Elementos de Máquinas

Elementos de Máquinas

(Parte 1 de 6)

Universidade do Vale do Itajaí

Centro de Educação de Balneário Camboriu UNIVALI

FABRICAÇÃO PARA DESIGNERS: Elementos de Máquinas

Curso de Desenho Industrial – Habilitação Design Industrial

Prof. Dr. Eng. Cláudio Roberto Losekann Prof. Dr. Eng. Paulo César Machado Ferroli

MARÇO/2004

ÍNDICE ANALÍTICOI
ÍNDICE DE FIGURASI
ANÉIS ELÁSTICOS E ARRUELAS1
1.1 - INTRODUÇÃO1
1.2 - PORCAS E PARAFUSOS2
1.3 – ARRUELAS E ANÉIS ELÁSTICOS15
1.4 – REBITES E PINOS17

1 - ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS, PORCAS, PINOS, REBITES,

ENGRENAGENS E CAMES23
2.1 - INTRODUÇÃO23
2.2 - POLIAS24
2.3 - CORREIAS26
2.4 - CORRENTES27
2.5 – CABOS29
2.6 – ENGRENAGENS30
2.7 – CAMES41
3 - ELEMENTOS DE APOIO – MANCAIS E MOLAS43
3.1 - INTRODUÇÃO43
3.2 - MANCAIS43
3.2.1 - Mancais de rolamento43
3.2.1.1 - Maiores causas de falhas prematuras nos rolamentos51
3.2.1.2 - Condições da máquina e do rolamento52
3.2.1.3 - Ferramentas para análise de rolamentos52
3.2.1.4 - Montagens e desmontagem de rolamentos54
3.2.2 - Mancais de deslizamento56
Buchas57
3.3 - MOLAS58
3.3.1 - Introdução58
3.3.2 - Tipos de molas58
Molas helicoidais58
Molas helicoidais de torção60
3.3.3 - Associação de molas61

2 - ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO – POLIAS, CORREIAS, CORRENTES, 3.3.4 - Materiais e fabricação de molas ......................................................... 61

FIGURA 1.1 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988)1
FIGURA 1.2 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988)2
FIGURA 1.3 - Parafusos. Fonte: Niemann (1971)3
FIGURA 1.4 - Fixação de tampas por parafusos. Fonte: Niemann (1971)3
FIGURA 1.5 - Porcas. Fonte: Niemann (1971)4
FIGURA 1.6 - Travamentos de segurança. Fonte: Niemann (1971)4
FIGURA 1.7 - Parafusos distanciadores. Fonte: Niemann (1971)4
FIGURA 1.8 - Tipos de travamento e parafusos diferenciais. Fonte: Niemann (1971)5
FIGURA 1.9 - Parafusos em movimento. Fonte: Niemann (1971)5
FIGURA 1.10 - Parafusos sextavados. Fonte: Provenza (1988)6
FIGURA 1.1 - Parafusos diversos. Fonte: Provenza (1988)6
FIGURA 1.12 - Parafusos de fixação. Fonte: Provenza (1988)7
FIGURA 1.13 - Extremidades interiores dos parafusos. Fonte: Provenza (1988)7
FIGURA 1.14 - Parafusos passantes para madeira. Fonte: Provenza (1988)7
FIGURA 1.15 - Parafusos para madeira com rosca soberba. Fonte: Provenza (1988)8
FIGURA 1.16 - Porcas. Fonte: Provenza (1988)8
FIGURA 1.17 - Porcas. Fonte: Provenza (1988)9
FIGURA 1.18 – Rosca métrica10
FIGURA 1.19 – Rosca witworth10
FIGURA 1.20 – Dimensões da rosca12
FIGURA 1.21 – Conjunto de fixação15
FIGURA 1.2 – Tipos de arruelas16
FIGURA 1.23 – Anel elástico16
FIGURA 1.24 – Fixação de lonas17
FIGURA 1.25 – Tipos de rebites18
FIGURA 1.26 – Estampo19
FIGURA 1.27 – Repuxador19
FIGURA 1.28 – Rebitadeira pneumática19
FIGURA 1.29 – Dimensões do rebite20
FIGURA 1.30 – Pino e cavilha21
FIGURA 1.31 – Tipos de pinos21
FIGURA 1.32 – Tipos de cavilhas2
FIGURA 1.3 – Chaveta2
FIGURA 2.1 - Sistema de transmissão23
FIGURA 2.2 – Corte de polia plana e polia abaulada24
FIGURA 2.3 – Corte de polia trapezoidal24
FIGURA 2.4 – Tipos de polias25
FIGURA 2.5 – Correia trapezoidal ou em “V”26
FIGURA 2.6 – Correia dentada26
FIGURA 2.7 – Esticador de correia27
FIGURA 2.8 – Transmissão por corrente27
FIGURA 2.9 - Correntes. Fonte: Provenza (1988)28
FIGURA 2.10 - Rodas para correntes. Fonte: Provenza (1988)28
FIGURA 2.1 – Sistemas de elevação e transporte29
FIGURA 2.12 – Partes do cabo29
FIGURA 2.13 – Tipos do cabo30
FIGURA 2.14 – Engrenagens de dente reto31
FIGURA 2.15 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988)31
FIGURA 2.16 – Engrenagem cilíndrica de dentes retos. Fonte: Provenza (1988)32
FIGURA 2.17 – Detalhe da engrenagem cilíndrica de dentes retos32
FIGURA 2.18 – Esquema da cremalheira de dentes retos3
FIGURA 2.19 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988)3
FIGURA 2.20 – Engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988)34
FIGURA 2.21 – Detalhe da engrenagem e cremalheira. Fonte: Provenza (1988)35
FIGURA 2.23 – Engrenagens cônicas a 900. Fonte: Provenza (1988)36
FIGURA 2.24 – Engrenagens cônicas a 750. Fonte: Provenza (1988)37
FIGURA 2.25 – Engrenagens cônicas a 1200. Fonte: Provenza (1988)37
FIGURA 2.26 – Coroa e rosca sem fim.. Fonte: Provenza (1988)38
FIGURA 2.27 – Coroa e rosca sem fim. Fonte: Provenza (1988)38
FIGURA 2.30 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988)40
FIGURA 2.31 – Engrenagens helicoidais de eixos reversos. Fonte: Provenza (1988)40
FIGURA 2.32 – Came41
FIGURA 2.3 – Came de disco com diferentes extremidades41
FIGURA 2.34 – Came de Tambor42
FIGURA 2.35 – Came frontal42

I FIGURA 2.21 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988).35 FIGURA 2.2 – Engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais. Fonte: Provenza (1988).36 FIGURA 2.28 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988)...39 FIGURA 2.29 – Engrenagens helicoidais de eixos ortogonais. Fonte: Provenza (1988)...39 FIGURA 2.36 – Came de palminha. ................... ................ ................. ................ ............ 42

FIGURA 3. 1 - Rolamento fixo de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza (1988)43
FIGURA 3. 2 – Esboço em corte do rolamento fixo de uma carreira de esferas4
FIGURA 3.3 - Rolamento autocompensador de esferas. Fonte: Provenza (1988)4
FIGURA 3.4 - Rolamento autocompensador de esferas e aplicação45
FIGURA 3.5 - Rolamento de rolos cilíndricos. Fonte: Provenza (1988)45
FIGURA 3.6 - Rolamento de rolos cilíndricos e sua aplicação45
FIGURA 3.7 - Rolamento autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988)46
FIGURA 3.8 - Rolamento autocompensador de rolos e sua aplicação46
FIGURA 3.9 - Rolamento de contato angular. Fonte: Provenza (1988)47
Provenza (1988)47

IV FIGURA 3.10 - Rolamento de contato angular de duas carreiras de esferas. Fonte:

FIGURA 3.12 - Rolamento axial de esferas de escora dupla. Fonte: Provenza (1988)48
FIGURA 3.13 - Rolamento axial de esferas de escora e sua aplicação49
FIGURA 3.14 Rolamento axial autocompensador de rolos. Fonte: Provenza (1988)49
(1988)50
FIGURA 3.16 - Rolamento de agulhas. Fonte: Provenza (1988)50
FIGURA 3.17 - Rolamento deformado não esfericamente51
FIGURA 3.18 - Rolamento deformado plasticamente com escamação51
FIGURA 3.19 - Rolamento com contaminante abrasivo51
FIGURA 3.20 - Rolamento deformado com estrias de fadiga52
FIGURA 3.21 - Tacômetros52
FIGURA 3.2 - Estetoscópio53
FIGURA 3.23 – Verificador de óleo53
FIGURA 3.24 – Medidor de vibrações53
FIGURA 3.25 – Montagem com interferência: eixo cilíndrico54
FIGURA 3.26 – Montagem com interferência: eixo cônico54
FIGURA 3.27 – Chave gancho54
FIGURA 3.28 – Extrator com garra54
FIGURA 3.29 – Extrator com martelo5
FIGURA 3.30 – Extrator para caixa cega5
FIGURA 3.31 – Montagem a quente5
FIGURA 3.32 – Aquecedores por indução56
FIGURA 3.3 – Mancal de deslizamento e suas partes56
FIGURA 3.34 – Tipos de buchas quanto à forma57
FIGURA 3.35 – Bucha e eixo57
FIGURA 3.36 - Molas58
FIGURA 3.37 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de compressão58
FIGURA 3.38 – Aspecto construtivo de molas helicoidais de tração59
FIGURA 3.39 - Esquemas para tracionamento de molas. Fonte. Provenza (1988)59
FIGURA 3.40 – Molas helicoidais59
(1997)60
FIGURA 3.42 – Mola helicoidal de torção60
FIGURA 3.43 – Molas em paralelo61
FIGURA 3.4 – Molas helicoidal cônica de secção retangular61

FIGURA 3.1 - Rolamento axial de esferas de escora simples. Fonte: Provenza (1988)..48 FIGURA 3.15 - Rolamento de rolos cônicos de uma carreira de esferas. Fonte: Provenza FIGURA 3.41 - Efeito de deformação em uma mola tracionada. Fonte. Bonjorno et. all. FIGURA 3.45 – Dimensionamento de uma mola helicoidal de tração..............................62

Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação I Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann.

1 - ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS, PORCAS, PINOS, REBITES, ANÉIS ELÁSTICOS E ARRUELAS

1.1 - INTRODUÇÃO

Ferraresi (1988) comenta que a ferramenta foi um dos primeiros instrumentos a ser utilizado pelo homem, desde as eras pré-históricas. O autor conceitua ferramentas como o que pode ser manuseado pelo homem, direta ou indiretamente. Chiaverinni (1986) conceitua ferramenta como um elemento adicional que, quando acoplado a um dispositivo ou, a outra ferramenta, permite a realização de um trabalho. Assim, o aperfeiçoamento em termos de qualidade, materiais, arranjos, etc. permitiu ao homem utilizar ferramentas de modo combinado, juntando-as umas às outras ou a outros materiais, criando os equipamentos.

Os equipamentos são, portanto, uma evolução das ferramentas, considerando-se como equipamento tudo aquilo que o homem pode usar. Não há clareza conceitual entre equipamentos e máquinas. No entanto, pode-se explicar que o conceito de máquina sempre significa um conjunto de elementos mecânicos dispostos de tal forma a permitir a realização de um trabalho, gerar energia ou força.

Assim, para efeito de projetos, no estudo dos elementos de máquinas é importante, num primeiro momento, a familiarização com a nomenclatura usualmente utilizada nas indústrias. As figuras 1.1 e 1.2 apresentam alguns nomes.

Rosca Arruela Concordância Articulação

Braçadeira Bucha Rasgo de chaveta FIGURA 1.1 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988).

Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação I Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann.

Chanfro Entalhe Espiga Eixo ranhurado Furo escareado Flange Mancal Nervura

Orelha Parafuso Allen Porca Sulco

Rebaixo Saliência Recartilhado Furos de alívio FIGURA 1.2 - Nomenclaturas usuais. Fonte: Provenza (1988).

1.2 - PORCAS E PARAFUSOS

O parafuso é o elemento de máquina mais utilizado que existe. Seu uso compreende, entre outros: a fixação (junções desmontáveis), protensão, obturação (tampar orifícios), ajustagem (eliminação de folgas e compensação de desgastes), transmissão de força (prensa de parafuso, morsa, etc.), movimentação (transformação de movimentos rotativos em movimentos retilíneos) e para medições micrométricas (micrômetro, por exemplo).

Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação I Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann.

As figuras 1.3 e 1.4 mostram alguns exemplos de parafusos. A figura 1.3 está dividida em 5 partes: em (a), mostra-se a junção de flanges através de parafusos passantes; em (b) a junção é realizada por meio de um parafuso prisioneiro; em (c) utiliza-se simplesmente um parafuso; em (d), utiliza-se um parafuso elástico passante e um tubo distanciador e em (e), usou-se um parafuso com dupla porca.

FIGURA 1.3 - Parafusos. Fonte: Niemann (1971).

Já a figura 1.4 também apresenta 5 casos de fixação de tampas: em (a), usou-se um parafuso passante; em (b), um parafuso comum; em (c), um parafuso com alongamento; em (d), um parafuso articulado com porca-borboleta e em (e), um parafuso articulado com porca-alavanca.

FIGURA 1.4 - Fixação de tampas por parafusos. Fonte: Niemann (1971).

Em todos os casos em que as junções sofrem efeitos vibratórios ou cargas dinâmicas, existe a necessidade de dispositivos de segurança contra o afrouxamento das porcas. Alguns tipos de porcas são mostradas na figura 1.5.

A segurança contra o afrouxamento das porcas pode ser conseguida através de dispositivos de travamento baseado no design de parafusos e porcas, tais como, ressaltos na cabeça do parafuso, cupilhas, pinos transversais, parafusos transversais, arruelas dobráveis de fixação, etc.. Também pode-se conseguir segurança através do travamento por força, baseado em arruelas de pressão, arruelas dentadas, porcos com molas, travas ou fendas. A figura 1.6 ilustra alguns desses mecanismos.

Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação I Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann.

FIGURA 1.5 - Porcas. Fonte: Niemann (1971).

Na figura 1.6 estão representados vários tipos de travas: em (a), porca castelo com coupilha; em (b) auto-retenção elástica com um anel de fibra; em (c), arruela de pressão; em (d), arruela dentada (dentes travados); em (e), chapa de travamento e em (f), acréscimo de atrito cônico na porca (exemplo: fixação da roda no carro).

FIGURA 1.6 - Travamentos de segurança. Fonte: Niemann (1971).

As figuras 1.7 e 1.8 mostram tipos específicos de juntas unidas por parafusos: na primeira, tem-se representada a fixação de peças não adjacentes por meio de parafusos distanciadores; na segunda, tem-se representada a união por meio de parafusos prisioneiros.

FIGURA 1.7 - Parafusos distanciadores. Fonte: Niemann (1971).

Na figura 1.8 (parte A) são mostradas três tipos de travamento: em (a), o travamento se dá por rosca; em (b), o travamento se dá por uma porca com possibilidade de regulagem e em (c), o travamento acontece por parafuso-pino com muita solicitação. Os parafusos diferenciais, como mostra o exemplo da parte B da figura 1.8, são geralmente utilizados em máquinas pesadas, como por exemplo, na fixação e desmontagem de fresas.

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A: tipos de travamento B: parafuso diferencial

FIGURA 1.8 - Tipos de travamento e parafusos diferenciais. Fonte: Niemann (1971).

Quando se utilizam parafusos que serão movimentados, deve-se prever o desgaste dessa movimentação. A figura 1.9 mostra, esquematicamente, algumas possibilidades de conformação para parafusos em movimento. Os parafusos de fixação requerem muita atenção no que se refere às superfícies de contato (assento) da cabeça do parafuso e da porca, que devem ser planas, e a distribuição de carga por vários parafusos, para se evitar esforços desiguais entre eles, o que pode acarretar em distorções nas peças. Nesses casos, é conveniente a utilização de parafusos iguais, com o mesmo diâmetro e comprimento.

FIGURA 1.9 - Parafusos em movimento. Fonte: Niemann (1971).

Os parafusos sextavados são os mais conhecidos e utilizados. A figura 1.10 mostra, na parte A, as proporções normalizadas desse parafuso e, na parte B, a representação de um parafuso sextavado. As proporções dos parafusos são bastante rígidas. As figuras 1.1, 1.12, 1.13,. 1.14 e 1.15 mostram, respectivamente, as proporções dos seguintes tipos de parafusos: parafusos diversos, parafusos de fixação, extremidades interiores de parafusos, parafusos passantes para madeira e parafusos para madeira com rosca soberba.

Universidade do Vale do Itajaí – UNIVALI Curso de Desenho Industrial – Design Fabricação I Prof. Paulo C. Ferroli e Prof. Cláudio Roberto Losekann.

A: Proporções normalizadas de parafuso sextavado B: Parafuso sextavado

FIGURA 1.10 - Parafusos sextavados. Fonte: Provenza (1988).

Parafuso com cabeça cilíndrica oval Parafuso com cabeça redonda

Parafuso com cabeça cilíndrica

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