmo será realizado com aos diversos tipos de elementos de acoplamento e vedação. Também, serão abordados os elementos de transmissão, ou seja, as molas e os elementos de transmissão flexíveis, denominados de correias, correntes, cabos e eixos. Por fim, serão estudadas as máquinas de elevação e transporte, envolvendo guindastes, correias transportadoras, guinchos, elevadores e pontes rolantes. Seja bem-vindo! Bons estudos! 11 e-tec Brasil

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13 Projeto instrucional Disciplina: Elementos de Máquinas (carga horária: 60h). Ementa: Conhecer os componentes de máquinas utilizados para fixação, apoio e transmissão de potência. Identificar os diferentes elementos de fixação e apoio. Identificar e classificar os elementos flexíveis. Identificar e classificar os elementos de transmissão. Conhecer os componentes de máquinas utilizados na transmissão e na vedação. Conhecer os tipos de acoplamentos e suas aplicações. Conhecer e classificar os tipos de máquinas de elevação e de transportes e suas respectivas aplicações. AULA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM MATERIAIS CARGA HORÁRIA (horas) 1. Elementos de fixação Conhecer os diversos elementos de fixação. Definir o elemento de fixação adequado para as diferentes formas de união. Aprender a calcular as diferentes dimensões de rosca. Identificar a necessidade de se utilizar união fixa ou permanente. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Elementos de apoio Identificar os diferentes elementos de apoio. Conhecer os tipos de mancais. Reconhecer suas características e aplicações. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Elementos flexíveis elásticos molas Conhecer os elementos flexíveis elásticos. Definir os tipos e suas aplicações. Identificar as várias medidas na dimensão de molas. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Elementos de transmissão flexíveis Conhecer os diferentes tipos e aplicações na transmissão por correias, polias e correntes. Identificar as formas de calcular o comprimento de correias. Conhecer os diferentes tipos e aplicações na transmissão por cabos e eixos. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Elementos de transmissão engrenagens Conhecer e classificar os diferentes tipos de engrenagens. Definir as diferentes formas de obtenção de engrenagens. Realizar cálculos referentes às engrenagens de dentes retos e helicoidais. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios e-tec Brasil

14 AULA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM MATERIAIS CARGA HORÁRIA (horas) 6. Elementos de acoplamento Definir os principais elementos de acoplamento. Identificar os tipos e as diversas aplicações dos acoplamentos. Conhecer as formas de desalinhamento dos acoplamentos. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Elementos de vedação Definir os diferentes tipos de elementos de vedação. Classificar os elementos de vedação conforme suas aplicações. Conhecer as vantagens, modos de falhas, seleção e armazenagem de determinados elementos de vedação. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios Máquinas de elevação e transporte Conhecer os diferentes tipos de máquinas de elevação de transporte. Definir o tipo de equipamento a ser utilizado na elevação ou transporte. Identificar os tipos de aplicações e respectivas capacidades de carga. Ambiente virtual: plataforma Moodle. Apostila didática. Recursos de apoio: links, exercícios. 06 e-tec Brasil 14

15 Aula 1 Elementos de fixação Objetivos Conhecer os diversos elementos de fixação. Definir o elemento de fixação adequado para as diferentes formas de união. Aprender a calcular as diferentes dimensões de rosca. Identificar a necessidade de se utilizar união fixa ou permanente. 1.1 Elementos de fixação móveis e permanentes São considerados como meios de união possíveis de serem empregados nos mais diversos tipos de equipamentos, máquinas e construções mecânicas, unindo peças produzidas com diferentes materiais por meio de uma fixação que pode ser móvel ou permanente. Estas diferentes formas de fixação são comprovadas por meio dos diversos elementos empregados, ou seja, em fixações permanentes, através da utilização de diversos tipos de rebites e soldas, assim como dos parafusos, porcas e arruelas usadas em fixações móveis. Nesse sentido, os distintos tipos de fixação, também podem ser identificados quando há a necessidade de desmontagem devido a manutenção, ou para a troca de peças. Os elementos de fixação móveis podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas, ao contrário dos elementos de fixação permanente. Normalmente estes elementos exigem muita habilidade e cuidado por serem os componentes mais frágeis e sensíveis em uma união mecânica. Dessa forma, ao projetar um conjunto mecânico, é importante que seja definido o elemento de fixação apropriado em relação às peças que devem ser unidas ou fixadas. Este procedimento minimizará possíveis problemas relacionados à concentração de tensões que podem causar rupturas nas peças por fadiga do material. fadiga de material Queda da resistência ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços. Aula 1 - Elementos de fixação 15 e-tec Brasil

16 Observe que o material referente a Figura 1.1 (a) apresenta suas extremidades fixas, com uma área inicial S 0 em todo o comprimento inicial L 0. Após uma determinada solicitação do material e devido às tensões e constantes esforços (material está submetido a tração) conforme verificado pelas forças (F), aplicadas em sentidos opostos. Dessa forma, o material começa a apresentar uma variação na sua área inicial com consequente aumento de seu comprimento inicial, conforme verificado em delta L (Figura 1.1 (b)). Devido às tensões aplicadas e aos esforços constantes inicia-se o enfraquecimento da resistência do material, motivando a sua ruptura conforme a Figura 1.1 (c). eixo A peça de uma máquina ou mecanismo que é capaz de desenvolver, ao redor de si própria e durante o movimento de rotação, seções de um processo ou mecanismo, fazendo com que a estrutura gire, transmitindo energia ou potência, ou sustentando a estrutura. Figura 1.1: Peça com extremidades fixas não sujeita a tensões (a), aumento do comprimento inicial devido à diminuição da sua área inicial (b) e ruptura do material devido à tensões e constantes esforços Anéis elásticos Este tipo de elemento de fixação é utilizado, principalmente como trava, sendo empregado na retenção e segurança em eixos ou furos, impedindo o deslocamento axial de peças ou componentes e posicionando ou limitando o curso de uma peça deslizante sobre um eixo. São fabricados de aço mola sob forma de anéis incompletos, apresentando assim uma determinada elasticidade. O anel pode ser alojado em um canal circular ou ranhura. Quando o anel é instalado sobre um eixo, é denominado de anel externo, e quando é instalado dentro de um furo, é denominado de anel interno, como pode ser visualizado na Figura 1.2. e-tec Brasil 16 Elementos de Máquinas

17 Figura 1.2: Anéis elásticos O anel elástico é um elemento de fixação que apresenta as seguintes funções: Impedir os deslocamentos axiais de peças ou componentes. Posicionar ou limitar o curso de uma peça ou conjunto deslizante sobre um eixo Arruelas São peças geralmente cilíndricas, de pouca espessura apresentando um furo central, pelo qual cruza o corpo do parafuso, sendo utilizadas principalmente para: Proteger a superfície das peças. Evitar deformações nas superfícies de contato. Evitar que a porca afrouxe. Suprimir folgas axiais (isto é, no sentido do eixo) na montagem das peças. Evitar desgaste da cabeça do parafuso ou da porca. Distribuir a carga sobre a superfície das peças unidas. As arruelas, na sua grande maioria, são fabricadas em aço, sendo que o latão também pode ser empregado. Já as arruelas de cobre, fibra, couro e alumínio, em particular são extensivamente utilizadas na vedação de fluidos. Aula 1 - Elementos de fixação 17 e-tec Brasil

18 Tipos de arruelas De uma forma geral os três tipos de arruela mais empregados são: a) Arruela lisa este tipo de arruela geralmente é feita de aço sendo empregada sob uma porca para impedir que haja danos à superfície e distribuir a força do aperto. b) Arruela de pressão consiste em uma espira de mola helicoidal, produzida a partir de aço de mola com seção retangular. O funcionamento é evidenciado quando a porca é apertada conforme visualizado na Figura 1.3, fazendo com que a arruela se comprima, gerando uma força de atrito entre a porca e a superfície de contato. Essa força é auxiliada por pontas aguçadas na arruela que penetram nas superfícies, gerando uma trava de forma positiva. Figura 1.3: Arruela de pressão e autor Assista a um vídeo sobre os tipos de arruelas em: watch?v=towvwlbxalk c) Arruela estrelada as arruelas estreladas têm como função principal proporcionar o travamento da porca ou parafuso. Possuem dentes na sua extremidade externa ou interna que dão ao conjunto unido maior aderência na superfície aplicada. Este tipo de arruela (Figura 1.4) pode ser produzido a partir de dentes de aço de molas. Figura 1.4: Tipos de arruelas estreladas e-tec Brasil 18 Elementos de Máquinas

19 1.1.3 Chavetas Estes elementos de máquinas apresentam um corpo de forma prismática ou cilíndrica, sendo utilizados para unir elementos mecânicos, tais como: eixo/ polia. É considerado um tipo de união desmontável, permitindo a transmissão de movimentos a outros órgãos, tais como engrenagens e polias. Podem apresentar faces paralelas ou inclinadas (Figura 1.5), variando de acordo com a grandeza do esforço solicitado e do tipo de movimento que deve ser transmitido. São colocadas em rasgos ou cavidades de peças, por isso também são consideradas elementos de transmissão. Podem ser classificadas como elementos de transmissão móvel, pois ao serem desmontadas do conjunto, não são danificadas. Figura 1.5: Chavetas Tipos e características a) Chaveta de cunha este tipo de chaveta é utilizada para unir elementos de máquinas que devem girar. O princípio da transmissão é realizado através da força de atrito entre as faces da chaveta e o fundo do rasgo dos elementos, sendo importante que haja uma pequena folga nas laterais. Como pode ocorrer folga entre os diâmetros da árvore e do elemento movido, a inclinação da chaveta poderá gerar certa excentricidade na montagem, não sendo comum a sua utilização em montagens que necessitem precisão ou alta rotação. b) Chaveta encaixada é considerado o tipo mais comum e sua forma refere-se a mais simples chaveta de cunha. Apresenta o rasgo da árvore sempre mais comprido que a chaveta para facilitar o seu uso. Aula 1 - Elementos de fixação 19 e-tec Brasil

20 c) Chaveta meia-cana apresenta a base côncava (mesmo raio do eixo). Não necessitando de rasgo na árvore, pois transmite o movimento por efeito do atrito, de forma que o deslizamento da chaveta ocorre sobre a árvore, caso o esforço no elemento que é conduzido seja elevado. d) Chaveta plana é idêntica à chaveta encaixada, apresentando entretanto um rebaixo plano no lugar de um rasgo na árvore. Sua utilização é reduzida, pois é utilizada somente para a transmissão de forças reduzidas. e) Chaveta tangencial devido ao seu posicionamento em relação ao eixo recebe a denominação tangencial, sendo seu emprego muito comum na transmissão de forças elevadas e, em casos de alternância, no sentido de rotação. f) Chaveta transversal empregada em uniões de órgãos que imprimem movimentos rotativos e retilíneos alternativos. g) Chaveta paralela este tipo de chaveta normalmente é embutida, sendo suas faces paralelas, não apresentando conexidade. Uma particularidade das chavetas paralelas é que elas não apresentam cabeça, a precisão de ajuste ocorre nas laterais. A forma destas chavetas varia de acordo com seus extremos e de acordo com a quantidade de elementos de fixação na árvore. h) Chaveta de disco ou meia-lua tipo woodruff é semelhante à chaveta paralela, recebendo esta denominação devido à sua forma, correspondente a um segmento circular. Normalmente utilizada em eixos cônicos pela facilidade de montagem e facilidade de adaptação à conicidade no fundo do rasgo do elemento externo Contrapino ou cupilhas Os contrapinos ou cupilhas (Figura 1.6) são fabricados com um arame semi circular que, ao ser dobrado, deixa-se as extremidades com diferentes comprimentos possibilitando sua dobra. É um elemento de fácil manuseio que pode ser inserido em um furo na ponta de eixos ou em furos na ponta de parafusos, principalmente quando se usa porcas castelo. Possibilita o travamento da porca sobre o parafuso ou o travamento de pinos em orifícios. e-tec Brasil 20 Elementos de Máquinas

21 Figura 1.6: Contrapino ou cupilha Parafusos Dentre os elementos de fixação, pode-se dizer que os parafusos são os mais utilizados. São elementos de corpo cilíndrico e comprimento de corpo variável, onde, sobre este corpo, há filetes de roscas. Estas roscas podem ser de diferentes especificações e trabalham em conjunto com porcas, com as mesmas características de roscas. Os parafusos diferenciam-se por seu tipo de cabeça, corpo, rosca, diâmetro e comprimento da área roscada. Com relação à cabeça os parafusos podem ter cabeça sextavada, quadrada, abaulada, cilíndrica, cônica, com fenda, fenda cruzada, etc. O corpo do parafuso pode ser com rosca inteira ou rosca parcial, sendo que as roscas podem ser do tipo whitworth, métrica e americana. Os parafusos podem ser utilizados pra diversas aplicações, como unir ou fixar aços, madeira, borracha, alvenaria e polímeros. O graus ou classe do parafuso indicam o quanto este suporta de carga antes de seu rompimento, por isso quanto maior o grau, maior a tensão suportada Pinos Pinos são elementos de fixação móveis de corpo cilíndrico que servem para unir duas ou mais peças e alinhar furos concêntricos. Podem ter cabeça ou não, serem cônicos, fixos com rosca ou fixos com contra pinos e podem ser colocados com ajuste por interferência ou ajuste com folga, dependendo do tipo de aplicação. Existe um tipo diferenciado de pino que não são utilizados para ajuste com interferência, os chamados pinos elásticos, os quais são feitos em aço mola com uma ranhura na lateral e são ocos. Este tipo de pino, ao ser colocado no furo, exerce uma pressão em sua própria parede. Aula 1 - Elementos de fixação 21 e-tec Brasil

22 1.1.7 Porcas A porca é uma peça cuja forma pode ser hexagonal, sextavada, quadrada ou cilíndrica, geralmente metálica, com um furo roscado, no qual pode ser encaixado um parafuso, ou uma barra roscada. Em conjunto com o parafuso, a porca é um acessório amplamente utilizado na união de peças, ou, em alguns casos, para auxiliar na regulagem. A sua parte externa apresenta vários formatos, visando atender aos inúmeros tipos de emprego, fazendo com que porcas sejam utilizadas como elementos de fixação e/ou como de transmissão Tipos de porcas Existem diversos e variados tipos de porcas, conforme citados a seguir: a) Porca castelo é a uma porca hexagonal com seis entalhes radiais, coincidentes dois a dois, os quais se alinham com um furo no parafuso, possibilitando a passagem de uma cupilha para travar a porca. b) Porca cega (ou remate) esse tipo de porca apresenta uma das extremidades do furo rosqueado encoberta, ocultando a ponta do parafuso, pode ser feita de aço ou latão, geralmente é cromada, possibilitando um acabamento de boa aparência. c) Porca borboleta a porca borboleta apresenta saliências que proporcionam o aperto manual. Geralmente fabricada em aço ou latão, é utilizada quando são necessárias e frequentes a montagem e a desmontagem das peças. d) Contraporcas de uma forma geral, as porcas sujeitas a cargas de impacto e vibração apresentam tendência a afrouxar, o que pode originar agravos às máquinas e equipamentos. Dessa forma, utiliza-se como forma de travamento, outra porca, denominada contraporca. Para a operação de travamento utilizam-se duas chaves de boca Rebite É um elemento de fixação empregado em uniões permanentes, sendo formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça, fabricado em alumínio, cobre ou latão. Usado para fixação permanente de duas ou mais peças com larga escala de emprego na fabricação de aviões, união de chapas, navios e fabricação de utensílios de alumínio. Em relação aos tipos de cabeças, os rebites podem ser classificados como: e-tec Brasil 22 Elementos de Máquinas

23 Rebite de cabeça redonda larga. Rebite de cabeça redonda estreita. Rebite de cabeça escareada chata. Rebite de cabeça escareada estreita. Rebite de cabeça cilíndrica escareada geralmente utilizado em superfícies de chapas de até 7 mm. Em relação às especificações, os rebites podem ser determinados conforme o: Tipo de material. Tipo de cabeça. Diâmetro do corpo em mm. Comprimento útil do rebite Formas de rebitagem A rebitagem pode ser realizada de três formas distintas. Em função da largura e do esforço das chapas, às quais são submetidas podendo ser assim descritas. a) Rebitagem de recobrimento exemplo: utilizadas em vigas e estruturas metálicas. Figura 1.7: Rebitagem de recobrimento Aula 1 - Elementos de fixação 23 e-tec Brasil

24 b) Rebitagem de recobrimento simples exemplo: empregadas em caldeiras. c) Rebitagem de recobrimento duplo exemplo: usadas para vedação perfeita. Já, em relação ao número de rebites que devem ser empregados, existe uma relação que depende da largura das chapas ou do número de chapas que recobrem a junta, sendo que, às vezes, é necessário colocar uma, duas ou mais fileiras de rebites. Figura 1.8: Rebitagem de recobrimento duplo Quanto à distribuição dos rebites, vários fatores devem ser avaliados, tais como, comprimento da chapa, a distância entre a borda e o rebite mais próximo, o diâmetro do rebite e o passo. passo É a distância entre os eixos dos rebites de uma mesma fileira, devendo ser calculado para não ocasionar o empenamento das chapas. Pa É o símbolo do pascal, ou seja, a unidade padrão de pressão e tensão no SI. Equivale a força de 1 N aplicada sobre uma superfície de 1 m Processos de rebitagem a) Processo manual este processo é feito a mão, utilizando como auxílio o martelo, estampo, contra estampo e repuxador. b) Processo mecânico realizado por meio de um martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. Neste processo, o martelo pneumático é ligado a um compressor de ar, por meio de tubos flexíveis, e opera sob pressão que varia de 5 Pa a 7 Pa. Assista a um vídeo sobre rebites rebitagem manual em: watch?v=xvcawltkj5i 1.2 Roscas Pode ser considerada como um conjunto de filetes, assim como uma saliência helicoidal, de perfil constante, que se desenvolve uniformemente, externa ou internamente, em volta de uma superfície cilíndrica ou cônica. O tipo de rosca é definido em função do tipo de perfil (Figura 1.9). e-tec Brasil 24 Elementos de Máquinas

25 Figura 1.9: Tipos de roscas Quando há um cilindro que gira uniformemente, e um ponto que se move também uniformemente, no sentido longitudinal, a cada volta completa do cilindro, o avanço (distância percorrida pelo ponto) é chamado de passo e o percurso descrito no cilindro por esse ponto é denominado de hélice (Figura 1.10). O desenvolvimento da hélice forma um triângulo, onde se têm: α ângulo da hélice P (passo) cateto oposto hélice hipotenusa D2 (diâmetro médio) cateto adjacente Figura 1.10: Trajetória do passo na rosca Dessa forma, com estes dados, é possível aplicar as relações trigonométricas em qualquer rosca, quando se deseja obter o passo, diâmetro médio ou ângulo da hélice. Aula 1 - Elementos de fixação 25 e-tec Brasil

26 Em relação à aplicação do passo da rosca é necessário ter critérios, pois quanto maior for o ângulo da hélice, menor será a força de atrito agindo entre a porca e o parafuso Elementos constituintes de uma rosca A seguir, de acordo com a Figura 1.11, são especificados os elementos constituintes de uma rosca: Figura 1.11: Elementos constituintes de uma rosca P passo (em mm) d diâmetro externo d1 diâmetro interno d2 diâmetro do flanco α ângulo do filete f fundo do filete i ângulo da hélice c crista D diâmetro do fundo da porca D1 diâmetro do furo da porca h1 altura do filete da porca h altura do filete do parafuso e-tec Brasil 26 Elementos de Máquinas

27 1.2.2 Tipos de perfis da rosca O perfil da rosca ou secção do filete varia de acordo com o tipo de aplicação desejada. Por exemplo, as porcas utilizadas para fixação geralmente apresentam roscas com perfil triangular. Portanto, é importante saber que de acordo com o perfil da rosca, se define o seu tipo. a) Triangular é o tipo de perfil considerado o mais comum, sendo utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos. b) Trapezoidal roscas com este perfil são empregadas em instrumentos de comando das máquinas operatrizes, na transmissão de movimento suave e uniforme, fusos e prensas de estampar. c) Redondo o perfil redondo é empregado em parafusos com grandes diâmetros, feito para suportar grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. Este tipo de perfil também é utilizado em lâmpadas e fusíveis, pela facilidade na estampagem. d) Dente de serra este perfil de rosca é empregada quando a força de solicitação é muito grande em um único sentido, é utilizada em morsas, macacos, pinças para tornos e fresadoras. e) Quadrado praticamente em desuso, sendo ainda utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços, como é o caso das morsas. O sentido de direção do filete pode ser definido de dois modos: à direita ou à esquerda, conforme definidos a seguir. a) À direita o sentido de direção do filete será a direita quando, ao avançar, o giro no sentido dos ponteiros do relógio com sentido de aperto à direita (Figura 1.12). b) À esquerda o sentido de direção do filete será a esquerda quando, ao avançar, o giro ocorrerá em sentido contrário ao dos ponteiros do relógio com sentido de aperto à esquerda (Figura 1.13). Aula 1 - Elementos de fixação 27 e-tec Brasil

28 Figura 1.12: Direção do filete a direita Figura 1.13: Direção do filete a esquerda A seguir, é apresentada a simbologia utilizada para a identificação dos principais elementos de uma rosca. D diâmetro maior da rosca interna corresponde a nominal d diâmetro maior da rosca externa corresponde a nominal D1 diâmetro menor da rosca interna d1 diâmetro menor da rosca externa D2 diâmetro efetivo da rosca interna e-tec Brasil 28 Elementos de Máquinas

29 d2 diâmetro efetivo da rosca externa P passo corresponde à distância entre uma crista e outra A avanço N = número de voltas por polegada n número de filetes (fios por polegada) H altura do triângulo fundamental he altura do filete da rosca externa hi altura do filete da rosca interna i ângulo da hélice (α) r re arredondamento do fundo da rosca do parafuso r ri arredondamento do fundo da rosca da porca Sistemas de roscas As roscas de perfil triangular são fabricadas segundo três sistemas normalizados: o sistema métrico ou internacional (ISO), o sistema inglês, ou whitworth, e o sistema americano Sistema métrico No sistema métrico, as medidas das roscas são expressas em milímetros, tendo os filetes forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada. Aula 1 - Elementos de fixação 29 e-tec Brasil

30 Figura 1.14: Características das roscas no sistema métrico a) Nomenclatura da rosca métrica triangular. P passo de rosca d diâmetro maior do parafuso d1 diâmetro menor do parafuso d2 diâmetro efetivo do parafuso a ângulo do perfil da rosca f folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso D = diâmetro maior da porca D1 diâmetro menor da porca D2 diâmetro efetivo da porca he altura do filete do parafuso r re = raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso r ri raio de arredondamento da raiz do filete da porca e-tec Brasil 30 Elementos de Máquinas

31 Figura 1.15: Rosca métrica triangular Pode-se observar neste tipo de rosca, conforme Figura 1.15, o ângulo de 60 entre os filetes da rosca. b) Fórmulas utilizadas para obter a rosca métrica triangular. Ângulo do perfil da rosca Diâmetro menor do parafuso Diâmetro efetivo do parafuso Aula 1 - Elementos de fixação 31 e-tec Brasil

32 Folga entre a raiz do filete da porca e a crista do filete do parafuso Diâmetro maior da porca Diâmetro menor da porca Diâmetro efetivo da porca Altura do filete do parafuso Raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso Raio de arredondamento da raiz do filete da porca Rosca métrica fina para o cálculo de roscas triangulares métricas finas, são usadas as mesmas fórmulas das roscas triangulares métricas normais. A única diferença está relacionada à medida do passo. e-tec Brasil 32 Elementos de Máquinas

33 Sistema withworth No sistema withworth, as medidas são expressas em polegadas. Nesse sistema o filete apresenta forma triangular, ângulo de 55º, crista e raiz arredondadas. O passo é determinado dividindo-se uma polegada (25,4 mm) pelo número de filetes contidos em uma polegada (Equação 1.14). No sistema withworth a rosca normal é caracterizada pela sigla BWS (British Standard Whitwort) e a rosca fina pela sigla BSF (British Standard Fine). Figura 1.16: Características das roscas no sistema withworth a) Fórmulas utilizadas para obter a rosca withworth. Segue a mesma nomenclatura da rosca métrica. Aula 1 - Elementos de fixação 33 e-tec Brasil

34 Figura 1.17: Rosca withworth Pode-se observar, neste tipo de rosca, conforme Figura 1.17, o ângulo de 55 entre os filetes da rosca Sistema americano Já no sistema americano, as medidas são expressas em polegadas. O filete tem forma triangular, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada. O passo é verificado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. No sistema americano a rosca normal é caracterizada pela sigla NC (National Coarse) e a rosca fina pela sigla NF (National Fine). e-tec Brasil 34 Elementos de Máquinas

35 Figura 1.18: Características das roscas no sistema americano A diferença entre rosca fina e rosca grossa está relacionada ao número de filetes por polegada, ou seja, a rosca fina possui maior número de filetes Verificadores de rosca Inicialmente, para calcular as roscas, é importante que se faça a medição do passo da rosca. O que pode ser feito utilizando-se um pente de rosca, escala ou paquímetro (Figura 1.19). Esses instrumentos são definidos como verificadores de roscas. Eles possibilitam expressar a medida do passo em milímetro, ou em filetes por polegada, e também a medida do ângulo dos filetes. Figura 1.19: Verificadores de roscas Aula 1 - Elementos de fixação 35 e-tec Brasil

36 1.2.4 Tipos de roscas Definidos pelo perfil da rosca, elas podem ser do tipo triangular (métrica, whitworth, americana), dente de serra, redonda, quadrada e trapezoidal, etc. Devido à aplicação, os tipos métrica e a whitworth são consideradas as mais comuns, sendo normalizadas, ou seja, são predefinidas as suas dimensões, ângulo do filete, passo, forma de crista e da raiz, etc. A rosca do tipo métrica é descrita pela letra M maiúscula, acrescida do diâmetro do parafuso (em mm), dessa forma M8, refere-se a uma rosca métrica de 8 mm de diâmetro. Quando a expressão M20 1,5 é usada, significa que estamos diante de uma rosca métrica fina, ou seja, com passo menor do que a normal, de 20 mm de diâmetro, e com passo de 1,5 mm. Em relação aos tipos de passos, podem ser classificada da seguinte forma: a) Rosca fina (rosca de pequeno passo) corresponde a uma rosca de pequeno passo, muito empregada na construção de automóveis e aeronaves, sobretudo porque nesses veículos acontecem choques e vibrações que tendem a afrouxar a porca. Sua utilização pode ocorrer quando há necessidade de uma ajustagem fina ou devido à uma maior tensão inicial de aperto. Ela também é empregada em chapas de pouca espessura e em tubos, por não diminuir sua secção. Estas roscas são largamente utilizadas em parafusos feitos de aços-liga, tratados termicamente. b) Rosca média (normal) este tipo de rosca é empregada normalmente em construções mecânicas e em parafusos de modo geral, por proporcionar uma boa tensão inicial de aperto. Sua utilização em montagens sujeitas a vibrações exige, como segurança, o uso de arruelas de pressão. c) Rosca de transporte ou movimento caracteriza-se por possuir passo longo transformando o movimento giratório em um deslocamento longitudinal maior do que os tipos de roscas já citadas anteriormente. Destacam-se por serem utilizadas normalmente em máquinas, tais como, tornos, prensas, morsa, etc., ou em casos em que ocorram montagens e desmontagens frequentes. e-tec Brasil 36 Elementos de Máquinas

37 Resumo Nesta aula conhecemos os diferentes tipos de elementos de fixação, móveis e permanentes, suas características e aplicações. Também aprendemos a calcular as diferentes dimensões de roscas, envolvendo o perfil métrico, whitworth e americano. Atividades de aprendizagem 1. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. Normalmente os elementos de fixação exigem muita habilidade e cuidado devido ao fato de serem os componentes mais e em uma união mecânica. a) frágeis, sensíveis b) frágeis, maleáveis c) resistentes, sensíveis d) frágeis, corrosivos e) resistentes, maleáveis 2. Assinale (V) para verdadeiro e (F) para falso nas alternativas a seguir. (( ) Quando o anel é alojado sobre um eixo, ele é chamado de anel interno. (( ) Quando o anel é alojado dentro de um furo, ele é chamado de anel externo. (( ) As arruelas são utilizadas para acoplar a carga sobre a superfície das peças unidas. (( ) Ao projetar um conjunto mecânico, é importante que seja definido o elemento de fixação apropriado em relação às peças que devem ser unidas ou retiradas. (( ) As arruelas de cobre, fibra, couro e alumínio, em particular, são extensivamente utilizadas na vedação de fluidos. Aula 1 - Elementos de fixação 37 e-tec Brasil

38 3. Assinale a alternativa incorreta em relação ao elemento de fixação denominado chaveta. a) Apresentam um corpo de forma prismática ou cilíndrica. b) Utilizados para unir elementos mecânicos, tais como: eixo/polia. c) É considerado um tipo de união desmontável, permitindo a transmissão de movimentos a outros órgãos, tais como engrenagens e polias. d) Podem apresentar faces paralelas ou inclinadas, variando de acordo com a grandeza do esforço solicitado e com o tipo de movimento que deve ser transmitido. e) São colocadas em rasgos ou cavidades de peças podendo ser denominadas como elementos de apoio. 4. Em relação ao tipo de porca, relacione as colunas e assinale a alternativa correta. (A) Porca castelo (B) Porca cega (C) Porca borboleta (( ) Porca hexagonal com seis entalhes radiais, coincidentes dois a dois. (( ) Porca que apresenta uma das extremidades do furo rosqueado encoberta. a) A B b) B A c) A C d) B C e) C B e-tec Brasil 38 Elementos de Máquinas

39 5. Em relação ao tipo de perfil de rosca, relacione as colunas e assinale a alternativa correta. (A) Triangular (B) Redondo (( ) É o tipo de perfil considerado como o mais comum, sendo utilizado em parafusos e porcas de fixação, uniões e tubos. (C) Trapezoidal (D) Quadrado (( ) É empregado em parafusos com grandes diâmetros e suporta grandes esforços, geralmente em componentes ferroviários. (( ) Roscas com este perfil são empregadas em instrumentos de comando das máquinas operatrizes, na transmissão de movimento suave e uniforme, fusos e prensas de estampar. (( ) Utilizado em parafusos e peças sujeitas a choques e grandes esforços. a) C B A D b) A C D B c) C B D A d) A C B D e) C A B D 6. As roscas de perfil triangular são fabricadas segundo três sistemas normalizados, desta forma, relacione as colunas e assinale a alternativa correta. (A) Sistema métrico (B) Sistema withworth (( ) Medidas das roscas são expressas em milímetros, ângulo de 60º, crista plana e raiz arredondada. (C) Sistema americano (( ) Medidas são expressas em polegadas. Nesse sistema, o filete tem ângulo de 55º, com crista e raiz arredondadas. O passo Aula 1 - Elementos de fixação 39 e-tec Brasil

40 é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. (( ) Medidas são expressas em polegadas. O filete tem ângulo de 60º, com crista plana e raiz arredondada. O passo é determinado dividindo-se uma polegada pelo número de filetes contidos em uma polegada. a) B A C b) A C B c) B C A d) A B C e) C A B 7. Resolva os exercícios a seguir, envolvendo as dimensões da rosca métrica triangular. a) Calcular o valor do diâmetro menor de um parafuso (d1) para uma rosca métrica normal, cujo diâmetro externo é de 6 mm e o passo igual a 1 mm. b) Calcular o valor do diâmetro menor de um parafuso (d1) para uma rosca cujo diâmetro externo (d) é de 10 mm e o passo (p) igual a 1,5 mm. c) Calcule o valor do diâmetro menor de um parafuso (d1), sabendo que o diâmetro maior é de 12 mm e o passo é de 1 mm. d) Calcular o valor do diâmetro efetivo (d2) de um parafuso (Ø médio), com rosca métrica normal, cujo diâmetro é de 12 mm e o passo é de 1,75 mm. e) Calcule o valor do diâmetro médio de um parafuso com rosca métrica normal, de diâmetro externo 8 mm e passo 1,25 mm. f) Calcular o valor do diâmetro menor de uma porca com rosca métrica normal, cujo diâmetro maior do parafuso é de 6 mm e o passo é de 1 mm. e-tec Brasil 40 Elementos de Máquinas

41 g) Calcule o valor do diâmetro maior de uma porca com rosca métrica normal, cujo diâmetro maior do parafuso é de 8 mm e o passo é de 1,25 mm. h) Calcule a folga (f) de uma rosca métrica normal de um parafuso, cujo diâmetro maior (d) é de 10 mm e o passo (p) é de 1,5 mm. i) Calcule a folga (f) de uma rosca métrica normal de um parafuso, cujo diâmetro maior (d) é de 14 mm e o passo (p) é de 2 mm. j) Calcular a altura do filete de um parafuso com rosca métrica normal, com diâmetro maior de 4 mm e o passo de 0,7 mm. k) Calcule a altura do filete de um parafuso com rosca métrica normal, com diâmetro maior de 20 mm e passo de 2,5 mm. 8. Resolva os exercícios a seguir, envolvendo as dimensões da rosca withworth. a) Calcular o diâmetro efetivo do parafuso (Ø médio) com rosca whitworth, cujo diâmetro externo é de 5/16 (7,9375 mm), tendo 18 fios por polegada. b) Calcular o diâmetro menor de um parafuso com rosca whitworth, cujo diâmetro é de 1/2 polegada (12,7 mm) e que tem 12 fios por polegada. c) Calcular o passo em mm de um parafuso com rosca whitworth, sabendo-se que a rosca tem 32 fios por polegada. d) Calcular a altura de filete (he) de uma rosca whitworth, sabendo-se que o passo é de 0,793 mm. e) Calcular o raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso de uma rosca whitworth com 10 fios por polegada. Aula 1 - Elementos de fixação 41 e-tec Brasil

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43 Aula 2 Elementos de apoio de fixação Objetivos Identificar os diferentes elementos de apoio. Conhecer os tipos de mancais. Reconhecer suas características e aplicações. 2.1 Elementos de apoio mancais, buchas e guias Os elementos de apoio, utilizados na área da mecânica e abordados nesta aula, referem-se aos mancais, buchas e guias. 2.2 Mancal Este elemento é um suporte de apoio de eixos e rolamentos que são elementos girantes de máquinas, os quais classificam-se em duas categorias: mancais de deslizamento e mancais de rolamento. A função dos mancais é minimizar o atrito e, portanto, aumentar o rendimento do sistema mecânico, entre partes que se movem entre si. A aplicação dos mancais pode ser observada na relação entre eixos e carcaças de redutores e entre carros e barramentos de máquinas-ferramentas. Assista a um vídeo sobre montagem de mancal em: watch?v=0jjigeezqz Mancais de deslizamentos Estes mancais referem-se a concavidades nas quais as pontas de um eixo se apóiam. A principal função dos mancais de deslizamento, existentes em máquinas e equipamentos, é servir de apoio e guia para os eixos girantes. Eles são considerados como elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito. Estas forças surgem devido à rotação dos eixos, exercendo cargas nos alojamentos dos mancais que os contêm. A vida útil dos mancais de deslizamento pode ser prolongada, desde que, alguns parâmetros de construção sejam observados. Os materiais de construção dos mancais de deslizamento devem ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação. Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos por Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 43 e-tec Brasil

44 uma bucha, fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita o superaquecimento dos componentes expostos ao atrito. Neste caso, o uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito, melhorando a rotação do eixo Mancais de rolamento Estes tipos de mancais são empregados para comportar esferas ou rolos nos quais o eixo se apoia, de forma que quando o eixo gira as esferas ou rolos, também giram confinados dentro do mancal. Em geral, um mancal de rolamento é um tipo de mancal, em que a carga principal é transferida por meio de elementos de contato, por rolamento em vez de deslizamento. Os mancais de rolamento, fabricados para suportar cargas que atuam perpendicularmente ao eixo, tais como os rolamentos dos cubos de rodas, são chamados de rolamentos radiais. Já os projetados para suportar cargas que atuam na direção do eixo são chamados de rolamentos axiais. Um rolamento axial, por exemplo, pode ser utilizado para suportar o empuxo da hélice propulsora de um navio. Alguns tipos de rolamento radiais são capazes de suportar, cargas combinadas, isto é, cargas radiais e axiais. Para casos em que se deseja um mancal com maior velocidade e menos atrito, o de rolamento é o mais adequado. Em relação à classificação dos rolamentos, esta é estabelecida em função dos seus elementos rolantes. De forma que o mancal de rolamento trabalha com atrito de rolamento, sendo esta a principal causa de seu menor atrito, em relação ao mancal de deslizamento. Os mancais de rolamento limitam, ao máximo, as perdas de energia em consequência do atrito. São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas. A poeira, sobrecarga, umidade, corrosão, defeito de montagem, temperatura elevadas e lubrificação deficiente são fatores que podem influenciar na vida do rolamento Vantagens e desvantagens dos rolamentos Menor atrito e aquecimento. Maior sensibilidade aos choques. e-tec Brasil 44 Elementos de Máquinas

45 Baixa exigência de lubrificação. Maiores custos de fabricação. Intercambiabilidade internacional. Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo. Não há desgaste do eixo. Pequeno aumento da folga. Não suporta cargas tão elevadas durante a vida útil, como os mancais de deslizamento. Ocupa maior espaço radial Tipos e seleção Os rolamentos são selecionados conforme: As medidas do eixo. O diâmetro interno (d). O diâmetro externo (D). A largura (L). O tipo de solicitação. O tipo de carga. O número de rotação. As funções requeridas para os rolamentos diferem de acordo com a aplicação, e devem ser mantidas necessariamente por um período além do determinado. O rolamento, mesmo que utilizado corretamente, com o passar do tempo deixa de desempenhar de forma satisfatória a sua função. Isso deve-se a vários fatores, o aumento de ruído e vibração, a redução da precisão pelo desgaste, a deterioração da graxa lubrificante, e pelo escamamento que ocorre por fadiga e que pode surgir na superfície do rolamento. Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 45 e-tec Brasil

46 Limite de rotação Corresponde à velocidade máxima permissível obtida empiricamente, que permite a operação contínua do rolamento, sem que ocorra o travamento por superaquecimento ou a geração de calor acima de determinado limite. Assista a um vídeo sobre como funcionam os rolamentos autocompensadores de esferas em: watch?v=wvd8ouhh1au Rolamentos autocompensadores são componentes de duas carreiras, autossustentáveis, compostos por anéis externos maciços, cuja pista é oca, tendo, em seu interior, anéis internos maciços, assim como rolamento de rolos com gaiolas. Os anéis internos têm perfurações cilíndricas ou cônicas. Os rolamentos classificam-se de acordo com as forças que eles suportam e podem ser radiais, axiais e mistos. Radiais não suportam cargas axiais e impedem o deslocamento no sentido transversal ao eixo. Axiais não podem ser submetidos a cargas radiais e impedem o deslocamento no sentido axial, isto é, longitudinal ao eixo. Mistas suportam tanto carga radial, como axial. Impedem o deslocamento tanto no sentido transversal, quanto no axial. Conforme a solicitação, os mancais apresentam uma infinidade de tipos empregados em aplicações específicas, tais como: máquinas agrícolas, motores elétricos, máquinas ferramentas, compressores, construção naval, etc. Quanto aos elementos rolantes, os rolamentos podem ser: a) De esferas neste caso, os corpos rolantes são esferas, considerados mais apropriados para rotações mais elevadas. b) De rolos quando os corpos rolantes são formados de rolos cilíndricos, cônicos ou barriletes, suportam cargas maiores e devem ser usados em velocidades menores. Os rolamentos de rolos cilíndricos tem um contato linear com as pistas, e podem acomodar altas cargas radiais. Os rolos são guiados pelas bordas, através do anel interno ou externo, sendo adequados para aplicações com altas rotações. Além disso, os rolamentos de rolos cilíndricos são separáveis e relativamente de fácil montagem e desmontagem, mesmo quando são necessários ajustes por interferência. e-tec Brasil 46 Elementos de Máquinas

47 Os rolamentos de rolos cônicos são construídos de tal forma que as linhas centrais das pistas e dos rolos convergem para um ponto. c) De agulhas apresentam corpos rolantes de pequeno diâmetro e grande comprimento, sendo recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado. Algumas vantagens e desvantagens existentes entre os mancais de deslizamento e rolamento podem ser definidas de acordo com determinadas ocorrências. Em relação ao nível de ruído neste caso, o mancal de deslizamento apresenta um nível de ruído menor do que o de rolamento. Vida útil o mancal de deslizamento apresenta uma vida ilimitada recuperável, enquanto a vida útil do mancal de rolamento é limitada pela fadiga. Consumo de lubrificante maior no caso do mancal de deslizamento, quando comparado com o de deslizamento. Quanto às combinações de cargas radiais e axiais em relação ao mancal de deslizamento é mais difícil do que em comparação ao mancal de rolamento. 2.3 Buchas São elementos de máquinas que servem de apoio para a realização de outras funções, cuja forma pode ser cilíndrica ou cônica, servindo de apoio para eixos, assim como para guiar brocas e alargadores. As buchas de fixação são utilizadas para obter uma fixação segura e de fácil montagem e desmontagem em volantes, polias, engrenagens, conjuntos de freios-embreagem, manivelas, em eixos ou pinos, sem a necessidade de rasgos e chavetas. Em situações em que o eixo desliza dentro da bucha, deve haver lubrificação. As buchas podem ser fabricadas de metal antifricção ou de materiais plásticos. Normalmente, a bucha deve ser fabricada com material que apresente uma dureza inferior ao material do eixo, como por exemplo, feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves. As buchas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação e podem ser de fricção radial para esforços radiais, de fricção axial para esforços axiais e cônicos para os esforços que ocorrem nos dois sentidos. metal antifricção É uma liga de cobre, zinco, estanho, chumbo e antimônio. É conhecido também por metal patente ou metal branco. Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 47 e-tec Brasil

48 Estes elementos de máquinas estão sujeitos às forças de atrito. Portanto, devem apresentar um sistema de lubrificação eficiente. As forças de atrito geram desgastes e calor e opõem-se, também, ao deslocamento dos eixos. Figura 2.1: Bucha acoplada a peça e ao eixo Tipos de buchas As buchas divergem em relação à suas formas e aplicações. Buchas de fricção radial apresentam várias formas e as mais comuns são feitas de um corpo cilíndrico furado, sendo que o furo possibilita a entrada de lubrificantes. Assista a um vídeo sobre buchas de fixação e suas aplicações em: watch?v=aqzcpa4z16c Essas buchas são empregadas em peças utilizadas para cargas pequenas e em lugares de fácil manutenção. Em alguns casos, essas buchas são cilíndricas na parte interior e cônicas na parte externa. Os extremos são roscados e possuem três rasgos longitudinais, que permitem o reajuste das buchas nas peças. Bucha de fricção axial esse tipo de bucha é usada para suportar o esforço de um eixo em posição vertical. Bucha cônica utilizada para suportar um eixo onde esforços radiais e axiais são exigidos, em que normalmente são requeridos dispositivos de fixação, sendo por isso, pouco empregadas. e-tec Brasil 48 Elementos de Máquinas

49 Bucha-guia para furação e alargamento nos dispositivos para furação, o tipo de bucha-guia orienta e possibilita o autoposicionamento da ferramenta que atua na peça, permitindo obter a posição correta das superfícies usinadas. São consideradas elementos de precisão, sujeitas ao desgaste por causa do atrito. Por essa razão, são produzidas em aço duro, com superfícies bem lisas, de preferência retificadas. As buchas pequenas com até 20 mm de diâmetro são produzidas em aço-carbono, temperado ou nitretado, já, as maiores, em aço cementado. A nitretação de metais é um processo que possibilita alterar as propriedades de dureza superficial, resistência térmica, corrosão e de dureza superficial do material. A distância existente entre a bucha-guia e a peça baseia-se em dois parâmetros: Quando o cavaco tiver que passar pelo interior da bucha-guia, a distância será de 0,2 mm (Figura 2.2). Figura 2.2: Bucha guia com distância de 0,2 mm Quando o cavaco tiver que sair por baixo da bucha-guia, a distância será igual ou maior que 0,5 mm, multiplicado pelo diâmetro do furo da bucha (Figura 2.3). Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 49 e-tec Brasil

50 Figura 2.3: Bucha guia com distância de 0,5 mm A principal finalidade da bucha-guia é a de manter um eixo comum (coaxilidade) entre ela e o furo, fazendo com que as buchas-guia apresentem tipos variados. Quando a distância entre a peça e a base de sustentação da bucha-guia é grande, usam-se buchas-guia longas com as seguintes características: Distância (e) com saída por baixo do cavaco. Bucha com borda para limitação da descida. Diâmetro (d) conforme a ferramenta rotativa. Diâmetro (D) maior que a ferramenta rotativa. 2.4 Guias Elemento de máquina que sustenta, com certo rigor, a trajetória de determinadas peças. Neste caso, temos como exemplo o trilho, que serve como guia da porta corrediça, conforme Figura 2.4. e-tec Brasil 50 Elementos de Máquinas

51 Figura 2.4: Guia de porta corrediça No caso de se desejar movimento retilíneo, geralmente utiliza-se guias constituídas de peças cilíndricas ou prismáticas. De forma que essas peças deslizem dentro de outra peça, com forma geométrica semelhante. As guias podem ser abertas ou fechadas, como pode ser visto nas Figuras 2.5 e 2.6. Figura 2.5: Guia fechada tipo rabo de andorinha Figura 2.6: Guia aberta Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 51 e-tec Brasil

52 2.4.1 Classificação das guias As guias classificam-se em dois grupos: guias de deslizamento e de rolamento, sendo que as guias de deslizamento apresentam-se, geralmente, nas formas mostradas na Figura 2.7. Figura 2.7: Tipos de guias de deslizamento Nas máquinas operatrizes são empregadas combinações de vários perfis de guias de deslizamentos, conhecidos como barramento. As guias de rolamento originam menor atrito se comparado com as guias de deslizamento, isto ocorre porque os elementos rolantes giram entre as guias. Estes elementos rolantes podem ser especificados através de esferas ou roletes. Assista a um vídeo sobre lubrificação de guias e barramentos em: watch?v=2ctixvbqzh Lubrificação Em geral, as guias são lubrificadas com óleo, o qual é introduzido entre as superfícies em contato através de ranhuras ou canais de lubrificação. O óleo deve correr pelas ranhuras de forma que atinja toda a extensão da pista e crie uma película lubrificante Conservação de guias Para manter as guias de deslizamento e de rolamento em bom estado, são sugeridas as seguintes medidas: Manter as guias sempre lubrificadas. Protegê-las quando são expostas a um meio abrasivo. e-tec Brasil 52 Elementos de Máquinas

53 Protegê-las com madeira quando forem utilizadas como apoio de algum objeto. Providenciar a manutenção do ajuste da régua, sempre que necessário. Resumo Nesta aula aprendemos a identificar os diferentes elementos de apoio. Conhecemos os tipos de mancais e suas aplicações, assim como a utilização e classificação de buchas e guias. Atividades de aprendizagem 1. Os rolamentos classificam-se de acordo com as forças que eles suportam e estão citados na primeira coluna. Desta forma, associe as colunas e assinale a alternativa que contém a sequência correta. (A) Radiais (B) Axiais (( ) Não podem ser submetidos a cargas radiais. Impedem o deslocamento no sentido axial, isto é, longitudinal ao eixo. (C) Mistos (( ) Não suportam cargas axiais e impedem o deslocamento no sentido transversal ao eixo. (( ) Não suportam carga radial, nem axial. Impedem o deslocamento tanto no sentido transversal, quanto no axial. a) A B C b) A C B c) C B A d) B A C e) B C A 2. Defina rolamentos autocompensadores. Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 53 e-tec Brasil

54 3. Marque (V) para verdadeiro ou (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta. (( ) Os mancais de rolamento limitam, ao máximo, as perdas de energia em consequência do atrito. (( ) Mancais de deslizamento são usados em máquinas pesadas e em equipamentos de alta rotação. (( ) A principal finalidade da bucha-guia é a de manter um eixo comum (coaxilidade) entre ela e o furo. (( ) Buchas de fricção radial apresentam várias formas, e as mais comuns são feitas de um corpo cilíndrico furado, sendo que o furo possibilita a entrada de lubrificantes. (( ) As buchas são elementos de máquinas cuja forma pode ser cilíndrica ou cônica, servindo de apoio para eixos, assim como para guiar brocas e alargadores. a) V V V V F b) V F - V V V c) V V F V V d) F V V V V e) V V V F V 4. De acordo coma as frases a seguir, assinale as alternativas corretas. A distância existente entre a bucha-guia e a peça baseia-se em dois parâmetros: (A) Quando o cavaco tiver que passar pelo interior da bucha-guia, a distância será de 0,4 mm. (B) Quando o cavaco tiver que passar pelo interior da bucha-guia, a distância será de 0,2 mm. e-tec Brasil 54 Elementos de Máquinas

55 (C) Quando o cavaco tiver que passar pelo interior da bucha-guia, a distância será de 0,5 mm. (D) Quando o cavaco tiver que sair por baixo da bucha-guia, a distância será igual ou maior que 0,5 mm, multiplicado pelo diâmetro do furo da bucha. (E) Quando o cavaco tiver que sair por baixo da bucha-guia, a distância será igual ou maior que 0,2 mm, multiplicado pelo diâmetro do furo da bucha. a) A e B b) A e C c) B e D d) D e E e) C e D Aula 2 - Elementos de apoio de fixação 55 e-tec Brasil

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57 Aula 3 Elementos flexíveis elásticos molas Objetivos Conhecer os elementos flexíveis elásticos. Definir os tipos e suas aplicações. Identificar as várias medidas na dimensão de molas. 3.1 Elementos flexíveis elásticos As molas da Figura 3.1 são elementos de máquinas que tem a função de armazenar energia, assim como absorver ou amortecer choques e vibrações. Possuem também a capacidade de sofrer grandes deformações voltando ao seu estado inicial. Estes elementos flexíveis tem a característica de transmitir potência através de distâncias relativamente grandes, substituindo engrenagens, eixos, mancais ou dispositivos similares de transmissão de potência. Figura 3.1: Molas helicoidais Fonte: As molas são órgãos mecânicos usados para exercer forças, para prestar flexibilidade, e para armazenar energia na forma de energia mecânica de deformação elástica. Podem ser classificadas quanto à sua forma e natureza Aula 3 - Elementos flexíveis elásticos molas 57 e-tec Brasil

58 dos esforços que as solicitam. Quanto à forma geométrica, as molas podem ser helicoidais (forma de hélice) ou planas e, quanto ao esforço que suportam, as molas podem ser de tração, de compressão ou de torção (Figura 3.2). Figura 3.2: Tipos de esforços suportados pelas molas A flexibilidade (φ), de uma mola quantifica-se pelo valor constante da relação entre o deslocamento y do ponto de aplicação da força atuante e a intensidade P da força atuante. A rigidez de uma mola, designada por constante de mola k, é o inverso da flexibilidade, determinada através da relação entre a intensidade da força atuante e o seu respectivo deslocamento. e-tec Brasil 58 Elementos de Máquinas

59 Figura 3.3: Flexibilidade e rigidez em uma mola No dimensionamento de uma mola há, em geral, a necessidade de atender aos seguintes fatores: Permitir o alojamento da mola no espaço disponível. Satisfazer os requisitos de rigidez. Enquadrar os valores do deslocamento e da força máximos aos valores impostos pelo projeto. Satisfazer a condição de resistência nas condições estáticas e de fadiga. 3.2 Tipos de molas De acordo com o tipo de aplicação e material de fabricação, as molas podem apresentar diferentes formas e tamanhos. Aula 3 - Elementos flexíveis elásticos molas 59 e-tec Brasil

60 3.2.1 Molas helicoidais Correspondem ao tipo de mola mais usada na área da mecânica. Em geral, elas são produzidas a partir de barra de aço, sendo enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica e cuja seção pode ser retangular, circular, quadrada, etc. Figura 3.4: Molas helicoidais Em geral, a mola helicoidal é enrolada à direita. Caso for enrolada à esquerda, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho. As molas helicoidais podem atuar por meio de compressão, tração ou por torção. Assista a um vídeo sobre o processo de confecção de molas helicoidais em: watch?v=vqelbye_aa Classificação das molas helicoidais a) Mola helicoidal de compressão formada por espirais, de forma que, quando comprimida por alguma força, o espaço existente entre as espiras diminui, reduzindo o comprimento da mola. b) Mola helicoidal de tração esta mola, além das espiras, possui ganchos nas extremidades, os quais são chamados de olhais. Para que este tipo de mola possa realizar a sua função, é necessário que seja esticada, aumentando o seu comprimento. Já, em estado de repouso, volta ao seu comprimento normal. c) Mola helicoidal de torção além das espiras, também apresenta dois braços de alavancas. É através desses braços que as molas de torção são solicitadas, de forma que, durante o seu funcionamento, a mola apresente uma pequena deformação em seu diâmetro de enrolamento. e-tec Brasil 60 Elementos de Máquinas

61 A mola helicoidal cônica refere-se a uma construção diferente da mola helicoidal comum, tendo praticamente o mesmo funcionamento, onde a principal diferença ocorre devido ao seu empacotamento Dimensão de uma mola helicoidal No caso de uma mola helicoidal de compressão cilíndrica, temos as seguintes dimensões. Figura 3.5: Dimensões de uma mola helicoidal De diâmetro externo Di diâmetro interno H comprimento da mola d diâmetro da seção do arame P passo da mola n de espiras número de espiras da mola Passo corresponde à distância referente aos centros de duas espiras consecutivas, a qual é medida paralelamente ao eixo da mola. Aula 3 - Elementos flexíveis elásticos molas 61 e-tec Brasil

62 3.2.2 Molas planas São molas produzidas a partir de material plano ou em fita, com formato simples e podem ser definidas como: feixe de molas, prato e espiral. Figura 3.6: Representação de um feixe de molas planas a) O feixe de molas é obtido através de diversas peças planas cujo comprimento é variável, acomodadas de forma que permaneçam retas sob a ação de uma dada força. b) As molas prato possuem a forma de um tronco de cone cujas paredes apresentam seção retangular. De uma forma geral, as molas prato funcionam associadas entre si, empilhadas, formando colunas, as quais dependem da necessidade que se tem em vista. c) A mola em espiral apresenta a forma de espiral ou caracol, sendo produzida, em geral, sob forma de barra ou lâmina com seção retangular. A mola espiral é enrolada de tal forma que todas as espiras ficam concêntricas e coplanares. Resumo Nesta aula, aprendemos a conhecer os elementos flexíveis elásticos, ou seja, as molas, seus tipos e aplicações. Assim como a identificar as especificações de medidas existentes na dimensão dessas molas. Atividades de aprendizagem 1. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa correta. (( ) As molas possuem a capacidade de sofrer grandes deformações voltando ao seu estado inicial. e-tec Brasil 62 Elementos de Máquinas

63 (( ) A constante de mola k, é o inverso da flexibilidade, determinada através da relação entre a intensidade da força atuante e o seu respectivo deslocamento. (( ) Mola helicoidal corresponde a um dos tipos de molas mais usadas na área da mecânica. (( ) Mola helicoidal de torção apresenta uma grande deformação em seu diâmetro de enrolamento. a) V F F V b) V V F F c) F V F V d) F F V V e) V F V F 2. As molas planas são molas produzidas a partir de material plano ou em fita, com formato simples. Relacione as colunas e assinale a alternativa com a sequência correta. (A) Espiral (B) Feixe de molas (C) Prato (( ) Acomodadas de forma que permaneçam retas sob a ação de uma dada força. (( ) Funcionam associadas entre si, empilhadas, formando colunas, as quais dependem da necessidade que se tem em vista. (( ) Enrolada de tal forma que todas as espiras ficam concêntricas e coplanares. a) B A C b) A C B c) B C A Aula 3 - Elementos flexíveis elásticos molas 63 e-tec Brasil

64 d) C A B e) A B C 3. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. A mola helicoidal refere-se a uma construção diferente da mola helicoidal comum, tendo praticamente o mesmo, onde a principal ocorre devido ao seu. a) cônica dimensionamento diferença enrolamento b) de tração funcionamento semelhança empacotamento c) de torção dimensionamento diferença enrolamento d) cônica funcionamento diferença empacotamento e) de tração dimensionamento semelhança empacotamento 4. De acordo com a Figura 3.7, assinale a alternativa correta. Figura 3.7: Dimensões de uma mola helicoidal exercício a) De diâmetro efetivo; H comprimento da mola; Di diâmetro inferior. e-tec Brasil 64 Elementos de Máquinas

65 b) De diâmetro externo; d diâmetro da seção do arame; Di diâmetro inferior. c) De diâmetro efetivo; H altura da mola; P passo da mola. d) De diâmetro externo; d diâmetro da mola; Di diâmetro interno. e) De diâmetro externo; H altura da mola; P passo da mola. Aula 3 - Elementos flexíveis elásticos molas 65 e-tec Brasil

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67 Aula 4 Elementos de transmissão flexíveis Objetivos Conhecer os diferentes tipos e aplicações na transmissão por correias, polias e correntes. Identificar as formas de calcular o comprimento de correias. Conhecer os diferentes tipos e aplicações na transmissão por cabos e eixos. 4.1 Elementos de transmissão A transmissão de potência ou movimento pode ser transmitida por elementos flexíveis, os quais podem ser assim relacionados: correias, polias, correntes, cabos e eixos. Sendo que a utilização dos mesmos, pode ser evidenciada de acordo com a sua respectiva aplicação, nas mais diversas situações, envolvendo máquinas e equipamentos. 4.2 Transmissão por correias Corresponde aos elementos de máquinas que transmitem movimento de rotação entre dois eixos (motor e movido) por intermédio de polias. Figura 4.1: Transmissão de correias Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 67 e-tec Brasil

68 Polia que transmite movimento e força corresponde à polia motora ou condutora. Polia que recebe movimento e força corresponde à polia movida ou conduzida. Existem diversos tipos de correias, de forma que as mais empregadas são planas e as trapezoidais. A correia em V ou trapezoidal é inteiriça, produzida com seção transversal em forma de trapézio, feita de borracha revestida de lona e constituída em seu interior por cordonéis vulcanizados utilizados para suportar as forças de tração. A escolha do emprego da correia trapezoidal ou em V, em relação a correia plana, é justificável porque: Praticamente não apresenta deslizamento. Permite a proximidade das polias. Elimina choques e ruídos presentes em correias emendadas (planas). A seguir são visualizados os diferentes perfis padronizados de correias trapezoidais. Figura 4.2: Perfis de correias trapezoidais Para transmitir potência de uma árvore à outra, alguns dos elementos mais antigos e mais usados são as correias e as polias (Figura 4.3). e-tec Brasil 68 Elementos de Máquinas

69 Figura 4.3: Transmissão por correias e polias As transmissões por correias e polias apresentam as seguintes vantagens: Possuem baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso. São flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros. Figura 4.4: Transmissão por correias e polias Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 69 e-tec Brasil

70 Árvores ou eixos referem-se aos componentes mecânicos responsáveis por sustentarem os elementos de máquinas. Eles podem apresentar perfis lisos ou compostos, nos quais são montadas as engrenagens, polias, volantes, manípulos, rolamentos, e outros elementos de máquinas Relação de transmissão Corresponde à relação existente entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus respectivos diâmetros. De forma que a velocidade periférica (V) é a mesma para as duas polias. Partindo da ideia de que, em ambas as polias, a velocidade é a mesma, teremos: Onde: D1 (diâmetro) da polia menor D2 (diâmetro) da polia maior n1 RPM (Rotações Por Minuto) da polia menor n2 RPM (Rotações Por Minuto) da polia maior A correia corresponde ao elemento da máquina que, sendo movimentado por meio de uma polia motriz, transmite força e velocidade à polia que esta sendo movida. É um sistema muito utilizado no transporte de mercadorias, sendo considerado um dos mais eficientes já inventados, cujo emprego pode ser realizado em uma grande variedade de máquinas e aplicações. As transmissões realizadas por meio de correias podem ser analisadas sob dois grandes grupos Correias utilizadas para transporte (transportadoras) Estes tipos de correias são geralmente largas esteiras, empregadas para transportar objetos, mercadorias, etc Correias de transmissão São correias usadas para movimentar acionamentos que exigem força, velocidade, sincronismo de movimento e/ou ambas. e-tec Brasil 70 Elementos de Máquinas

71 Os principais tipos de correias de transmissão podem ser determinados como: a) Correias em perfil V possui formato que lembra a forma da letra V. b) Correias sincronizadoras (Figura 4.5) referem-se às correias dentadas, em que os dentes da correia engrenam nos dentes das polias, utilizados em acionamentos que solicitam sincronismo de movimentos e força. Figura 4.5: Correias sincronizadas Nestes tipos de correias, a base apresenta dentes transversais em relação à largura da correia, de modo que estes dentes são ajustados nos sulcos ou dentes das polias. Este tipo de acionamento permite que seja realizado um trabalho silencioso em ambas às rotações, baixa e alta sem que haja a necessidade de lubrificação do acionamento. Isso possibilita a realização de um trabalho completamente limpo, sem contaminação e silencioso. Passo (P) conforme Figura 4.6 corresponde à distância do centro de um dente até o centro de outro dente. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 71 e-tec Brasil

72 Figura 4.6: Identificação do passo em correia c) Correias micro V ou poly V são correias que apresentam em sua superfície pequenos frisos em V, são mais compactas que as correias em V convencionais. Estas correias apresentam em sua base frisos longitudinais, dispostos no sentido do comprimento da correia. São projetadas para combinar com a ampla flexibilidade das correias planas e com a eficiência das transmissões de correias em V. Essas correias são vantajosas por trabalharem com polias de diâmetros menores do que os diâmetros das correias de perfil em V convencionais, e também por trabalharem em alta velocidade. d) Correias variadoras de velocidade estas correias devido ao seu formato lembram o perfil das correias em V, construídas de forma mais reforçada, devido ao fato de serem utilizadas em acionamentos que demandam por mudanças periódicas de rotações. Estas correias apresentam um formato semelhante ao das correias em V, devido ao seu perfil, mas com uma constituição mais reforçada, pois trabalham com variação de velocidade, ou seja, com o aumento ou a diminuição da velocidade transmitida do motor para máquina, de acordo com a necessidade. 4.3 Transmissão por polias São definidas como peças cilíndricas, as quais são movimentadas por meio da rotação do eixo do motor e correias. A polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se envolve a correia, sendo que a face é conectada a um cubo de roda através do disco ou braços. Podem apresentar várias formas em função da correia que será utilizada. Todas as polias (sem exceção) devem respeitar as normas técnicas de construção, e também respeitar as normas de tolerância, sempre evitando polias com construção de tolerância zerada. e-tec Brasil 72 Elementos de Máquinas

73 4.3.1 Polias tensoras (esticadores) Estes tipos de polias podem ser do tipo dentado ou liso, cuja característica é definida pela não transmissão de potência no acionamento. É empregada no tencionamento de correias, quando as distâncias entre centros são muito pequenas, ou quando a correia utilizada é muito grande. As polias tensoras são definidas como interna ou externa Polia tensora interna Caracteriza-se por ter o diâmetro igual ou maior que a menor polia do acionamento. Caso for utilizado no acionamento a correia do tipo V, o mesmo deve ocorrer com a polia tensora, assim como com os demais tipos de correias. É importante que a polia tensora interna esteja disposta no meio do acionamento, conforme Figura 4.7, evitando dessa forma a minimização do ângulo de contato da polia motora com a respectiva correia. Outro importante procedimento está relacionado ao alinhamento correto da polia tensora, evitando o comprometimento da vida útil da correia. Figura 4.7: Polia tensora interna Polia tensora externa Este tipo de polia deve ter o seu diâmetro no mínimo correspondente a 1,5 vezes maior do que o diâmetro da menor polia do acionamento. A sua largura deve ser igual ou maior que a largura da correia. É importante que se tenha alguns cuidados na utilização deste tipo de polia, conforme citados a seguir: A polia tensora externa deve ser sempre lisa, pois trabalha nas costas da correia, independente do tipo de correia. A polia tensora externa deve ser colocada próxima à polia motora (Figura 4.8) aumentando, dessa forma, o ângulo de contato da polia motora com a correia. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 73 e-tec Brasil

74 Figura 4.8: Polia tensora externa Cálculo do comprimento de correias Neste caso, é necessário que, inicialmente, seja obtido o valor dos diâmetros das polias, assim como a distância entre os centros dos eixos. Os conjuntos mecânicos, contendo varias polias e correias, podem apresentar várias combinações. Figura 4.9: Dimensionamento de correias Através do cálculo do comprimento de correias, é possível combinar (Figuras 4.10 e 4.11) polias de diâmetros iguais, movimentadas por correias abertas ou cruzadas. Figura 4.10: Polias de diâmetros iguais com correia aberta e-tec Brasil 74 Elementos de Máquinas

75 Figura 4.11: Polias de diâmetros iguais com correia cruzada A utilização de correias cruzadas, está relacionada à necessidade de inverter a rotação da polia. Dessa forma, são combinadas polias de diâmetros diferentes, com a finalidade de alterar a relação de transmissão, ou seja, modificar a velocidade, aumentando-a ou diminuindo-a. Este tipo de conjunto de polias pode ser igualmente movimentado por meio de correias abertas ou correias cruzadas Polias de diâmetros iguais A Figura 4.12 permite verificar que o comprimento da correia corresponde ao perímetro da circunferência (área de contato da correia com a polia localizada nas duas semicircunferências), e que os dois segmentos de reta correspondentes à distância entre os centros dos eixos. Figura 4.12: Polias de diâmetros iguais As duas semicircunferências são consideradas uma única circunferência, pois assim, o comprimento das partes curvas será o perímetro da circunferência. Dessa forma, calcula-se o perímetro da circunferência e depois soma se os dois segmentos de reta correspondentes à distância entre os centros dos eixos. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 75 e-tec Brasil

76 Para isso, utiliza-se a seguinte expressão: Onde: L comprimento total da correia π d perímetro da circunferência C distância entre os centros dos eixos Exemplo Calcular o comprimento de correia de acordo com as informações dispostas na Figura Solução L = 3, L = 62, L = 142,8 cm 143 cm Polias de diâmetros diferentes Para calcular o comprimento de correias com polias de diâmetros diferentes, é necessário medir o diâmetro das polias e a distância (c) entre os centros dos eixos. Para isso, deve-se definir o perímetro, o qual é obtido através do comprimento das semicircunferências, somado ao comprimento c multiplicado por 2. O cálculo do perímetro é aproximado, porque a região de contato da polia com a correia não corresponde exatamente a uma circunferência. Figura 4.13: Correia aberta e-tec Brasil 76 Elementos de Máquinas

77 Para o calculo do comprimento da correia aberta, utilizada em polias de diâmetros diferentes, Figura 4.13, utiliza-se a seguinte expressão: Correias cruzadas Para calcular o comprimento de correias cruzadas, é necessário utilizar as Equações 4.4 e 4.5, de forma que, sua utilização é restrita, devido ao atrito gerado no sistema, o qual provoca um desgaste muito rápido das correias. Equação 4.4, utilizada para o cálculo de polias de diâmetros iguais: Equação 4.5, utilizada para o cálculo de polias de diâmetros diferentes: A seguir é apresentado um resumo das fórmulas utilizadas para o cálculo de dimensionamento de correias. Figura 4.14: Fórmulas dimensionamento de correias Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 77 e-tec Brasil

78 4.4 Transmissão por correntes As correntes são empregadas para transmitirem força e movimento permitindo que a rotação do eixo ocorra nos sentidos horário e anti-horário Tipos de correntes utilizadas A seguir estão relacionados diversos tipos de correntes e suas respectivas aplicações. a) Corrente passo longo é assim denominada por ter as mesmas características de uma corrente standard, porém com passo duplo. Empregadas em transmissão de pouca carga, a baixa velocidade, são muito usadas para transportadores leves, podendo-se adaptar diversos tipos de adicionais. b) Corrente pino oco usada normalmente como transportadores, com a adaptação de valetas ou pinos, trabalham em pares para transportar os mais variados tipos de produto. c) Correntes agrícolas atualmente podem ser definidas por correntes da série S e CA ; projetadas para atender as exigências das modernas colheitadeiras, semeadeiras e plantadeiras existentes no mercado. d) Correntes silenciosas estas correntes foram projetadas para operarem com eficiência e suavidade. Isto ocorre pois a corrente está em torno de uma engrenagem, sendo que seus elos engataram-se nos dentes da engrenagem, em ambos os lados, simultaneamente, garantindo um funcionamento silencioso em baixa e alta velocidade. e) Correntes especiais apresentam como principal característica a alta carga de ruptura. f) Correntes de transmissão são formadas por elos externos que se repetem alternadamente. g) Corrente de rolos esta corrente é composta por elementos internos e externos, sendo que as talas são permanentemente conectadas através de pinos e buchas, nas quais são, ainda, colocados rolos. Sua aplicação é feita em transmissões, em movimentação e em sustentação de contrapeso e em transportadores, assim como em locais de difícil acesso e ambientes abrasivos ou poeirentos. Este tipo de corrente oferece resultados satisfatórios, principalmente quando existe a necessidade de transmitir força. e-tec Brasil 78 Elementos de Máquinas

79 h) Corrente comum muito usada em talhas manuais, transportadores e em uma infinidade de aplicações. 4.5 Transmissão por cabos Os cabos correspondem aos elementos de transmissão que suportam cargas, ou seja, são submetidos à força de tração, pois têm a função de sustentar ou elevar cargas, cujo deslocamento pode ser realizado nas posições horizontal, vertical ou inclinado. Muito empregados em equipamentos de transporte e na elevação de cargas, como em elevadores, escavadeiras e pontes rolantes. Fabricados a partir de aço, são feitos de arames esticados a frio e enrolados entre si formando pernas, as quais são enroladas em volta de um núcleo, formando o cabo de aço. Os cabos de aço que trabalham como sustentação são submetidos a uma solicitação estática, devendo ser dimensionados como elementos estruturais. Já, os cabos de aço que se movimentam durante o ciclo de trabalho, sofrem desgaste devido ao atrito e necessitam ser dimensionados como elementos de máquinas submetidos à fadiga. Norma Regulamentadora 18 Item Cabos de aço e cabos de fibra sintética. A seguir estão citados alguns subitens desta NR É obrigatória a observância das condições de utilização, dimensionamento e conservação dos cabos de aço utilizados em obras de construção, conforme o disposto na norma técnica vigente NBR 6327/83 - Cabo de Aço/ Usos Gerais da ABNT Os cabos de aço de tração não podem ter emendas nem pernas quebradas que possam vir a comprometer sua segurança Os cabos de aço devem ter carga de ruptura equivalente a, no mínimo, 5 (cinco) vezes a carga máxima de trabalho a que estiverem sujeitos e resistência à tração de seus fios de, no mínimo, 160 kgf/mm² (cento e sessenta quilogramas-força por milímetro quadrado). Um cabo pode ser construído em uma ou mais operações, dependendo da quantidade de fios e, especificamente, do número de fios da perna. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 79 e-tec Brasil

80 Figura 4.15: Elementos constituintes de um cabo de aço Exemplo Um cabo de aço que apresente a denominação 6/19 apresenta a seguinte característica: uma perna de 6 fios, enrolada com 12 fios em duas operações, conforme mostra a Figura Figura 4.16: Disposição dos elementos constituintes de um cabo de aço Alma corresponde ao centro em torno do qual as pernas estão dispostas. Pode ser constituída de fibra natural ou artificial, podendo ser ainda formada por uma perna ou um cabo de aço independente. Identificação da alma do cabo de aço: af alma de fibra natural. afa alma de fibra artificial. aa alma de aço formada por uma perna. aaci alma de cabo de aço independente. Fibra natural este tipo de fibra pode ser produzido com sisal, abacá ou rami, sendo a qualidade estabelecida pelo fabricante do cabo de aço. Os fios destas fibras devem ser tratados com lubrificante especial. e-tec Brasil 80 Elementos de Máquinas

81 4.5.1 Construções de cabos O cabo de aço é constituído basicamente de alma e perna, sendo que a perna se compõe de vários arames situados em torno de um arame central. Portanto, na construção de um cabo de aço deve ser indicado o número de pernas, a quantidade de arames em cada perna, a sua composição e o tipo de alma. Na Figura 4.17, podem ser observadas as partes de um cabo de aço. As pernas dos cabos podem ser produzidas em uma, duas ou mais operações, de acordo com a sua composição. Na produção de cabos, existem máquinas que possibilitam a confecção das pernas em uma única operação, permitindo que sejam realizadas todas as camadas do mesmo passo. Figura 4.17: Partes de um cabo de aço Em relação as suas composições existem as denominações do tipo: seale, filler e warrington, formadas de arames de distintos diâmetros. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 81 e-tec Brasil

82 A composição seale apresenta pelo menos duas camadas adjacentes com o mesmo número de arames (Figura 4.18), sendo que todos os arames de uma mesma camada possuem alta resistência ao desgaste. Figura 4.18: Composição de cabo seale A composição filler possui em sua composição arames principais e arames finos (Figura 4.19), os quais servem de enchimento para facilitar a acomodação dos outros arames. Os cabos de aço produzidos com essa composição têm boa resistência ao desgaste, à fadiga e alta resistência ao amassamento. Figura 4.19: Composição de cabo filler Na composição warrington existe pelo menos uma camada constituída de arames com dois diâmetros diferentes e alternados (Figura 4.20). Os cabos fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste e à fadiga. Figura 4.20: Composição de cabo warrington Tipos de torção dos cabos O tipo de torção dos cabos é definido em função dos arames de cada perna e podem ser do tipo regular ou lang. e-tec Brasil 82 Elementos de Máquinas

83 No cabo de torção regular, os arames de cada perna são torcidos em sentido oposto à torção das próprias pernas (em cruz). Os cabos com este tipo de torção caracterizam-se por serem mais estáveis, apresentando uma boa resistência ao desgaste interno, considerável resistência ao amassamento e deformações, devido ao reduzido comprimento dos arames expostos. Já, no cabo de torção lang, os arames de cada perna são torcidos no mesmo sentido que o das próprias pernas. Como os arames externos possuem maior área exposta, a torção lang proporciona ao cabo de aço maior resistência à abrasão, sendo também mais flexíveis e com maior resistência à fadiga. Este tipo de torção faz com que estejam mais sujeitos ao desgaste interno, distorções e deformações, sendo que também possuem baixa resistência aos amassamentos. Passo de um cabo corresponde à distância entre dois pontos de um fio em torno da alma do cabo. Figura 4.21: Passo de um cabo Substituição dos cabos de aço Alguns sinais denunciam o momento certo para substituição dos cabos de aço, os quais podem ser evidenciados conforme citado abaixo: Quando os arames rompidos visíveis atingirem 6 fios em um passo ou 3 fios em uma perna. Quando a corrosão for acentuada no cabo. Caso o desgaste dos arames externos for maior do que 1/3 de seu diâmetro original. Quando houver diminuição no diâmetro do cabo, maior do que 5 % em relação ao seu diâmetro nominal. Quando forem perceptíveis os danos, tais como a dobra, amassamento ou gaiola de passarinho. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 83 e-tec Brasil

84 Em relação ao diâmetro de um cabo de aço é importante que seja observado a sua circunferência máxima. Esta observação se faz necessária quando se deve realizar a medida do diâmetro, a qual, segundo as Figuras 4.22, apresentam as formas errada e correta de efetuar a sua medição. Figura 4.22: Forma errada de medição e forma correta de medição Já, em relação à colocação dos grampos, esta deve ser realizada respeitando a forma correta de colocação, ou seja, observando as suas extremidades. Existe apenas uma única maneira correta de realizar esta operação, devendo a base do grampo ser colocada no segmento mais comprido do cabo, conforme Figura Figura 4.23: Formas de colocação dos grampos no cabo de aço Em cabos com diâmetro de até 5/8 (16 mm), devem ser usados, no mínimo, três grampos, sendo este número aumentado quando se trabalha com cabos de diâmetros superiores. e-tec Brasil 84 Elementos de Máquinas

85 4.5.4 Lubrificação e limpeza dos cabos de aço A lubrificação dos laços e cabos de aço deve ser realizada periodicamente, de forma a protegê-los da corrosão, minimizando os atritos interno e externo, e aumentando a sua durabilidade. Em hipótese alguma deve ser utilizado o óleo queimado para tal operação, somente utilizar os lubrificantes desenvolvidos para esse fim. A não utilização do óleo queimado ocorre, por tratar-se de um material ácido que precipita o processo de corrosão, devido ao fato de apresentar partículas que potencializam o desgaste do cabo por abrasão. A forma de lubrificação pode ser realizada de diversas maneiras, mas a considerada mais eficiente é a realizada por gotejamento ou pulverização, pois o lubrificante é aplicado na região do cabo que passa pelas polias e tambores. Nunca deixar o cabo adquirir a forma de um pequeno laço, porque ele é o inicio de um nó, devendo ser imediatamente desfeito, impedindo que a resistência do cabo seja reduzida ao mínimo. A limpeza é um procedimento que deve ser realizado antes de iniciar uma inspeção, pois os cabos precisam estar limpos. De forma que a mais importante consideração refere-se ao fato de não ser utilizado solvente para a limpeza dos cabos de aço. Esta importante observação se faz, porque o solvente dilui o lubrificante que está situado entre as pernas dos cabos, fazendo com que o lubrificante diluído, seja drenado pelo meio dos arames e pernas, escorrendo durante o funcionamento, e pingando incessantemente. 4.6 Transmissão por eixos Os eixos são elementos de máquinas cuja função está relacionada à capacidade de suportar outros componentes mecânicos, não transmitindo potência. São denominados como os principais elementos de transmissão, pois podem estar presentes em qualquer máquina. Geralmente são fabricados em aço ou ligas de aço, pelo fato de os materiais metálicos apresentarem propriedades mecânicas superiores a de outros materiais. Considerados, por isso, os mais adequados para a fabricação de elementos de transmissão os eixos: Submetidos à pequena solicitação mecânica. São produzidos em aço ao carbono. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 85 e-tec Brasil

86 De máquinas e veículos são produzidos em aço-níquel. Utilizados em altas rotações ou para bombas e turbinas são produzidos em aço cromo-níquel. Empregados em vagões são produzidos em aço-manganês. Resumo Nesta aula conhecemos os diferentes tipos e aplicações das correias, polias e correntes. Também aprendemos a identificar as diversas formas de calcular o comprimento de correias, assim como conhecemos as diversas formas de transmissão, realizadas por meio de cabos e eixos. Atividades de aprendizagem 1. Relacione as colunas com as informações sobre os principais tipos de correias de transmissão e assinale a alternativa com a sequência correta. (A) De perfil (B) Sincronizadora (( ) Estas correias, devido ao seu formato, lembram o perfil das correias em V, construídas de forma mais reforçada. (C) Variadora de velocidade (D) Micro V (( ) São correias que apresentam em sua superfície pequenos frisos em V. (( ) Possuem formato que lembra a forma da letra V. (( ) São utilizadas em acionamentos que solicitam sincronismo de movimentos e força. a) C A B D b) A C D B c) B D A C d) C B A D e) B D C A e-tec Brasil 86 Elementos de Máquinas

87 2. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta. (( ) As transmissões por correias e polias possuem baixo custo inicial, alto coeficiente de atrito, elevada resistência ao desgaste e funcionamento silencioso. (( ) Correias de transmissão são geralmente largas esteiras, empregadas para transportar objetos, mercadorias, etc. (( ) As transmissões por correias e polias são flexíveis, elásticas e adequadas para grandes distâncias entre centros. (( ) A escolha do emprego da correia trapezoidal ou em V, em relação a correia plana, é justificável porque permite a proximidade das polias bem afastadas. a) V F F V b) V F V F c) F V F V d) F V V F e) V F V V 3. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. As polias tensoras podem ser do tipo ou liso, cuja característica é definida pela não transmissão de no acionamento. É empregada no tencionamento de correias, quando as distâncias entre centros são muito, ou porque a correia utilizada é muito. a) estriado energia pequenas grande b) dentado potência grandes pequena c) estriado energia grandes pequena Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 87 e-tec Brasil

88 d) dentado potência pequenas grande e) dentado trabalho grandes pequena 4. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. A polia tensora deve ser sempre lisa, devido ao fato de trabalhar nas costas da correia, também deve ser colocada à polia motora, dessa forma, o ângulo de contato da polia com a correia. a) externa próxima aumentando motora b) interna afastada aumentando motora c) externa próxima diminuindo movida d) externa afastada diminuindo motora e) interna - afastada aumentando movida 5. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta. (( ) As correntes são empregadas para transmitir força e movimento, permitindo que a rotação do eixo ocorra nos sentidos horário e anti-horário. (( ) Corrente passo longo, empregada em transmissão de grande carga, a alta velocidade, é muito usada para transportadores leves. (( ) Os cabos de aço que trabalham como sustentação são submetidos a uma solicitação estática, devendo ser dimensionados como elementos estruturais (( ) Caso o desgaste dos arames externos seja maior do que 1/4 de seu diâmetro original o cabo de aço deve ser substituído. a) V F F V b) F V F V e-tec Brasil 88 Elementos de Máquinas

89 c) V F V F d) F V F V e) F V V F 6. Qual a aplicação da corrente de rolos? 7. O que a torção lang proporciona ao cabo de aço? 8. O que deve ser observado em relação ao diâmetro de um cabo e quando esta observação se faz necessária? 9. Por que os eixos são denominados como os principais elementos de transmissão? 10. Calcule o comprimento das correias abaixo. Figura 4.24: Cálculo do comprimento da correia exercício 11. Calcule o comprimento da correia aberta que liga duas polias iguais com 30 cm de diâmetro e com distância entre eixos de 70 cm. Aula 4 - Elementos de transmissão flexíveis 89 e-tec Brasil

90 12. Calcule o comprimento da correia aberta necessária para movimentar duas polias iguais, com 25 cm de diâmetro e com distância entre eixos de 60 cm. 13. Calcule o comprimento de uma correia aberta que deverá ligar duas polias de diâmetros diferentes (ø 15 cm e ø 20 cm) e com distância entre eixos de 40 cm. 14. Calcule o comprimento de uma correia aberta que deverá ligar duas polias de diâmetros diferentes (ø 30 cm e ø 80 cm) e com distância entre eixos de 100 cm. 15. Calcule o comprimento de uma correia cruzada que liga duas polias iguais, com 35 cm de diâmetro e distância entre eixos de 60 cm. 16. Calcule o comprimento de uma correia cruzada que deverá ligar duas polias de diâmetros diferentes (ø 15 cm e ø 20 cm) e com distância entre eixos de 40 cm. e-tec Brasil 90 Elementos de Máquinas

91 Aula 5 Elementos de transmissão engrenagens Objetivos Conhecer e classificar os diferentes tipos de engrenagens. Definir as diferentes formas de obtenção de engrenagens. Realizar cálculos referentes às engrenagens de dentes retos e helicoidais. 5.1 Engrenagens São rodas com dentes padronizados internos ou externos, utilizados para transmitir movimento e força entre dois eixos. Sendo muitas vezes usadas quando se deseja variar o número de rotações e/ou sentido da rotação de um eixo para outro. A transmissão de movimento tem normalmente como finalidade aproveitar o máximo de potência gerada em trabalho mecânico útil. Dentre as maneiras mais comuns de movimentação de peças, o processo por meio de engrenamento é o que apresenta o melhor rendimento. O processo de engrenamento possibilita a transmissão do movimento entre eixos paralelos, cruzados ou a 90º, assim como a redução ou ampliação de rotações com uma perda de potência muito reduzida. O movimento de rotação entre as engrenagens ocorre quando as rodas (engrenagens) estão engrenadas, ou seja, em contato por meio de seus dentes, permitindo que haja rotação. As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes, de forma que, quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa, e a menor de pinhão. Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga-fundido, ferro fundido, cromo níquel, alumínio, bronze fosforoso, náilon. Engrenamento é o processo através do qual é possível acionar rodas dentadas e gerar trabalho mecânico útil. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 91 e-tec Brasil

92 Engrenamento indireto é aquele no qual a movimentação das rodas se realiza através de correntes, conforme Figura 5.1. Figura 5.1: Engrenamento indireto Fonte: Autor Engrenamento direto neste processo o movimento das rodas se realiza sem auxílio de correntes, ou seja, as rodas se acoplam diretamente, obedecendo ao perfil do dentado de cada uma delas. Existe um sistema de transmissão composto pela coroa e pelo parafuso com rosca sem-fim muito utilizado na mecânica, principalmente em casos em que é necessária a redução de velocidade ou um acréscimo de força. Neste caso, temos como exemplos, os redutores de velocidade, as talhas e as pontes rolantes. As engrenagens podem ser manufaturadas em máquinas especiais e também nas fresadoras, onde as engrenagens são usinadas com fresas de perfil constante denominadas fresas módulo. 5.2 Classificação das engrenagens Os principais tipos de engrenagens empregadas na indústria e em equipamentos são: Engrenagens cilíndricas de dentes retos ou frontais. Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Engrenagens cônicas. e-tec Brasil 92 Elementos de Máquinas

93 5.2.1 Engrenagens cilíndricas de dentes retos ou frontais São engrenagens que apresentam dentados paralelos ao eixo geométrico da roda, sendo empregadas para transmitir potências médias, com rotação variada. A engrenagem cilíndrica de dentes retos é considerada o tipo mais comum. A seguir estão dispostos, conforme as Figuras 5.2 e 5.3, as partes de uma engrenagem de dentes retos. Os dentes de uma engrenagem são considerados a parte mais importante. Figura 5.2: Partes de uma engrenagem de dentes retos Figura 5.3: Altura do dente de uma engrenagem de dentes retos Cremalheira é uma barra provida de dentes, destinada a engrenar uma roda dentada. Através desse sistema, pode-se transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 93 e-tec Brasil

94 Há dois tipos de cremalheira, as cremalheiras de dentes inclinados que acoplam-se a rodas helicoidais e as de dentes perpendiculares que engrenam-se com as rodas de dentes retos Dimensões de uma engrenagem A Figura 5.4 a seguir apresenta as dimensões de uma engrenagem de dentes retos. Figura 5.4: Dimensões de engrenagens de dentes retos De diâmetro externo corresponde ao diâmetro máximo da engrenagem. Di diâmetro interno corresponde o diâmetro menor da engrenagem. Dp diâmetro primitivo corresponde o diâmetro intermediário entre De e Di. C cabeça do dente corresponde a parte do dente que fica entre o Dp e o De. f pé do dente corresponde a parte do dente que fica entre o Dp e o Di. h altura do dente corresponde a altura total do dente. e espessura de dente corresponde à distância entre os dois pontos extremos de um dente, medida à altura do Dp. e-tec Brasil 94 Elementos de Máquinas

95 V vão do dente corresponde ao espaço entre dois dentes consecutivos. Não é a mesma medida de espessura do dente. P passo medida que corresponde à distância entre dois dentes consecutivos, medida à altura do Dp (Figura 5.5). Figura 5.5: Medidas correspondestes ao passo, vão e dente de uma engrenagem de dentes retos Ângulo de ação ou de pressão (φ) é o ângulo que define a direção da força que a engrenagem motora exerce sobre a engrenagem movida. A Figura 5.6 a seguir mostra que o pinhão exerce uma força na coroa, formando um ângulo (φ) com a tangente comum às circunferências primitivas (linhas tracejadas na Figura 5.6). Figura 5.6: Ângulo de ação ou de pressão Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 95 e-tec Brasil

96 Figura 5.7: Nomenclatura de uma engrenagem de dentes retos ou frontais Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais Estas engrenagens se caracterizam pela inclinação do dentado em relação ao eixo geométrico da roda, tendo como vantagens a alta resistência e trabalho silencioso. São utilizadas quando há necessidade de grandes esforços como em caixa de redução, de câmbio, etc. Além disso, permitem transmitir potências maiores com rotação variada. Assista a um vídeo sobre engrenagens helicoidais em: watch?v=frk9e7qgfy8 Entre as engrenagens helicoidais, a aplicação da engrenagem para rosca sem fim se destaca quando se deseja uma redução de velocidade na transmissão do movimento. As engrenagens cilíndricas com dentes helicoidais possuem como característica a transmissão de rotação entre eixos diversos (não paralelos), além de apresentarem um ruído menor do que as engrenagens cilíndricas com dentes retos. e-tec Brasil 96 Elementos de Máquinas

97 Figura 5.8: Engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais Fonte: Engrenagens cônicas As engrenagens cônicas apresentam a forma de tronco de cone, e podem ter dentes retos ou helicoidais, porém apresentam uma grande característica que é a transmissão de movimento entre eixos ortogonais. Nestas engrenagens, o dente apresenta espessura variada decrescendo da periferia para o centro da engrenagem. Figura 5.9: Engrenagem cônica de dentes helicoidais Fonte: De acordo com a inclinação do dente da roda, em relação ao seu eixo geométrico, pode se adotar a seguinte classificação: a) Roda de baixa rotação ângulo de inclinação 10º. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 97 e-tec Brasil

98 b) Roda de média rotação ângulo de inclinação 30º. c) Roda de alta rotação ângulo de inclinação 45º. 5.3 Obtenção de engrenagens Rodas dentadas podem ser obtidas através de dois processos básicos, que são: Obtenção de engrenagens com remoção de material É o processo mais comum e pode ser realizado através de: Fresa módulo é considerado o processo mais simples, normalmente empregado para rodas frontais. Neste processo, o dentado obtido pela usinagem total de cada dente, é realizado isoladamente, sendo isto uma desvantagem. Escolha da fresa para se usinar as engrenagens, são utilizadas as fresas módulo, sendo a escolha condicionada ao número de dentes das engrenagens. Fresa caracol este processo faz parte de um processo conhecido como geração, no qual o dentado da roda vai surgindo como um todo, porém o perfil do dente, só é definido no final do processo, quando a engrenagem se encontra concluída. Figura 5.10: Fabricação de engrenagem com fresa caracol Fonte: e-tec Brasil 98 Elementos de Máquinas

99 5.3.2 Obtenção de engrenagens sem remoção de material A produção de rodas dentadas, sem remoção de material, pode ser feita através dos seguintes processos: a) Fundição processo empregado para obter engrenagens de grande porte, com reduzido número de rotações, e que atuarão mais em função do peso do que pelo esforço. b) Extrusão o processo de extrusão se aplica em engrenagens com grande número de dentes, pequeno diâmetro e espessura, onde o esforço de trabalho é extremamente reduzido. Exemplos de materiais utilizados na fabricação destes tipos de engrenagens: latão, bronze, materiais não ferrosos. c) Estampagem se destina a produzir engrenagens de diâmetro médio, com elevado número de dentes e espessura reduzida. d) Forjamento esse processo é utilizado para engrenagens cônicas, cujo número de dentes é variado, porém com maior quantidade de material. 5.4 Cálculo de engrenagens de dentes retos ou frontais A seguir é abordado os cálculos referentes às engrenagens cilíndricas de dentes retos, helicoidais e parafusos com rosca sem fim Engrenagens cilíndricas de dentes retos ou frontais O módulo de uma engrenagem refere-se ao quociente resultante da divisão do diâmetro primitivo, em relação ao número de dentes, sempre expresso em milímetros (mm). O módulo é normalizado e expresso com números inteiros ou decimais. É com base no módulo e no número de dentes que o fresador escolhe a ferramenta que irá utilizar para usinar os dentes da engrenagem. Posteriormente, a verificação da peça executada também é feita em função dessas características. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 99 e-tec Brasil

100 Figura 5.11: Vista em corte de uma engrenagem de dentes retos ou frontais A seguir estão citados os nomes dos componentes de uma engrenagem de dentes retos ou frontais. De diâmetro externo Di diâmetro interno Dp diâmetro primitivo h altura total do dente ha altura do dente do diâmetro externo ao primitivo hd altura do dente do diâmetro primitivo ao interno e espessura do dente c intervalo entre dentes P passo da engrenagem b largura da engrenagem R raio do fundo do vão e-tec Brasil 100 Elementos de Máquinas

101 N número de dentes da engrenagem m módulo da engrenagem F folga do fundo do vão A distância entre centros de duas engrenagens essa medida se baseia no ponto de contato entre as engrenagens (Figura 5.12). Esse ponto está localizado na tangente (Figura 5.13) das circunferências que correspondem aos diâmetros primitivos das engrenagens. A seguir esta disposta a fórmula utilizada para obter o valor da distância entre centros de duas engrenagens: Figura 5.12: Distância entre centros de engrenagens Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 101 e-tec Brasil

102 Figura 5.13: Tangente de uma circunferência Estas fórmulas são utilizadas para obter os valores dimensionais referentes a engrenagens de dentes retos ou frontais. e-tec Brasil 102 Elementos de Máquinas

103 Cálculo do diâmetro externo O diâmetro externo corresponde ao diâmetro primitivo (dp), mais duas vezes a altura da cabeça do dente (a) que, por sua vez, é igual a um módulo (m). Isso é fácil de verificar, observando a Figura Ou seja, matematicamente: Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 103 e-tec Brasil

104 Figura 5.14: Diâmetro externo de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos A altura total (h) do dente de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos, conforme Figura 5.15, é igual a 2 módulos mais 1/6 de um módulo. O que pode ser comprovado tematicamente por: Figura 5.15: Altura total do dente de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos A altura total do dente da engrenagem, de acordo com a Figura 5.16, é obtida através da soma da altura da cabeça do dente (a), mais a altura do pé do dente (b), ou seja, h = a + b e-tec Brasil 104 Elementos de Máquinas

105 Figura 5.16: Altura total do dente de uma engrenagem cilíndrica de dentes retos 5.5 Engrenagens helicoidais Em função da inclinação do dente da engrenagem e em relação ao seu eixo geométrico, pode-se adotar a seguinte classificação para as engrenagens helicoidais: a) Roda de baixa rotação ângulo de inclinação 10º. b) Roda de média rotação ângulo de inclinação 30º. c) Roda de alta rotação ângulo de inclinação 45º. Características dimensionais de uma engrenagem cilíndrica com dentes helicoidais. Figura 5.17: Vista em corte de uma engrenagem de dentes helicoidais Na engrenagem cilíndrica, com dentes helicoidais, a característica em sua conformação é evidenciada conforme Figura 5.18, através do ângulo α, ou seja, o ângulo de inclinação da hélice. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 105 e-tec Brasil

106 Nomenclatura de uma engrenagem helicoidal De diâmetro externo Di diâmetro interno Dp diâmetro primitivo Pa passo aparente Pr passo real ma módulo aparente m módulo h altura total do dente Ph passo da hélice distância reta, paralela ao eixo, corresponde ao avanço completo da hélice de um dos dentes. ângulo de inclinação do dente da roda em relação ao eixo geométrico da mesma. Figura 5. 18: Trajetória do Passo da hélice Cálculo de engrenagens dentes helicoidais Estas fórmulas são utilizadas para obter os valores dimensionais referentes a engrenagens de dentes helicoidais. e-tec Brasil 106 Elementos de Máquinas

107 5.6 Engrenagens cônicas Em uma engrenagem cônica, o diâmetro externo (De) pode ser medido, o número de dentes (Z) pode ser contado e o ângulo primitivo (δ) pode ser calculado. Na Figura 5.19, podemos ver a posição dessas cotas. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 107 e-tec Brasil

108 Figura 5.19: Vista em corte de uma engrenagem helicoidal 5.7 Parafuso com rosca sem-fim É o tipo de parafuso que pode apresentar uma ou mais entradas, sendo que este número tem influência no sistema de transmissão. Se um parafuso com rosca sem-fim tem apenas uma entrada e está acoplado a uma coroa de 60 dentes, em cada volta dada no parafuso a coroa vai girar apenas um dente. Neste caso, então, como a coroa tem 60 dentes, será necessário realizar 60 voltas no parafuso para que a coroa gire uma volta. Desta forma, a rpm da coroa é 60 vezes menor que a do parafuso. Figura 5.20: Parafuso com rosca sem-fim com 4 entradas e-tec Brasil 108 Elementos de Máquinas

109 Se, por exemplo, o parafuso com rosca sem-fim está girando a rpm, a coroa girará a rpm, divididas por 60, que resultará em 30 rpm. Suponha, agora, que o parafuso com rosca sem-fim tenha duas entradas e a coroa tenha 60 dentes. Assim, a cada volta dada no parafuso com rosca sem-fim, a coroa girará dois dentes. Portanto, será necessário dar 30 voltas no parafuso para que a coroa gire uma volta. Assim, a rpm da coroa é 30 vezes menor que a rpm do parafuso com rosca sem-fim. Se, por exemplo, o parafuso com rosca sem-fim está girando a rpm, a coroa girará a 1.800, divididas por 30, que resultará em 60 rpm. A rpm da coroa pode ser expressa pela Equação 5.26: Onde: NC rpm da coroa Np rpm do parafuso com rosca sem-fim Ne número de entradas do parafuso Zc número de dentes da coroa Exemplo Em um sistema de transmissão, composto de coroa e parafuso com rosca sem-fim, o parafuso tem 3 entradas e desenvolve 800 rpm. Qual será a rpm da coroa, sabendo-se que ela tem 40 dentes? Dados disponíveis, retirados do exercício (exemplo). Np = 800 rpm Ne = 3 entradas Zc = 40 dentes Substituindo os valores na Equação 5.26, temos: Portanto, a coroa deverá girar a 60 rpm. Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 109 e-tec Brasil

110 Resumo Nesta aula, aprendemos a classificar os diferentes tipos de engrenagens, suas aplicações, formas de obtenção, assim como realizar cálculos com a finalidade de obter valores referentes às suas dimensões. Atividades de aprendizagem 1. Em relação ao processo para obtenção de engrenagens sem remoção de material, relacione as colunas e assinale a alternativa que contém a sequência correta. (A) Estampagem (B) Forjamento (C) Fundição (D) Extrusão (( ) Se destina a produzir engrenagens de diâmetro médio, com elevado número de dentes e espessura reduzida. (( ) O processo de extrusão se aplica em engrenagens com grande número de dentes, pequeno diâmetro e espessura, onde o esforço de trabalho é extremamente reduzido. (( ) Processo empregado para obter engrenagens de grande porte, com reduzido número de rotações, e que atuarão mais em função do peso do que pelo esforço. (( ) Esse processo é utilizado para engrenagens cônicas, cujo número de dentes é variado, porém com maior quantidade de material. a) B C A D b) D A B C c) A D C B d) D A C B e) B A C D e-tec Brasil 110 Elementos de Máquinas

111 2. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa com a sequencia correta. (( ) O sistema de transmissão composto pela coroa e pelo parafuso com rosca sem-fim é muito utilizado na mecânica, principalmente, em casos em que é necessária a ampliação de velocidade ou uma redução de força. (( ) Cremalheira é um sistema que pode transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa (( ) Espessura de dente corresponde à distância entre os dois pontos extremos de um dente, medida à altura do Di. (( ) Estas engrenagens se caracterizam pela inclinação do dentado em relação ao eixo geométrico da roda, tendo como vantagens a alta resistência e trabalho silencioso. a) V F F V b) V F V F c) F V F V d) F V V F e) V V F V 3. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. Em uma engrenagem o diâmetro pode ser medido, o número de dentes (Z) pode ser contado e o ângulo pode ser calculado. a) cônica externo de pressão b) helicoidal interno de inclinação c) helicoidal externo de pressão Aula 5 - Elementos de transmissão engrenagens 111 e-tec Brasil

112 d) cônica primitivo inclinação e) cônica externo primitivo 4. Sendo o valor da cabeça do dente igual a 12 mm, e o Dp igual a 108 mm, determine qual o valor de De? 5. Sendo o valor do pé do dente igual a 14 mm, e o Dp igual a 108 mm, determine qual o valor de Di? 6. O diâmetro interno de uma engrenagem frontal vale 90 mm. A folga do fundo do vão vale 0,48 mm. Determine os seus demais componentes. 7. Uma engrenagem helicoidal de alta velocidade (45 ) possui número de dentes igual a 30. Determine os demais componentes desta roda dentada, sendo o módulo igual a 3 mm. 8. Calcule qual será a rpm da coroa com 80 dentes de um sistema de transmissão, cujo parafuso com rosca sem-fim tem 4 entradas e gira a rpm? 9. Uma engrenagem helicoidal de média velocidade possui número de dentes igual a 40. Determine os demais componentes desta roda dentada, sendo o módulo igual a 4 mm. 10. Uma engrenagem helicoidal de alta velocidade (45 ) possui número de dentes igual a 40. Determine os demais componentes desta roda dentada, sendo o módulo aparente igual a 4,243 mm. 11. Uma engrenagem helicoidal de alta velocidade (45 ) possui Pa = 17,774 mm e N = 25. Determine os demais componentes desta roda dentada, sendo o h = 8,668 mm. 12. Qual será a rpm da coroa com 80 dentes de um sistema de transmissão, cujo parafuso com rosca sem-fim tem 4 entradas e gira a rpm? e-tec Brasil 112 Elementos de Máquinas

113 Aula 6 Elementos de acoplamento Objetivos Definir os principais elementos de acoplamento. Identificar os tipos e as diversas aplicações dos acoplamentos. Conhecer as formas de desalinhamento dos acoplamentos. 6.1 Acoplamento Acoplamento é um conjunto mecânico, constituído de elementos de máquinas, empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixo-árvores, conforme Figura 6.1. Emprega-se o acoplamento quando se deseja transmitir um momento de rotação de um eixo motor a outro elemento de máquina, situado coaxialmente (eixo comum) a ele. Também podem ser definidos como elementos de transmissão de máquinas, cujo objetivo é unir duas extremidades (eixos) de equipamentos distintos na transmissão de força. Assista a um vídeo sobre acoplamentos em: watch?v=_xf5pcd0krq#t=123 Figura 6.1: Acoplamento entre eixos-árvores motor e bomba Aula 6 - Elementos de acoplamento 113 e-tec Brasil

114 Os acoplamentos apresentam outras funções, tais como: Absorver desalinhamento entre os eixos. Absorver, parcialmente, choques em um dos eixos. Amortecer vibrações torcionais. Proteger máquinas e equipamentos de sobrecarga funcionando como fusível. Os acoplamentos que operam por atrito são chamados de embreagem (fricção) ou freios. 6.2 Classificação e tipos de acoplamentos Os acoplamentos classificam-se em permanentes e comutáveis, sendo que os permanentes atuam continuamente e dividem-se em rígidos e flexíveis. Já, os comutáveis atuam obedecendo a um comando Acoplamentos permanentes Os acoplamentos permanentes são usados para conectar eixos em que não há necessidade de desconexão durante o funcionamento da máquina ou equipamento, o que pode ocorrer em caso de manutenção. Estes tipos de acoplamentos são utilizados em situações em que os eixos das árvores: a) São colineares; por exemplo: acoplamento de flange. b) Se cruzam; por exemplo: junta universal. c) São paralelos; por exemplo: junta oldham conforme Figura 6.2. e-tec Brasil 114 Elementos de Máquinas

115 Figura 6.2: Junta oldham Acoplamentos permanentes rígidos flanges Este tipo de acoplamento (Figura 6.3) é considerado como o método clássico de conectar árvores, sendo adequado na transmissão de potência elevada em baixa velocidade. Para garantir um alinhamento conciso, estes acoplamentos são feitos frequentemente, com uma protuberância com a finalidade de encaixar em um rebaixo. Figura 6.3: Acoplamento permanente rígido A união das luvas ou flanges à árvore é realizada por meio de chaveta, encaixe com interferência ou cones. Quando se deseja transmissões de grandes potências, são utilizados acoplamentos de disco ou de pratos Acoplamento com luva de compressão ou de aperto A utilização deste tipo de luva, conforme (Figura 6.4), facilita na manutenção de máquinas e equipamentos, pois não interfere no posicionamento das árvores, e pode ser montado e removido sem que haja problemas de alinhamento. Aula 6 - Elementos de acoplamento 115 e-tec Brasil

116 Figura 6.4: Luva de compressão ou aperto Acoplamentos permanentes flexíveis São empregados para tornar mais suave a transmissão do movimento em árvores submetidas a movimentos bruscos e pelo fato de haver garantia de um perfeito alinhamento entre as árvores. a) Acoplamento elástico de garras neste caso, as garras, constituídas por tocos de borracha, encaixam-se nas aberturas do contra disco (Figura 6.5) e transmitem o movimento de rotação. Figura 6.5: Acoplamento elástico de garras b) Acoplamento de dentes arqueados este acoplamento apresenta dentes que possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, permitindo até 3 graus de desalinhamento angular. A peça transmissora do movimento, ou seja, o anel dentado possui duas carreiras de dentes separadas por uma saliência central. e-tec Brasil 116 Elementos de Máquinas

117 c) Acoplamentos elásticos são elementos utilizados com a função de tornar mais suave a transmissão do movimento em árvores que apresentam movimentos bruscos. Estes acoplamentos permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento angular, paralelo e axial entre as árvores. A principal função destes acoplamentos consiste em transmitir à máquina a energia de acionamento produzida pela unidade geradora, mas com o mínimo de vibrações. Flexibilidade elástica o elemento elástico possui capacidade de absorver desalinhamento axial, radial e angular (Figura 6.6). Acoplamentos elásticos são apropriados para transmitir rotação, movimento de torção, assim como amortecer picos de carga, choques e ruídos das máquinas acopladas. Pelas características mencionadas, os acoplamentos elásticos são os mais utilizados em equipamentos acionados por motor elétrico. Figura 6.6: Flexibilidade elástica Acoplamentos articulados Juntas universais (cardan) São acoplamentos usados na ligação de árvores que formam um ângulo permanente entre si, consistem basicamente de dois cubos que possuem, em suas extremidades, um garfo ligado a uma cruzeta Junta universal homocinética Esse tipo de junta é usado para transmitir movimento entre árvores que precisam sofrer variação angular, durante sua atividade. Essa junta é constituída de esferas de aço que são acomodadas em alojamentos específicos denominados calhas Acoplamentos móveis (embreagem) São acoplamentos empregados para permitir a conexão e a desconexão das árvores sem a necessidade de desmontar o acoplamento, isto é, para permitir Aula 6 - Elementos de acoplamento 117 e-tec Brasil

118 o jogo longitudinal das árvores. Esses acoplamentos, por serem controlados por um comando, transmitem força e movimento somente quando acionados Montagem de acoplamentos É importante que sejam adotados alguns cuidados durante a montagem dos acoplamentos, tais como: Colocar os flanges a quente, sempre que possível. Evitar a colocação dos flanges por meio de golpes: usar prensas ou dispositivos adequados. Priorizar o alinhamento das árvores da melhor forma possível, pois independente do uso de acoplamentos elásticos, com o tempo de serviço, poderá ocorrer desalinhamentos que deverão ser compensados. Realizar a averiguação da folga entre flanges e alinhamento, assim como a concentricidade do flange com a árvore. Antes de aplicar a carga, assegurar-se de que todos os elementos de ligação estejam bem instalados Desalinhamentos em acoplamentos O desalinhamento pode ser definido como sendo a não coincidência entre o eixo de simetria de dois veios colineares. Existem, no entanto, determinados casos em que é necessário existir um pequeno desalinhamento para lubrificação de dentes num acoplamento de engrenagem. O desalinhamento pode ser classificado como sendo angular ou paralelo. O desalinhamento angular, conforme Figura 6.7, ocorre quando o eixo de rotação de dois veios forma um ângulo. O desalinhamento paralelo ocorre quando o eixo de rotação entre os dois veios é paralelo. Na grande maioria dos casos, o desalinhamento é uma combinação do desalinhamento angular e paralelo. e-tec Brasil 118 Elementos de Máquinas

119 Figura 6.7: Tipos de acoplamentos Alguns acoplamentos podem suportar por longos períodos de funcionamento desalinhamentos severos, no entanto, alguns componentes mecânicos não suportam esse mesmo desalinhamento. A função principal de um acoplamento é transmitir potência entre uma máquina e outra, enquanto compensa pequenos desalinhamentos, deflexão do veio ou variações de temperatura. As forças criadas pelo desalinhamento são passadas para os componentes mecânicos, originando falhas prematuras. Resumo Nesta aula, aprendemos a definir os principais elementos de acoplamento e a identificar os seus tipos, assim como as suas diversas aplicações. Da mesma forma, conhecemos as possíveis formas de desalinhamento dos acoplamentos. Atividades de aprendizagem 1. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta: (( ) Emprega-se o acoplamento quando se deseja transmitir um momento de rotação de um eixo motor a outro elemento de máquina situado axialmente (eixo comum) a ele. Aula 6 - Elementos de acoplamento 119 e-tec Brasil

120 (( ) Os acoplamentos permanentes são usados para conectar eixos em que não há necessidade de desconexão durante o funcionamento da máquina ou equipamento. (( ) O acoplamento permanente rígido denominado de flange é considerado como o método clássico de conectar árvores, sendo adequado na transmissão de potência reduzida em alta velocidade. (( ) Quando se deseja transmissões de grandes potências são utilizados acoplamentos de disco ou de pratos. a) V F V F b) F V F V c) F V V F d) V F V V e) V F F V 2. Assinale corretamente a alternativa que complementa a ilustração a seguir conforme o tipo de desalinhamento. Figura 6.8: Tipos de acoplamentos exercício e-tec Brasil 120 Elementos de Máquinas

121 a) Paralelo angular combinado. b) Angular combinado paralelo. c) Angular paralelo combinado. d) Combinado angular paralelo. e) Paralelo combinado angular. 3. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. O acoplamento de dentes arqueados apresenta dentes que possuem a forma ligeiramente curvada no sentido, permitindo até graus de desalinhamento. A peça transmissora do movimento, ou seja, o anel dentado possui carreiras de dentes separadas por uma saliência central. a) radial dois tangencial duas b) radial três angular três c) axial dois tangencial duas d) axial três angular duas e) radial três angular três 4. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta: (( ) Os acoplamentos permanentes flexíveis são empregados para tornar mais suave a transmissão do movimento em árvores submetidas a movimentos bruscos e pelo fato de haver garantia de um perfeito alinhamento entre as árvores. (( ) Os acoplamentos elásticos permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento angular, paralelo e axial entre as árvores. Aula 6 - Elementos de acoplamento 121 e-tec Brasil

122 (( ) Os acoplamentos elásticos são os mais utilizados em equipamentos acionados por motor de combustão. (( ) Acoplamentos móveis (embreagem) por serem controlados por um comando, transmitem força e movimento somente quando acionados. a) V V F V b) F V F V c) V F V F d) F V F F e) F V V F 5. Qual a principal função dos acoplamentos elásticos? 6. Que tipo de garantia os acoplamentos permanentes flexíveis podem oferecer? e-tec Brasil 122 Elementos de Máquinas

123 Aula 7 Elementos de vedação Objetivos Definir os diferentes tipos de elementos de vedação. Classificar os elementos de vedação conforme suas aplicações. Conhecer as vantagens, modos de falhas, seleção e armazenagem de determinados elementos de vedação. 7.1 Vedação Vedação é o processo empregado para impedir a passagem, de maneira estática ou dinâmica, de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um meio para outro. São elementos destinados a impedir a saída de líquidos e gases, assim como da entrada de sujeira ou pó em máquinas e/ou equipamentos. Estes elementos são também conhecidos como juntas, retentores, gaxetas e guarnições. Em relação às partes a serem vedadas, estas podem estar em repouso ou em movimento. Uma boa vedação deve resistir a meios químicos, calor, pressão, desgaste e ao envelhecimento, ou seja, devem atuar de maneira diversificada, sendo específicos para cada tipo de atuação. Como exemplos, podemos citar o emprego de elementos de vedação em tampas, bombas, eixos, cabeçotes de motores, válvulas, etc. O material vedador deve ser compatível com o produto a ser vedado, isto é, importante, pois não pode ocorrer uma reação química entre ambos. Caso contrário, irá ocorrer vazamento e contaminação do produto, o que, em termos industriais, pode parar uma máquina e ocasionar contaminações do produto. 7.2 Materiais de vedação Os materiais usados como elementos de vedação são produzidos sob as mais diferentes formas e com os mais variados tipos de materiais, conforme exemplos a seguir: Aula 7 - Elementos de vedação 123 e-tec Brasil

124 Juntas de borracha, papelão, velumóide (guarnical). Anéis de borracha ou metálicos, retentores. Gaxetas. Selos mecânicos, etc. 7.3 Juntas e anéis Juntas de borracha são vedações empregadas em partes estáticas, muito usadas em equipamentos, flanges, etc. Anéis de borracha (O ring) são vedadores usados em partes estáticas ou dinâmicas de máquinas ou equipamentos, os quais podem ser comercializados em diferentes dimensões e perfis padronizados ou confeccionados. O mais característico é o anel padronizado usado para impedir vazamento, muito utilizado em vedações dinâmicas de cilindros hidráulicos e pneumáticos que operam à baixa velocidade. Os anéis O ring e gaxetas podem ser fabricados em borracha natural, neoprene, viton, silicone, poliuretano. São empregados em vedações de baixa, média e alta pressão, para vedação de óleo, graxa, água e outros fluidos em cilindros, hastes, válvulas, juntas e nas mais distintas máquinas da área industrial. Juntas de papelão são empregadas em partes estáticas de máquinas ou equipamentos como as tampas de caixas de engrenagens. Geralmente esse tipo de junta pode ser comprada ou confeccionada conforme o formato da peça que vai utilizá-la. Juntas metálicas estas juntas são aplicadas em vedações de equipamentos que operam com altas pressões e temperaturas. Geralmente são produzidas em aço de baixo teor de carbono, em alumínio, cobre ou chumbo. Apresentam como característica a aplicação em flanges, submetidas a apertos elevados ou limitados. Juntas de teflon material utilizado na vedação de produtos como óleo, ar e água, suportam temperaturas de até 260 C. Juntas de amianto é o tipo de junta empregada na vedação de fornos e outros equipamentos, devido ao fato de suportar elevadas temperaturas e ataques químicos de diversos produtos corrosivos. e-tec Brasil 124 Elementos de Máquinas

125 Juntas de cortiça material empregado em vedações estáticas de produtos como óleo, ar e água submetidos a baixas pressões, estas juntas são amplamente utilizadas nas vedações de tampas de cárter, em caixas de engrenagens, etc. Junta de borracha em forma de aro e secção circular este tipo de junta, quando apertada, ocupa o canal e mantém pressão constante. Junta labirinto com canal para graxa caracteriza-se por proteger com eficiência as máquinas e equipamentos contra a entrada de pó e a saída de óleo. Junta de anéis dispersores dispersa o óleo que chega até os anéis por forças centrífugas. O lubrificante retorna ao depósito por um furo na parte inferior. Junta de vedação expansiva metálica para gases e lubrificante usada em motores automotivos. Juntas plásticas ou veda junta são produtos químicos em pasta usados em superfícies rústicas ou irregulares. Empregados, também, como auxiliares nas vedações com guarnições de papelão ou cortiça. Existem tipos que se enrijecem e são usados para alta pressão; e tipos semi-secativos que mantêm a elasticidade para compensar a dilatação. Anel de feltro, fibra ou tecido de amianto é a forma mais simples e barata para reter lubrificantes. É usado para baixa velocidade Tipos e classificação de vedações a) Vedação por ranhuras formada por canais paralelos, para obturar a passagem de fluído, ou canais helicoidais que possibilitam o retorno do fluído. É necessário colocar graxa nas ranhuras, quando da montagem, para evitar a entrada de pó. b) Vedação com carbono um ou mais blocos de grafite são mantidos numa carcaça e acompanham com folga zero a superfície móvel, através de uma mola. c) Vedação por pacotes formada por um conjunto de guarnições, dispostas uma ao lado da outra, formando um pacote. O princípio é a vedação de contato entre as superfícies, muito empregada em peças móveis. Aula 7 - Elementos de vedação 125 e-tec Brasil

126 Este tipo de vedação pode ser produzida por meio de materiais não-metálicos, tais como borracha e plástico, ou de metais macios como cobre e alumínio, etc. d) Juntas plásticas ou veda junta estas juntas são produzidas com produtos químicos em pasta, empregados em superfícies rústicas ou irregulares. São utilizados também, como auxiliares nas vedações com guarnições de papelão ou cortiça. Na utilização destas juntas, é importante que seja respeitada a ordem de aperto dos parafusos para uniformizar a massa Seleção de junta A seleção do tipo de material da junta depende das condições operacionais (pressão e temperatura) e do fluido confinado. Em geral as juntas produzidas com materiais não metálicos não devem ser empregadas em pressões superiores a 80 kg/cm 2 ou temperaturas superiores que 440ºC. Alguns materiais, frequentemente usados na fabricação de juntas e materiais empregados em seu enchimento, possuem limites máximos de resistência à temperatura. A escolha do tipo e das dimensões da junta, assim como o rigor da ação corrosiva, podem maximizar ou minimizar esses limites Instalação das juntas Durante a instalação das juntas de vedação, a princípio deve-se ter cuidado com a planeza das superfícies que serão fechadas entre si, sendo examinada em todas as etapas durante o processo de montagem. As juntas devem estar limpas, sem recalques ou dobras e, suas colocações bem centralizadas, de forma a não ultrapassar a borda interior das superfícies em contato. Um importante cuidado está relacionado ao aperto dos parafusos, pois podem destruir a junta, comprometendo a vedação. 7.4 Retentores São peças utilizadas para retenção, compostos de uma membrana elastomérica, em forma de lábio, e uma parte metálica, que permite a fixação do lábio na posição apropriada de trabalho. Os retentores são produzidos a partir da borracha ou couro, apresentando perfil labial utilizado, para vedar principalmente peças móveis, ou seja, a vedação por retentores se dá através da interferência do lábio sobre o eixo. Esta condição de trabalho provoca atrito e a consequente geração de calor na área de contato, o que tende a e-tec Brasil 126 Elementos de Máquinas

127 causar a degeneração do material do retentor, provocando desgaste do lábio de vedação. Em determinadas ocasiões, provoca o desgaste no eixo, mais especificamente na região de contato com o retentor. Alguns tipos possuem uma carcaça metálica (Figura 7.1), empregada para ajuste no alojamento, apresentando um anel de arame ou uma mola helicoidal para manter a tensão ao vedar. Figura 7.1: Retentores Para que um retentor trabalhe de modo eficiente e tenha uma boa durabilidade, é necessário que a superfície do eixo e o lábio do retentor apresentem os seguintes parâmetros: O acabamento superficial do eixo deve ser obtido por meio de retificação, segundo os padrões de qualidade estabelecidos pelo projeto. Aula 7 - Elementos de vedação 127 e-tec Brasil

128 A superfície de trabalho do lábio do retentor não deve apresentar sinais de batidas, sulcos, trincas, falhas de material, deformação e oxidação. A dureza do eixo, no local de trabalho do lábio do retentor, deverá estar acima de 28 HRC Armazenagem dos retentores Durante o período de armazenamento, os retentores deverão ser mantidos nas próprias embalagens, observando a temperatura ambiente, a qual deverá permanecer entre 10ºC e 40ºC. Para preservar os retentores de possíveis agravos e deformações acidentais, devem-se evitar manipulações desnecessárias Pré-lubrificação dos retentores É recomendado a pré-lubrificação dos retentores no momento da montagem, favorecendo uma instalação perfeita do retentor no alojamento, permitindo também uma lubrificação inicial no lábio durante os primeiros giros do eixo. O fluido a ser utilizado na pré-lubrificação deverá ser o mesmo fluido a ser utilizado no sistema, devendo estar isento de contaminações. Cuidados necessários durante a montagem do retentor no alojamento: A montagem do retentor no alojamento deve ser efetuada com o auxílio de uma prensa mecânica, hidráulica e um dispositivo que garanta o perfeito esquadrejamento do retentor no interior do alojamento. A superfície de apoio do dispositivo e o retentor devem apresentar diâmetros próximos, impossibilitando que o retentor sofra agravos durante a operação de prensagem. O dispositivo não pode, de forma alguma, danificar o lábio de vedação do retentor. Cuidados que devem ser observados durante a substituição do retentor: Quando houver desmontagem do conjunto que provoque desmontagem do retentor ou do seu eixo de trabalho, recomenda-se substituir o retentor por um novo. Após a troca de um retentor e com o eixo mantido, o lábio do novo retentor não poderá trabalhar no sulco deixado pelo retentor anterior. e-tec Brasil 128 Elementos de Máquinas

129 Os riscos, sulcos, rebarbas, oxidação, assim como elementos estranhos devem ser evitados para não danificar o retentor ou ocasionar vazamento. Geralmente devido aos defeitos no alojamento, usam-se adesivos (colas) para garantir a estanqueidade entre o alojamento e o retentor. Nessa situação, o adesivo não deve atingir o lábio do retentor, para não comprometer o seu desempenho. Estanqueidade o seu ensaio é uma técnica de inspeção não destrutiva que permite não só localizar o vazamento de um fluido, seja ele líquido ou gasoso, como também permite medir a quantidade de material que está vazando, em sistemas que operam com pressão positiva ou com vácuo. 7.5 Gaxetas São elementos mecânicos utilizados para vedar a passagem do fluxo de fluido de um local para outro, total ou parcialmente. Os materiais usados na fabricação de gaxetas são: algodão, juta, asbesto (amianto), náilon, teflon, borracha, alumínio, latão e cobre. A esses materiais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone, grafite, mica, etc. A função desses outros materiais que são aglutinados às gaxetas é torná-las autolubrificadas. Em algumas situações, o fluxo de fluido não deve ser totalmente vedado, pois é necessária uma passagem mínima de fluido com a finalidade de auxiliar a lubrificação entre o eixo rotativo e a gaxeta. São produzidas em forma de cordas para serem recortadas ou em anéis prontos para a montagem. Gaxeta fofa com núcleo de fibra cerâmica apresenta capa de fibra de vidro e seção redonda, sendo especialmente processada para conferir maior capacidade de isolamento térmico, com alta maleabilidade. É completamente inorgânica, de fácil aplicação e grande durabilidade, totalmente isenta de amianto com reduzido peso por metro. Gaxeta de aramida isolante este tipo de gaxeta é destinado ao isolamento térmico, isenta de amianto, sendo fabricada de fios de aramida, com excelente resistência mecânica. Pode ser empregada para substituir o amianto em algumas aplicações, como em vedações térmicas de portas, tubulações, dutos, etc. Gaxeta de fibra de vidro apresenta boa resistência térmica e mecânica, de baixo custo e, muito leve, por essa razão está sendo muito utilizada para substituir o amianto branco em vedação de portas, carros cerâmicos, etc. Aula 7 - Elementos de vedação 129 e-tec Brasil

130 Gaxeta de fibra cerâmica esta gaxeta é a que apresenta melhor resistência à temperatura elevada, sendo utilizada na substituição da gaxeta de amianto branco em empresas com Certificação ISO É empregada para vedação térmica em geral, pois suporta temperaturas acima de 1000 C Seleção da gaxeta A escolha da gaxeta apropriada para cada tipo de trabalho deve ser feita com base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. No entanto, os seguintes dados deverão ser levados em consideração: Material utilizado na confecção da gaxeta. Construção do eixo ou haste. Dimensões da caixa de gaxeta. Fluido líquido ou gasoso bombeado pela máquina. Temperatura e pressão dentro da caixa de gaxeta. Tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo). Ciclos de trabalho da máquina. Condições especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de trabalho (submerso ou não); meio (ácido, básico, salino) a que se encontra exposta. 7.6 Selo mecânico É um dispositivo mecânico de forma cilíndrica utilizado na eliminação ou prevenção de vazamentos de fluidos, líquidos ou gases, sob pressão na caixa de selagem ou câmara do selo, de bombas centrífugas, bombas hidráulicas e reatores. Este dispositivo evita a passagem e saída de líquidos e gases entre o eixo rotativo (móvel) e a carcaça fixa da bomba. Em relação a gaxeta o selo mecânico apresenta diversas vantagens e benefícios, entre elas, podemos destacar a total vedação, assim como a durabilidade e manutenção praticamente inexistente, podem trabalhar sob grandes velocidades e em temperaturas e pressões elevadas, sem apresentar desgastes consideráveis. e-tec Brasil 130 Elementos de Máquinas

131 O selo mecânico conforme já citado é um dispositivo de vedação que utiliza princípios hidráulicos para reter fluidos por meio de princípios hidráulicos, sendo que esta vedação pode ser processada em dois momentos: a vedação principal e a secundária Vedação principal É realizada em um plano perpendicular ao eixo, por meio do contato deslizante entre as faces altamente polidas, de duas peças, comumente chamadas de sede e anel de selagem Vedação secundária A vedação secundária é aplicada à sede e ao anel de selagem, por meio de diversos anéis com perfis diferentes, tais como: junta, anel o ring, anel V, cunha, fole, etc Vantagens do selo mecânico Redução do atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedação, minimizando, consequentemente, a perda de potência. Eliminação do desgaste antecipado do eixo e da bucha. A vazão ou fuga do produto em operação é mínima ou imperceptível. Possibilita operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis com segurança. Apresenta a capacidade de absorver o jogo e a deflexão normais do eixo rotativo. Resumo Nesta aula aprendemos a definir os diferentes tipos de elementos de vedação, classificar estes elementos de acordo com as suas aplicações. Da mesma forma, pode-se conhecer as vantagens do uso do selo mecânico, a analise de falhas em retentores e de seus possíveis vazamentos, assim como a seleção e armazenagem de retentores. Aula 7 - Elementos de vedação 131 e-tec Brasil

132 Atividades de aprendizagem 1. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta: (( ) Uma boa vedação deve resistir a meios químicos, calor, pressão, desgaste e envelhecimento, ou seja, devem atuar de maneira diversificada, sendo específicos para cada tipo de atuação. (( ) Os anéis O ring são empregados somente em vedações de baixa pressão, para vedação de óleo, graxa, água e outros fluidos, em cilindros, hastes, válvulas, juntas e nas mais distintas máquinas da área industrial. (( ) O material vedador deve ser compatível com o produto a ser vedado, isto é importante, pois não pode ocorrer uma reação química entre ambos. (( ) Juntas metálicas são aplicadas em vedações de equipamentos que operam com altas pressões e temperaturas. a) V F V F b) F V F V c) F V V F d) V F V V e) V F F V 2. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. Gaxeta é a que apresenta melhor resistência à elevada, sendo utilizada na substituição da gaxeta de amianto em empresas com Certificação ISO É empregada para vedação térmica em geral, pois suporta temperaturas acima de. a) de vidro temperatura cinza 1200 C b) cerâmica pressão branco 1200 C c) de vidro temperatura branco 1000 C e-tec Brasil 132 Elementos de Máquinas

133 d) cerâmica temperatura branco 1000 C e) de vidro pressão cinza 1350 C 3. Referente às juntas, relacione as colunas e assinale a alternativa que contém a sequência correta. (A) de papelão (B) metálicas (( ) Material utilizado na vedação de produtos como óleo, ar e água, suportam temperaturas de até 260 C. (C) de teflon (D) amianto (( ) Estas juntas são aplicadas em vedações de equipamentos que operam com altas pressões e temperaturas. (( ) São empregadas em partes estáticas de máquinas ou equipamentos, como as tampas de caixas de engrenagens. (( ) É o tipo de junta empregada na vedação de fornos e outros equipamentos, devido ao fato de suportar elevadas temperaturas e ataques químicos de diversos produtos corrosivos. a) D B A C b) B A D C c) C B A D d) A D C B e) C A B D 4. De que depende a seleção do tipo de material da junta? 5. Para que é utilizado o selo mecânico? 6. Cite duas vantagens do selo mecânico. Aula 7 - Elementos de vedação 133 e-tec Brasil

134

135 Aula 8 Máquinas de elevação e transporte Objetivos Conhecer os diferentes tipos de máquinas de elevação de transporte. Definir o tipo de equipamento a ser utilizado na elevação ou transporte. Identificar os tipos de aplicações e respectivas capacidades de carga. 8.1 Movimentação de cargas A movimentação de cargas compreende as operações de elevação, transporte e descarga de objetos, que pode ser efetuada manualmente ou com recurso de sistemas mecânicos. A movimentação mecânica de cargas permite que, de um modo planejado e seguro, e com recurso a um determinado conjunto de materiais e meios, se movimentem cargas de um determinado ponto para outro. Esta operação compreende as seguintes fases: Elevação ou carga. Manobra livre ou movimentação. Assentamento ou descarga. O crescente desenvolvimento das atividades na área de mineração, indústria, assim como do intercâmbio comercial tornam necessários o aumento de diversos equipamentos destinados à movimentação de cargas. As máquinas e equipamentos de elevação apresentam uma grande variedade, sendo utilizados em todos os setores da atividade industrial. Os principais equipamentos e dispositivos que fazem parte das máquinas de elevação são: Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 135 e-tec Brasil

136 Guindastes. Pontes rolantes. Elevadores. Guinchos. Figura 8.1: Porto de Rio Grande Brasil RS Fonte: Autor O projeto e construção de máquinas de elevação exigem a aplicação de normas específicas, que determinam as condições básicas a serem obedecidas. A especificação das características do equipamento é muito importante para definir as condições da aplicação. Os sistemas de movimentação de cargas abrangem no seu grupo os aparelhos que elevam e movimentam cargas, cujas massas estão compreendidas pelos limites das suas capacidades nominais. Por carga nominal entende-se a carga máxima de elevação ou capacidade de carga, a carga máxima que o equipamento de elevação pode suspender Tambor ou dromo É o elemento do sistema de elevação, cuja função é acomodar o cabo de aço entre os cursos mínimo e máximo, o que juntamente com o diâmetro especificado para o cabo, determina as características dimensionais para o tambor. Para definir o dimensionamento do tambor devem ser consideradas três condições de carregamento: e-tec Brasil 136 Elementos de Máquinas

137 a) Solicitação de compressão e flexão devido ao enrolamento. b) Solicitação de flexão devido à tração do cabo. c) Solicitação de rotação que produz um momento de torção. Os tambores são formados basicamente pelo corpo, onde estão presentes as ranhuras, as paredes laterais e o eixo de apoio. A transmissão do movimento de rotação para o tambor pode ser realizada diretamente por meio do eixo de saída do redutor ou de uma engrenagem acoplada a uma das paredes laterais. 8.2 Dispositivos destinados a manuseio de carga A diversidade existente em relação aos tipos de cargas e materiais a serem movimentados pelos equipamentos de elevação exigem, em determinados casos, o projeto de dispositivos especiais, como exemplo, o gancho forjado, o qual é citado como um dos elementos mais comuns. Tais componentes são normalizados e podem ser localizados nos catálogos dos fabricantes especializados, assim como ganchos alguns dispositivos como laços, manilhas e olhais. Para aplicações de manuseio de carga em instalações siderúrgicas, são necessários uma grande variedade de dispositivos, como por exemplo, em materiais granulados, onde são utilizadas as caçambas, conhecidas como grabs utilizadas para realizar o descarregamento de carvão e minério de ferro dos navios e escória de alto forno. Também nas áreas de laminações existe uma grande variedade de dispositivos. Já, nas instalações portuárias, os dispositivos para o manuseio das cargas variam de simples laços até dispositivos automatizados empregados na movimentação de containers. Em cargas especiais, pode ser necessário a disponibilidade de dispositivos especiais para maximizar a produtividade dos trabalhos de carga e descarga Guinchos São utilizados como meio de elevação de carga, principalmente em locais de difícil acesso, durante os períodos de construção ou reforma de instalações, constituídos por um tambor para o enrolamento do cabo e um sistema de transmissão para o acionamento manual ou motorizado do tambor. Este sistema de transmissão depende das características de aplicação do equipamento, sendo que os guinchos motorizados podem ser acionados por motor elétrico, hidráulico ou pneumático. Os guinchos manuais têm capacidade entre 50 kgf Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 137 e-tec Brasil

138 e 6000 kgf, sendo que em seu projeto o sistema de acionamento deve garantir uma força de acionamento não superior a 25 kgf. A estrutura de construção das máquinas de levantamento é realizada sob diferentes formas em função do tipo, capacidade de carga e das dimensões utilizada, sendo que as principais formas de construção podem ser divididas em: Vigas abertas normalmente emprega os perfis de construção estrutural, como por exemplo, o I e o U, empregada em pontes rolantes, pórticos e guindastes giratórios. Este tipo de estrutura simplifica a construção, entretanto tem a capacidade de carga limitada. Vigas fechadas são conhecidas como viga em caixa, ou meramente viga caixão, empregadas principalmente em equipamentos de grande porte e com capacidade de carga elevada, sendo atualmente muito utilizadas em construções de pontes rolantes e pórticos Treliças São estruturas que empregam a combinação de perfis soldados ou parafusados, obtendo vigas com alta capacidade de carga, onde os elementos construtivos utilizados podem ser cantoneiras, tubos, perfil I, U, etc. As treliças são utilizadas em lanças de guindastes móveis, guindastes de construção civil e em máquinas situadas em pátios de exploração de minério Transportadores hidráulicos São perfeitos para movimentações realizadas em posições horizontais de paletes. Estes equipamentos também são conhecidos como carrinho hidráulico, pois permitem a elevação e a descida estável dos paletes. Apresenta fácil operação, segurança e confiabilidade para operações em pisos planos de boas condições. 8.3 Elevadores e guindastes Elevador É um dispositivo de transporte usado para mover bens, pessoas, materiais, etc. Correspondem a sistemas de elevação composto por: Uma máquina de tração. Um conjunto de polias. e-tec Brasil 138 Elementos de Máquinas

139 Guias e cabos de aço. Contrapeso. Quadro de comando do elevador. Os principais fatores que diferem um elevador de outro são: capacidade de carga e tráfego, velocidade, acabamento interno, etc., sendo os principais determinantes na escolha adequada da máquina de tração e sistema de controle do motor, assim como na seleção do quadro de comando e cabina. De um modo geral um elevador pode ser dividido em 6 partes: a) Casa de máquinas referente ao local onde normalmente são instalados os equipamentos de tração e o quadro de força que aciona o elevador. b) Cabina refere-se ao compartimento empregado no transporte da carga. c) Contrapeso é uma parte essencial do sistema, que permite que a carga na cabina, seja transportada parcialmente balanceada empregando menos energia na operação. d) Caixa ou caixa de corrida local em que a cabina se desloca. e) Patamar ou pavimento local através do qual a carga entra na cabina. f) Poço local onde estão instalados os dispositivos de segurança (pára-choques) para proteção de limite de percurso do elevador. NBR esta norma fixa as condições exigíveis na elaboração do projeto, fabricação e instalação de elevadores de passageiros, com a finalidade de adequá-los com características necessárias para o transporte de pessoas portadoras de deficiência, que podem locomover-se sem o auxílio de terceiros Guindaste É um equipamento que possui uma lança giratória e um sistema de levantamento de carga, construído de acordo com o princípio da gangorra. Corretamente dimensionado, o guindaste executará a contento todo o serviço e, corretamente operado, trará rapidez e segurança à operação. Com manutenção preventiva em dia, o guindaste dificilmente falhará quando solicitado. Os guindastes Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 139 e-tec Brasil

140 são equipamentos de içamento de cargas que são montados sobre um veículo, sendo também chamados de guindastes móveis. Possuem uma lança conectada à base do veículo que se projeta para adiante do equipamento conforme Figura 8.2. A lança possui variados movimentos, podendo formar diversos ângulos com relação a um plano horizontal, variando sua inclinação. Isto permite que o guindaste levante cargas em diferentes posições sobre o solo. Outro movimento possível é o giro da lança, segundo um eixo vertical, com um raio de ação que pode se estender a 360 ao redor do guindaste. Figura 8.2: Partes que compõem um guindaste Guindaste ou grua é um equipamento empregado para a elevação e movimentação de cargas e materiais pesados, com a utilização de uma ou mais máquinas simples para mover cargas além da capacidade humana. Geralmente usados no transporte industrial para carregamento e descarregamento de cargas ou containers, na organização de materiais pesados e na construção civil durante o deslocamento de materiais com grande massa. 8.4 Pontes rolantes Estes equipamentos de içamento apresentam grande aplicabilidade nas usinas hidrelétricas, pois são destinados à montagem e à desmontagem das unidades. e-tec Brasil 140 Elementos de Máquinas

141 Apresentam uma grande importância devido à facilidade e rapidez que proporcionam no trabalho emergencial de conserto de unidades. A ponte rolante tem seus movimentos longitudinal, transversal e vertical motorizados, sendo que, de acordo com o seu tamanho e potência, podem apresentar movimentos comandados por um operador na cabina ou por botoeira ao nível do piso. O movimento longitudinal esquerdo ou direito é realizado pelas rodas sobre os trilhos e, o transversal esquerdo, ou direito, é feito pelo carro sobre a ponte. As pontes rolantes variam em função dos fabricantes, de forma que existem diversas opções oferecidas, por exemplo, em relação a potência de carga, as pequenas têm até N (3 t) e as grandes podem chegar até N (120 t). A montagem das pontes rolantes pode ser realizada em pequenos vãos, de 8 m a 30 m. Em relação a capacidade da ponte rolante, esta deve ser suficiente para permitir a movimentação da peça mais pesada, por exemplo, o rotor do gerador Tipos de pontes rolantes Os tipos mais comuns estão descritos a seguir: Ponte rolante apoiada univiga A capacidade deste tipo de ponte depende da capacidade do vão, pois podem suportar cerca de kg, sendo que as vigas principais podem ser constituídas de viga tipo I laminada ou viga tipo caixão soldada Ponte rolante apoiada dupla-viga Apresenta como vantagem o aproveitamento da altura, pois o gancho de carga pode ser içado entre as duas vigas principais. Neste tipo de ponte rolante, a carga suportada pode ser de até kg Ponte rolante suspensa Este tipo de ponte geralmente utiliza o máximo de altura disponível, eliminando a necessidade de estrutura auxiliar no piso. O movimento ocorre na aba inferior da viga de rolamento que é montada diretamente na estrutura do prédio. Em relação a capacidade de carga suportada, suportam kg. 8.5 Correias transportadoras São equipamentos designados a transportar materiais sólidos a granel, geralmente cereais, minerais, cavacos de madeira, bagaço de cana, etc., de um a outro local dentro de unidades fabris. A principal característica destes equipamentos está na possibilidade de conquistar grandes deslocamentos Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 141 e-tec Brasil

142 horizontais, com reduzido custo de manutenção em relação à simplicidade de sua operação. Mas apresentam limitações quanto ao deslocamento vertical, devido ao ângulo de ataque, o qual deve ser de, no máximo, 20º. Estes equipamentos são muito utilizados em indústrias de mineração, alimentícias, química, madeiras, cervejarias, etc. Alguns cuidados devem ser tomados para obter uma maior durabilidade das correias transportadoras, pois é muito comum nas instalações as correias trabalharem desalinhadas e frequentemente atingindo a borda em estruturas ou em roletes, provocando o desalinhamento que é comprovadamente um dos principais responsáveis pela redução significativa da vida útil das correias. A seguir são citados diversos itens que podem afetar diretamente a durabilidade da correia: a) Estrutura metálica esta averiguação pode ser efetuada de forma simples, estendendo uma linha ou cordão ao longo da estrutura, avaliando os possíveis desvios. b) Tambores os tambores inicialmente devem estar perpendiculares à linha de centro do transportador e estarem paralelos entre si. c) Roletes da mesma forma que os tambores, os roletes devem permanecer perpendiculares em relação à linha de centro do transportador, limpos e girando livremente. d) Alimentação o desalinhamento pode ser ocasionado devido à alimentação descentralizada do transportador, o que pode ocorrer devido ao peso, gerando uma força que desalinhará a correia. Figura 8.3: Alimentação descentralizada (a) e desalinhamento da correia (b) 8.6 Transportadores pneumáticos Sistemas utilizados para transportar os resíduos coletados nos filtros de mangas possui capacidade de transporte variado de resíduos de madeira seca ou úmida. e-tec Brasil 142 Elementos de Máquinas

143 Filtro de mangas do sistema transporte pneumático, instalado em cima do silo, com limpeza automática das mangas, através de jatos de ar comprimido, comandadas por um sequenciador eletrônico. 8.7 Empilhadeiras Define-se empilhadeira (Figura 8.4) como um veículo autopropulsor de quatro rodas, projetado para levantar, transportar e posicionar materiais, constituindo-se em um dos equipamentos mais versáteis no transporte interno. Figura 8.4: Empilhadeira a gás Fonte: Autor Destina-se tanto à movimentação vertical quanto horizontal de praticamente todos os tipos de materiais, sem as limitações de um trajeto fixo. As cargas são carregadas em garfos, com movimento para cima e para baixo, sobre um quadro situado na parte dianteira do veículo. As rodas traseiras são direcionadas e as frontais de tração, podem ser motorizadas ou manuais. É uma máquina onde o peso da carga movimentada é balanceado por um contrapeso colocado na parte traseira do veículo. É construída segundo o princípio da gangorra, onde a carga, nos garfos, é equilibrada pelo peso da máquina. O centro de rotação ou o apoio da gangorra é o centro das rodas dianteiras. Dessa maneira, é muito importante sabermos a distância do centro das rodas até o centro da carga colocada. Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 143 e-tec Brasil

144 A capacidade de elevação de uma empilhadeira é determinada por dois fatores: a) Peso da carga. b) Distância do centro de gravidade da carga. Segundo a norma P-NB-153 da ABNT, as capacidades são referidas com centro de carga a 60 cm. Para informações exatas, deve-se referir ao gráfico de capacidade, publicado nos folhetos de especificações de cada empilhadeira. A maioria das empilhadeiras tem uma suspensão de três pontos, mesmo quando se locomove em quatro rodas, conforme Figura 8.5. Figura 8.5: Empilhadeira Normalmente, o eixo traseiro pivota sobre um pino no centro, de modo que a empilhadeira está suspensa em três pontos conforme Figura 8.6, no pino de articulação do eixo traseiro e em cada uma das rodas dianteiras. A área compreendida dentro dos pontos de suspensão é chamada de triângulo de estabilidade. Se o ponto de equilíbrio incidir fora do triângulo da estabilidade, a empilhadeira tomba ao longo de uma das linhas do triângulo. Quando o ponto de equilíbrio se desloca também, em resposta a uma aceleração e desaceleração repentina ou virada bruscas, a empilhadeira tomba para frente. A estabilidade é resultante de vários fatores. Os principais são: distância entre eixos, largura total do eixo de tração, altura de elevação e distribuição do peso são os maiores. Acessórios requeridos e tipos de cargas a serem manipulados também são considerações importantes. e-tec Brasil 144 Elementos de Máquinas

145 Figura 8.6: Empilhadeira suspensa sob três pontos A transferência de peso e os movimentos do centro de gravidade resultantes, as forças dinâmicas criadas quando a máquina está em movimento, freando, elevando, inclinando e descendo cargas, são considerações de estabilidade. Figura 8.7: Centro de equilíbrio (a) e posicionamento (b) Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 145 e-tec Brasil

146 Figura 8.8: Elevação de cargas com empilhadeira Tipos de estabilidade Estabilidade lateral em movimento deve ser considerado a habilidade da máquina manobrar rapidamente, quando estiver trabalhando vazia e a carga estiver abaixada a 30 cm do chão. Estabilidade lateral de empilhamento deve ser considerado o alto empilhamento de cargas, assim como o efeito ao declive do solo, nas atividades de alto empilhamento. Estabilidade longitudinal em movimento deve ser considerada a habilidade de parar a máquina, estando ela em movimento, vazia ou carregada e com carga aproximadamente a 30 cm do solo. Estabilidade longitudinal de empilhamento deve ser considerado o manejo de cargas nas elevações do empilhamento e o efeito de paradas imprevistas. e-tec Brasil 146 Elementos de Máquinas

147 Resumo Nesta aula, aprendemos a conhecer diferentes tipos de máquinas de elevação de transporte, a definir o tipo de equipamento a ser utilizado na elevação ou transporte, assim como a identificar, de acordo com a carga, os respectivos tipos de aplicações. Atividades de aprendizagem 1. De acordo com a frase a seguir, marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta. Para definir o dimensionamento do tambor devem ser consideradas três condições de carregamento: (( ) Solicitação de compressão e flexão devido ao enrolamento. (( ) Solicitação de flexão devido à torção do cabo. (( ) Solicitação de rotação que produz um momento de tração. a) V F F b) V F V c) V V F d) F V F e) F F V 2. Marque (V) para verdadeiro e (F) para falso para as afirmativas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta (( ) Tambor ou dromo é o elemento do sistema de elevação, cuja função é acomodar o cabo de aço entre os cursos mínimo e máximo, o que juntamente com o diâmetro especificado para o cabo, determina as características dimensionais para o tambor. Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 147 e-tec Brasil

148 (( ) Vigas fechadas empregada em pontes rolantes, pórticos e guindastes giratórios. Este tipo de estrutura simplifica a construção, entretanto tem a capacidade de carga limitada. (( ) NBR esta norma fixa as condições exigíveis na elaboração do projeto, fabricação e instalação de elevadores de passageiros, com a finalidade de adequá-los com características necessárias para o transporte de pessoas portadoras de deficiência e, que podem locomover-se sem o auxílio de terceiros. (( ) Correias transportadoras apresentam limitações quanto ao deslocamento vertical, devido ao ângulo de ataque, o qual deve ser de no máximo 25º. a) V F V V b) F V F V c) F F V F d) V F F F e) V F V F 3. Complete corretamente a frase abaixo de acordo com as alternativas propostas. Se o ponto de equilíbrio incidir do triângulo da estabilidade, a empilhadeira ao longo de uma das linhas do triângulo. Quando o ponto de equilíbrio se desloca também, em resposta a uma e repentina ou virada bruscas, a empilhadeira tomba para frente. a) fora tomba aceleração desaceleração b) dentro tomba aceleração freada c) fora para parada desaceleração d) fora tomba aceleração freada e) dentro para parada freada e-tec Brasil 148 Elementos de Máquinas

149 4. Relacione os centros de equilíbrio, mostrados na Figura 8.9, com as afirmativas e assinale a alternativa com a sequência correta. Figura 8.7: Centro de equilíbrio exercício (( ) Repouso (( ) Parada (( ) Arranca a) B C A b) C A B c) A C B d) A B C e) B A C 5. Em relação à durabilidade da correia, como devem encontrar-se os tambores? 6. O que é muito comum nas instalações que utilizam correias transportadoras? 7. O que deve ser considerado na estabilidade lateral de empilhamento? Aula 8 - Máquinas de elevação e transporte 149 e-tec Brasil

150 Referências ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13994: elevadores de passageiros: elevadores para transporte de pessoa portadora de deficiência. Rio de Janeiro, maio de COLLINS, J. Projeto mecânico de elementos de máquinas: uma perspectiva de prevenção de falhas. São Paulo: Editora LTC, CUNHA, Lauro Salles, CRAVENCO, Marcelo Padovani. Manual prático do mecânico. São Paulo: Ed. Hemus, FAIRES, V. M. Elementos orgânicos de máquina. Rio de Janeiro: Ed. LTC, v. I e II. MELCONIAN, S. Elementos de máquinas. São Paulo: Ed. Érica Ltda., PROVENÇA, F. Projetista de máquinas. São Paulo: Ed. PROTEC,1978. v. I, II e III. SHIGLEY, J. E. Elementos de máquinas. Rio de Janeiro: Ed. LTC, v. I e II. TELECURSO MECÂNICA. Elementos de máquinas. Rio de Janeiro: Ed. Globo, v. I e II. e-tec Brasil 150 Elementos de Máquinas

151 Currículo do professor-autor Atualmente, o professor Alessandro de Franceschi trabalha como Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico no Colégio Técnico Industrial de Santa Maria (CTISM), vinculado a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Técnico em Mecânica CTISM (UFSM). Técnico em Eletrotécnica CTISM (UFSM). Graduado em Engenharia Mecânica (UFSM). Formação Pedagógica Licenciatura Plena em Ensino Profissionalizante pela Universidade de Ijuí (UNIJUI). Especialização em: Engenharia e Segurança do Trabalho (UFSM). Gerenciamento da Qualidade (UFSM). Gerenciamento de Máquinas e Equipamentos Agrícolas (UFPEL). Mestrado em Engenharia de Produção (UFSM). Doutorando em Engenharia Agrícola área de Mecanização Agrícola (UFSM). No CTISM, ministra as disciplinas de Elementos de Máquinas para o curso Técnico em Mecânica; Administração e Organização do Trabalho, Ergonomia e Tecnologias e Processos Industriais III para o curso Técnico em Segurança do Trabalho; Segurança em Soldagem para o curso Técnico em Soldagem e Introdução a Segurança de Máquinas e Equipamentos, Gestão Industrial I e II para o Curso Superior em Tecnologia de Fabricação Mecânica. Miguel Guilherme Antonello ocupa, atualmente, o cargo de Professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico no Colégio Técnico Industrial de Santa Maria (CTISM). Atuou na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em projeto mecânico de motores elétricos assíncronos, projeto mecânico de estruturas veiculares e simulação computacional. Técnico em Informática Colégio Politécnico da UFSM (2005). Técnico em Eletromecânica CTISM (2007). Graduação em Engenharia Mecânica UFSM (2012), Formação pedagógica no Programa Especial de Graduação de Formação de Professores para a Educação Profissional UFSM (2014), Mestrando em Engenharia de Produção UFSM. 151 e-tec Brasil