SEM 0326 EleMaq II Elementos de fixação mecânica: Visão Geral Profa. Zilda de C. Silveira São Carlos, Agosto de 2011. 1. Estrutura do curso ELEMAQ (SEM 0241) Projeto introdução Revisão de resistência dos materiais Materiais Fadiga Eixos União eixo-cubo União eixo-eixo Mancais COMPLEMAQ I (SEM 0326) União por parafusos União por solda Molas elásticas Juntas adesivas* COMPLEMAQ II (SEM 0327) Transmissões Pares de rolamento por Correia por corrente por engrenagens por atrito Projeto de um redutor de engrenagem 1
- A utilização massiva de elementos de fixação fornece um quadro superficial, que pode se resumir a uma simples escolha desses elementos: - Condução à sérios problemas de projeto: respondendo à cerca de 50% de falhas potenciais/funcionais de projetos automobilísticos. *Aproximadamente 2,5 milhões de uniões em um Boeing 747 dados de 1978). O sucesso ou falha (potencial ou funcional) pode depender da seleção do tipo e das propriedades, das uniões mecânicas em um projeto. - Raramente, em engenharia (mecânica, mecatrônica, aeronáutica, elétrica, agrícola) é feito o projeto de uma peça única. - Componentes e montagens são unidas, através de elementos mecânicos. Há uma variedade desses objetos de união, sendo as formas mais comuns de união: - Parafusadas, soldadas, rebitadas, coladas,... Análise x Tomada de Decisão 2
- As uniões parafusadas (rosqueadas) podem ser obtidas por meio de: Parafusos de fixação; Parafusos com pré-tensão; Parafusos obturadores; Parafusos de potência (movimento). http://www.americanfastener.com http://www.machinedesign.com 3
Figura 1 Tipos básicos de elementos de fixação rosqueados. Figura 2 Alguns tipos comuns de cabeças de parafusos. 4
- As uniões (não-rosqueadas) são representadas por: Rebites estruturais (uniões rebitadas): utilizados em projetos de aviões, equipamentos de transporte e outros componentes que requerem uniões com resistência relativamente alta. - Utilizadas inicialmente, em construção de prédios, aquecedores, pontes e navios (com substituição de uniões soldadas, devido à segurança de projeto exigida). Soldas, uniões coladas/juntas adesivas. 5
e objetivos - Elementos de fixação podem ser projetados, para dispositivos simples de baixo custo: - Facilidade de desmontagem: manutenção e substituição de componentes devem ser consideradas; - A dificuldade de desmontagem pode ser um requisito necessário, quando à resistência ao vandalismo! - Requisitos cada vez mais comuns: facilidade de desmontagem, para o descarte e a substituição de componentes e materiais. mais leves, de fabricação e uso mais baratos, menos susceptíveis à corrosão, que suportem vibrações: desafio constante ao engenheiro. 2. Objetivo do curso Projeto e Seleção de elementos de fixação mecânica Cargas e Tensões atuantes 6
1.1 Projeto de Engenharia INCERTEZAS São muitas as incertezas em projetos de máquinas, é sempre necessário calcular um ou mais coeficientes de segurança para estimar a probabilidade de falha. Há também normas especificas, de legislatura ou aceitos de forma geral. O Coeficiente de segurança ou fator de segurança (N), sempre adimensional, é tipicamente a razão entre duas quantidades de mesma unidade: resistência/tensão atuante; esforço crítico/esforço aplicado; velocidade crítica/velocidade de operação. N= max(f1,f2,f3) F1 incertezas sobre propriedades dos materiais F2 condições ambientais de uso F3 modelos analíticos de forças e tensões Exemplos: Aeronaves comerciais: N 1,2-1,5 (devido a necessidade de peso baixo, sofisticados ensaios analíticos) Aeronaves militares: N<1,1 (tripulação usa pára-quedas) Mísseis: N=1 (não tem tripulante) Escada rolante: N=14 (em um Estado americano) Suporte de elevadores F*=2 Suporte de maquinas leve F 1,2 Suporte de maquinas de movimento alternado F 1,5 Fontes: NORTON, R.L. Projeto de Máquinas, 2.ed. Bookman, Porto Alegre, 2004.; SHIGLEY, J.E., Projeto de engenharia mecânica, Ed. Bookman, 7ed, 2005 Bibliografia Juvinall, R.C.; Marshek, K. M. Projeto de componentes de máquinas. Editora LTC, 2008. Krutz, G.W.; Schueller, J.K.; Claar, P.W. Machine Design: for mobile and industrial applications. 2 Edition. SAE International. 1999. Niemann, G. Elementos de Máquinas, vols. I, II e III, Editora Edgard Blucher, 1991. Norton, R.L. Machine Design: An integrated approach. 2.ed. Bookman, Porto Alegre, 2000. Shigley, J. E. Projeto de Engenharia Mecânica, 7.ed. Bookman, Porto Alegre, 2005. 7