assunto 1 introdução; fases e fatores de um...

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, ...


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

Sobre a modelagem matemática –

exemplo do que o engenheiro

mecânico e estrutural sabe fazer

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


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.


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

Exemplo: quais são os fatores a serem considerados no

projeto de uma

Balança Caseira para Pessoas

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

Exemplos de Projetos

• Partindo do geral para o particular e específico

Distribuição dos Tubos

Soldagem

Abaixamento

Análise de Projeto 2: Aparelho para içamento de cargas (mufla)


Características do projeto:

Os vários tipos de modelagens dos

problemas.

Por exemplo, as modelagens

preliminares, estática e dinâmica, de uma

suspensão de um veículo.

Modelo para a suspensão de um veículo

Exemplo de modos possíveis (mais caros, mais baratos)

para atender à Função.

Exemplo: transmitir o movimento de rotação

Darrieus – usina eólica

Tanque de aeração

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.

Roda de caçambas de máquina recuperadora de minério

Máquina empilhadeira de minério

Grande Máquina de Escavação

Suportação e posicionamento para atender à função

Suporte para aparelho portátil de Raios - X

Análise de Projeto 3: Suporte portátil e móvel de aparelho de raios X


estruturaisCaracterísticas do projeto:

Field conditions where displacement forced vibrations are measured.

Displacement measurement using columns as fixed references for

strain-gage-based transducers

Coluna para suporte de transdutor de deslocamento

Wire to connect ground reference to very far moving point

Displacement transducers using long wires to connect reference and

measured points.

Displacement measurements along three directions using fixed reference

support

assunto 1 introdução; fases e fatores de um...

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