Elementos de Máquinas e Projeto de Dispositivos Mecânicos - Tópicos, Falhas e Sistemas

Elementos de Máquinas e Projeto de Dispositivos Mecânicos Prof Guilherme de Faveri Tópicos Geradores Causas Implicações e Efeitos de Falhas em Dispositivos Mecânicos Sistemas de Transmissão Mecânica Elementos de Fixação Mancais de Rolamento e Deslizamento Elementos de Fixação Eixo e Chaveta Uniões por Interferência Polias e Correias Metas de Compreensão Analisar os conceitos e teorias de falhas estática e por fadiga Aplicar corretamente os conceitos de ligações entre cubo eixo chavetas engrenagens e tipos de mancais de rolamento e deslizamento Discutir os conceitos de elementos de fixação sendo porca arruela rebite e parafusos Utilizar os conceitos de elementos de máquinas para o desenvolvimento de projetos e dispositivos mecânicos Calcular a vida nominal básica de um rolamento de acordo com as cargas aplicadas Classificar os tipos de rolamentos de acordo com suas dimensões e tipos de cargas Diferenciar os principais tipos de polias e correias Dimensionar a capacidade de transmissão por correia número de correias necessárias para transmissão e esforços atuantes na transmissão Ementa Análise de falha estática Teorias de falha por fadiga Características dos ciclos de tensões flutuantes Curva de Wöhler Ligações entre Cubo e eixo Chavetas Tipos de chavetas Projeto de chavetas Eixos Uniões por interferência Eixos ranhurados e perfilados Mancais de rolamento e deslizamento Elemento de transmissão via polia e correia Relação de transmissão Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos Engrenagens cilíndricas de dentes Helicoidais Transmissão Coroaparafuso sem fim Análise e critérios de dimensionamento Elementos de fixação parafuso porca arruela e rebite Dimensionamento e seleção de elementos de máquinas Grupo de elementos e seu funcionamento Bibliografia BUDYNAS Richard G NISBETT J Keith Elementos de Máquinas de Shigley 10 ed São Paulo AMGH Editora 2016 1096 p ISBN 9788580555547 NORTON Robert L Projeto de Máquinas Uma abordagem integrada 4 ed Porto Alegre Bookman 2013 1055 p ISBN 978 8582600238 Avaliações A1 30 1910 e 2010 A2 30 1112 e 1212 A3 40 Introdução Projeto Projetar é formular um plano para atender a uma necessidade específica ou resolver um problema Criação de produto Funcional Seguro Confiável Próprio para uso Fabricado Comercializado Introdução Considerações de um projeto Introdução Recursos e ferramentas para projeto Modelos Analíticos Introdução Recursos e ferramentas para projeto Ferramentas Computacionais CAE Computer Aided Engineering CAD Computer Aided Design Introdução Recursos e ferramentas para projeto Prototipagem Manufatura Aditiva Scan 3D Introdução Aspectos econômicos Tamanhos Padrão Tolerâncias Ponto de Equilíbrio Introdução Incertezas Composição do material e efeito da variação em propriedades Variações nas propriedades de ponto a ponto no interior de uma barra de metal em estoque Efeitos sobre as propriedades de processar o material no local ou nas proximidades Efeitos de montagens próximas como soldagens e ajustes por contratação sobre as condições de tensão Efeito de tratamento termomecânico sobre as propriedades Intensidade e distribuição do carregamento Validade dos modelos matemáticos usados para representar a realidade Intensidade de concentrações de tensão Influência do tempo sobre a resistência e a geometria Efeito da corrosão Efeito do desgaste Incerteza quanto ao número de fatores que causam incertezas Introdução Incertezas nd parâmetro de perda de função parâmetro máximo admissível Carga máxima admissível carga de perda de funçãoexemplo Considere que a carga máxima em uma estrutura seja conhecida com uma incerteza de 20 e que a carga que provoca falha seja conhecida com uma incerteza de 15 Se a carga causadora da falha for nominalmente igual a 9 kN determine o fator de projeto e a carga máxima admissível que compensará as incertezas absolutas Introdução Fator de Projeto Fator de Projeto Determinístico ou Método Clássico de Projeto Introdução Fator de Projeto Tabela 13 Fatores utilizados para determinar um coeficiente de segurança para materiais dúcteis Informações Qualidade das informações Fator F1 Dados das propriedades dos materiais disponíveis a partir de testes O material realmente utilizado foi testado 13 Dados representativos de testes do material estão disponíveis 2 Dados razoavelmente representativos de testes do material estão disponíveis 3 Dados insuficientemente representativos de testes do material estão disponíveis 5 F2 Condições ambientais nos quais será utilizado São idênticas às condições dos testes de materiais 13 Essencialmente igual ao ambiente de um laboratório comum 2 Ambiente moderadamente desafiador 3 Ambiente extremamente desafiador 5 F3 Modelos analíticos para forças e tensões Os modelos foram testados em experimentos 13 Os modelos representam precisamente o sistema 2 Os modelos representam aproximadamente o sistema 3 Os modelos são aproximações grosseiras 5 Ndúctil MAXF1 F2 F3 Nfrágil 2 MAX F1 F2 F3 Introdução Confiabilidade A medida estatística da probabilidade de que um elemento mecânico não falhará em uso é denominada confiabilidade desse elemento A confiabilidade R pode ser expressa por um número dentro do intervalo 0 R 1 Uma confiabilidade R 090 significa que existe uma chance de 90 de que a peça desempenhará sua função apropriadamente sem falhar A falha de seis peças a cada mil fabricadas poderia ser considerada uma taxa de falhas aceitável para uma determinada classe de produtos Isso representa uma confiabilidade igual a R 1 61000 0994 ou seja 994 Introdução Dimensões e Tolerâncias Introdução Dimensões e Tolerâncias Revisão Materiais Resistência e Rigidez Ensaio de Tração Revisão Materiais Resistência e Rigidez Ensaio de Tração Revisão Materiais Energia de Deformação Revisão Materiais Resistência e Rigidez Materiais Dúcteis x Materiais Frágeis Revisão Materiais Resistência e Rigidez Materiais Dúcteis x Materiais Frágeis Tração Ferro Fundido Frágil Aço Doce Dúctil Revisão Materiais Resistência e Rigidez Materiais Dúcteis x Materiais Frágeis Compressão Ferro Fundido Frágil Aço Doce Dúctil Revisão Materiais Resistência e Rigidez Materiais Dúcteis x Materiais Frágeis Flexão Ferro Fundido Frágil Aço Doce Dúctil Revisão Materiais Resistência e Rigidez Materiais Dúcteis x Materiais Frágeis Torção Ferro Fundido Frágil Aço Doce Dúctil Revisão Materiais Resistência e Rigidez Resistência à fadiga e Limite de Resistência à Fadiga Revisão Materiais Resistência e Rigidez Resistência ao Impacto Revisão Materiais Resistência e Rigidez Resistência ao Impacto Revisão Materiais Resistência e Rigidez Resistência ao Impacto Revisão Materiais Resistência e Rigidez Efeitos da Temperatura Revisão Materiais Resistência e Rigidez Efeitos da Temperatura Revisão Materiais Resistência e Rigidez Efeitos da Temperatura e taxa de deformação Revisão Materiais Resistência e Rigidez Anisotropia Quando uma propriedade de um material apresenta os diferentes valores em cada direção Revisão Materiais Resistência e Rigidez Ortotropia Quando uma propriedade de um material apresenta simetria em 3 planos ortogonais Revisão Materiais Resistência e Rigidez Ortotropia Quando uma propriedade de um material apresenta simetria em 3 planos ortogonais Revisão Materiais Resistência e Rigidez Propriedades Mecânicas Revisão Materiais Resistência e Rigidez Propriedades Mecânicas Revisão Materiais Materiais Classificação Materiais Metálicos Aços Ferros Fundidos Ligas de Alumínio Materiais Poliméricos Polipropileno Poliestireno Epoxi ABS Nylon Materiais Cerâmicos Vidro Cimento Carbono Óxidos Materiais Compósitos Madeiras Compósitos de Fibras de Vidro Materiais Avançados Biomateriais Semicondutores Nanomateriais Revisão Materiais Materiais Revisão Materiais Materiais Revisão Materiais Materiais Electrical Conductivity in units of reciprocal ohmmeters logarithmic scale Metals Semiconductors Ceramics Polymers Revisão Materiais Módulo de Young GPa Carbonetos de tungstênio Ligas de níquel Ferro fundido cinzento Ligas de titânio Aço de baixa liga Ligas de cobre Vidro à base de soda GFRP matriz epóxi isotrópica Poliéster Madeira tipicamente no sentido das fibras Madeira tipicamente transversal às fibras Estireno butadienico acrilonitrílico ABS Espuma de polímeros rígidos MD Cortiça Poliuretano Borracha butílica Espuma de polímero flexível VLD Revisão Materiais Velocidade de onda longitudinal Módulo de Young E GPa Densidade Mgm3 Módulodensidade Região de seleção de materiais Valores crescentes do índice E12ρ Cerâmicas técnicas Compósitos Materiais naturais Cerâmicas Ligas Ni Ligas Ti Aços WC Ligas W Ligas Cu Metais PMMA PA PS PP PE Couro EVA Neoprene Polímeros Borracha butílica Elastômeros Cortiça Espumas de polímeros rígidos Espumas Espumas de polímeros flexíveis Madeira e grãos Poliéster PEEK PET Epóxis PC PTFE Elastômeros de silicone Poliuretano Madeira e grãos GFRP Ligas de chumbo Ligas de zinco Ligas Al B4C CFRP Si3N4 SiC Al2O3 Ligas Mg Ligas Ti Ligas Ni Módulo de Young E GPa Densidade Mgm3 MFA 04 MFA C4 Diretrizes para um projeto com a menor massa possível E12ρ GPa12Mgm33 E13ρ E12ρ Revisão Materiais Resistênciadensidade Resistência ao escoamento de metais e polímeros Cerâmicas e vidros MGR Resistência ao rasgamento por tração de elastômeros Falha por tração de compósitos Diretrizes para um projeto com a menor massa possível Resistência S MPa Densidade ρ Mgm³ Cerâmicas S I3N4 Ligas Ti Al2O3 Aços Compósitos Ligas Al SiC Metais Ligas Ni Ligas de tungstênio Polímeros e elastômeros Carboneto de tungstênio Ligas de cobre Ligas Mg GFRP PEEK PA PC PET PMMA Ligas de zinco Ligas de chumbo Madeira às fibras Materiais naturais Espumas de polímeros rígidos Espumas Espumas de polímeros flexíveis Borracha Madeira butílica às fibras Cortiça Elastômeros de silicone Concreto MFA D4