Projeto de Eixo

Projeto de Eixo

(Parte 1 de 8)

Trabalho de Elementos de Máquinas Projeto de Eixo

Professor: João Wanderley Semestre: 2007.2 Turma: 01 Grupo: V

Fábio César Cunha de Almeida

Alunos: Thiago Martins do Nascimento Leonardo de Siqueira Torres Morais

1. OBJETIVO4
2. INTRODUÇÃO4
3. PROJETO SOLICITADO6
4. ESTADO DA ARTE7
4.1 Eixos7
4.1.1 Constituição dos eixos8
4.1.2 Eixos Maciços8
4.1.3 Eixos vazados8
4.1.4 Eixos cônicos9
4.1.5 Eixos roscados9
4.1.6 Eixos ranhurados9
4.1.7 Eixos Flexíveis10
4.1.8 Danos sofridos por Eixos10
4.1.9 Conexões e Concentrações de Tensões10
4.1.10 Análise de tensões atuantes em eixos1
4.1.1 Velocidades Críticas de Eixos1
4.2 Chaveta12
4.3 Mancal17
4.4 Rolamento18
4.4.1 Aplicação de rolamentos18
4.4.2 Tipos de rolamentos19
4.4.3 Defeitos comuns dos rolamentos23
4.4.4 Dimensionamento do Rolamento24
4.4.5 Vida do rolamento27
4.5 Engrenagens29
4.5.1 Elementos básicos das engrenagens29
4.5.2 Tipos de engrenagem30
4.5.3 Lei do Engrenamento3
4.5.4 Linha de Engrenamento3
4.5.5 Ângulo de Pressão34
4.5.6 Engrenagens cilíndricas de dentes retos34
4.5.7 Forças no engrenamento reto35
4.5.8 Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais36
4.5.9 Ângulo de hélice37
4.5.10 Forças no engrenamento helicoidal38
4.6 Correias39
4.6.1 Características das transmissões por correias40
4.6.2 Tipos de correia41
4.6.3 Capacidade de transmissão de potência43
4.6.4 Forças atuantes em uma correia43
4.7 Polia4
4.7.1 Generalidades4
4.7.2 Tipos de polias45
4.7.3 Relação de transmissão (i) para correias e polias em V48
4.7.4 Cuidados exigidos com polias em “V”48
4.7.5 Alinhamento de polias49
4.8 Seleção de material50
4.9 Corrosão59
4.9.1 Meios Corrosivos61
4.9.2 Formas de corrosão62

Natal, 1/12/2007 4.9.3 Velocidade de Corrosão......................................................................................... 63

4.9.4 Características das Películas Protetoras64
4.9.5 Velocidade de Crescimento das Películas65
4.9.6 Corrosão-Fadiga65
4.9.7 Métodos que melhoram a Resistência á Corrosão6
4.10 Critérios de Resistência68
4.10.1 Coeficiente de segurança Tensão equivalente68
4.10.2 Critérios de Dimensionamento69
4.10.3 Aplicação em Eixos72
4.1 Fadiga7
4.12 Fator de Segurança82
5. PLANILHA DE CÁLCULOS83
5.1 Esforços nos Elementos83
5.1.1 Representação 2D dos Elementos83
5.2 Esforços atuantes no Plano Horizontal xz8
5.3 Esforços atuantes no Plano Vertical xy92
5.4 Cálculos de esforços resultantes96
6. DIMENSIONAMENTO97
6.1 Seleção e Especificação dos Materiais97
6.2 Análise pelo Critério de Resistência107
6.3 Análise de Critério de Fadiga110
6.4 Análise de Falha112
6.4 Cálculo de Mancais de Rolamento116
6.5 Análise de Rigidez118
6.5.1 Planilha de Rigidez do Plano Horizontal120
6.5.2 Planilha de Rigidez do Plano Vertical121
6.5.3 Planilha de Deflexão122
6.5.4 Planilha de Rigidez do Plano Horizontal Corrigida123
6.5.5 Planilha de Rigidez do Plano Vertical124
6.5.6 Planilha de Deflexão Corrigida125
6.6 Cálculo dos Mancais definitivos125
6.7 Velocidade Crítica128
6.7.1 Planilha de Velocidade Crítica129
6.8 Configuração Final do Eixo130

3 7. Conclusão......................................................................................................................... 131

1. OBJETIVO

A presente monografia tem como objetivo o projeto de um eixo de transmissão, determinando satisfatoriamente os diâmetros do eixo, seleção dos mancais de rolamentos, satisfação da análise da rigidez do sistema e velocidade crítica, tudo isso em função do material escolhido para confecção, e das especificações e condições exigidas pelo projeto em questão.

A realização deste projeto exige bastante trabalho em equipe, fixação de conhecimento básicos da Engenharia Mecânica, a capacidade de avaliação técnica e econômica. Nesse projeto será colocado em prática os ensinamentos transmitidos pelas disciplinas exigidas no currículo do curso de Engenharia Mecânica e preparação para situações da vida profissional.

2. INTRODUÇÃO

Um projeto em engenharia consiste na criação de idealizações de processos ou sistemas para que sua estrutura (projeto) seja capaz de realizar suas funções básicas em condições de trabalho previamente estudadas e definidas. O problema de engenharia nasce da necessidade ou desejo de modificar um certo estado em um outro; a dificuldade reside no grande número de alternativas de soluções possíveis. Na realidade, se não há alternativa, não existe o problema; a característica de um problema de engenharia é exatamente a possibilidade de várias soluções alternativas.

No ato de projetar, é necessária a existência de uma seqüência de trabalho, primeiramente temos que fazer o reconhecimento e a confirmação das verdadeiras necessidades, para com isso definir o problema, depois; realizamos um estudo de diferentes saídas do problema e fazemos a seleção de um deles a fim de dar início ao anteprojeto, organizando as especificações dos componentes mais importantes.

Um bom projetista deve estar sempre prevenido contra a tendência de exclusão à primeira vista; o que primeiramente parecia de difícil execução pode, na realidade, redundar em economia de material ou de consumo de energia; pode resultar em um movimento mais suave e conveniente etc. Logo que se observa várias soluções que satisfaçam as exigências estabelecidas, deve-se comparar uma com as outras e proceder a uma avaliação das particularidades de cada solução. Freqüentemente, alguns cálculos aproximados já revelam que uma ou outra solução não produzem o efeito desejado ou redundam em despesas elevadas.

Alguns critérios orientarão a escolha, uns já fixados na definição, outros não. Poderão ser, entre outros: eficiência de operação, custo, rentabilidade, peso, volume, aparência, etc. Infelizmente, para o projetista esses fatores não podem ser sistematizados numa seqüência de preferências a serem seguidas. A decisão dependerá muito do projetista e do problema específico que tem diante de si.

No eixo de transmissão em questão, foram tomadas decisões nas quais tentou – se obedecer as condições estabelecidas, sempre fazendo o uso do bom senso, condições de segurança, funcionabilidade e custo; cada qual com sua devida importância. Sendo que este último fator atuará como um diferencial do projeto.

Na sua elaboração foi seguida uma série de parâmetros, desde uma seqüência de trabalho incluindo uma análise minuciosa do que está sendo proposto (desenhos, dimensionamentos dos componentes, análises dinâmica e estática) até uma confirmação das verdadeiras necessidades do projeto. Na realização deste além de se levar em consideração os limites impostos pela ciência , foi tomado o devido cuidado com relação aos fatores econômicos e de segurança, sob risco dos mesmos serem inviáveis. Assim, tentamos adicionar o maior número de ensinamentos possíveis à execução do projeto, considerando-se os aspectos práticos e econômicos.

3. PROJETO SOLICITADO

Desenvolvimento de um projeto de um eixo de transmissão para atender a um conjunto de especificações e características definidas a seguir: O eixo deve ter fixado a ele uma polia com 580m de diâmetro, localizada 600 m à direita do mancal esquerdo, pesando 400 N. Esta polia recebe, através de uma transmissão por correia trapezoidal cujo sulco da polia tem um ângulo face a face de 39o, 50 kW de potência a uma velocidade de rotação de 1.350 rpm de um eixo cuja posição fica à direita e abaixo da polia formando um ângulo de 55o com a vertical e, ainda, seu sentido de giro é horário quando observado da extremidade esquerda do referido eixo de transmissão. Uma engrenagem, com diâmetro primitivo de 350 m, fixada sobre o eixo a uma distância de 300 m à direita do mancal esquerdo, pesando 260 N, entrega 25% da potência horizontalmente à direita. Uma engrenagem, com diâmetro primitivo de 315 m, pesando 235 N, localizada 300 m à esquerda do mancal esquerdo, em balanço, entrega 25% da potência verticalmente para cima. Uma engrenagem, com diâmetro primitivo de 375 m, pesando 270 N, fixada sobre o eixo a uma distância de 300 m à esquerda do mancal direito, entrega 30% da potência horizontalmente à esquerda. Finalmente, uma outra engrenagem, com um diâmetro primitivo 280 m, pesando 210 N, que está localizada 300 m à direita do mancal direito, em balanço, entrega a potência restante a uma outra engrenagem que se localiza abaixo e à direita do eixo a ser projetado, do ponto de vista de um observador situado na extremidade esquerda do eixo, formando um ângulo de 40° com a vertical. Todas as engrenagens, exceto a engrenagem localizada 300 m à esquerda do mancal esquerdo e a que se localiza 300 m à direita do mancal direito, estando ambas em balanço, que devem ser fixadas sobre o eixo, têm dentes retos com ângulo de pressão de 20°, enquanto as engrenagens referidas anteriormente têm dentes helicoidais com ângulo de pressão de 20o e ângulo de hélice de 30o. O sentido da hélice, em cada uma das referidas engrenagens, é como indicado no desenho esquemático. A distância compreendida entre os mancais de apoio do elemento mecânico solicitado é de 1.200 m. O eixo solicitado é para ser utilizado em um dos equipamentos de uma indústria de produtos farmacêuticos, na qual a corrosão pode ter grande influência e, como conseqüência, contaminar os produtos fabricados por esta indústria, em particular, aqueles produzidos pelos equipamentos acoplados ao eixo a ser projetado. O carregamento que estará presente agindo sobre o eixo pode conter prováveis choques pesados. O projeto deve ser desenvolvido levando em conta todos os argumentos e críticas de um projetista. A largura de todos os elementos fixados sobre o eixo a ser projetado é de 75 m. A figura mostrada, em seguida, representa uma idéia esquemática do eixo de transmissão, cujo projeto está sendo solicitado. Pede-se, também, para que seja desenvolvido um programa no micro computador (CAD), o qual deve representar uma solução mais geral do projeto solicitado.

Figura 3.1

4. ESTADO DA ARTE

4.1 Eixos

Eixos são elementos de máquinas que têm função de suporte de outros componentes mecânicos e não transmitem potência. As árvores, além de suporte, transmitem potência.

Geralmente, na prática, usa-se apenas o termo eixo para denominar estes componentes. Quando móveis, os eixos transmitem potência por meio do movimento de rotação.

Os eixos são construídos em aço, com baixo e médio teor de carbono. Os eixos com médio teor de carbono exigem um tratamento térmico superficial, pois estarão em contato permanente com buchas, rolamentos e materiais de vedação. Existem, também, eixos fabricados com aços-liga, altamente resistentes.

O termo comumente usado “Árvore” é um elemento que gira transmitindo potência.

Um “Eixo” é um elemento fixo suportando rodas rotativas, polias, etc. Uma “Árvore de transmissão” é a que é acionada por uma máquina motriz; a potência é retirada da árvore através de correias ou correntes, geralmente em diversos pontos ao longo de sua extensão. As principais solicitações nos eixos são: Flexão Simples, Torção Simples, Flexo-torção.

Porém, há casos em que o cisalhamento, a tração ou a compressão pode ser desprezado.

Os eixos, devido à sua própria função, são solicitados a flexo-torção, e quase sempre há predominância de uma das solicitações componentes. Dificilmente os valores de Momento Torçor (Mt) e Momento Fletor (Mf) são da mesma ordem de grandeza. Nestes, para facilidade de cálculos, o eixo poderá ser dimensionando à flexão simples ou à tração simples, à segundo da predominância, porém baixando bastante a tensão de trabalho correspondente afim de levar em conta o efeito da solicitação desconsiderada.

Para dimensionar um eixo submetido a Flexo-torção, utiliza-se a seqüência apresentada em seguida: 1. Torque no eixo; 2. Esforço na transmissão; 3. Momento Fletor no Plano Vertical (PV); 4. Momento Fletor no Plano Horivontal (PH);

5. Momento Fletor Resultante (Mr); 6. Momento Ideal (Mi);

7. Diâmetro da Árvore.

Portanto são elementos mecânicos utilizados para articulação de um ou mais elementos de máquinas. Quando móveis, os eixos transmitem potência por meio do movimento de rotação.

4.1.1 Constituição dos eixos

Os eixos e árvores são fabricados em sua grande maioria de aços ou ligas de aço, pois os materiais metálicos apresentam melhores propriedades mecânicas do que os outros materiais. Por isso, são mais adequados para a fabricação de elementos de transmissão:

• eixos com pequena solicitação mecânica são fabricados em aço ao carbono;

• eixo-árvore de máquinas e automóveis são fabricados em aço-níquel;

• eixo-árvore para altas rotações ou para bombas e turbinas são fabricados em aço cromo-níquel;

• eixo para vagões são fabricados em aço-manganês.

Quando os eixos e árvores têm finalidades especificas, podem ser fabricados em cobre, alumínio, latão. Portanto, o material de fabricação varia de acordo com a função dos eixos e árvores.

4.1.2 Eixos Maciços

Apresentam a seção transversal circular e maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. Suas extremidades são chanfradas para evitar o rebarbamento e suas arestas internas são arredondadas para evitar a concentração de esforços localizados.

Figura 4.1 – Eixo Maciço

4.1.3 Eixos vazados

São mais resistentes aos esforços de torção e flexão que os maciços. Empregam-se esses eixos quando há necessidade de sistemas mais leves e resistentes, como os motores de aviões.

Figura 4.2 – Eixo Vazado

4.1.4 Eixos cônicos

Devem ser ajustados num componente que possua furo de encaixe cônico. A parte ajustável tem formato cônico e é firmemente fixada por meio de uma porca. Uma chaveta È utilizada para evitar a rotação relativa.

Figura 4.3 – Eixo Cônico

4.1.5 Eixos roscados

Possuem algumas partes roscadas que podem receber porcas capazes de prenderem outros componentes ao conjunto.

Figura 4.4 – Eixo Roscado

(Parte 1 de 8)

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