Aula 5 e 6: Capítulo 3 Eixos, árvores, mancais e guias
História
Árvore: Elemento que gira transmitindo potência. Submetido à esforços de flexão.
Exemplo de árvore O virabrequim transforma movimento circular em linear.
Eixo Elemento fixo ou não que suporta rodas dentadas, polias,etc... Sujeito principalmente a esforços de flexão.
Exemplos:
Materais Os eixos e árvores precisam de: Resistência mecânica: resistência à tração de 500 à 600N/mm²; Resistência ao desgaste: tratamento térmico (têmpera ou cementação); Podemos usar: Aço ABNT 1045 com dureza de 40 a 50 RC após revenimento. Aços liga com 28-35RC; Aços para cementação que devem atingir 56 à 62RC;
Eixos maciços A extremidade do eixo é chanfrada para evitar rebarbas.
Eixos e Árvores Vazadas Eixo-árvore vazado são utilizados em máquinas-ferramenta para facilitar a fixação de peças mais longas para a usinagem. Temos ainda os eixos vazados empregados nos motores de avião, por serem mais leves.
Eixos cônicos A parte que se ajusta tem um formato cônico é firmemente presa por uma porca. Uma chaveta é utilizada para evitar a rotação relativa.
Eixos roscados Esse tipo de eixo e composto de rebaixos e furos roscados, o que permite sua utilização como elemento de transmissão e também como eixo prolongador; Utilizado na fixação de rebolos para retificação interna e de ferramentas para usinagem de furos.
Formas de transmissão de força e movimento: Pela forma: Chavetado; Entalhado; Estriado; Seção poligonal; Pelo atrito: Elementos anelares; Arruelas estreladas;
Transmissão pela forma
Transmissão pela forma
Elementos Chavetados Usado em: Polias; Engrenagens; Acoplamento;
Elementos Entalhados Transmite forças maiores que os chavetados e permite distribuição de forças em todo o perímetro do encaixe. Podendo ter de 4 a 20 entalhes.
Elementos Estriados Seção transversal forte; Boa distribuição do momento torçor; Facilita a montagem;
Elementos com Seção Poligonal Momento de rotação máximo; Aproveitamento máximo das forças de torção.
Transmissão por cardan
Terminais de cardan
Transmissão por atrito
Elementos Anelares Dois anéis cônicos apertados entre si e atuando simultaneamente sobre o eixo e o cubo, fazendo com que as peças giram sem golpe frontal e por isso com rigorosa circularidade.
Arruelas Estreladas Proporcionam grande vigor de movimento frontal circular. O aperto é produzido pelo aparafusamento que força a arruela simultaneamente contra o eixo e o cubo.
Formas de transmissão de força e movimento: Pela forma: Chavetado; Entalhado; Estriado; Seção poligonal; Pelo atrito: Elementos anelares; Arruelas estreladas;
Tipos de espiga
Esforços radiais e eixos
fatores considerar no projeto de eixos e arvores: Carga; Operação; Material; Dimensionamento; Tratamento térmico; Acabamento superficial; Tolerâncias.
Temperatura de operação O projeto deve considerar se eixo expande-se e contrai-se com as mudanças de temperatura.
Função de fusível Em certas máquinas, alguns eixos assumem a função de fusível de segurança, ou seja, sua quebra evita danificação de um outro componente mais caro.
Fatores a observar na usinagem de eixos e árvores tolerâncias dimensionais; tolerâncias geométricas: Ovalização (circularidade e cilindricidade); Conicidade; Excentricidade (concentricidade); Estado superficial (Rugosidade); Rebarbas; Raios de concordância; e as posições dos furos para lubrificação.
A rugosidade depende de cada processo Ver pág. 248 informação técnicas SENAI
Montagem Durante a montagem o fator mais importante a ser observado é o perfeito alinhamento do eixo ou da árvore, pois o desalinhamento provoca uma rápida quebra por fadiga.
Montagem de retentores Montar e dimensionar corretamente afim de evitar vazamento de óleo ou sucos no eixo.
Em gaxetas, O aperto deve ser o suficiente para vedar, mas não provocar superaquecimento.
Limpeza na montagem É fundamental para evitar o desgaste por abrasão provocado pela sujeira.
Lubrificação Não devem esquecer os cuidados com lubrificação.
Principais danos nos eixos e árvores Quebra ou deformação por sobrecarga; Quebra por fadiga; Desgaste acelerado
Quebra ou deformação por sobrecarga Aplicação de força superior a resistência; Engripamento das buchas ou rolamentos; No caso de virabrequins, engripamentos nos pistões; Penetração de um corpo estranho entre os dentes das engrenagens; Pancadas ou vibrações súbitas;
Quebra por fadiga Caracteriza-se pelo aparecimento de trincas sob esforço cíclico ( variação de carga), inferior ao limite de escoamento que progride até o momento em que a secção restante não e suficiente para agüentar a carga e se rompe.
Quebra por fadiga Cantos vivos ( principalmente internos) Mudança brusca de secção Furos de lubrificação em lugares inadequados Desalinhamento dos eixos rigidamente acoplados Falta de contra pesos; Carga radial excessiva imposta pela correia ou corrente muito esticada; Componentes desbalanceados;
Quebra por fadiga Recuperação mal feita: Sequência de solda errada ou eletrodo errado; Falta de remoção das trincas ou remoção mal feita; Endireitamento mal feito ou incompleto;
Mancais de deslizamento São conjuntos destinados a suportar as solicitações de peso e rotação de eixos e árvores.
Mancais de deslizamento Os mancais, em sua maioria, são constituídos por uma carcaça e uma bucha. A bucha pode ser dispensada em casos de pequena solicitação. Os mancais estão submetidos ao atrito de deslizamento que é o principal fator a considerar para sua utilização.
Classificação quanto aos esforços Mancal axial Mancal radial Mancal misto
Mancal axial Impedem o deslocamento na direção do eixo, isto é, absorver esforços longitudinais.
Mancal axial
Mancal radial Impedem o deslocamento na direção do raio, isto é, absorvem esforços transversais.
Mancal radial
Mancal misto Tem, simultaneamente, os efeitos dos mancais axiais e radiais.
Formas construtivas dos mancais
Mancal axial Feito de ferro fundido ou aço, tem como fator principal a forma da superfície que deve permitir uma excelente lubrificação.
Mancais axiais
Mancais axiais
Mancal inteiriço Feito geralmente de ferro fundido e empregado como mancal auxiliar embuchado ou não.
Mancal inteiriço
Mancal ajustável Feito de ferro fundido ou aço e embuchado. A bucha tem sempre forma que permite reajuste radial. Empregado geralmente em tornos e máquinas que devem funcionar com folga constante.
Mancal reto bipartido Feito de ferro fundido ou aço embuchado com buchas de bronze ou casquilhos de metal anti-fricção. Empregado para exigências médias.
Mancal reto bipartido
Mancal reto bipartido
Mancal a gás O gás ( nitrogênio, ar comprimido,etc.) é introduzido através de furos radiais no mancal e mantém o eixo suspenso no furo. Isso permite altas velocidades e baixo atrito. Empregado em turbinas para esmirilhamento e outros equipamentos de alta velocidade.
Buchas
Buchas
Buchas
Buchas Podem ser de forma cilíndrica ou cônica; Apoiam eixos e guiam brocas e alargadores. Nos casos em que o eixo desliza dentro da bucha deve haver lubrificação. Podem ser fabricadas de metal antifricção ou de materiais plásticos, deve ser fabricada com material menos duro que o material do eixo.
Propriedades dos Materiais para buchas baixo módulo de elasticidade, para facilitar a acomodação à forma do eixo; baixa resistência ao cisalhamento, para facilitar o alisamento da superfície; baixa soldabilidade ao aço, para evitar defeitos e cortes na superfície;
Propriedades dos Materiais para buchas boa capacidade de absorver corpos estranhos, para efeito de limpar a película lubrificante; resistência à compressão, à fadiga, à temperatura de trabalho e à corrosão; boa condutibilidade térmica para dissipar o calor; coeficiente de dilatação semelhante ao do aço.
Materiais para buchas Os materiais mais usados são: bronze fosforoso; bronze ao chumbo; Latão; ligas de alumínio; ligas de cobre sinterizado com adição de chumbo ou estanho ou grafite em pó; materiais plásticos como o náilon e o politetrafluretileno (teflon).
Casquilho
Bronzina/Casquilho É utilizado para reduzir o atrito e servir de apoio e guia para peças giratórias, deslizantes ou oscilantes de um conjunto mecânico (por exemplo um motor), permitindo-lhes o movimento com um mínimo de atrito.
Buchas sinterizadas Os sinterizados são autolubrificantes por serem mergulhados em óleo quente após sua fabricação. Este processo faz com que o óleo fique retido na porosidade do material e com o calor do trabalho venha à superfície cumprir sua função.
Buchas de Teflon Também são auto-lubrificantes por conta de sua composição química;
Buchas grafitadas Também são auto-lubrificantes por conta de do grafite que é lubrificante;