Mecanismos e Elementos de Maquina - Plano de Ensino e Conceitos Basicos

Mecanismos e Elementos de Máquina Prof Odmartan Ribas Maciel Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 2 Apresentação do plano de ensino Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 3 Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 4 Trabalho individual Cada estudante ficará responsável por um dos temas listados abaixo Cardan Juntas homocinéticas Diferencial planetário e satélite Suspensão ativa Molas de compósito Mancais magnéticos Engrenagens planetárias Conversor de torque Transmissões CVT Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 5 Estudos independentes Um mecanismo e um dispositivo que transforma um movimento qualquer em um padrão desejado e geralmente desenvolve forcas de baixa intensidade e transmite pouca potencia É um meio de transmitir controlar ou limitar um movimento relativo Uma maquina contem um conjunto de mecanismos que são projetados para fornecer forcas significativas e transmitir potencias tambem significativas realizar controles e priorizar acões Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 6 Máquinas e mecanismos qual a diferença Conceitos Cinematica e o estudo do movimento desconsiderando as forcas que o causaram Cinética e o estudo das forcas de sistemas em movimento Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 7 Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 8 Graus de liberdade GDL ou Mobilidade São os pontos de conexão entre os elementos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 9 Nós Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 10 Elo ou Link É uma conexão entre dois ou mais elos em seus nós que permite o mesmo movimento ou movimento potencial entre os elos conectados As juntas também chamadas de pares cinemáticos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 11 Junta Cadeia cinemática Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 12 Representação do mecanismo Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 13 Seminário Análise de mecanismos do cotidiano Objetivo Aplicar os conceitos de análise cinemática de mecanismos e reforcar a capacidade de observacão tecnica Pontuacão 20 pontos na Etapa 1 Apresentacão 2409 Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 14 Atividade E1A Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 15 Síntese cinemática é o processo de projetar um mecanismo para uma determinada finalidade sendo conhecidas previamente algumas condições de seu movimento Em síntese cinemática portanto o objetivo consiste na determinação das principais dimensões de um mecanismo A análise cinemática por outro lado dado um determinado mecanismo baseandose em suas propriedades geométricas são determinados os valores das posições velocidades e acelerações de suas peças e de pontos de interesse convenientemente escolhidos sobre as peças que compõe tal mecanismo Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 16 Síntese x análise Análise x síntese Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 17 Análise x síntese Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 18 Planejar projetar e construir protótipos funcionais de mecanismos simples aplicando conceitos de física e Engenharia mecânica para resolução de problemas práticos do diaadia Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 19 Aula invertida Objetivo 1 Apresentação do desafio e formação dos grupos Explicação sobre mecanismos simples Vamos sortear os assuntos 2 Pesquisa e planejamento com registro Funcionamento do mecanismo Materiais necessários Esboço do projeto a mão ou CAD Elaboração de exercício aplicado na prática 3 Construção do protótipo Utilização de materiais disponíveis no laboratório Testes e ajustes 4 Apresentação do projeto Cada grupo apresenta o protótipo e explica o funcionamento Avaliação do desempenho e justificativa técnica Envio do PDF no Google Sala de aula 5 Reflexão e autoavaliação O que funcionou O que poderia ser melhorado Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 20 Aula invertida Etapas Alavanca 3 tipos Torque Roda Polias e engrenagens Transmissão de rotação Roldanas fixa e móvel Transmissão de força Plano inclinado Parafuso plano inclinado helicoidal Cunha Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 21 Aula invertida Assuntos Objetos ou instrumentos que facilitam a execucão de diferentes afazeres do diaadia Um martelo uma tesoura uma alavanca uma roldana um plano inclinado são exemplos de mecanismos simples Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 22 Mecanismos simples Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 23 Classificação e tipos de mecanismos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 24 Um mecanismos é composto por 1 Elementos de máquinas 2 Juntas 3 Elos 4 Acionadores 5 Atuadores Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 25 Partes do Mecanismo Elementos de máquinas Eixo Engrenagem Parafuso e porca Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 26 Partes do Mecanismo Juntas e Elos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 27 Partes do Mecanismo Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 28 Partes do Mecanismo Acionadores e atuadores Esquema de controle via bluetooth através de smartphone Um mecanismo e um conjunto de elementos de máquinas ligados de forma a produzir um movimento específico Seu propósito e a transmissão eou transformacão de movimentos e forcas Podemos classificar os mecanismos segundo o tipo de transformacão do movimento entre os órgãos motor e movido Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 29 Exemplos de mecanismos Os mecanismos podem transformar Movimento de rotação em rotação Movimento de rotação em translação Movimento de translação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 30 Exemplos de mecanismos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 31 Rotacão Rotacão Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 32 Rotação Rotação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 33 Rotação Translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 34 Translação Translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 35 Helicoidal Rotação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 36 Helicoidal Translação Movimento de rotação Alavanca Roda Manivela Junta Cardan Trajetória Retilínea Plano inclinado Cameseguidor Inversor de Peaucellier Quadrilátero Articulado Pantografo Manivela dupla Manivela e balancim Balancim duplo Mecanismo bielamanivela Bielamanivela com corrediça ScotchYoke Movimento intermitente Catraca Ratchet Escape Roda de Genebra Retorno rápido Whitworth Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 37 Exemplos de mecanismos No movimento de rotação todos os pontos do objeto percorrem trajetórias circulares com a mesma velocidade angular A velocidade angular é uma grandeza que mede a rapidez com que é feito um percurso em sentido circular Normalmente a descrição do movimento de rotação é feita com as equações do movimento circular uniforme e do movimento circular com aceleração constante Por exemplo as pás de um ventilador fazem um movimento de rotação e todos os pontos das pás têm a mesma velocidade angular Os principais mecanismos são Alavanca Manivela Junta Cardan Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 38 Movimento de rotação Mecanismo constituído por três elementos fundamentais o centro de rotação ponto de apoio ou eixo o ponto onde está localizada a força que se quer vencer a carga e o ponto onde se exerce o esforço potência Com este dispositivo conseguemno reduzindo a força ou energia necessária para realizar uma tarefa Assim sempre que queremos fazer algo que exige alguma força utilizamos os mais variados tipos de alavancas que permitem reduzir o esforço Tipo de transformação cinemática movimento de rotação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 39 Alavanca As tesouras os quebranozes e as pincas são exemplos do emprego do mecanismo As tesouras são objetos compostos de duas lâminas de corte que se movem sobre um eixo comum e articuladas face a face Com as alavancas conseguimos aumentar a forca exercida pelos nossos músculos Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 40 Alavanca Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 41 Alavanca Classificação Interfixa Interresistente Interpotente 𝐹𝑝 𝑑𝑝 𝐹𝑟 𝑑𝑟 Onde 𝐹𝑝 Força potente em Newton N 𝑑𝑝 Distância da força potente ao ponto de apoio em metros m 𝐹𝑟 Força resistente em Newton N 𝑑𝑟 Distância da força resistente ao ponto de apoio em metros m Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 42 Alavanca É uma figura geometrica plana formada pela união de pontos equidistantes ou seja possuem a mesma distância de um ponto fixo chamado de centro Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 43 Circunferência roda ou disco Relacões de transmissão A combinacão de rodas possibilita modificar a rotacão nos mecanismos Polias 𝑛1 𝑛2 𝐷2 𝐷1 𝑖 Engrenagens rodada dentada 𝑛1 𝑛2 𝑍2 𝑍1 𝐷𝑝2 𝐷𝑝1 𝑇2 𝑇1 𝑖 44 Circunferência roda ou disco Onde D1 diâmetro da polia menor D2 diâmetro da polia maior n1 RPM Rotacões Por Minuto da polia menor n2 RPM Rotacões Por Minuto da polia maior Onde i Relação de transmissão n1 Rotação da roda motora n2 Rotação da roda movida Z1 Número de dentes da roda motora Z2 Número de dentes da roda movida Dp1 Diâmetro primitivo da roda motora Dp2 Diâmetro primitivo da roda movida T1 Torque na roda motora T2 Torque na roda movida i1 Redução da rotação i1 Ampliação da rotação i1 Manutenção da rotação Também utilizadas para tornar mais cômodo ou reduzir a força necessária para deslocar objetos com um grande peso Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 45 Circunferência roda ou disco Mecanismo constituído por um braco perpendicular a um eixo e ligado à extremidade deste ao qual imprime movimento de rotacão ou que inversamente recebe o movimento de rotacão transmitido pelo eixo e o transforma por intermedio de um tirante em movimento linear de vaivem Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 46 Manivela Os mecanismos geradores de trajetórias retilíneas mecanismos geradores de retas são mecanismos em que um ou mais pontos descrevem movimento alternativo ao longo de uma trajetória retilínea Uma trajetórias retilíneas pode ou não gerar um movimeto uniforme ou seja com velocidade constante daí o termo uniforme percorrendo distâncias iguais para o mesmo intervalo de tempo e com aceleracão nula A trajetória retilínea que pode ser aproximada ou exata e obtida apenas pela combinacão de barras e juntas cinemáticas de rotacão excluindose portanto as juntas cinemáticas de translacão Deste modo são eliminados os problemas associados ao atrito e ao desgaste inerentes ao funcionamento das juntas cinemáticas de translacão do tipo guiacorredica Os principais mecanismos são Cameseguidor Inversor de Peaucellier Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 47 Trajetória Retilínea Tratase de uma superfície plana cujos pontos de início e fim estão a alturas diferentes Permite que o mesmo trabalho seja realizado aplicandose uma força menor por uma distância maior Menor a inclinação menor esforço Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 48 Plano inclinado Equações Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 49 Plano inclinado Came é um mecanismo cuja função por contato direto conduz ou impõe um determinado movimento a um outro elemento designado de seguidor Ele transforma um movimento circular em movimento de sobe e desce movimento recíproco eou um movimento circular em movimento linear As cames acionam eixos e por conseguinte necessitam estar fora do centro do eixo para criar movimentos especiais dizemos então que o mecanismo é excêntrico ou seja fora do centro Tipo de transformação cinemática movimento de rotação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 50 Cameseguidor Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 51 Cameseguidor É um mecanismo que transforma um movimento de rotação em um movimento de translação retilíneo também chamado de inversor Foi inventado em 1864 pelo engenheiro francês CharlesNicolas Peaucelliere O mecanismos consiste em oito barras e seis juntas cinemáticas de rotação Tipo de transformação cinemática movimento de rotação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 52 Inversor de Peaucellier Compasso composto É o mais simples e comum dos sistemas articulados Os demais mecanismos podem ser obtidos a partir dele Esta característica aliada ao fato de o mecanismo apresentar diferentes relacões geometricas entre as barras e concomitantemente diferentes relacões entre o tipo de movimento de entrada e de saída justifica a sua popularidade O mecanismo encontra inúmeras aplicacões no âmbito da mecânica como por exemplo em mecanismos de acionamento de prensas mecanismos de acionamento de sistemas de projecão de filmes mecanismos de retorno rápido entre outros O mecanismo está presente em artefatos como alicate patim etc Os principais mecanismos são Pantografo Manivela dupla Manivela e balancim Balancim duplo Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 53 Mecanismo Quadrilátero Articulado ou Quatro Barras É um mecanismo articulado formado por um conjunto de hastes de dimensões predefinidas interligadas em pontos determinados com duas pontas livres e uma ponta fixa Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 54 Pantografo Próxima aula Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 55 Barras Manivela dupla Manivela balancim Balancim duplo Transforma movimento de rotação em movimento linear alternativo ou viceversa Ele é amplamente utilizado em motores de combustão interna onde o movimento linear dos pistões causado pela explosão do combustível é convertido em rotação do virabrequim Componentes e Funcionamento Manivela Uma haste conectada a um eixo rotativo que executa um movimento circular Biela Uma haste que conecta a manivela a um cursor como um pistão Cursor Um componente que se move linearmente como um pistão em um motor Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 56 Mecanismo bielamanivela Transforma movimento circular em um movimento de translação ou viceversa Esse mecanismo é largamente usado e sua maior aplicação é em motores de combustão interna onde o movimento linear dos pistões pela explosão do combustível é transmitido para a haste que gira em um movimento circular Tipo de transformação cinemática movimento de rotação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 57 Bielamanivela com corrediça Também conhecido como mecanismo de culatra escocesa é um caso particular do mecanismo bielamanivela em que a biela tem comprimento infinito transformandose numa corrediça Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 58 ScotchYoke Proporcionam um movimento unidirecional e alternado com o tempo ao órgão movido à custa de um movimento contínuo de rotação do órgão motor Um movimento intermitente é caracterizado por uma sucessão de períodos de avanço e de repouso ou estacionamento do órgão movido Nos mecanismos de movimento intermitente o órgão movido deslocase sempre no mesmo sentido Diferem dos do tipo cameseguidor na medida em que nestes últimos o seguidor descreve movimento alternado num e noutro sentido Os mecanismos de movimento intermitente são de primordial importância em mecânica quando se pretende converter um movimento contínuo em geral de rotação num movimento intermitente Exemplos típicos são os mecanismos de comando de operações e de alimentação de peças em máquinas e em relojoaria Os principais mecanismos são Catraca Ratchet Escape Roda de Genebra Cruz de Malta Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 59 Movimento intermitente Permite movimento contínuo linear ou rotativo em apenas uma direção evitando movimento na direção oposta Possui uma engrenagem redonda ou uma cremalheira linear com dentes e um dedo giratório carregado por mola chamado de lingueta que envolve os dentes Os dentes são uniformes mas assimétricos com cada dente tendo uma inclinação moderada em uma borda e uma inclinação muito mais acentuada na outra borda Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 60 Catraca Ratchet Permite aproveitar uma forca para obter movimento contínuo evitando a aceleracão que ela produziria livremente Isso geralmente e realizado bloqueando e liberando o movimento a intervalos constantes resultando no som característico dos relógios O conjunto e acompanhado por um pendulo preso no topo a uma peca chamada âncora Esta última possui dois dentes nas extremidades que bloqueiam a roda na esquerda ou direita a cada oscilacão Esta acão impede que a roda dentada acelere em movimento contínuo e uniforme mas avance em intervalos regulares de tempo que e o caso dos ponteiros do relógio Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 61 Escape Mecanismo que transforma um movimento de rotação contínuo em uma rotação intermitente A roda de transmissão possui um pino que ao entrar num entalhe da roda que recebe o movimento a faz avancar um passo Tipo de transformação cinematica movimento de rotacão em rotacão Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 62 Roda de Genebra Cruz de Malta Estes mecanismos são utilizados em muitas aplicações industriais para realizarem operações repetitivas tais como Movimentar peças ao longo de uma linha de montagem Apertar peças enquanto estas são maquinadas Realizar soldagem repetitivas etc São utilizados em máquinas que se pretende realizar um movimento de trabalho ou avanço mais lento num sentido e um movimento de retorno ao ponto de partida mais rápido utilizando atuadores rotativos de velocidade angular constante Os mecanismos de retorno rápido são compostos por combinações de mecanismos elementares como o quadrilátero articulado e o mecanismo biela manivela com corrediça Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 63 Retorno rápido Deriva da inversão do mecanismo bielamanivela quando se considera fixa a manivela Neste mecanismo tanto a barra 2 como a barra 4 descrevem movimento de rotação contínua sendo por isso consideradas manivelas O movimento da corrediça 3 é condicionado pelo movimento giratório da manivela 4 razão pela qual o mecanismo de Whitworth é também conhecido como mecanismo de corrediça giratória Este mecanismo é frequentemente utilizado em máquinasferramenta e em particular em máquinas aplicadas à indústria têxtil Tipo de transformação cinemática movimento de rotação em translação Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 64 Whitworth Avaliação N1B Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 65 Objetivo Individualmente desenvolver o projeto e síntese de um mecanismo bem como a construção de do mesmo conforme as orientações que seguem Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 66 Avaliação N1B Forma de realização da atividade Desenvolver o trabalho individualmente onde cada aluno irá trabalhar um dos mecanismos indicados na tabela ao lado A definição dos e mecanismos será definida através de link via Google Classroom Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 67 Avaliação N1B MECANISMO Mecanismo de Watt Mecanismo de Scott Russel Mecanismo de Theo Jansen Mecanismo de Roberts Mecanismo de Chebyshev Mecanismo de Peaucellier Mecanismo de Scotch Yoke Forma de apresentação do trabalho Realizar o projeto no Solidworks a construção do mecanismo e de um relatório técnico em PDF com o conteúdo a seguir especificado Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 68 Avaliação N1B REQUISITOS MÍNIMOS DA ENTREGA 1 Capa 2 Introdução 3 Desenvolvimento a Revisão bibliográfica sobre o tipo de mecanismo pesquisado Histórico Método de funcionamento Aplicações Curiosidades b Representação gráfica do mecanismo pesquisado Desenho técnico Grafo do mecanismo c Determinação grau de mobilidade d Determinação dos pontosmortos e Simulação gráfica 4 Conclusões Considerações sobre o trabalho Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 69 Avaliação N1B Cronograma de entregas do trabalho Para que seja possível a construcão do mecanismo de cada grupo e necessário o cumprimento do seguinte Cronograma Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 70 Avaliação N1B Quando O quê Como Onde 14082025 Definição dos assuntos Livre escolha Sala de Aula 25092025 Entrega do projeto do mecanismo Desenho em CAD Classroom 25092025 Entrega final Relatório Mecanismo Miniseminário Turma Sala de Aula e Classroom Critérios de avaliação Conforme definido no plano de ensino a atividade correspondente a nota N1A vale 50 setenta pontos assim distribuídos Pontualidade de entrega 10 pontos Desenvolvimento 40 pontos sendo 25 pontos planejamento e construção do mecanismo e 15 pontos do relatório escrito Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 71 Avaliacão N1B Dúvidas Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ 72 Odmartan Ribas Maciel 55 999332916 odmartanmacielunijuiedubr