Projeto de Um portão vertical

Projeto de Um portão vertical

(Parte 7 de 14)

O fator de tamanho depende apenas da dimensão da peça, e influencia apenas peças sob carregamentos de flexão e torção. A partir do diâmetro da seção determina-se o fator, ver tabela abaixo.

Para eixo com diâmetro

Kb

< 7,6 mm

1

30 < d < 50

0,85

d > 50

0,75

Tabela 2.9: Fator de tamanho Kb

  • Fator de confiabilidade (Kc)

A partir da combinação de cargas na qual o eixo estará submetido será determinado o valor do fator de carga se considera a dispersão nos ensaios. Na tabela abaixo veremos alguns valores do Kcvariando com o grau de confiabilidade selecionado.

Tabela 2.10:Fator de confiabilidade.

  • Fator de temperatura (Kd)

Esse fator só terá influência considerada para eixos trabalhando em temperaturas elevadas, t ≥ 450 ºC, para valores menores que esse, o Kcassume valor 1.

  • Fator de concentração de tensão (Ke)

No desenvolvimento de relações básicas de tensões, considera-se que as seções retas permanecem constante e que não há irregularidade na peça. Para eixos com descontinuidades, rasgo de chaveta, variação de diâmetro, etc, o fator concentração de tensão influirá muito na redução da resistência do limite à fadiga.

Deve-se então, calcular o fator de concentração de tensões em fadiga ou fator prático de concentração de tensão (Kt) levando-se em consideração a flexão e a torção, através da seguinte equação:

Onde: q é o índice de sensibilidade ao entalhe (identificado no gráfico abaixo);

Kté o fator de concentração de tensão teórico;

Figura 2.40- Fator de concentração de tensão teórico.

Para encontrar o índice de sensibilidade ao entalhe, utiliza-se o gráfico abaixo:

Figura 2.41- Gráfico para determinação do fator de sensibilidade ao entalhe.

  • Fator de efeitos diversos (Kf)

Adota-se como sendo unitário por não ter sido levado em consideração.

Kf = 1

Assim temos que:

2.9 - Fator de Segurança

A qualidade de um projeto pode ser medida por meio de muitos critérios. É sempre necessário calcular um ou mais coeficientes de segurança para estimar a probabilidade de falha. Pode haver normas de projetos, de legislatura ou aceitos de forma geral, que também devem ser dotados.

Um coeficiente de segurança (também chamado de fator de segurança) pode ser expresso de muitas formas. Ele é tipicamente a razão entre duas quantidades que possuem as mesmas unidades, tais como (resistência) / (tensão atuante), (esforço crítico) / (esforço aplicado), entre outros. Um coeficiente de segurança é sempre adimensional.

A forma de expressão de um fator de segurança pode ser geralmente escolhida com base no tipo de esforço exercido sobre a peça. Por exemplo, considere o esforço sobre a parede de uma torre cilíndrica de água que nunca pode estar “mais do que cheia” de um líquido de densidade conhecida dentro de uma gama de temperaturas conhecidas. Uma vez que este esforço é altamente previsível ao longo do tempo, a razão entre a resistência do material e a tensão na parede de um tanque cheio pode ser uma definição apropriada para o coeficiente de segurança. Observe que nesse exemplo que a possibilidade de a ferrugem reduzir a espessura da parede ao longo do tempo deve ser considerada.

Outro fator complicador é introduzido quando as magnitudes das cargas aplicadas esperadas não são previsíveis com exatidão. Isso pode ser verdade em praticamente qualquer aplicação na qual o uso (e portanto, o carregamento) da peça ou do dispositivo seja controlado por humanos.

Uma vez que pode haver mais de uma forma de falha em potencial para qualquer elemento da máquina, pode haver mais de um valor para o coeficiente de segurança N. O menor valor de N para qualquer peça é o mais importante, uma vez que ele prevê a forma mais provável de falha. Quando N é reduzido a 1, a tensão sobre a peça é igual à resistência do material ( ou a carga aplicada é igual a carga que provoca falha, etc.) e a falha ocorre. Portanto desejamos que N seja sempre superior a 1.

Escolher um fator de segurança é quase sempre uma proposição confusa para o projetista iniciante. O coeficiente de segurança pode ser pensado como uma medida da incerteza do projetista quanto aos modelos analíticos e teorias de falhas, bem como dados de propriedades do material utilizado, e deve ser escolhido apropriadamente. Quão maior do que 1 deve ser N depende de muitos fatores, inclusive de nosso nível de confiança no modelo no qual os cálculos são baseados, de nosso conhecimento da variação das possíveis condições de cargas em serviço e da nossa confiança nas informações de resistência do material disponíveis. Se tivermos feito testes extensos em protótipos físicos de nosso projeto para provar a eficácia de nosso modelo de engenharia e de nosso projeto, e se tivermos gerado dados experimentais sobre as resistências do material específico, será possível utilizar um coeficiente de segurança menor. Se nosso modelo não tiver sido tão bem testado ou se as informações das propriedades dos materiais forem menos confiáveis, um N maior é recomendável. Na ausência de qualquer norma de projeto que possa especificar N para os casos particulares, a escolha do coeficiente de segurança envolve uma decisão de engenharia.

Uma abordagem razoável é determinar as maiores cargas esperadas em serviço ( inclusive possíveis sobrecargas) e as mínimas resistências esperadas dos materiais, e baseando os coeficientes de segurança nesses dados. Assim, o coeficiente de segurança torna-se uma medida razoável de incerteza.

Valores de N

Aplicação

1,25 – 1,5

Usados excepcionalmente em situações em que se utilizem materiais com rígido controle de qualidade e as cargas que atuam no elemento pode ser determinadas com certeza. São indicados particularmente para projetos em que o baixo peso é um parâmetro muito importante.

1,5-2

Empregado em elementos que utilizem materiais bem conhecidos, sob algumas condições ambientais constantes e sujeito a cargas e tensões que podem ser determinadas legitimamente.

2-2,5

Aplicado em materiais que operem em ambientes normais e que sejam submetidos a cargas e tensões que podem ser determinadas.

2,5-3

Para materiais com baixo controle de qualidade (pouco ensaiados) ou materiais frágeis sob condições ambientais médias, cargas e tensões.

3-4

Para materiais não testados sob condições ambientais médias, cargas e tensões.

3-4

Para materiais conhecidos e que irão ser usados em ambientes incertos sob tensões não muito bem determinadas.

Tabela 2.11: tabela de fatores de segurança

2.10 - Deflexão

Além das tensões em uma viga, um projetista também precisa levar em consideração as suas deflexões. Qualquer flexão aplicada causará uma deflexão na viga, uma vez que ela é feita de material elástico. Se a deflexão não causa deformações além do ponto de escoamento do material, a viga retornará a seu estado não-deformado após a retirada da carga. Se a viga é dimensionada para evitar tensões que excedam o ponto de escoamento do material, nenhuma deformação permanente deve ocorrer. Entretanto, deflexões elásticas, com deformações bem abaixo dos níveis de falha do material, ainda podem causar sérios problemas em uma máquina, por exemplo.

A deflexão de uma viga pode ser determinada pela dupla integração da equação abaixo.

d²y/dx² = M/EI

Onde:

M é a equação do diagrama de momento da região estudada;

EI é a rigidez da viga.

A análise de rigidez de um eixo de transmissão deve ser feita de modo a satisfazer, através de uma planilha, as especificações máximas para declividade e deflexão do sistema, portanto deve seguir os passos abaixo:

Tolerância de desalinhamento permissível para o tipo de rolamento Conrad (também chamado rolamento rígido de uma carreira de esferas), é de ± 0.25 grau (veja Capítulo 9). Assim os suportes selecionados são satisfatórios porque a declividade em cada apoio de suporte é menor que a possível tolerância.

Não há nenhum padrão claramente definido ou restrições concernentes as deflexões laterais de eixos. Na falta de informação mais específica, o projetista pode ser guiado pelos seguintes critérios:

  • Para eixos usinados, a deflexão não deve ser maior do que 0,001 pol./pé de comprimento do eixo entre os mancais de apoio.

  • Para eixos montados com engrenagens cilíndricas de dentes retos de boa qualidade, a deflexão no acoplamento das engrenagens não deve exceder a 0,005 pol. (entre engrenagens) e a declividade deve ser limitada a 0,0005 pol./pol. (isto é, aproximadamente 0,0286 grau).

Para eixos montados com engrenagens cônicas de boa qualidade, a deflexão no acoplamento das engrenagens não deve exceder a 0,003 pol.

2.11 - Motores elétricos

O motor elétrico é a máquina mais simples para se obter energia mecânica através da transformação de energia elétrica. Sendo que o motor de indução é o mais usado entre todos os tipos de motores, pois concilia robustez, grande versatilidade de aplicação, baixo custo, melhores rendimentos e não é poluente, aliados ao fato de se utilizar energia elétrica como fonte de alimentação.

2.11.1 - Motores de corrente contínua

São motores que precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contínua. Sua velocidade pode ser ajustada de acordo com a tensão aplicada. Tem sua utilização principal nas aplicações que requeiram elevado conjugado de partida (como tração elétrica) e controle de velocidade sobre grandes faixas, principalmente em potências elevadas. Devido à necessidade de uma fonte de corrente contínua, tem o seu custo elevado.

Figura 2.42: Esquema de um motor elétrico CC.

Os motores de corrente contínua são compostos por: armadura ou rotor; comutador; escovas; eixo; ímã de campo e fonte de alimentação CC (corrente contínua). O rotor de um motor CC gira com velocidade angular que é proporcional à tensão aplicada em suas bobinas. Tais bobinas têm pequena resistência elétrica e conseqüentemente seriam percorridas por intensas correntes elétricas se o rotor permanecesse em repouso. Todavia, uma vez em movimento, as alterações do fluxo magnético sobre tais bobinas, geram uma força contra-eletromotriz (f.c.e.m.), extraem energia daquela corrente e baixa as tensões elétricas sobre tais bobinas. O torque resultante se anulará quando essa f.c.e.m. se igualar á tensão elétrica aplicada; a velocidade angular passa a ser constante.

Em geral, 'carregando-se' o motor (ligando seu eixo a algo que deve ser movimentado) sua rotação não varia acentuadamente, mas, uma maior potência será solicitada da fonte de alimentação (aumenta a intensidade de corrente de alimentação). Para alterar a velocidade angular devemos alterar a tensão aplicada ao motor. O sentido de rotação do rotor depende das assimetrias do motor e também do sentido da corrente elétrica; invertendo-se o sentido da corrente o motor começará a girar 'para trás'.

2.12 – Importância, construção e tipos de cabos de aço

No projeto, o cabo de aço, tem total importância no funcionamento do mecanismo projetado, visto que tem como funções de elevação e suspender o portão vertical. Na secção de cálculo irmos ver mais detalhado o comportamento do mesmo.

2.12.1 - Estrutura

As pernas dos cabos podem ser feitas em uma, duas ou mais operações, conforme sua construção. Nos primórdios da fabricação de cabos de aço, as construções usuais das pernas eram as que envolviam várias operações, com arames do mesmo diâmetro, tais como 1 + 6/12 (duas operações) ou 1 + 6/12/18 (três operações). Assim, eram torcidos primeiramente seis arames em volta de um arame central e, posteriormente, em nova passagem, o núcleo 1 + 6 arames era coberto com 12 arames. Neste tipo de construção, cada nova camada tem necessariamente um passo (vide figura) diferente da camada anterior, o que ocasiona um cruzamento com os arames internos.

Figura 2.46: passo de uma perna

Passo de uma perna ou de uma camada: distancia em que um arame da uma volta completa em volta do seu núcleo.

Com o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação, foram desenvolvidas máquinas, que permitem construções de cabos cuja confecção das pernas é realizada em uma única operação, tendo então todas as camadas o mesmo passo. Assim, surgiram as construções “Seale”, “Filler” e “Warrington”, compostas de arames de diferentes diâmetros. Estas construções conservam as vantagens das anteriores e eliminam sua principal desvantagem, ou seja, o desgaste interno ocasionado pelo atrito no cruzamento dos arames. Ensaios realizados em máquinas de testes de fadiga têm demonstrado que os cabos de construções de uma só operação (camadas de arames do mesmo passo) têm uma duração bem maior do que as construções de diversas operações (camadas de arames de passos diferentes).

Figura 2.47: Tipos de estruturas

2.12.2 - Enrolamento das pernas e dos cabos

Pode-se ter os seguintes tipos de torção dos cabos de aço:

  1. Torção regular - também chamada “em cruz” (Regular Lay), podendo ser à direita ou à eesquerda. Neste caso, a torção de cada uma das pernas é sempre no sentido oposto àquela do cabo.

  2. Torção Lang - também chamada “em paralelo” (Lang Lay), podendo ser igualmente à direita ou à esquerda. A torção das pernas é sempre no mesmo sentido da torção do cabo.

Quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita, diz-se que o cabo é de “Torção à direita”. Quando as pernas são torcidas da direita para a esquerda, diz-se que o cabo é de “Torção à esquerda”.

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