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PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG-1720 PUC-Rio, DEM
Assunto 1 – Introdução; Fases e Fatores de um Projeto
PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG 1720
• Professor: José Luiz de França Freire, sala133-L
• Palestrantes: Dr. José Jesus C. Leal, Dr. José Eduardo de Almeida Maneschy
• Livros para consultas:
– “Mechanical Engineering Design”, J.E. Shigley, C. R. Mischke & R.G. Budynas, 7th ed., McGraw-Hill,
2004. Existe tradução para Português (2005).
– Budynas−Nisbett • Shigley’s Mechanical Engineering Design, Eighth Edition, McGraw-Hill, Primis Online
– “Machine Design – an Integrated Aproach”, R.L. Norton, 2nd ed., Prentice Hall, 2000. Existe tradução para
Português (2004).
– “Fundamentals of Machine Component Design”, R.C. Juvinall & K.M. Marshek, 4th ed., John Wiley &
Sons, 2006. Existe tradução para Português (2008).
– “The Engineering Design Process”, A. Ertas & J.C. Jones, 2nd ed., John Wiley & Sons, 1996.
– “Fundamentals of Engineering Design”, W. Lewis & A. Samuel, Prentice Hall, 1988.
– “Projeto e Construção de Máquinas”, E. C. Stemmer, Ed. Globo, 1974.
– “Precision Machine Design”, A.H. Slocum, Prentice-Hall,1992
– Manuais para projeto em engenharia mecânica ( Dubbel, Mark’s, Provenza, etc)
• Aproveitamento:
– Nota Final, NF = Média de 2 Testes, T1 e T2
– Haverá um terceiro teste, T3, para aqueles que não obtiveram NF>5.0. Neste caso NF será calculado usando
T3 e o maior valor entre T1 e T2. Para qualquer falta justificada ou não aos testes T1 ou T2, o teste T3 será
usado como teste de reposição. Lembrar que T1 ou T2 deve ser maior ou igual a 3,0.
– Presença mínima de 75%.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
– A engenharia e o engenheiro
– A disciplina de Projeto de Sistemas Mecânicos
– Projeto
• Definição
• Fatores de um projeto
• Fases de um projeto
– As fases segundo Shigley
– As fases segundo Asimov
– As fases segundo Stemmer
– Exemplos e Exercícios
– Balança caseira
– Aparelho para içamento de cargas
– Suporte para RX
– Modelo para a suspensão de um veículo
– Outros exemplos:
• Recuperadora de minério, coluna para transdutor de deslocamento, ...
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Na disciplina “PSM” a análise de projetos será usada para focalizar:
1. Função e atendimento da necessidade
2. Confronto entre liberdade de criação e especificações a serem
cumpridas
3. Atendimento à necessidade e às especificações nem sempre levam a
soluções únicas e às vezes as especificações, muito rígidas e mesmo
conflitantes impossibilitam o encontro de uma solução
4. Visão de muitas soluções possíveis (incluindo a necessidade de
comparação e otimização das soluções)
5. Modelo matemático do grande projeto (visão macro) dirigido para a
solução com detalhes do projeto (visão micro) de um componente
simples.
6. Enfoque maior na visão de integridade estrutural
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
Como fazer a
modelagem da
lança e do
tirante?
• O Engenheiro
Encontra soluções e resolve problemas de engenharia
empregando conhecimento científico e tecnológico.
Utiliza modelos matemáticos para projetar e fazer previsões.
Exemplo: Determinar o diâmetro de uma haste que suporta o
braço de uma viga articulada
P
45o
a
b
1.41 P.b/(b-a) Procedimento
Definir e atender à função através de um desenho
simplificado.
Fazer cálculo simplificado (do carregamento ou
daquilo que é mais importante para atender à função).
Selecionar a geometria adequada, considerando o
corpo da haste e suas duas rótulas. Levar em conta a
disponibilidade de materiais, processo de fabricação e
montagem (da haste e desta na estrutura). Gerar um
desenho detalhado.
Selecionar o material adequado levando em
consideração função (tensões), disponibilidade de
matéria bruta no mercado, fabricação e montagem.
Determinar, analisar e otimizar a equação de projeto:
111
41.1
141.1
FSSAab
bP
Aab
bP
FS
S
y
y
2211
2
2
4
t.bt.b.A
t.D.A
D.A
H.BA
• Projeto de Sistemas Mecânicos
A disciplina “PSM” finaliza uma seqüência de disciplinas na área de
projeto de sistemas mecânicos envolvendo mecânica dos sólidos.
Estática
Dinâmica
Materiais
ICM e MCM
Res. Mat.
CMM
Desenho
El. Máq.
Metrologia
Proc. Fab.
PSM
• Projeto
Apresentação de uma solução que realize uma ou mais funções que devem
atender a uma necessidade.
Todo projeto em engenharia deve estar conectado ao atendimento de uma
necessidade.
A relação entre o “belo” e a realização de uma função.
A relação entre o “por prazer” e “pela necessidade”.
A relação entre a “criação” e a “especificação” .
O modelo matemático e a capacidade de previsão.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Sistemas Mecânicos: conjunto de componentes que realizam trabalhos de transformação mecânica para atender a uma determinada função -- Máquina -- (Ex.: fresadora, motor de combustão interna, parafuso de acionamento, etc.).
Projeto: conjunto organizado de instruções, memórias de cálculo, desenhos, e procedimentos de execução que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Esta definição de projeto pode ser ampliada e generalizada para outras aplicações. Exemplos:
» Projeto para resolver o problema de acidentes numa via expressa.
» Projeto para melhorar o escoamento da safra de cana de açucar.
» Projeto para melhorar o sistema de segurança pública de uma cidade ou estado.
• Projeto
Conjunto organizado e completo de instruções e documentos, memórias de cálculo, desenhos, procedimentos, planilhas e tabelas que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Conjunto completo (não deixa margem para dúvidas) de:
Instruções e documentos:
Com comprovação de fontes de dados
Com justificativas e explicações
Com listas de procedimentos
Que incluam considerações e comprovação de atendimento a normas técnicas, leis e licenças
Memórias de cálculo
Modelos matemáticos para satisfação de funções principais
Modelos matemáticos para satisfação de funções secundárias
Desenhos
Esboços explicativos e de noção geral
Esboços de funcionamento e alcance cinemático
Desenhos de conjunto
Desenhos de detalhes
Desenhos de fabricação
Desenhos de montagem
Procedimentos
Procedimentos de execução
Procedimentos de fabricação
Procedimentos de montagem
Procedimentos de manutenção
Planilhas e Tabelas
Lista de componentes
Lista de materiais
Lista de fornecedores
Planilhas de custos
PROJETO: Função, Fases e Fatores
• Atendimento à função
– Funções principais e secundárias - exemplos:
• Casa - moradia
– teto, abrigo, local de referência
– segurança estrutural, conforto básico, condições sanitárias,
espaço mínimo
– durabilidade, qualidade
– localização com relação a transporte, emprego, etc
– condições ambientais: ruído, poluição
– estética, conforto, manutenção
– custo
– Características funcionais: diferenças de funções levam a
necessidades diferentes para satisfação ou entendimento do que é o
projeto ótimo. Exemplos:
• Space shuttle
• Avião de combate
• Avião comercial para grandes distâncias
• Avião comercial para rotas regionais
• Outros exemplos: quais são as características funcionais
(parâmetros que norteiam as especificações) principais destes
projetos?
– braço mecânico
– calha vibratória para transporte de fumo
– poste para transdutor de deslocamentos
– recuperadora de minério
– moradia: casa em vila de baixa renda; apartamento em
condomínio de luxo
• Fatores
– integridade estrutural
– comportamento dinâmico
– comportamento estático
– comportamento cinemático
– estabilidade
– rigidez
– peso, inércia
– atrito
– acabamento
– vida
– confiabilidade
– qualidade
– número de unidades
– manutenção
– montagem
– possibilidade de fabricação
– ambiente e proteção
– considerações térmicas
– lubrificação
– custo X outros fatores
– conforto
– responsabilidade civil
– uso por iniciados/não iniciados
– materiais
• disponibilidade
• custo
• resistência
– estrutural
– ao ambiente
• estética
• facilidade de construção
– mecanismos de falhas e dano
– defeitos
• projeto
• concepção
• construção
• uso continuado
• devido ao desgaste (ao uso)
– forma
– tamanho
– volume
Análise de Projeto 1: Balança Caseira para Pessoas
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Peso máximo;
Dimensões;
Exatidão e resolução;
Número de balanças a produzir;
Necessidade de certificação;
Calibração;
Ajuste de zero;
Ajuste de sensibilidade;
Custos (fabricação, montagem, calibração);
Preço de venda;
Tempo para pesagem;
Estática, dinâmica;
Sistema de determinação de forças: alavancas com um
transdutor único ou apoio em todos os transdutores?
Mecanismo de soma e multiplicação;
Transdutor: sistema de transdução e indicação do valor medido;
Portabilidade;
Manutenção e assistência técnica;
Freqüência de pesagens e espectro de cargas a serem medidas.
Fases de um Projeto
segundo Shigley
Apresentaç ão
Teste e Verificaç ão
Aná lise e Otimizaç ão
Modelo matemá tico
Soluç ã o ou Sí ntese
Sí ntese inicial
Sí ntese dimensional
Definiç ã o do Problema
Especificaç õ es
Reconhecimento da Necessidade
Fases de um Projetosegundo Asimov
Estudo de viabilidade
Projeto preliminar
Projeto detalhado
Fase Inicial ou Preliminar
Projeto de fabricaç ã o
Controle de qualidade e inspeç ã o
Embalagem e estocagem
Fase de Fabricaç ã o
Distribuiç ã o
Manutenç ã o e assistê ncia té cnica
Planejamento de retirada
Fase de Consumo
Fases de um Projeto
segundo Stemmer
• Determinação exata dos desejos do comprador
• Viabilidade
• Referências e bibliografia; reunião de dados técnicos e
experiências anteriores
• Soluções possíveis, escolha da melhor
• Esboço geral com detalhes principais; considerar
principais aspectos funcionais, cinemáticos e
dinâmicos
• Subdivisão em projetos menores
• Projeto detalhado global e de peças individuais
• Controle cuidadoso do projeto e pontos críticos
considerando fatores de projeto tais como: atrito,
montagem, resistência, etc
• Recepção e aceitação, testes
• Instruções de serviço
Guindaste
Estrutura de aço Sistema de acionamento Equipamento elétrico
Translação Elevação Rotação
Acionamento
próprio
Acionamento
da carga
Guincho
Acessórios
Gancho RoldanasTravessa Cabos Rolamentos
Análise de Projeto 2: Aparelho para içamento de cargas (mufla)
Tipo de projeto: Lista de componentes
Características do projeto:
Os vários tipos de modelagens dos
problemas.
Por exemplo, as modelagens
preliminares, estática e dinâmica, de uma
suspensão de um veículo.
Exemplo de modos possíveis (mais caros, mais baratos)
para atender à Função.
Exemplo: transmitir o movimento de rotação
A ambientação com o tamanho dos equipamentos…
Às vezes as soluções podem ser simples e modelos
simples podem resolver 90% do problemas com
exatidão adequada.
Análise de Projeto 3: Suporte portátil e móvel de aparelho de raios X
Tipo de projeto: Lista de componentes
estruturaisCaracterísticas do projeto:
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