Projetos de Elementos de Máquinas: Fundamentos e Desafios

Projetos de elementos de máquinas Apresentação Os elementos de máquinas são os componentes de um conjunto de máquinas que são fabricados para unir transmitir movimentos reter fluidos e absorver energias vibracionais O projeto de elementos de máquinas envolve o conhecimento aprofundado de diversas matérias da área metalomecânica como a área de fluidos a área de vibrações a área de uniões fixadas a área de soldagem a área de usinagem etc Nesta Unidade de Aprendizagem você vai conhecer os principais requisitos para o projeto de elementos de máquinas além de alguns recursos que podem ser previstos antes da fabricação dos componentes da máquina como a simulação por elementos finitos Também vai aprender os limites das máquinas em relação às velocidades acentuadas Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer os principais requisitos de projetos de elementos de máquinas Identificar os recursos de simulação e elementos finitos em projetos de elementos de máquinas Verificar os elementos de máquinas e como chegar a condições de velocidade acentuadas conhecidas Desafio É requisito para um projetista de máquinas conhecer principalmente os ramos da Engenharia Mecânica de Materiais Hidráulica Elétrica e Química para que possa realizar a melhor integração de um elemento a uma máquina específica A empresa XKY Impressoras deve fazer a manutenção em uma impressora 3D e precisa fabricar os elementos de máquinas para esse equipamento porém a máquina é importada e uma série de peças com um padrão nacional deverá ser desenvolvida O sistema de união entre as articulações de uma impressora 3D pode ser de rolamentos ou de embuchamento Após análise verificouse que um dos elementos de máquinas encontrado na máquina são as buchas de bronze rolamentos na máquina anéis ORings e retentores Sabese que ao desmontar a máquina não será possível aproveitar esses elementos pois eles são as partes mais fracas e sofrem desgaste ao longo dos anos O que você poderia fazer para identificar e substituir esses itens na máquina tentando deixar o equipamento o mais original possível Justifique pelo menos 3 informações Infográfico As juntas aparafusadas são extremamente importantes para a fixação de peças em uma máquina que tem vários elementos em seu conjunto Neste Infográfico você verá os elementos de fixação de máquinas e as características de cada um dos tipos mais usuais parafuso arruela lisa arruela de pressão e porca Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Conteúdo do livro Projeto de elementos de máquinas é um dos temas relacionados à Engenharia que envolve conhecer várias propriedades do material como mecânica elétrica térmica e também as dimensções e o local em que se deseja aplicar o elemento Na obra Elementos de máquinas base teórica desta Unidade de Aprendizagem leia o capítulo Projetos de elementos de máquinas no qual você irá conhecer as noções básicas dos conceitos de projeto de elementos de máquinas simulação por elementos finitos e exemplos de aplicação para situações em que ocorrem velocidades críticas Boa leitura ELEMENTOS DE MÁQUINAS Paulo Henrique Lixandrão Fernando A questão do tempo de vida útil de cada componente deve ser verificada por meio de análises como a análise por fadiga em que se obtém a falha do componente por meio de um ciclo contínuo ao longo de um tempo A análise de fadiga pode ser feita por equipamentos específicos no entanto atualmente é possível simular computacionalmente um componente por meio de elementos finitos Recursos de simulação de elementos finitos em projetos de elementos de máquinas Com a Segunda Guerra Mundial surgiu a necessidade de automatizar pro cessos que antes eram manuais e apenas analíticos Isso propiciou a criação dos computadores que posteriormente foram desenvolvidos para carregar programas que pudessem simular numericamente de uma forma mais rápida e eficaz o que antes era feito apenas analiticamente Assim foi criado o método de elementos finitos MEF que procura dividir um domínio de um objeto em vários elementos denominados malha Por meio de condições de contorno que definem as cargas aplicadas e as reações de apoio fixas ou deslizantes e também com critérios desenvolvidos como de Von Mises Tresca etc o método define a máxima tensão ou o máximo deslocamento que um material no caso os elementos de máquinas pode obter antes de falhar Esses critérios geralmente estão associados a um coeficiente de segurança que permite verificar situações de projeto superdimensionadas para garantir que o elemento não irá falhar na máquina Atualmente todo o projeto de elemento de máquinas é feito por ficheiros de softwares de computeraided engineering CAE que significa engenharia assistida por com putador Assim é possível simular todo o projeto de engenharia de determinada peça em um software e ajustálo para novas condições dimensionais para que o tempo de vida útil e outros fatores associados ao elemento seja o máximo possível para a aplicação em determinada máquina 3 Projetos de elementos de máquinas ciclo de recebimento do saco plástico dentro do caminhão de prensagem e de empurre desse material até o centro do container para compactação facilitando o transporte Em uma condição de trabalho em que há muito lixo a recolher e o caminhão tem que trabalhar com a sua carga volumétrica total antes de voltar ao aterro sanitário verificase que as buchas dos mancais de articulação podem sofrer grandes esforços Sendo assim sugerese ao projetista buscar um material adequado para que essas buchas tenham uma condição apropriada para resistir aos esforços Uma série de outros elementos de máquinas poderão sofrer esforços Cabe ao projetista sempre verificar as velocidades máximas e as cargas de trabalho das máquinas e as condições ambientais a fim de garantir um bom projeto do elemento da máquina 1 Os elementos de máquinas realizam algumas ações específicas como fixação transmissão de esforços movimentação vibração etc Quais são os elementos de máquinas utilizados para fixação a Parafuso porca e arruela b Coxins c Correntes e correias d Gaxetas retentores e anéis orings e Buchas e rolamentos 2 Verificar as premissas do projeto de elemento de máquinas é muito importante Indique um dos pontos importantes a se verificar a Tempo de realização do projeto da máquina b Tempo de entrega do equipamento para o cliente c Tempo de vida útil da máquina d Tempo de startup do equipamento no cliente e Tempo de fabricação da fundação do equipamento 3 Falhas de elementos de máquinas são originadas por esforços ou condições em que há um regime plástico envolvido no material Marque a alternativa que indica uma das análises que deve ser feita para verificar a ciclagem e o tempo de vida útil de um componente a Flexão b Flambagem c Compressão d Tração e Fadiga 4 Sobre o método dos elementos finitos MEF o que deve ser definido em um software para a análise de forma crescente a Tipo de critério de análise cálculo analítico da carga tipo do esforço b Condição de contorno propriedades do material tipo de esforço c Tipo de esforço tipo de análise malha 5 Projetos de elementos de máquinas BUDYNAS R G NISBETT J K Elementos de máquinas de Shigley projeto de engenharia mecânica 10 ed Porto Alegre AMGH 2016 COLLINS J Projeto mecânico de elementos de máquinas uma perspectiva de prevenção de falhas Rio de Janeiro LTC 2006 CUNHA L B Elementos de máquinas Rio de Janeiro LTC 2005 DUARTE JÚNIOR D Tribologia lubrificação e mancais de deslizamento São Paulo Ciência Moderna 2005 JUVINALL R C MARSHEK K M Projeto de componentes de máquinas Rio de Janeiro LTC 2008 MELCONIAN S Elementos de máquinas São Paulo Érica 2008 NIEMANN G Elementos de máquinas 6 ed São Paulo Edgard Blücher 2002 v 1 e 2 PUGLIESI M BINI E RABELLO I D Tolerâncias rolamentos e engrenagens São Paulo Hemus 2007 d Propriedades do material tipo de análise malha condição de contorno tipo de critério de ruptura e Malha cálculo analítico da carga condição de contorno 5 Os esforços nos elementos de máquinas são diretamente relacionados às velocidades acentuadas nas máquinas O que acontece no elemento de máquina quando o equipamento apresenta velocidade acentuada a O elemento tem menos esforço com contração do material b O elemento tem menos esforço com dilatação do material c O elemento tem mais esforço com dilatação do material d O elemento tem mais esforço com contração do material e O elemento se mantém equilibrado com os esforços e não há alteração nele Projetos de elementos de máquinas 6 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem Na Biblioteca Virtual da Instituição você encontra a obra na íntegra Dica do professor Há diversos tipos de elementos de máquinas e fatores a serem considerados para o projeto de máquinas como conhecer as premissas do projeto verificando quais são as capacidades ou taxas de produção da máquina prevendo o tempo de vida útil para aquele componente e até mesmo como é o meio ambiente onde o material será empregado Nesta Dica do Professor você vai ver alguns dos elementos de máquinas mais usuais e como eles podem ser encontrados e projetados Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Exercícios 1 Podem existir vários elementos em máquinas Esses elementos são caracterizados por realizarem algumas ações como fixação transmissão de esforços movimentos vibrações etc Os elementos de máquinas utilizados para fixação são A Parafuso porca e arruela B Coxins C Correntes e correias D Gaxetas retentores anéis ORings E Buchas e rolamentos 2 Existem vários itens importantes a serem verificados nas premissas de projeto de elementos de máquinas Um desses itens é o A tempo de realização do projeto de máquina B tempo de entrega do equipamento para o cliente C tempo de vida útil da máquina D tempo de startup do equipamento no cliente E tempo de fabricação da fundação do equipamento 3 Falhas de elementos de máquinas são originadas por esforços ou condições em que há um regime plástico envolvido no material Qual é a análise que deve ser feita para verificar a ciclagem e o tempo de vida útil de um componente A Flexão B Flambagem C Compressão D Tração E Fadiga 4 A simulação de elementos finitos é um dos recursos mais utilizados pelos projetistas CAE para eliminar custos de fabricação e falha de componentes antes de serem testados fisicamente Sobre o método dos elementos finitos MEF o que deve ser definido em um software para análise de forma crescente A Tipo de critério de análise cálculo analítico da carga e tipo de esforço B Condição de contorno propriedades do material e tipo de esforço C Tipo de esforço tipo de análise e de malha D Propriedades do material tipo de análise malha condição de contorno e tipo de critério de ruptura E Malha cálculo analítico da carga e condição de contorno 5 Sobre as velocidades acentuadas nas máquinas sabese que os esforços nos elementos de máquinas são diretamente relacionados a essas velocidades então o que acontece no elemento de máquina quando o equipamento apresenta velocidade acentuada A Tem menos esforço com contração do material B Tem menos esforço com dilatação do material C Tem mais esforço com dilatação do material D Tem mais esforço com contração do material E Os esforços se mantêm equilibrados e não há alteração no elemento de máquina Na prática Existem elementos de máquinas projetados com características bem específicas como é o caso das buchas de cobre e de bronze bem como os elementos de uniões de mangueiras hidráulicas Veja neste Na Prática o que deve ser considerado quando se projetam as buchas Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Saiba Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professor Seleção de materiais para Engenharia Neste vídeo da UNIVESP Universidade Virtual do Estado de São Paulo você irá aprender sobre um dos itens mais importantes para o projeto de elementos de máquinas a seleção de materiais para a Engenharia Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Indústria 40 Neste vídeo você vai verificar um novo conceito da indústria relacionado à evolução que as máquinas tiveram a indústria 40 uma evolução e uma revolução em que o projeto de máquinas deverá ser extremamente repensado Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Dimensionamento de juntas aparafusadas e aplicação de torque em peças automotivas Leia no artigo a seguir a respeito do dimensionamento matemático dos elementos de fixação que são as juntas aparafusadas Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar