tipos de mecanismos
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Aula 2 Tipos de Mecanismos
Prof.: Ricardo Humberto de Oliveira Filho
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MECANISMOS
Levando-se em conta os mecanismos em sua totalidade, estes podem ser divididos
conforme representado no diagrama.
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MECANISMOS
Dentre os mecanismos mecnicos destacam-se:
Mecanismos de movimento uniforme: engrenagens, rodas de atrito, mecanismo de
rosca e os de acoplamento flexvel.
Esto comumente fornecidos como completas unidades de montagem, muitas vezes
como itens de prateleira.
Neste ramo, do ponto de vista cinemtico no h muito o que mudar, e a atual
pesquisa centraliza-se, principalmente, nos problemas de aperfeioamento do
material e da manufatura, como tambm no desenvolvimento de um uniforme e
completo clculo fundamental, onde tenta-se incorporar todos os fatores de
influncia.
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MECANISMOS
Mecanismo de movimento peridico: mecanismos de barras, cames, engrenagens
no-circulares e mecanismos intermitentes.
Os mecanismos de movimento peridico, so elementos de mquinas que no so
fornecidos como unidades pr-fabricadas e devem ser projetados para cada caso.
Em todas as mquinas que usam esses mecanismos peridicos, o desempenho
global e a eficincia dependem principalmente de inventividade e aprimoramento
do projeto destes mecanismos.
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MECANISMOS
Mecanismos planos e mecanismos tridimensionais: Uma outra classificao
distingue, tambm, mecanismos planos, com os membros localizados nos planos
paralelos, e mecanismos tridimensionais.
Nos tridimensionais destacam-se os mecanismos esfricos, cujos eixos de rotao
interceptam num ponto, e os espaciais com os eixos em posies arbitrrias.
As figuras a seguir mostram alguns exemplos de mecanismos de movimento
peridico, classificados em mecanismos planos, esfricos e espaciais.
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MECANISMOS
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MECANISMOS
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MECANISMOS
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MECANISMOS
Mecanismo de 4 barras
O mecanismo de quatro barras, chamado tambm quadriltero articulado, o mais
usado graas a sua extrema simplicidade e robustez.
Todavia, os mecanismos de mais barras tm sido extensamente utilizados,
principalmente nos casos onde as exigncias so maiores, e o de quatro barras no
satisfaz os requisitos tcnicos.
Somente em casos muito espordicos, o desejado movimento pode ser reproduzido
de maneira teoricamente exata. Na maioria dos casos, uma reproduo aproximada
h de satisfazer as condies predeterminadas.
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MECANISMOS
A reproduo ser exata somente em um nmero limitado de pontos, chamados
pontos de preciso, diferindo no espaamento entre eles de uma grandeza
geralmente com efeito desprezvel na prtica.
Embora, de um modo geral, sua configurao geomtrica seja muito simples, o
projeto de um mecanismo de barras pode apresentar srios problemas e requer,
muitas vezes, sofisticao matemtica.
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MECANISMOS
A pea 1 representa o suporte ou estrutura, geralmente estacionria. A manivela 2
a pea acionadora que pode girar ou apenas oscilar. Em ambos os casos, a pea 4
(balancim) ir oscilar. Se a pea 2 gira, o mecanismo transforma movimento de
rotao em oscilao. Se a manivela oscila, o mecanismo ento multiplica o
movimento de oscilao, atravs da pea 3 (biela).
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MECANISMOS
Enquanto a manivela 2 gira, no h perigo de travamento do mecanismo.
Entretanto, se esta oscila, deve-se tomar cuidado no dimensionamento dos
comprimentos das peas para evitar pontos mortos de modo que o mecanismo no
pare em suas posies extremas (travamento). Estes pontos mortos ocorrero
quando a linha de ao da fora acionadora tiver a mesma direo da pea 4,
conforme indicado na linha tracejadaAB.
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MECANISMOS
Alm dos possveis pontos mortos em um mecanismo de quatro barras, necessrio
verificar se o ngulo de transmisso entre as peas 3 e 4, representado por , atende
s recomendaes de projeto.
Uma equao para o clculo do ngulo de transmisso pode ser deduzida aplicando
a Lei dos cossenos aos tringulos AO2O4 e ABO4:
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MECANISMOS
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MECANISMOS
Em geral, o ngulo de transmisso mximo no deve ser maior do que 140 e o
mnimo no deve ser inferior a 40 se o mecanismo for empregado para transmitir
grandes foras.
O mecanismo de quatro barras ainda pode assumir vrias formas de montagem:
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MECANISMOS
Manivela e balancim
Os apoios 1 consistem numa carcaa ou base geralmente estacionria. O elemento
2 gira completamente, e o elemento 4 oscilar. O mecanismo transforma rotao
em oscilao. Neste caso, quando o elemento 2 o motor e apto rotao
completa, no h possibilidade de ponto morto.
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MECANISMOS
Duplo balancim
Ambos elementos, 2 e 4, oscilam, deve-se evitar pontos mortos que podem paralisar
o mecanismo. Estes pontos mortos ocorrero quando a linha de ao da fora
motora coincidir com o eixo do elemento 4.
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MECANISMOS
O mesmo poder ocorrer no caso em que, embora o elemento 2 possa girar
completamente, o elemento 4 seja o motor, neste caso o ponto morto combatido
com a utilizao de um volante de inrcia.
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MECANISMOS
Dupla manivela com retorno rpido
uma inverso do mecanismo anterior onde a base passou de AD para AB. Se a
manivela AD for a condutora com AD= cte, a manivela BC conduzida ter uma
BC (MDIA) ,que numa determinada parte do ciclo menor do que AD e em outra
maior ou de retorno rpido.
Esta alterao ocorre sempre que a biela CD
for paralela base AB.
Condies para evitar pontos mortos no
mecanismo:
1) AD >AB 2) BC >AB;
3) CD < BC+AD AB 4) CD >AB + BC - AD
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MECANISMOS
Paralelogramo articulado
Neste mecanismo o elemento AB igual e paralelo ao elemento DC, o mesmo
acontece com o elemento AD e BC. Assim BC tem seu deslocamento sempre
paralelo base AD.
Independente do elemento condutor, tem-se dois pontos mortos, a figura mostra um
deles no alinhamento das manivelas e biela, pontos A, BM , D e CM,.
Tem-se ainda 4= 2 , pois
AM = DN
Ou seja 4 . DN = 2 . AM
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MECANISMOS
Exemplo: Rodas motrizes de locomotivas, sempre em pares, sendo os mecanismos
defasados e em rodas opostas para vencer os pontos mortos.
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MECANISMOS
Manivelas anti-rotativas
Neste mecanismo AB = DC e AD = BC, mas no so paralelos como no exemplo
anterior. Neste caso as manivelas giram em sentidos opostos e com isto AM
diferente de DN e 4 diferente de 2. Se AB condutora (entrada), a
conduzida DC deve possuir um dispositivo para ultrapassar os pontos mortos,
por exemplo, um volante de inrcia acoplado ao eixo.
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MECANISMOS
Sistema biela-manivela (Mecanismo com par deslizante)
Esse mecanismo largamente usado e sua maior aplicao em motores de
combusto interna. A figura mostra a base, a manivela, a biela e o pisto. No motor
de combusto interna, os gases exercem sua presso sobre o pisto, transmitida
manivela por intermdio da biela.
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MECANISMOS
Os dois pontos mortos PMS e PMI ocorrem nas posies extremas do pisto
(alinhamento da biela com a manivela) e so superados pela instalao de um
volante de inrcia no eixo da manivela.
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MECANISMOS
Mecanismo de retorno rpido
Esses mecanismos so usados em mquinas-ferramentas para dar-lhes um curso de
corte lento e um retorno rpido com a utilizao de uma manivela motora com
velocidade angular constante.
No projeto de um sistema de retorno
rpido, importante que a razo entre
tempo de avano e tempo de retorno seja
maior que a unidade.
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MECANISMOS
Exemplo: Mecanismo de Plaina Limadora
Na figura observa-se a rotao completa da manivela b e a oscilao do balancim d,
comandado pelo par deslizante c que percorre um ngulo de retorno menor do que
o ngulo de trabalho (corte).
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MECANISMOS
Mecanismo de alavanca articulada
Este mecanismo tem muitas aplicaes onde se necessita vencer uma grande
resistncia com uma pequena fora motriz, como no caso das prensas mecnicas. A
figura mostra um exemplo onde as peas 4 e 5 tm o mesmo comprimento.
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MECANISMOS
medida que os ngulos diminuem e as peas 4 e 5 se tornam quase alinhadas, a
fora F necessria para vencer uma dada resistncia P decresce conforme a relao:
F/P =2tg .
Um britador ou uma prensa utilizam este mecanismo para vencer uma grande
resistncia com uma pequena fora.
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MECANISMOS
Mecanismo garfo escocs
Este mecanismo capaz de gerar movimento harmnico simples (MHS).
Inicialmente era empregado em bombas a vapor, mas atualmente usado como
mecanismo de mesas vibratrias e gerador de seno e cosseno.
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MECANISMOS
O raio r da manivela girando a uma velocidade angular constante r e a projeo do
ponto P sobre o eixo x (ou eixo y) se deslocam com movimento harmnico simples.
O deslocamento, medido da direita para a esquerda, a partir da interseo da
trajetria de P com o eixo x dado por: ondecos rx r r r rt
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MECANISMOS
Mecanismos traadores de retas
So mecanismos projetados de modo que um ponto de uma das peas se mova em
linha reta. Dependendo do mecanismo, esta linha reta poder ser aproximada ou
teoricamente exata.
Um exemplo de um mecanismo traador de retas aproximadas o mecanismo de
Watt.
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MECANISMOS
O ponto P est localizado de tal modo que os segmentos AP e BP so inversamente
proporcionais aos comprimentos O2A e O4B. Portanto, se as peas 2 e 4 tiverem o
mesmo comprimento, o ponto P dever estar no meio da pea 3.
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MECANISMOS
Mecanismo Peaucellier
um mecanismo que pode gerar uma linha reta exata. A figura mostra um exemplo
onde as peas 3 e 4 so iguais. As peas 5, 6, 7 e 8 tambm so iguais e a pea 2
tem seu comprimento igual distncia O2O4.
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MECANISMOS
Mecanismos came-seguidor
Vrios so os critrios que possibilitam a classificao do mecanismo came-
seguidor.
Se o critrio for a forma do came, consideram-se trs grupos principais, a saber:
cames de translao, cames de disco e cames cilndricas.
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MECANISMOS
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MECANISMOS
Outra forma de agrupamento do mecanismo came-seguidor o que se baseia no
tipo do seguidor, o qual pode classificar-se segundo trs critrios bsicos: quanto
ao movimento, quanto trajetria e quanto ao contato. Deste modo, relativamente
ao movimento permitido pode haver seguidores translacionais ou seguidores
oscilantes.
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MECANISMOS
Se classificarmos a trajetria do seguidor em relao ao eixo da came pode-se ter
seguidores radiais ou seguidores transversais (axiais).
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MECANISMOS
Se classificarmos o seguidor pela forma como este faz contato com a superfcie da
came, pode haver seguidores de faca, de rolete, de prato (ou plano) e esfrico.
Neste caso, as escolhas sero em funo da rea de contato e restries de
lubrificao.
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MECANISMOS
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
A transmisso de movimento entre duas ligaes de um mecanismo pode ser
efetuada de trs formas diferentes, a saber:
- Contato direto: como nos casos das cames e das engrenagens
- Ligao intermediria: como no caso da biela do sistema biela-manivela
- Ligao flexvel: caso das transmisses por correia e por corrente
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Contato Direto
Na Figura, o elemento 2 o came, sendo ento o rgo motor, e o elemento 3 o
seguidor, sendo ento movido.
O contato se d no ponto P, no
instante representado.
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
[PM2] a velocidade da came no ponto P, ou seja, a velocidade do ponto P
determinvel atravs do conhecimento da velocidade angular do came 2 e da
distncia PO2.
Por sua vez [PM2] pode ser decomposto
segundo as direes normal e tangencial ao
ponto de contato.
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Por outro lado, supondo que as duas superfcies no perdem o contato, a
componente normal da velocidade no ponto P, enquanto pertencente ao came, ser
igual componente normal da velocidade desse mesmo ponto, enquanto
pertencente ao seguidor.
Conhecida a componente normal, e
como a direo de [PM3]
perpendicular a [O3P], pode-se calcular
o valor de [PM3]. Assim, torna-se
possvel determinar o valor da
velocidade de rotao do seguidor,3.
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Geometricamente tambm possvel relacionar 2 com 3. Para isso a traagem de
paralelas linha de ao T, passando pelos centros de rotao O2 e O3, definem os
pontos e e f por intercepo com a normal comum.
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Sabendo que:
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Assim, para um par de superfcies curvas em contato direto, as respectivas
velocidades angulares so inversamente proporcionais aos segmentos determinados
na linha de centros pela normal comum.
Conclui-se que, para dois corpos em contato direto terem razes de velocidade
constante, a normal comum deve interceptar a linha de centros num ponto fixo.
Isso acontece, por exemplo, nas rodas dentadas.
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Transmisso por Ligao Intermdia
Atravs de um mtodo anlogo ao anterior, pode-se determinar a relao de
velocidades angulares entre ligao motora e movida.
Onde:
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TRANSMISSO DO MOVIMENTO
Transmisso por Ligao Flexvel
Considerando a transmisso por correia:
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