3º Ciclo de Técnico em Mecânica

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(Parte 1 de 3)

Projetos Mecânicos 3o Ciclo de Mecânica

- 1 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton

Redutor de Velocidade são máquinas empregadas para se obterem grandes redução de transmissões, sem necessidade de recorrer a engrenagens de grandes diâmetros ou motoras de poucos dentes.

Os redutores podem ser constituídos de engrenagens paralelas, cônicas e com cora e rosca sem-fim.

Vejamos o exemplo de um redutor com engrenagens paralelas (dois pares de engrenagens).

Veja agora alguns exemplos de redutores de velocidade acoplado com motor.

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Os redutores podem ser de elevação de cargas ou movimento de translação Esquema de redutor com três pares de engrenagens para elevação de cargas:

Ve F n1,Mt1 n2, Mt2 n3, Mt3 n4, Mt4

Freio Acoplamento

A finalidade do redutor de velocidade é diminuir a rotação (rpm) e aumentar o torque (momento torçor) na saída do redutor.

Nomenclatura:

Mtn= momento torçor nos respectivos eixos n= rpm(rotação por minuto) em cada eixo

Zn= no de dentes de cada engrenagem dt= diâmetro do tambor de enrolamento

Ve= velocidade de elevação

Figura 1

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O rendimento (h) é dado por par de engrenagem e depois é considerado o rendimento nos mancais e em todo o redutor, tendo o rendimento total.

Na prática consideraremos o seguintes valores:

Rendimento das engrenagens:he = 0,97Mancais de rolamento:hm = 0,98

O rendimento total no Redutor é dado pela seguinte formula:

onden= no de pares de engrenagens.

Exemplo: Redutor da figura 1 da pagina 1, determinar o rendimento total.

RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO Tomando como exemplo a figura 1, a relação de transmissão é dada da seguinte forma:

ni==A redução Total do sistema é dada da seguinte
ni==ou ainda:

2 zzn entrada

iT = i1 . i2 . i3in

Redução com ( n ) pares de engrenagens:

Resolução: iT = i1 . i2 . i3

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DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE PARES DE ENGRENAGENS A relação de transmissão por par de engrenagens deve ser no máximo e não ultrapassar de:

i = 6 a 8 usaremos no máximo: io = 6

A determinação do número de pares de engrenagens é dada por:

o ilogarítimo ilogarítimo ilog ilogn ==

O Valor da redução necessária deve estar entre:1,03

NecessáriaRedução RealRedução0,97 <<

Exemplo de Calculo: Determine o número de pares de engrenagens para os dados indicados abaixo :

n1 = 1750 rpm dt = 500 m io = 6 ve = 8,0 m/mim

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MOMENTOS TORÇORES A redução por par de engrenagem também pode ser dada da seguinte forma:

Momento Torçor no eixo 1:m1 t .n

DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA DO MOTOR ELÉTRICO A potência do motor é dado da seguinte forma:

Potência de regime: t

Q = carga de elevação [ kgf ]

Qo = peso da talha [ kgf ] ve = velocidade de elevação[ m/s ] ht = rendimento total

Tabela 1: Carga Relativa

Sistemas de AplicaçãoCarga Relativa MR

Elevação de carga com gancho0,50 - 0,60

Elevação com caçamba0,75 - 0,80

Translação do carro com gancho0,65 - 0,75 Translação da ponte com gancho0,75 - 0,90 Translação do carro com caçamba0,85 - 0,95 Translação de pórticos0,90 - 1,0

Momento torçor de Saída: em função do momento torçor de entrada rendimento total e redução total.

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Coeficiente de Carga Relativa (fR):R2 R 2.M2.M1f -+=

Potência Nominal (N):N = fR . NR Tabela 2: Velocidades Recomendadas

O grau de proteção, refere-se a qualidade de proteção da carcaça, isto é, a capacidade da carcaça em impedir a penetração de elementos estranhos no interior do motor.

A NBR 6146 define o grau de proteção pelas letrasI P seguidas de dois algarismos, exemplo:

I P - 0

O 1o algarismo indica a dimensão máxima dos corpos estranhos, e o 2o número o grau de proteção contra a entra de água.

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1o Algarismo2o Algarismo

0 sem proteção 0 sem proteção 1 corpos > 50 m 1 pingos d’agua na vertical 2 corpos > 12 m 2 pingos d’agua 15o com vertical 4 corpos > 1,0 m 3 pingos d’agua 60o com vertical 5 proteção a poeira em 4 Respingos em todas as direções qualidade prejudicial 5 jatos d’agua em todas as direções

6 água de vagalhões

Classe de Isolação:

Classe A E B F H

Temperatura Máxima: 105o C 120o C 130o C 155o C 180o C

Motores Trifásicos de Alto Rendimento

220 volts, 60Hz I P 54 - NBR 6146

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- 8 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton CARACTERÍSTICAS TÍPICAS

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Exemplo de Aplicação:

Motor

Redutor Acoplamento

Q = 30 tfQo = 640 tf
n1 = 1800 rpmdt = 400 m

ve = baixa.

Para os dados abaixo, determine: a) a redução total do sistema; b) o número de pares de engrenagens c) rendimento total; d) a potência do motor; e) a redução por par de engrenagem; f) o momento torçor em cada eixo.

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Freios de Regulagem

Freios de regulagem são freios que mantém uma determinada velocidade intermediária.

Freios para este caso, precisam ser calculados cuidadosamente e especialmente, caso por caso, pois, levam-se em consideração as seguintes condições:

· velocidade regulada • potência instalada

• tempo de atuação

• condições ambientais me e .n

N.620.711,75Mth=Momento torçor de entrada[ kgf. cm ]
'e'eMt.0,1Mt=transformação para (newtons x metros)[ N.m ] (Ver na tabela de escolha)

Determinação da Força do Eldro (Bobina eletromagnética) m. P m. P b a c d

O freio é colocado sempre no eixo de entrada do redutor, pois o troque é mínimo.

Freios eletromagnéticos Tipo FNN Fabricante: EMHL Eletromecânica.

D = diâmetro da polia [ cm ] m = coeficiente de atrito lona do freio e polia • ferro em fibra m = 0,4 a 0,6 • ferro amianto

Medidas em função deD:

a = 1,43 . D b = 0,58 . D c = 0,19 . D d = 0,8 . D para verificação do Eldro

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- 12 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton momento torçor de entrada:Mt’e =m . P . D.

MtP ' em=[ N ] (newtons)

Forças de reação das sapatas

b.PF=[ N ]Calculo da força do eldrod

Calculo de F:a c.FWNEC=[ N ]

Condições: NECREAL W ‡

Significado dos Algarismos: Exemplo:

FNN 2 0 2 3

Aplicação: 1-) Verificar a força do Eldro para o freio tipo FNN 4030.

2-) Determinar o tipo de freio para os dados do motor indicado abaixo: N = 30CV ne = 900 rpm

Tipo do ELDRO ED 23/5 = Força = 230 N Diâmetro da polia em [ cm ]

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- 13 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton Tabela de Escolha do Freio FNN (esta tabela não traz a dimensões do freio)

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São mais freqüentemente usados. Distinguem-se por transmissão de força sem deslizamento nos dentes, relação de multiplicação constante e independente do carregamento, segurança de funcionamento, vida maior, resistência a sobrecargas, fácil manutenção, dimensões reduzidas em relação a potência e devido ao alto rendimento.

Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos

Por Gravidade; Sob Pressão ( ligas leves, Alumínio, Cobre, Zinco e Plástico) baixo ponto de fusão. Shell Moldin; Aplicações grosseiras ( exemplo: máquinas agrícolas )

SINTERIZAÇÃO ( metalurgia do Pó )

Para engrenagens que transmitem especialmente movimento e pouca potência; só se justifica economia para lotes de peças maior que 20000.

Exemplo: Engrenagens de bombas de óleo de motores de combustão interna. ESTAMPAGEM ( engrenagens de relógios ) REMOÇÃO DE CAVACO

Por Formação: Requerem ferramentas de formato do vão do dente, usinagem po fresa módulo necessita uma fresadora universal, um cabeçote divisor e um jogo de fresas módulo. Bastante utilizada, o incoveniente é que teoricamente para cada módulo e nº de dentes seria necessário uma fresa módulo. Na prática reduz-se o nº de F.M.

nº de F.M. 8 7 6 5 4 3 2 1 nº de Dentes 12 - 1314 - 16 17 - 2021 - 24 25 - 34 35 - 54 5 - 134135 -¥

Por Geração: Requerem máquinas especiais ( investimetno alto, possibilatam boa qualidade de engrenagens ).

Sistema Fresa Caracol ( HOB ): Máquinas tipo Renânia Sistema Cremalheira de Corte: Máquinas tipo MAAG.

Pode ser montadas pôr um ou mais pares engrenadosA
dade tangenciais de até 150 - 200m/sApresentam rendimento de 95

relação de transmissão máxima pôr par não deve exceder a i = 8. Pode transmitir potência da ordem de 20 0 - 25 0CV com veloci- - 9%.

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DIMENSIONAMENTO DE ENGRENAGEM Nomenclatura

Passo CircunferencialP = m . p Módulom = P / p nº de DentesZ Altura da Cabeça do Dentea = m Altura do Pé do Denteb = 1,67 . m Altura Total do Denteh = a + b Diâmetro PrimitivoDp = m . Z Diâmetro de BaseDb = Dp . cosq Diâmetro InternoDi = Dp - 2 . b Diâmetro ExternoDe = Dp + 2 . a Ângulo de Pressãoq = 14º 30’ a 20º Espessura Cordalsc = m . Z . sena Altura da Cabeça Cordalac = m. [ 1 + Z/2 ( 1 - cosq )] Ângulo Cordala = 90º / Z

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- 16 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton sf(tensão de flexão) sc(tensão de compressão) ssfc-(tensão de flexãotensão de compressão) tc(tensão de cisalhamento)

FR qreta tangente

2.MFtt=Força Normal:qcos

Força Tangencial:dp F tN =

Força Radial:Fr = Ft . tgq ft.m q.F ss£=Lmaxfs= tensão admissível [tabela pagina ] q= fator de forma [ depende doz eq , ver tabela a seguir]

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- 17 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton q = 20º4,6 4,35 4,10 3,9 3,75 3,60 3,50 3,30 3,20q q = 14º 30’-- 5,38 5,2 5,07 4,93 4,80 4,68 4,37 4,13

Z28 34 40 50 65 80 100 até¥ -- q = 20º3,10 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,5 --q q = 14º 30’3,9 3,7 3,5 3,4 3,27 3,18 3,10 2,8 --

DADOS CONSTRUTIVOS Nestes cálculos iremos estudar “Engrenagens Evolventes”.

Curva Evolvente: É a Curva grada por um ponto fixo de uma circunferência que rola sem escorregar dentro de um outra circunferência base.

Curva Evolvente db de

Nº MÍNIMO DE DENTES: ( para evitar interferência

TIPOS DE TRANSMISSÃOq = 20ºq = 14º 30’

Pequenas Velocidades e Cargas1018 Velocidades Médias ( 6 a 9 m/s )1224 Grandes Velocidades ( > 15 m/s ) e Cargas1630 i = 8 para carregamento manual; i = 6 para pequenas velocidades; i = 3 para grandes velocidades.

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- 18 -Prof. Eng. Mec. Claudinei Bigaton iq = 20ºq = 14º 30’q = 15º

I = Interferência: O dente da Engrenagem não pode raspar o fundo do dente do Pinhão. ( fundo, seria o Diâmetro de Base )

D= distancia entre centros d1= diâmetro primitivo da engrenagem 1 d2= diâmetro primitivo da engrenagem 2

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ESTIMATIVA DE MÓDULO Estimativa é dada pela tabela a baixo paraq = 20º, material aço.

módulo1,25 módulo 1,5

Transmissão em (CV) (RPM) Para Pinhã o de 15 dentes

MÓDULOS NORMALIZADOS DIN 780

0,3 - 0,41,0,118,0 a 24,02,0
1,254,0,2527,0 a 45,03,0
4,57,0,550,0 a 75,05,0

[ m ]L= Largura do Dente [ m ]

passo[ m ]

coeficiente [ ver tabela abaixo ]

L =Y . P P =p . m

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Bruta 2,0 Cortada2,5 a 3,0 Fresada3,0 a 3,5 Fresada e Retificada 3,5 a 4,0

TAXA DE TRABALHO REAL11v 70.c f+

= s [ kgf/cm2 ] velocidade tangencial: v .dp .n60000 diâmetro primitivo:11m.zdp=[ m ]

.vc.750.N .z.nc.

V ( m/s )< 0,80,8 a 4,04,0 a 12> 12

Execução Fundido Fresado Retificado Dentes Inclinados

Meio

Lubrificante Graxa Mergulhado emÓleo

Mergulhado em

Óleo

Óleo sob Pressão

Formação de cavidades (pitting) ou cavitação numa transmissão de turbina de aço beneficiado, de dentes inclinados

Pitting L n = [ rpm ] m = módulo fs= tensão admissível do material [ kgf/cm2 ]

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PRESSÃO MÁXIMA ( No Flanco do Dente ) Verificação a pressão admc tmax p.Yi 1i.L.dp

Yc = 1,76(para engrenagens sem correção)

módulo de elasticidade do açoE = 21 500 kgf/mm2

2 adm

3 max

=[ kgf/mm2]Em função da dureza HB (dureza Brinel)

3max

=[ horas]Em função das horas de vida da engrenagem

dp L db

Rolamento Pressão

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TENSÃO ADMISSÍVEL NO PÉ DO DENTE(sf ) - SAE e DIN

TERNADA DURESA BRINEL HB (Kg/mm2)

Tratamento DIN SAEsf (Kg/mm2 )NÚCLEO FACES

Ferro Fundido

GG18 G2 GG26

Aço Fundido GS52

Aço Carbono

ST42 ST50 ST60 ST70

Aço Beneficiado

C22 C45 C60 34Cr4 37MnSi5 42CrMo4 35NiCr18

Aço Cementado

C10 C15 16MnCr5 20MnCr5 13Ni6 13NiCr18 15CrNi6 18CrNi8

Bronze Comum Bronze Fosforoso Fibra

- / -63 ou 655,5 7,02,25 - / -- / -

Esquema de uma engrenagem maior com seus respectivos dados

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TENSÃO ADMISSÍVEL NO PÉ DO DENTE(sf ) - SAE e DIN

MATERIAL DIN SAE sf Kgf/mm2

Padm Kgf/mm2

FerroFundido G-20

AçoFundido GS-52

Aço para Construção

Aço Beneficiado

C45 C60 34Cr4 37MnSi5 42CrMo4 35NiCr18

Aço Cementado

C15 16MnCr5 20MnCr5 15CrNi6 18CrNi8

Aço Temperado por Chama ou Indução

CK 45 37MnSi5 53MnSi4 41Cr4 42CrMo4

Aço Temperado

Banho Cianeto 37MnSi535NiCr18 - / -20,022,0125 135

Aço Nitrurado em Banho

C45 16MnCr5 42CrMo4

Aço Nitrurado em Gases

-16MnCr5 -

Obs.: Adotar o melhor material para o pinhão pois sofre mais esforço e desgaste

Formação de estrias na cabeça do dente, em conseqüência da ruptura da película de lubrificante

Zonas de engripamento conseqüentes da ruptura da película de lubrificante

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Aplicação:

Pinhão Aço 1060h = 10 0 horas
Coroa Aço 1035Fresadasq = 20o

1-) Dimensionar um par de engrenagens cilíndricas de dentes retos destinados a transmitir 5 CV a 1800rpm para 500rpm.

2-) Verifique um par de engrenagens cilíndricas de dentes retos para os seguintes dados: N = 30CV z1 = 2 dentes Material: Aço cementado n1 = 1200 rpm z2 = 97 dentes Pinhão 16 MnCr5 m = 6,5 mmq = 20o Coroa 1015

3-) Determine a potencia máxima para uma engrenagem cilindrica de dentes retos para os seguintes dados: m = 5,0 m Material: Aço beneficiado 34Cr4 z = 30 dentes n = 600 rpm

.z.n.C.244

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DIMENSIONAMENTO DOS BRAÇOS E CUBO DA ENGRENAGEM Ftg h1 h s b

Lc dp

3tMy.s=[m] espessura do cuboy = tipo de ajuste (ver tabela abaixo)

h b w = módulo de resistência a flexão fo t

1no=no= no de braças
A = 1,6 . mB = 1,2 . A

dp.7 m = módulo [m] h b fo t

2 dp.FMtt= [kgf.m]

Lc = 1,5 . L largura do cubo [m] h1 = 0,8 . h

UNIÃOFerro Fundido (y) Aço(y)

Ajuste térmico forçado assento cônico 0,30 0,26

Chaveta inclinada, plana ajuste forçado sem interferência0,210,18

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Aplicação:

1-) Dimensione os braços e o cubo da engrenagem para os seguintes dados, e fazer um croquis: m = 6,0 m z1 = 19 dentes N = 30 CV z2 = 64 dentes n1 = 1200 rpm

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Validas somente para engrenagens cilíndricas não corrigidas w

Micrômetro dp db número mínimo de dentes para mediro180 z.n q = [Dentes] m = módulo da engrenagem [m]z = número de dentes da engrenagem v = número de vãos compreendidos no arco a ser medidosv = n - 1 q = ângulo de pressão expresso em graus q) = ângulo de pressão em radianos p.q= )

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Aplicação:

1-) Determine a medida (W) para uma engrenagem para os seguintes dados: z = 14 dentes m = 6,5 mmq = 20o

2-) Determine a medida (W) para uma engrenagem para os seguintes dados: z = 20 dentes m = 5,0 mmq = 20o

3-) Uma engrenagem de 31 dentes precisa ser fabricada, cuja a medida W = 39,07 mCalcular (m)

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Neste tipo de engrenagens temos:

Pn = passo normalm = módulo normal

PPnh=passo circunferencial, periférico ou frontal

bcos

z.PPch=passo da hélicebcos
mmc=módulo circunferencial ou aparente

btg

Estas engrenagens apresentam a vantagem de terem um funcionamento muito suave.

dente sobre outroExigem boa lubrificação. Permitem

Elas trabalham com relevante escorregamento de um transmissões silenciosas, sem vibrações e choques, pois há sempre 2 ou 3 dentes em contato.

A altura do dente poderá ser, eventualmente reduzida, sem prejudicar a transmissão.

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