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Elementos de Máquinas Chavetas Objetivos da aula Mostrar as principais características e funções das chavetas Apresentar os critérios de falha e os principais carregamentos Efetuar o procedimento de cálculo para dimensionamento das chavetas Introduzir ao aluno a engenharia de projeto Função As chavetas são rasgos feitos em um eixo para acoplar outros elementos polias engrenagens etc São de formato retangular ou semicircular FUNÇÃO Transmitir torque ou potência e acoplar elementos no eixo As chavetas são padronizadas de acordo com a forma e tamanho em vários estilos os mais comuns são Paralelas Cônicas Woodroff meialua Tipos de chavetas As chavetas são padronizadas pelo tamanho e pela forma em vários estilos Chavetas paralelas são as mais usadas As padronizações da ANSI e ISO definem suas dimensões Chavetas Cônicas possuem a mesma largura que as paralelas e suas conicidades são padronizadas em 18 inft Chavetas Woodruff meia lua são usadas em eixos menores São auto alinhantes portanto são preferidas para eixos afunilados estreitos Materiais Os materiais mais utilizados para chavetas são os aços de baixo carbono Os rasgos da chaveta são realizados por fresamento cisalhando o material do eixo Tipos de falhas As chavetas podem falhar por dois modos Ocorre quando a chaveta é cisalhada na sua largura na interface cubo da engrenagemeixo Ocorre quando a chaveta é amassada na região em que o cubo ou eixo está em contato com ela tensão de compressão Cisalhamento Esmagamento Dimensionamento de chavetas A tensão de cisalhamento definida pela razão abaixo A tensão de cisalhamento admissível também pode ser definida como a razão entre A área cisalhada pode ser observada em uma vista lateral da chaveta como sendo o produto entre a largura e o comprimento 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝐹 𝐴𝑐𝑖𝑠 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝑆𝑠𝑦 𝑛 𝐴𝑐𝑖𝑠 𝑤 𝑙 1 2 3 Onde Acis área cisalhada w largura l comprimento tadm tensão admissível de cisalhamento F carga Ssy limite de escoamento ao cisalhamento n fator de segurança projeto A partir da definição de torque T podemos determinar a carga F sob a qual a chaveta está submetida para transmitir a potência desejada A potência P é definida como o produto entre o torque T e a velocidade angularrotação w A equação 6 é a definição geométrica do diâmetro d em função do raio r 𝐹 𝑇 𝑟 𝑑 2 𝑟 4 5 6 Dimensionamento de chavetas Onde T torque r raio P potência W velocidade angular rotação F carga d diâmetro Combinandose as equações 2 4 5 6 com a equação 8 e depois substituindose as expressões na equação 3 temos que A equação 7 representa o comprimento que a chaveta deve ter para suportar o cisalhamento 𝑙 𝐹 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝑤 7 Dimensionamento de chavetas Onde l comprimento W velocidade angular rotação F carga tadm tensão admissível de cisalhamento A tensão de esmagamento compressão admissível para o material da chaveta é definida como sendo a razão entre A tensão de esmagamento admissível também pode ser a razão entre o limite de escoamento do material Sy e o fator de segurançaprojeto n 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝐹 𝐴𝑒𝑠𝑚 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝑆𝑦 𝑛 8 9 Dimensionamento de chavetas Onde Aesm área esmagada 𝜎𝑎𝑑𝑚 tensão de esmagamento ou compressão Sy limite de escoamento do material F carga n fator de segurança projeto A área esmagada pode ser observada através de uma vista frontal da chaveta como sendo o produto Combinandose as equações 4 5 6 9 com a equação 8 e substituindo as expressões na equação 10 temos que 𝐴𝑒𝑠𝑚 𝑙 ℎ 2 𝑙 2 𝐹 ℎ 𝜎𝑎𝑑𝑚 10 11 Dimensionamento de chavetas Onde Aesm área esmagada 𝜎𝑎𝑑𝑚 tensão de esmagamento ou compressão l comprimento h altura F carga Selecionamos o maior valor encontrado para a chaveta conservarse tanto ao cisalhamento quanto ao esmagamento A largura w e a altura h das chavetas são padronizadas de acordo com diâmetro do eixo Especificadas em Handbook Catálogos Normas técnicas Dimensionamento de chavetas Fechamento da aula Mostramos como dimensionar uma chaveta para transmissão de potência Introduzimos os conceitos sobre as principais cargas e modos de falha nas chavetas Comentamos sobre a análise técnica e engenharia de projeto e como efetuar tomadas de decisões para o dimensionamento e seleção dos componentes para as chavetas Referências NORTON R L Projetos de Máquinas Uma Abordagem Integrada 4ºed Porto Alegre Bookman 2013 SHIGLEY Joseph E BUDYNAS Richard G NISBETT J Keith Elementos de máquinas de Shigley AMGH Editora Ltda 8ª ed São Paulo Brasil 2011
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Elementos de Máquinas Chavetas Objetivos da aula Mostrar as principais características e funções das chavetas Apresentar os critérios de falha e os principais carregamentos Efetuar o procedimento de cálculo para dimensionamento das chavetas Introduzir ao aluno a engenharia de projeto Função As chavetas são rasgos feitos em um eixo para acoplar outros elementos polias engrenagens etc São de formato retangular ou semicircular FUNÇÃO Transmitir torque ou potência e acoplar elementos no eixo As chavetas são padronizadas de acordo com a forma e tamanho em vários estilos os mais comuns são Paralelas Cônicas Woodroff meialua Tipos de chavetas As chavetas são padronizadas pelo tamanho e pela forma em vários estilos Chavetas paralelas são as mais usadas As padronizações da ANSI e ISO definem suas dimensões Chavetas Cônicas possuem a mesma largura que as paralelas e suas conicidades são padronizadas em 18 inft Chavetas Woodruff meia lua são usadas em eixos menores São auto alinhantes portanto são preferidas para eixos afunilados estreitos Materiais Os materiais mais utilizados para chavetas são os aços de baixo carbono Os rasgos da chaveta são realizados por fresamento cisalhando o material do eixo Tipos de falhas As chavetas podem falhar por dois modos Ocorre quando a chaveta é cisalhada na sua largura na interface cubo da engrenagemeixo Ocorre quando a chaveta é amassada na região em que o cubo ou eixo está em contato com ela tensão de compressão Cisalhamento Esmagamento Dimensionamento de chavetas A tensão de cisalhamento definida pela razão abaixo A tensão de cisalhamento admissível também pode ser definida como a razão entre A área cisalhada pode ser observada em uma vista lateral da chaveta como sendo o produto entre a largura e o comprimento 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝐹 𝐴𝑐𝑖𝑠 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝑆𝑠𝑦 𝑛 𝐴𝑐𝑖𝑠 𝑤 𝑙 1 2 3 Onde Acis área cisalhada w largura l comprimento tadm tensão admissível de cisalhamento F carga Ssy limite de escoamento ao cisalhamento n fator de segurança projeto A partir da definição de torque T podemos determinar a carga F sob a qual a chaveta está submetida para transmitir a potência desejada A potência P é definida como o produto entre o torque T e a velocidade angularrotação w A equação 6 é a definição geométrica do diâmetro d em função do raio r 𝐹 𝑇 𝑟 𝑑 2 𝑟 4 5 6 Dimensionamento de chavetas Onde T torque r raio P potência W velocidade angular rotação F carga d diâmetro Combinandose as equações 2 4 5 6 com a equação 8 e depois substituindose as expressões na equação 3 temos que A equação 7 representa o comprimento que a chaveta deve ter para suportar o cisalhamento 𝑙 𝐹 𝜏𝑎𝑑𝑚 𝑤 7 Dimensionamento de chavetas Onde l comprimento W velocidade angular rotação F carga tadm tensão admissível de cisalhamento A tensão de esmagamento compressão admissível para o material da chaveta é definida como sendo a razão entre A tensão de esmagamento admissível também pode ser a razão entre o limite de escoamento do material Sy e o fator de segurançaprojeto n 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝐹 𝐴𝑒𝑠𝑚 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝑆𝑦 𝑛 8 9 Dimensionamento de chavetas Onde Aesm área esmagada 𝜎𝑎𝑑𝑚 tensão de esmagamento ou compressão Sy limite de escoamento do material F carga n fator de segurança projeto A área esmagada pode ser observada através de uma vista frontal da chaveta como sendo o produto Combinandose as equações 4 5 6 9 com a equação 8 e substituindo as expressões na equação 10 temos que 𝐴𝑒𝑠𝑚 𝑙 ℎ 2 𝑙 2 𝐹 ℎ 𝜎𝑎𝑑𝑚 10 11 Dimensionamento de chavetas Onde Aesm área esmagada 𝜎𝑎𝑑𝑚 tensão de esmagamento ou compressão l comprimento h altura F carga Selecionamos o maior valor encontrado para a chaveta conservarse tanto ao cisalhamento quanto ao esmagamento A largura w e a altura h das chavetas são padronizadas de acordo com diâmetro do eixo Especificadas em Handbook Catálogos Normas técnicas Dimensionamento de chavetas Fechamento da aula Mostramos como dimensionar uma chaveta para transmissão de potência Introduzimos os conceitos sobre as principais cargas e modos de falha nas chavetas Comentamos sobre a análise técnica e engenharia de projeto e como efetuar tomadas de decisões para o dimensionamento e seleção dos componentes para as chavetas Referências NORTON R L Projetos de Máquinas Uma Abordagem Integrada 4ºed Porto Alegre Bookman 2013 SHIGLEY Joseph E BUDYNAS Richard G NISBETT J Keith Elementos de máquinas de Shigley AMGH Editora Ltda 8ª ed São Paulo Brasil 2011