Parafusos de Fixação e Avanço: Análise Estática, Esforços e Eficiência

QUESTÃO 01 Pela definição Parafusos são elementos de fixação formados por um corpo haste rosca cabeça alguns não possuem e rosca alguns possuem parte da haste sem rosca Onde são utilizados em máquinas Para transformar o movimento angular em linear Transmitir potência Levantar e mover grandes cargas Assim os dispositivos são denominados como parafuso de avanço em máquinas operatrizes morsas prensas macaco e outros Considerando uma aproximação Zoom na rosca de qualquer geometria para esta ilustração será utilizado um Parafuso de Rosca Quadrada Assim é possível considerar que para elevar a carga uma Força PR atua para a direita e para abaixála uma Força PL atua para a esquerda Devido ao fato de que na língua inglesa R Right Direita Força para elevar segue sentido Direito aos esforços L Left Esquerda Força para baixar segue sentido Esquerdo aos esforços Sendo através da Análise da Estática e aos Esforços atuantes no Parafuso que em nosso Projeto será o Parafuso de Elevação seguem Etapa 1 Análise do sistema em equilíbrio quando da elevação da carga deve ser analisado o equilíbrio dos esforços ao redor do Parafuso Σ FH PR N sen λ fN cos λ 0 Considerando o esforço na Horizontal Σ FV F fN sen λ N cos λ 0 Considerando o esforço na Vertical Etapa 2 Para o sistema ficar em equilíbrio quando baixar a carga Σ FH PL N sen λ fN cos λ 0 Considerando o esforço na Horizontal Σ FV F fN sen λ N cos λ 0 Considerando o esforço na Vertical Se tivermos um avanço grande ou um atrito pequeno a carga pode baixar por si mesma fazendo o parafuso rodar sem qualquer esforço interno Neste caso o Torque TL Torque para baixar a carga será negativo ou zero Para que haja a condição do autobloqueio deverá Para obter o valor da Eficiência do Parafuso e T0TR Fl2πTR Etapa 4 Mancal Axial ou Colar Utilizado entre os meios rolantes a fim de suportar a componente Axial Assumese que a carga está concentrada no Diâmetro médio do Colar TC F fC dc2 fC Atrito no Colar dc Diâmetro médio do colar Etapa 5 Tensão Normal de Cisalhamento na Torção do Corpo do Parafuso τ TcJ 16Tπdr3 Lembrando que J é o Momento de Inércia Polar em Corpos Extensos Etapa 6 Tensão Axial do Corpo do Parafuso devido à força F σ FA 4Fπdr2 Fonte BUDYNAS R NISBETT J K Elementos de máquinas de Shigley 8 ed Porto Alegre MGH 2011 QUESTÃO 02 Quando analisamos as normas ASME Normas de Padronização Americana aplicadas à Engenharia Mecânica e DIN Normas de Padronização Alemã ambas definem chavetas como uma peça desmontável que quando assentada a um rasgo produz a transmissão de potência ou torque entre a árvore e o elemento associado por esta conexão Considere como exemplo em Projetos de Máquinas a figura abaixo que apresenta uma Engrenagem Cilíndrica de Dentes Retos a qual se encontra fixada a um eixo árvore através da chaveta sendo este elemento o responsável para que ocorra a fixação da Engrenagem no Eixoárvore sendo aplicados como exemplo a uma caixa redutora de velocidade Figura a Conjunto de Engrenagem fixado a um eixo árvore por uma chaveta Fonte NORTON RL Projetos de Máquinas uma abordagem integrada 4 ed Porto Alegre Bookman 2013 Exemplos de Sistemas Mecânicos caixa de mudança de veículos caixa de módulo em máquinas como tornos fresadora furadeira de bancada até em linha de transporte de uma linha de produção industrial As chavetas são normalizadas para diversos perfis e tamanhos De acordo com as Normas ex Norma DIN as que apresentam Geometrias Retas ou Planas são as mais comuns e com grande aplicação sendo que podem ter secção transversal retangular com dimensões constantes ao longo do perfil Mais usual em aplicações com torque em um sentido único Fonte BUDYNAS R NISBETT J K Elementos de máquinas de Shigley 8 ed Porto Alegre MGH 2011 Figura b Modelos de chaveta mais utilizados Fonte NORTON RL Projetos de Máquinas uma abordagem integrada 4 ed Porto Alegre Bookman 2013 Dimensionamento A carga tangencial atuante tende a provocar cisalhamento na superficie b Base e l Largura da chaveta b Base l Largura da chaveta Acis b l Ft Força Tangencial Polia n A tensão do cisalhamento é dada por τ FTAcis FTbL FTbL A pressão de contato entre o cubo e a chaveta que pode acarretar o esmagamento da chaveta e do próprio rasgo no cubo é dada por σd FTAesm FTLht Material indicado para chavetas é o st60 ou st80 ABNT 1050 ou 1060 Pressão média de contato σd 100 MPa Tensão admissível de cisalhamento τ 60 MPa τ FTAcisalhamento FTlhlt Assim Esforços de Cisalhamento permissível τ FTbl Esforços de Tensão Normal σd FtAesmagamento Ftlhlt Exemplo de seleção e cálculo de dimensionamento de Chavetas Figura a Conjunto de Engrenagem fixado a um eixo árvore por uma chaveta Fonte NORTON RL Projetos de Máquinas uma abordagem integrada 4 ed Porto Alegre Bookman 2013 O eixoárvore de uma máquina caixa redutora de velocidade possui diâmetro 40 mm o seu material é o ABNT 1050 st6011 que irá transmitir uma Potência 4 kW 5 cv girando com rotação n 1850 rpm por meio de engrenagem chavetada ao eixo Assim deverá dimensionar chaveta para a transmissão DIN 6885 Lembrando DIN Norma Padrão Alemã Responda e calcule corretamente a Quais são os quatro tipos de esforços aplicados em um sistema mecânico chaveta b Qual deve ser Lc para serem atendidas as condições do Lc L onde o valor de L 7 mm