Projeto de máquina

Projeto de máquina

(Parte 1 de 5)

2 Projeto de máquinas assistido por computador – ME 8810

Projeto máquina de repuxo rotativo.

Trabalho Acadêmico da disciplina de projeto de máquinas assistido por computador orientado pelos.

Professor Alberto vieira Junior. Professor Renato marques.

Centro universitário da FEI SÃO BERNARDO DO CAMPO, SP Junho/2009

“A verdadeira medida de um homem não se vê na forma como se comporta em momentos de conforto e conveniência, mas em como se mantém em tempos de controvérsia e desafio.”

Martin Luther King. J

Lista de símbolos, abreviaturas e siglas

= tensão limite de ruptura (MPA) n = rotação (rpm)

= Força (N) T = Torque (N.m)

=coeficiente de atrito

HPP = potencia projetada (hp) Fs = fator de serviço d= diâmetro (m) α = angulo (°)

= distancia entre centros (m) L = comprimento (m)

Fc = fator de correção de arco

= fator de correção de arco Ѳ = ângulo (°)

G = Módulo de rigidez (GPa)

J = I = momento de inércia (mm4 )

á = elongamento máximo (%) R = resultante

M = momento (N.m)

Kff = concentração de tensão r = raio (m)

E = módulo de elasticidade (Mpa) x = y = l = distância (m) ϕ = diâmetro (m) P = peso, passo (N,m)

L10h = vida em horas (h)

= Força de atrito (N) = coeficiente de atrito nf = coeficiente de segurança

Sumário

1- Introdução:7
2 - Histórico:8
3 – Dimensionamento do blank e peça final:10
3.1 – Dimensionamento do mandril:1
4– Cálculo da potência utilizada no sistema do mandril:12
4.1– Seleção do motor de acionamento do mandril:13
5-Dimensionamento das correias:14
5.1-Determinação da relação de transmissão:14
5.2-Determinação da potência projetada (HPP):14
5.3- Determinação do perfil apropriado:14
5.4- Determinação das dimensões das polias:15
5.5- Forças que atuam nas polias:19
6- Dimensionamento do eixo do mandril:21
6.1 Cálculo do diâmetro prévio por rigidez á torção:21
6.2 – Dimensionamento da chaveta:2
6.3 - layout básico do eixo do mandril:23
6.4 – Seleção do material do eixo:24
6.5 – Cálculo das forças que atuam no eixo:25
6.5.1 - Cálculo das reações de apoio e momentos dos planos verticais e horizontais:26
6.6 - Concentrações de tensões:29
6.6.1 - Cálculo dos Kff:29
6.6.2 - Cálculo dos adoçamentos:29
6.6.3 – Gráfico das concentrações de tensões:30
6.7 - Cálculo de fadiga Sn real:31
6.8- dimensionamento da ponta cônica:32
6.9 - Cálculo do eixo pelo critério ASME:3
6.10- Cálculo da flecha no eixo estático:34
7 - dimensionamento dos rolamentos do eixo principal:38
7.1 – Seleção da vida mínima dos rolamentos:38
7.2 - dimensionamento dos rolamentos:38
7.3 – Forças nos rolamentos:39
8 – Dimensionamento do flange e dos parafusos de fixação do mandril:40
8.1 – Esforços nos parafusos:41
9- Dimensionamento do mecanismo de fixação do blank:43
9.1 forças no contraponto:43

Conteúdo 9.2- Dimensionamento do atuador para o contraponto do blank: ......................................... 4

9.3 – Dimensionamento dos rolamentos do contraponto:4
9.3.1 – seleção da vida mínima dos rolamentos:4
9.3.2 – Dimensionamento dos rolamentos:45
10 – Cálculo do fuso de movimento do carro porta rolos:46
10.1 – Seleção do motor de acionamento do fuso:47
10.2 – Seleção dos mancais do fuso de esferas:48
10.3- Dimensionamento do atuador para deslocamento da ferramenta:49
1 – Simulações:50
1.1 – Simulação do eixo do mandril:50
1.1.1 – exportação do eixo para o patran:50
1.1.2 – processo prático para a simulação:52
1.1.3 – Análises:5

6 12 – Conclusão/ Especificações extras: ................................................................................ 58

1- Introdução:

No início do primeiro semestre de 2009 nos foi proposto à realização do projeto de uma máquina de repuxo rotativo, pelos professores: Alberto vieira Junior e Renato marques.

O processo de repuxo rotativo consiste na conformação de um produto á partir de uma ferramenta acoplada á um mandril, o perfil da ferramenta define a geometria interna do produto, o mandril gira ao redor de seu próprio eixo com certa rotação, além da ferramenta acoplada ao mandril à máquina dispões de uma série de rolos acoplados á um cabeçote rotativo. Os rolos giram por atrito e exercem esforços de conformação Fn (normal) e Ft (tangencial). Máquinas de repuxo rotativo vêm sendo cada vez mais utilizadas no mercado atual devido á qualidade superficial de peças feitas por este processo.

Figura 1 – funcionamento da máquina de repuxo rotativo. 1.1 – Dados e restrições fornecidos:

Foram-nos fornecidas algumas restrições:

Para o movimento axial do mandril ou do carro porta rolos deverá se utiliza fuso de esferas ou cremalheiras com rolos inclinados com um ângulo máximo de 60º.

Só poderá ser utilizada engrenagens de dentes retos se a rotação da engrenagens mais rápida do par seja inferior a 300 rpm.

O motor deverá ter as seguintes características: trifásico, alto rendimento, 2 ou 4 pólos ( 6 ou 8 pólos se justificado e aprovados pelos mestres que ministram o projeto).

As correias de transmissão deverão ser do tipo trapezoidal.

Uniões ranhuradas ou dentadas somente poderão ser utilizadas se o torque transmitido justificar tal escolha.

Dados inicias fornecidos:

Diâmetro dos rolos: 70 m Rotação do eixo principal: 200 rpm

Rotação dos rolos: 40 rpm

Velocidade de avanço dos rolos: 250 m/min

Força normal á ferramenta: 15 KN.

Força tangencial á ferramenta: 3 KN.

2 - Histórico:

Á partir, do trabalho, junto com o mesmo os dados fornecidos, iniciamos a idealizar o projeto, o início foi um pouco conturbado pelo motivo de não termos idéia de como seria uma máquina de repuxo rotativo e nem do seu funcionamento.

Começou então a primeira fase do nosso projeto, uma fase de pesquisa e informação, foram consultados alguns sites e livros onde podemos ver vídeos do funcionamento de máquinas antes fabricadas, acompanhar a evolução deste tipo de máquina e analisar todas as variações que existem no mercado de máquinas de repuxo rotativo, variações estas em dimensões, método de trabalho (que pode ser manual observando que este é um método bem artesanal, ou totalmente automatizada acelerando a produção), uso de ferramentas que podem ser uma ou mais e etc. Conseguimos obter informações do uso e finalidade da máquina como informações sobre sua aplicação na indústria atual, capacidade de produzir peças de diferentes dimensões com uma vasta amplitude de trabalho, capacidade de produção, rendimento e etc. A partir destas pesquisas começamos a compreender mais á fundo o trabalho que nos foi proposto.

Tendo em mãos todas as informações coletadas, foi iniciada então uma etapa de primeiras idéias para o funcionamento da nossa máquina e da peça a ser fabricada. Mas mesmo assim ainda era bem vaga a idéia do funcionamento mecânico de uma máquina de repuxo rotativo, então começamos a recolher informações em campo, analisando tornos dentro da oficina do centro universitário da FEI, já que o sistema básico de um torno se assemelha muito ao sistema de uma máquina de repuxo rotativo á partir deste ponto se deu início as idéias e cálculos.

Para a peça a ser fabricada escolhemos refletores internos pra holofotes, as primeiras idéias do funcionamento ficaram compreendidas apenas no funcionamento mecânico em si. A primeira idéia foi de utilizar um motor de quatro pólos para o acionamento do eixo principal e do fuso de esfera do carro porta ferramentas, com isso tivemos a idéia de construir um eixo secundário no qual o torque seria transmitido do motor através de um sistema de polias e deste eixo secundário o torque seria transmitido através de um sistema de engrenagens para o eixo principal, e uma caixa de transmissão que receberia o torque do motor e transmitiria o torque para o fuso de esferas, foi escolhido ser feito uma caixa de transmissão pela necessidade de avanço e retorno do carro porta ferramenta.

Começamos então os cálculos, á partir do torque necessário para deformação do nosso blank foi realizada a seleção do motor, foi verificado que o uso de um eixo secundário seria necessário obedecendo à máxima relação de transmissão de 5:1, utilizando o formulário de engrenagens de dentes helicoidais (para redução de ruídos) e obedecendo as relações de diâmetro do eixo e diâmetro de engrenagens foi visto que se fazia necessária a usinagem destas engrenagens nos eixos, com base no custo do projeto optamos pela retirada deste eixo secundário e a utilização de um motor de oito pólos com uma rotação inicial menor visto que o custo da alteração do motor do quatro para oito pólos é mais barata do que a usinagem de engrenagens nos eixos, além de retirarmos a fabricação de um eixo e fazendo uma ligação direta por polias do eixo do motor para o eixo do mandril.

Com a idéia inicial de fabricar uma caixa de transmissão para o movimento do fuso de esfera do carro porto rola deu-se início aos cálculos, pelas restrições de: a caixa de transmissão estar ligada ao mesmo motor do eixo principal e sua rotação inicial ser muito elevada para o fuso de esferas, a caixa de transmissão necessitaria de mais eixos e engrenagens do que o inicialmente idealizado, o custo elevado da construção de uma caixa de transmissão, o tempo perdido no retorno tomando como base que o operário teria que efetuar a troca da marcha manualmente como é feito em tornos. Optamos pela retirada desta caixa de transmissão e não ligar o fuso de esfera do carro porta ferramenta ao motor do eixo e principal, e sim efetuar o movimento do mesmo através de um servomotor que nos dá a opção de avanço e retorno e a rotação desejada em cada um desses movimentos.

Com o sistema do funcionamento da máquina pronto, começou-se a idealizar o mecanismo de avanço das ferramentas, a fixação do mandril no eixo, mecanismo de fixação do blank no eixo principal, a quantidade de rolos a serem utilizados como ferramenta e a estrutura.

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