Elementos-de-maquinas - Prof Moro - IFSC

Elementos-de-maquinas - Prof Moro - IFSC

(Parte 1 de 3)

PARTE I - Características dos Elementos

Téc. Mec. André Paegle Auras

Prof. Eng. Mec. Norberto Moro FLORIANÓPOLIS - 2006

1. ELEMENTOS DE FIXAÇÃO4
1.1 Rebites5
1.2 Pinos8
1.3 Cavilha8
1.4 Contrapino ou cupilha9
1.5 Parafusos10
1.6 Porcas15
1.7 Arruelas15
1.8 Anéis elásticos17
1.9 Chavetas19
2. ELEMENTOS ELÁSTICOS2
2.1 Molas Helicoidais2
2.2 Molas Planas24
3. ELEMENTOS DE APOIO26
3.1 Guias26
3.2 Mancais28
3.2.1 Buchas29
3.2.2 Rolamentos31
4. ELEMENTOS DE TRANSMISSÃO37
4.1 Polia e Correia37
4.2 Correntes39
4.3 Cabos de Aço41
4.4 Acoplamento43
4.5 Roscas47
4.6 Engrenagens52
Tabelas56
Apresentação
diversos tipos de elementos bem como suas variadas aplicações

Esta segunda parte da apostila de Elementos de Máquinas irá tratar a respeito dos Elementos de Máquinas propriamente ditos, buscando ensinar os

demais bibliografias encontram-se no fim da apostila

Esta segunda apostila utilizou muitos conceitos e figuras retiradas da apostila de Elementos de Máquinas, Volume I e I, do curso Técnico em Mecânica do Telecurso 2000 (disponível em w.bibvirt.futuro.usp.br). As

de ajuda

Apresentamo-na com o intuito de permanecê-la em constante desenvolvimento, através das críticas e sugestões advindas dos que a ela terão acesso. O seu auxilio beneficiará a muitos outros alunos que ainda aprenderão com esta apostila. O professor certamente está disposto a este tipo

Enfim, esperamos que este trabalho auxilie, da forma mais completa possível, na formação de novos profissionais, técnicos que saibam manejar a prática com a mais excelente teoria.

1. ELEMENTOS DE FIXAÇÃO

Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras. Qualquer construção, por mais simples que seja, exige união de peças entre si. Para tanto, exige-se elementos próprios que proporcione a união, os quais denominaremos aqui de elementos de fixação1 . Os

elementos de fixação mais usados são: rebites, pinos, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, anéis elásticos e chavetas.

Para projetar um conjunto mecânico é preciso escolher o elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou fixadas. Elementos de fixação fracos e mal planejados poderá inutilizar toda a máquina. O bom planejamento evitará também concentração de tensão nas peças fixadas. Essas tensões causam

do material

rupturas nas peças por fadiga2

A união pode ser de duas maneiras:

Móvel

arruelas

Os elementos de fixação podem ser colocados ou retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. Por exemplo: uniões com parafusos, porcas e

Permanente

feitas com rebites

Os elementos de fixação não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. Por exemplo: uniões

1 Obs.: Deve-se considerar que é possível outro tipo de união de peças numa máquina: a solda. Entretanto, ela não é considerada um elemento de máquina.

1.1 Rebites

duas ou mais peças

O que é: O rebite possui corpo cilíndrico e cabeça, sendo fabricado em aço (comum, inox, etc), alumínio, cobre ou latão. É usado para fixação permanente de

Emprego: Em geral, seu emprego está em situações onde não é possível usar solda por um ou mais motivos: tipo de material, não admissão de tensões provenientes da solda, facilidade do processo de fabricação, etc. Na indústria aplica-se principalmente em: estruturas metálicas, reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças.

Tipos: Os tipos de pino são divididos pelo formato da cabeça. Pelos desenhos dos pinos abaixo, podemos perceber que há uma relação padronizada entre diâmetro (d) do corpo e da cabeça. Veja tabela abaixo:

Imagem Tipo de Cabeça Aplicação Redonda larga

Redonda estreita

Bastante utilizado pela grande resistência oferecida.

Escareada chata larga

Escareada chata estreita

Uniões que não admitem saliências

Escareada com calota

Panela

Uniões que admitem pequenas saliências

Cilíndrica Chapas com espessura máx. de 7 m

Especificações: Para o uso de rebites, deve-se saber quatro especificações: material, tipo de cabeça, diâmetro do corpo e comprimento útil (é o comprimento do corpo - L, menos a sobra necessária - Z, que é o comprimento restante necessário para formar a outra cabeça do rebite. Ver figura abaixo:

Rebitagem: é o processo de união de peças usando rebite. Ver figura abaixo:

força

Pode ser manual, com pancadas de martelo (uso em pequena escala), ou automático, com auxílio de martelo pneumático ou rebitadeiras pneumáticas ou hidráulicas. O processo ainda pode ser a quente ou a frio. Na rebitagem a quente, o rebite é antes aquecido em forno ou em chama até atingir cor vermelho-brilhante, sendo usado em rebites de aço com diâmetro maior que 6,35 m, obtendo melhor preenchimento do espaço e menor aplicação de

formando a 2ª cabeça do rebite

Rebite de repuxo: É um rebite especial, mas amplamente utilizado em chapas que não sofrerão grandes esforços. Este rebite é furado, pelo qual passa um contra-rebite. Para a rebitagem utiliza-se um equipamento simples que puxa o contra-rebite

(1) O rebite é colocado no furo das peças; (2) A rebitadeira puxa o contra-rebite enquanto segura a cabeça do rebite contra a peça; (3) a cabeça do contrarebite forma a cabeça do rebite; (4) a cabeça do contra-rebite quebra-se e o corpo abandona o rebite.

necessário e a dimensão das chapas, entre outros dados do projeto

Cálculos: O cálculo de distribuição dos rebites deve levar em conta a finalidade da rebitagem, o esforço que as chapas sofrerão, o tipo de junta

Dicas práticas:

- A distância mínima entre centros dos rebites deverá ser de 3 vezes o diâmetro do rebite; - Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo, a distância deverá ter 2 vezes o diâmetro do rebite (válido na direção da força); - Da lateral da chapa até o centro do primeiro furo, no sentido transversal da força, a distância deverá ter 1,5 vezes o diâmetro do rebite; - O diâmetro do rebite deve ser de 1,5 vezes a espessura da chapa de menor espessura; - O diâmetro do furo deve ser de 1,06 vezes o diâmetro do corpo do rebite.

Defeitos:

Furos fora do eixo fazem o rebite preencher todo espaço, diminuindo sua resistência.

Chapas mal encostadas engordam o rebite no vão entre chapas, afetando sua resistência.

Diâmetro do furo maior do que o do rebite provoca eixo inclinado no corpo, que reduz a pressão de aperto.

O aquecimento excessivo do rebite provoca folga, ocorrendo deslizamento de chapa.

A rebitagem descentralizada produz uma das cabeças fora do eixo, diminuindo a força de aperto.

A falta de material para formar a 2ª cabeça do rebite se dá pela escolha errada do comprimento do rebite.

Para sanar os defeitos deve-se retirar uma das cabeças do rebite com talhadeira, esmirilhadeira ou furadeira, para depois extrair o rebite.

O que é: Pinos são elementos cilíndricos/cônicos geralmente de aço e que une peças articuladas.

Emprego: Nesse tipo de união as peças formam uma junção móvel, permitindo conjuntos que se articulam entre si. Na indústria aplica-se principalmente em: braços articulados (guindastes, etc), portas, entre outros.

Tipos: Ver tabela abaixo.

Pino cônico – ação de centragem.

Pino cônico – a ação de retirada do pino de furos cegos é facilitada por haste roscada (aperto de porca retira a haste).

Pino cilíndrico – utilizado para forças cortantes, requer furo com tolerâncias rigorosas.

Pino elástico – apresenta elevada resistência, podendo ser assentado em furos com variação de diâmetro.

1.3 Cavilha

O que é: é uma peça cilíndrica, fabricada em aço, cuja superfície externa recebe três entalhes que formam ressaltos. A forma e o comprimento dos entalhes determinam os tipos de cavilha. Sua fixação é feita diretamente no furo aberto por broca, dispensando-se o acabamento e a precisao do furo alargado.

Emprego: A cavilha une peças que não são articuladas entre si

1.4 Contrapino ou cupilha

circular e tem duas pernas desiguais

O que é: O contrapino ou cupilha é uma haste ou arame com forma semelhante à de um meiocilindro, dobrado de modo a fazer uma cabeça

Emprego: Introduz-se o contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo. As pernas do contrapino são viradas para trás e, assim, impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas.

1.5 Parafusos

rosca (há alguns com parte da haste sem rosca)

O que é: O parafuso é um elemento de ligação formada por um corpo cilíndrico, sendo cabeça (há parafusos sem) e

Emprego: É empregado para fixação de peças variadas, de forma não permanente e que podem ser facilmente montadas e desmontadas.

Classificação: Existem quatro grandes grupos de parafusos - passantes, não passantes, de pressão e prisioneiros.

Passante: atravessam as peças e são fixos com porcas.

Não passante: a fixação da rosca é feita numa das peças, sem a necessidade de porca.

Pressão: a pressão é exercida pelas pontas dos parafusos contra a peça a ser fixada.

Prisioneiros: são parafusos sem cabeça roscados em ambas pontas, para peças que exigem montagem e desmontagem freqüentes.

Tipos: Ver tabela abaixo.

Aplicações:

Cabeça sextavada: usado com ou sem rosca, é aplicado para uniões que necessitam forte aperto (com chave de boca).

Sextavado interno (Allen): é utilizado em uniões que necessitam forte aperto em locais com pouco espaço para manuseio de ferramentas.

Sem cabeça e fenda/sextavado interno: é utilizado para travar elementos de máquinas não deixando saliências externas.

Cabeça escareada chata com fenda: é usado em montagens que não sofrem grandes esforços e cuja cabeça não pode exceder a superfície.

Cabeça redonda com fenda: usado em montagens que não sofrem grandes esforços, proporcionando bom acabamento superficial.

Cabeça cilíndrica com fenda: usado na fixação de elementos nos quais existe a possibilidade de se fazer um encaixe profundo para a cabeça do parafuso e bom acabamento superficial.

Cabeça escareada boleada com fenda: usado na fixação de elementos com pouca espessura ficando a cabeça embutida.

Rosca soberba (vários tipos de cabeça): usado em madeira e em peças de alvenaria (junto com buchas plásticas).

Cálculos de união: Para união de peças com parafuso, deve-se considerar quatro fatores - profundidade do furo broqueado, profundidade do furo roscado, comprimento útil de penetração do parafuso e diâmetro do furo passante.

Ø - diâmetro do furo broqueado B - profundidade da parte roscada d - diâmetro da rosca C - comprimento de penetração A - profundidade do furo broqueado d1 diâmetro do furo passante

Roscas: O tipo de rosca usada num parafuso irá determinar a sua aplicação. Veja os tipos na tabela abaixo.

Parafusos e porcas de fixação na união de peças (ex.: peças e máquinas em geral).

Fusos que transmitem movimento suave e uniforme (ex.: máquinas operatrizes).

Parafusos de grandes diâmetros sujeitos a grandes esforços (ex.: equipamentos ferroviários).

Fusos que sofrem grandes esforços e choques (ex.: prensas e morsas).

Fusos que exercem grandes esforços num só sentido (ex.: macacos de catraca).

As roscas podem ter dois sentidos: à esquerda (quando o aperto se dá girando o parafuso à esquerda), ou à direita (quando o aperto se dá girando à direita). A grande maioria das roscas são à direita.

Elas ainda podem ter de uma a quatro entradas (aplicado somente a fusos). Quando existem quatro entradas, o máximo de rotação do eixo para entrada da rosca é 90° (isto é, 360° dividido por 4).

Nomenclatura das roscas:

P = passo = ângulo do filete D = diâmetro do fundo da porca d = diâmetro externo f = fundo do filete D1 = diâmetro do furo da porca d1= diâmetro interno i = ângulo da hélice h1 = altura do filete da porca d2=diâmetro do flanco c = crista h = altura do filete do parafuso

Os três tipos de rosca triangulares mais comuns são a métrica, whitworth e americana. As mais usadas no Brasil são a métrica e a whitworth.

Rosca métrica: É o padrão da norma ISO. Pode ser normal ou fina, sendo que a rosca métrica fina possui maior número de filetes e é usada em casos que é necessária melhor fixação devido a vibrações. Veja as fórmulas:

Rosca whitworth: É o padrão inglês utilizado também nos EUA. Também possui rosca normal (BSW) e fina (BSF), sendo esta maior número de filetes por polegada. Veja fórmulas abaixo:

no final da apostila)

É comum a consulta a tabelas, que facilitam a obtenção de valores (veja tabela

1.6 Porcas

O que é: A porca é uma peça de forma prismática ou cilíndrica com furo roscado através do qual se encaixa o parafuso. É fabricado em metal ou plástico.

Emprego: È usado em conjunto com o parafuso, para a fixação deste.

Tipos: Veja tabela abaixo.

Desenho Descrição Aplicação

Porca borboleta.

Porca recartilhada. Aperto manual (arco de serra).

Porca cega. Para bom acabamento. Porca quadrada.

Porca quadrada. Para fixações diversas.

Porca castelo. Utilizado com cupilha para evitar que vibrações soltem-na.

1.7 Arruelas

O que é: A arruela é um disco metálico com um furo no centro. O parafuso passa por esse furo.

Emprego: A têm a função de distribuir igualmente a força de aperto entre a porca, o parafuso e as partes montadas.

Tipos: Veja tabela abaixo. Desenho Descrição Aplicação

Arruela lisa.

Distribui igualmente o aperto, sendo utilizado em apertos com pouca vibração.

Arruela de pressão.

Evita o afrouxamento do parafuso e da porca. Para conjuntos com grandes vibrações e esforços.

Arruela dentada.

Para conjuntos com grandes vibrações, mas pequenos esforços.

Arruela serrilhada.

Para conjuntos com grandes vibrações e esforços médios.

Arruela ondulada.

Similar à anterior, mas usado sobre superfícies pintadas, evitando danificação do acabamento.

Arruela de travamento com orelha.

Dobra-se a orelha num canto vivo e uma aba num dos cantos do parafuso, evitando que este venha afrouxar.

Arruela para perfilados.

Compensa o ângulo de perfis, proporcionando maior área de contato com a porca.

1.8 Anéis elásticos

O que é: O anel elástico, conhecido também como anel de trava, retenção ou segurança, é uma espécie de arruela incompleta, cuja abertura serve para que seja encaixada em um ressalto num eixo.

Emprego: É usado para impedir o deslocamento axial de eixos, e também, para posicionar ou limitar o curso de uma peça que desliza sobre um eixo.

Tipos: Veja tabela abaixo

Desenho Aplicação

Para eixos com diâmetro entre 4 e 1000 m.

Para furos com diâmetro entre 9,5 e 1000 m.

Para eixos com diâmetro entre 8 e 24 m.

Para eixos com diâmetro entre 4 e 390 m fixando rolamento.

Anéis de seção circular são usados para pequenos esforços axiais.

Para facilitar a escolha, existem tabelas para consulta (ver tabela no fim da apostila).

O que é: A chaveta tem geralmente perfil retangular ou semicircular, podendo ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir. Alguns autores classificam a chaveta como elementos de fixação e outros autores, como elementos de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções.

Emprego: A chaveta se interpõe nas cavidades de um eixo e uma peça, afim de fixar a peça ao eixo e vice-versa. É muito usado para fixação de engrenagens num eixo.

Classificação: As chavetas se classificam em três tipos - de cunha, paralelas e de disco. A de cunha possui uma das faces inclinadas, para facilitar a união. Tais se dividem em longitudinais (colocadas na extensão do eixo para unir roldanas, rodas, volantes, etc) e transversais (união de peças que transmitem movimentos rotativos e retilíneos alternativos). A paralela não possui face inclinada, possuindo folga em sua face superior. A de disco (ou meia lua) é usada em eixos cônicos por se adaptar à conicidade e ter fácil montagem.

Tipos: Ver tabela abaixo

Desenho Descrição

Cunha longitudinal encaixada: é a forma mais simples do tipo cunha. O rasgo do eixo deve ser maior que o comprimento da chaveta.

Cunha longitudinal meia-cana: possui base côncava com mesmo raio do eixo. O eixo não é rasgado, e a transmissão se dá por atrito. Quando a força é grande, o movimento não é transmitido.

Cunha longitudinal plana: similar à encaixada, não se abre rasgo no eixo, apenas um rebaixo plano.

Cunha longitudinal embutida: possui os extremos arredondados e o rasgo do eixo possui a mesma dimensão da chaveta.

Cunha longitudinal tangencial: é formada por um par de cunhas, sendo usado para fortes cargas com mudanças e golpes.

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