Aula 8 Eixos e árvores Projeto para eixos: restrições geométricas

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1 Aula 8 Eixos e árvores Projeto para eixos: restrições geométricas
Calil 02 pg8, Notas R1 (Critérios de resistência), Nicolazzi pg22 Elementos de máquinas 2 – Eixos e árvores 1

2 Acoplamentos São elementos utilizados para interligação de eixos, tendo as seguintes funções: Ligar eixos de mecanismos diferentes; Permitir a sua separação para manutenção; Ligar peças de eixos (no caso de não ser viável ou vantajoso utilizar um eixo inteiriço); Minimizar as vibrações e choques transmitidos ao eixo ou motor De acordo com a sua aplicação e função podemos classificar 5 tipos de elementos Para a potência passar dos eixos para os cubos dos acoplamentos e das polias é necessário o uso de dispositivos genericamente denominados de ligações cubo eixo. Elementos de máquinas 2 - Introdução

3 Acoplamentos: tipos de ligações
Ligações por atrito: Ajuste prensado Elementos intermediários (anéis cônicos) Ligações por forma: Chavetas e eixos estriados As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Ligações por adesão: Colas, soldas Elementos de máquinas 2 - Introdução

4 Ligações por atrito A carga se transmite entre os elementos sem alteração da forma da seção circular; Transmissão se dá pela força de atrito geradas nas superfícies conjugadas; Apresentam algumas dificuldades: Controle da pressão de contato na montagem; Promove concentração de tensão; Pode ocasionar corrosão pela deterioração da superfície Baixa confiabilidade: variabilidade do coeficiente de atrito As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Acoplamentos simples de serem fabricados; Elementos de máquinas 2 - Introdução

5 Ligações por forma Ligações mais difundidas no projeto e construção de máquinas Principais vantagens: Simples montagem e desmontagem Baixo custo: feitas de materiais menos nobres Desvantagens: Redução da capacidade de carga dos elementos – menor área de seção transversal; Aumento da concentração de tensões devido aos rasgos; Dificuldade de posicionar as peças com precisão As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

6 Ligações por forma Elementos de máquinas 2 - Introdução

7 Ligações por forma Chaveta paralela: mais usadas; padronizações da ANSI e ISO definem suas dimensões (seção transversal); Chaveta cônica: A conicidade é para seu travamento, bem como para aumentar a eficiência da transmissão da força por atrito do cubo com o eixo. Chaveta Woodruff: (chavetas meia lua) usadas em eixos com os menores diâmetros. São auto alinhantes na montagem, especialmente quando o eixo é cônico. Elementos de máquinas 2 - Introdução

8 Chavetas paralelas Mais usuais: em geral, as polias para correias, rodas dentadas, volantes de inércia, entre outros elementos, são fixados aos eixos por meio de chavetas longitudinais; Usualmente, a partir de barras laminadas a frio As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

9 Chavetas paralelas: recomendações
Perfil quadrado – eixos de até 22mm de diâmetro Perfil retangular – eixos maiores Comprimento máximo – 1,5 x diâmetro do eixo Se necessário mais de uma chaveta ao longo do eixo: Defasar de 90 graus Coeficiente de segurança: 1,5: solicitações quase estáticas 2,5: solicitações com choques leves 4,5: solicitações com choques forte As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

10 Chavetas paralelas: padrões
As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

11 Chavetas cônicas A largura de uma chaveta cônica para um dado diâmetro de eixo é a mesma estimada para chavetas paralelas (ver tabela anterior); A conicidade (afunilamento) e o tamanho da quilha são padronizados: 1/8 in por 1 ft (1:100); A conicidade é para o travamento do elemento; Tendem a criar uma excentricidade entre o cubo e o eixo, especialmente em velocidades baixas As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

12 Chavetas Woodruff (meia-lua)
As larguras em função do diâmetro são as mesmas utilizadas para as chavetas paralelas quadradas (ver tabela) Auto alinhantes: apresentam melhor concentricidade após a montagem, especialmente em altas velocidades (i.e. acoplamento eixo-turbina); As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

13 Projeto de chavetas Restrições de projeto
Diâmetro do eixo → altura x largura da chaveta Material: dúcteis pois chavetas estão sob tensão de cisalhamento Variáveis de projeto: Número de chavetas e comprimento As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

14 Tensões em chavetas As chavetas podem falhar por dois modos:
Cisalhamento; Amassamento. A falha por cisalhamento ocorre quando a mesma é cisalhada na sua largura na interface cubo eixo. A falha por amassamento, ocorre quando a mesma é amassada na região que o cubo ou eixo está em contato com ela (tensão de compressão) As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

15 Tensões em chavetas As tensões nas chavetas são de dois tipos principais: Tensões provocadas pelo ajuste prensado (compressão e de difícil previsão) Provocadas pelo momento torçor e deslizamento da chaveta:, produzindo cisalhamento e compressão. Cisalhamento na chaveta Compressão na chaveta Elementos de máquinas 2 - Introdução

16 Tensões em chavetas Compressão no eixo Compressão no cubo
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17 Exemplo 1 Elementos de máquinas 2 - Introdução
As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

18 Ligações por forma Elementos de máquinas 2 - Introdução
As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

19 Exemplo 2 Dada uma árvore que recebe 20HP de um motor elétrico, girando a velocidade de 1200 rpm, dimensione a chaveta a ser adotada, sabendo que eixo tem 35mm de diâmetro. Considere o material um aço 1020 laminado a frio, com σult = 379MPa e σesc= 207MPa e um coeficiente de segurança igual a 1,5. As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

20 Exemplo 2 Elementos de máquinas 2 - Introdução
As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

21 Exemplo 2 Aplicando Von Mises, esta tensão cisalhante existe para uma tensão máxima normal dada por: As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

22 Concentração de tensões
Concentração de tensões em rasgos de chaveta: Chavetas tem cantos relativamente afiados, o que causa concentrações significativas de tensões Peterson mostra curvas de concentração de tensões obtidas experimentalmente para assentos de chaveta em eixos sob flexão ou torção As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Kt Kf Elementos de máquinas 2 - Introdução

23 Concentração de tensões
Dimensionamente de um eixo pela Teoria da máxima tensão cisalhante (Tresca) considerando o efeito de concentração de tensões As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

24 Ligações por forma: estrias
Estrias: quando é necessário transmitir mais torque do que aquele passado pelas chavetas – maior superfície de contato São essencialmente “chavetas construídas nos eixos”, formadas pelo contorno externo do eixo e pelo contorno interno do cubo Surgimento de tensões locais Irregularidades na distribuição das cargas Necessidade de equipamentos especiais para fabricação As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução

25 Ligações por forma: estrias
Valor do torque total transmitido: Tensão de compressão no cubo: As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Comprimento da ranhura ou estria onde z é o número de dentes e L o comprimento da ranhura Elementos de máquinas 2 - Introdução

26 Ligações por forma: estrias
Admitindo que o cisalhamento se dá na interface entre o eixo e o cubo, a área resistiva ao cisalhamento é onde dp é a distância do centro do eixo até aproximadamente o meio do dente As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Tensão de cisalhamento na interface eixo-cubo: Elementos de máquinas 2 - Introdução

27 Ligações por forma Elementos de máquinas 2 - Introdução
As ligaçõeses cubo/eixo podem ser realizadas por diferentes princípios, resultando em diferentes configurações construtivas, e dentre os princípios empregados, tem-se: ligações por atrito, por adesão e por forma. As por atrito, as mais comuns e mais enfocadas nesse curso, podem se dar por ajuste prensado entre os elementos ou utilizando elementos intermediários para promover o atrito, tais como anéis cônicos. Elementos de máquinas 2 - Introdução