Aula 02 Engenharia Mecânica

Introdução ao Estudo dos Elementos de Máquinas

• Importância dos elementos de máquinas na Engenharia e suas ênfases
• Revisão dos conceitos prévios importantes e basilares para o estudo dos elementos de máquinas

Movimento Circular

• Definição: movimento executado por um ponto que descreve uma trajetória circular
• Relação entre velocidade angular (medida em radianos/segundos - rad/s) e velocidade tangencial ou periférica (medida em metros/segundos - m/s)
• Sistema Internacional (SI) de unidades: utilizado globalmente

Velocidade Angular

• Definição: variação angular (ou seja, diferença de medida de ângulo que é percorrida - ∆ϕ) pela variação de tempo (ou seja, diferença de medida de tempo, em segundos, que é contado - ∆t)
• Fórmula: ω = ∆ϕ / ∆t
• Unidades: rad/s (velocidade angular), rad (variação angular), s (variação de tempo)

Período e Frequência

• Período (T): quantidade de tempo necessária para que um ponto complete um ciclo completo (uma volta inteira de circunferência)
• Fórmula: T = 2π / ω
• Frequência (f): número de ciclos que aquele ponto "P" descreve em um segundo, dentro dessa trajetória circular
• Fórmula: f = 1 / T
• Unidades: s (período), Hz (frequência)

Rotação

• Definição: número de ciclos que o ponto "P" faz em uma trajetória circular em 1 minuto (60 segundos)
• Fórmula: n = 60.f
• Unidades: rpm (rotações por minuto)

Velocidade Tangencial

• Definição: velocidade do ponto que descreve uma trajetória circular
• Fórmula: Vt = ω.r
• Unidades: m/s (velocidade tangencial), rad/s (velocidade angular), m (raio)

Relação de Transmissão

• Importância da relação de transmissão na transmissão de movimento e potência
• Fórmula: ω2 / ω1 = r1 / r2
• Unidades: rad/s (velocidade angular), m (raio)

Momento Torçor e Potência

• Definição: momento torçor é a tendência de um objeto rotacionar em torno de um eixo

• Fórmula: T = r x F

• Definição: potência é a taxa de transferência de energia

• Fórmula: P = T.ω

• Unidades: N.m (momento torçor), W (potência), rad/s (velocidade angular)### Movimento Circular

• A velocidade angular (ω) é definida como a razão entre a variação da posição angular (Δθ) e o tempo (Δt), ou seja, ω = Δθ/Δt.

• A frequência (f) é definida como a razão entre a velocidade angular e 2π, ou seja, f = ω/2π.

• A rotação por minuto (n) é definida como a razão entre a velocidade angular e 60, ou seja, n = 60f.

Velocidade Tangencial

• A velocidade tangencial (Vt) é a medida de velocidade (Δs/Δt) como se o ponto P não executasse o movimento circular.
• É como se o ponto seguisse uma trajetória reta, tangencial, a cada instante à circunferência que ele faz proveniente do seu movimento circular.
• A velocidade tangencial é definida como a multiplicação da velocidade angular pela distância do centro da circunferência, ou seja, Vt = ωr.

Relação de Transmissão

• Todo esses conceitos são fundamentais para entendermos como é dada a relação de transmissão entre duas circunferências que estão ligas entre si por correias ou correntes.
• A intensidade da velocidade tangencial será a mesma em ambos os casos.
• A relação de transmissão é definida como a razão entre as velocidades tangenciais das duas circunferências, ou seja, Vt1 = Vt2.
• A relação de transmissão pode ser expressa também em função da razão entre os diâmetros das circunferências, ou seja, i = r2/r1 = d2/d1.

Momento Torçor e Potência

• O momento torçor (Mt) é estabelecido quando há uma força aplicada a uma determinada distância da região onde se pretende calculá-lo.
• A potência (P) é definida como o trabalho realizado dentro de um intervalo de tempo.
• A potência pode ser expressa em função do momento torçor e da velocidade angular, ou seja, P = Mtω.

Engrenagens

• Engrenagens nada mais são do que elementos de máquinas desenvolvidos a fim de transmitir e transferir potência.

• Outra funcionalidade também associada a engrenagens é a transmissão de movimento.

• Engrenagens servem para transmitir potência e/ou movimento.### Eixos

• Eixos são elementos de máquinas usados para transmitir potência ou movimento e possuem seção transversal circular.

• Existem eixos rotativos e fixos, sendo os fixos utilizados em sistemas que não transmitem torque.

• Os eixos fixos são utilizados para suporte, como em rodas gigantes.

• A análise de deflexão que um eixo será submetido depende do serviço no qual será empregado, do material e da geometria local.

Materiais para fabricação de eixos

• A depender do serviço que será empregado, os eixos sofrerão maiores ou menores esforços mecânicos.
• A rigidez do material é importante para o eixo.
• Os eixos podem sofrer tratamentos térmicos para atingir propriedades mecânicas específicas.
• A grande maioria dos eixos é fabricada em aço, que são ligas Fe-C.

Principais componentes de um eixo

• Existem diversos elementos de máquinas que fazem parte dos sistemas de eixos, como chavetas, estrias, parafusos de fixação, pinos e ajustes.
• As estrias são seções de dentes de engrenagem formadas na parte externa do eixo e no lado interno do cubo.
• Os parafusos de fixação dependem da compressão, enquanto os parafusos de porca dependem de tração.
• Os pinos e chavetas servem para transmitir torque do eixo ao elemento suportado.

Deflexão e velocidade crítica

• A análise de deflexão costuma ser abordada em engrenagens e mancais.
• A deflexão ocorre quando o eixo é submetido a uma carga.
• A velocidade crítica é a velocidade máxima que um eixo pode alcançar antes de se tornar inviável.

Rebites

• Rebites são elementos de máquinas que servem para unir duas peças permanentemente.
• Eles são formados por aço, alumínio, cobre ou latão.
• Possuem diferentes formatos de cabeça.
• Os rebites preenchem os furos da ligação por deformação deles mesmos.
• As vantagens de se utilizar rebites são: custo, facilidade de reparação, aplicação em materiais que não podem ser soldados e controle de qualidade.
• A grande desvantagem de utilizar rebites é o fato deles não serem desmontáveis.

ACOPLAMENTOS E ELEMENTOS DE VEDAÇÃO

• ACOPLAMENTOS: conjuntos mecânicos formados por diferentes elementos de máquinas, normalmente empregados em transmissões entre duas árvores ou eixo-árvores em rotação.
• Existem três tipos de acoplamentos: fixos, elásticas e móveis.
• Fixos: unidos para que funcionem como se fossem uma única peça.
• Elásticos: tem como característica geral tornar a transmissão mais suave nas árvores que possuem movimento bruscos.
• Móveis: transmitem o movimento e a força somente quando acionados por meio de algum tipo de comando.
• ELEMENTOS DE VEDAÇÃO: objetivo de não permitir a saída de um fluído do conjunto mecânico formado.
• Podem ser vedações de tubulações ou de equipamentos, bem como de depósitos.
• Os tipos de elementos de vedação vão desde aqueles mais simples até vedações mais complexas.
• Os aspectos que devem ser considerados para a perfeita vedação são: temperatura, acabamento das peças de contato, pressão e estado físico.