Resumo:

Elementos de máquinas são os elementos encontrados em todas as máquinas existentes. Com esses elementos obtemos o funcionamento e a vida útil das máquinas através de eixos, parafusos, mancais, engrenagens etc. Estudar elementos de máquinas é muito importante porque descreve os tipos principais de uniões por soldagem encontrados na prática e os esforços que sofrem. A partir da estimativa da resistência, seja para o carregamento estático ou dinâmico, demonstra como projetar a união, permitindo o cálculo das dimensões das soldas ou da segurança em utilizar soldas previamente dimensionadas.

DESAFIO

Elementos de máquinas são os elementos encontrados em todas as máquinas existentes. Com esses elementos obtemos o funcionamento e a vida útil das máquinas através de eixos, parafusos, mancais, engrenagens etc. Na maioria das vezes esses elementos seguem normas de padronização, podendo ocorrer variações para ajuste ou melhoramento do processo das máquinas. Como desafio para esta ATPS, a equipe foi designada para encontrar uma solução de transporte de uma carga fabricada. Essa equipe deve construir um guindaste para transportar um conjunto de caixas que foram fabricadas para dentro do container. No momento essa empresa está em contenção de custos e não pode fazer a aquisição de um guindaste, por isso ele deve ser construído, levando em consideração todos os esforços envolvidos e os dados levantados.

Figura – guindaste

Fonte: https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7aUnlGWUpXTm5oRW8.

Objetivo do desafio Entregar os relatórios parciais durante o semestre para acompanhamento do professor. Construir um protótipo desse guindaste em escala como entrega final.

ETAPA 1: (tempo para realização: 03 horas) Aula-tema: a perspectiva de prevenção da falha. Essa atividade é importante para poder assegurar que o projeto proposto funcionará como pretendido de modo seguro e confiável. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS Passo 1: (Equipe) Definir quais serão os dados que a equipe irá utilizar para calcular todo o projeto do guindaste. Somar os últimos algarismos dos RAs dos integrantes do grupo e identificar os dados na tabela abaixo:

Final somatória valor carga

Final somatória valor carga 16000 lbf66500 lbf 23000 lbf73500 lbf 32500 lbf82750 lbf 44500 lbf98500 lbf

55200 lbf07200 lbf Quadro 1 – Dados de Carga

Somatória dos RA’s 7252620201 + 7068545025 + 6814000418 + 6451287156 + 7078535283

= 83 usar final 3 carga = 2500 lbf = 119,7006424 KPa

Passo 2 (Equipe): Fazer uma pesquisa dos tópicos abaixo, de modo a entender quais as possíveis falhas que podem ocorrer dentro de um projeto mecânico:

1- Deformação Elástica 3

Ocorre quando á deformação elástica (recuperável), devido à carregamentos ou temperatura, é tanta que o funcionamento adequado do item não é mais possível. A deformação ocorre quando é aplicada uma tensão ou variação térmica que altera a forma de um corpo. Na deformação elástica, o corpo retorna ao seu estado original após cessar o efeito da tensão. Isso acontece quando o corpo é submetido a uma força que não supere a sua tensão de elasticidade (Lei de hooke).

2- Escoamento Ocorre quando a deformação plástica (não recuperável) de um componente dúctil, devido á carregamentos ou movimento, se tornam elevada o suficiente para interferir no desempenho. Limite de escoamento, também chamado de tensão de cedência ou tensão de limite elástico, ou tensão de escoamento, é a tensão máxima que o material suporta ainda no regime elástico de deformação, se houver algum acréscimo de tensão o material não segue mais a lei de Hooke e começa a sofrer deformação plástica (deformação definitiva). Onde k é o módulo de elasticidade ou Módulo de Young.

3- Indentação 4

Quando forças estáticas entre duas superfícies acabam por promover o escamento de uma delas ou de ambas.

4- Fratura Frágil É chamada de falha catastrófica e ocorre quando a deformação elástica (recuperável) de um componente que apresenta comportamento frágil é conduzindo ao extremo, quebrando as ligações interatômicas e o componente se separa em duas ou mais partes. Neste modo de fratura o material se deforma pouco antes de fraturar. O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz, gerando situações catastróficas e uma deformação plástica muito pequena no material adjacente à fratura. A partir de certo ponto a trinca é dita instável, visto que se propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada no material. Uma ruptura completamente frágil, por clivagem, apresenta facetas planas que refletem a luz.

5- Fadiga 5

Nome dado à fragmentação repentina de um componente. Normalmente ocorre através da propagação de um trinca, resultante da aplicação de cargas ou deformações variáveis por um período de tempo. Essa falha ocorre por meio da iniciação e propagação de uma trinca.

Normalmente os carregamentos e as deformações que causam esse tipo de falha são tipicamente muito inferiores à aqueles da falha por carregamento estático. Fadiga mecânica é o fenômeno de ruptura progressiva de materiais sujeitos a ciclos repetidos de tensão ou deformação. O estudo do fenômeno é de importância para o projeto de máquinas e estruturas, uma vez que a grande maioria das falhas em serviço são causadas pelo processo de fadiga, cerca de 95%. A falha por fadiga ocorre devido a nucleação e propagação de defeitos em materiais devido a ciclos alternados de tensão/deformação. Inicialmente as tensões cisalhantes provocam um escoamento localizado gerando intrusões e extrusões na superfície; isto aumenta a concentração de tensões dando origem a uma descontinuidade inicial. À medida que esta descontinuidade vai ficando mais "aguda" a mesma pode começar a propagar gerando uma "trinca de fadiga" cujo tamanho aumentará progressivamente até a fratura do componente.

6- Corrosão Deterioração não desejada do material por meios de processos químicos ou eletroquímicos. Normalmente interage com outros modos, como desgaste ou fadiga. A corrosão em metais é a destruição ou deterioração de um material por causa de reações químicas e / ou eletroquímicas, levando os metais a retornarem ao seu estado natural, abandonando seu atual.

7- Desgaste Mudanças cumulativas não desejadas na dimensão do item, causada pela gradual remoção de partículas de suas superfícies móveis em contato, resultante de ação mecânica. Desgaste é a perda progressiva de material devida ao movimento relativo entre a superfície e a

substância com a qual entra em contato. Está relacionado com interações entre as superfícies e, mais especificamente, a remoção e a deformação do material sobre uma superfície como resultado da ação mecânica da superfície oposta. A necessidade de movimento relativo entre as duas superfícies de contato e mecânica inicial entre asperezas é uma importante distinção entre desgaste mecânico em comparação com outros processos com resultados semelhantes.

8- Flambagem É a falha que ocorre quando uma combinação crítica de magnitude ou ponto de aplicação da carga, juntamente com a geometria do componente, faz que com uma deflexão seja criada, não mais possibilitando que o componente execute sua função.

A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim, a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de escoamento. Este colapso ocorrerá sempre na direção do eixo de menor momento de inércia de sua seção transversal. A tensão crítica para ocorrer a flambagem não depende da tensão de escoamento do material, mas da seu módulo de Young.

Sites sugeridos para pesquisa • COSTAI, E. M. Falha ou Ruptura nos Metais. Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7acDk4bFpKOXdOd1k>. Acesso em: 14 abr. 2012. Bibliografia complementar • NIEMANN, Gustav. Elementos de máquinas. 1ª ed. São Paulo: Blucher, 2009. Passo 3 (Equipe) – Verificar etapa 2 passo 3 Identificar no projeto do guindaste quais serão os modos de falha predominantes. Através dos cálculos, identificar se é previsto ocorrerem falhas no conjunto.

Passo 4 :(Aluno) Entregar ao professor da disciplina, em uma data estipulada por ele, um relatório chamado: Relatório 1 – Prevenção de falha, contendo a pesquisa da questão do Passo 2 e os cálculos realizados no Passo 3, dessa Etapa.

ETAPA 2: (tempo para realização: 05 horas) Aula-tema: transmissão de potência através de eixos, acoplamentos, chavetas e estrias.Essa atividade é importante para aprender a definir o dimensional do eixo utilizado, qual seu material e qual o perfil utilizado. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS Passo 1: Definir, através do tipo de construção, qual será o material utilizado para a construção do eixo de sustentação da “moitão” do guindaste. Sites sugeridos para pesquisa •

AÇOS VIC. Resumo dos principais aços para construção mecânica. 2012. Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7adVN0dE5TMEJTejg>. Acesso em: 14 abr. 2012. • ENGEMET. Aços ligados para eixos, hastes e parafusos especiais. 2012.Disponível em: <https://docs.google.com/open? id=0B0bJi2VvtH7aUW9Va1dzUHZNUkU>. Acesso em: 14 abr. 2012. • AÇOTUBO. Características dos Aços. 2012.Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7aTVdrT3QybE01QTg>.

Passo 2 (Equipe): Identificar quais serão os modos prováveis de falha para o eixo árvore do “moitão” e quais as prevenções a serem tomadas.

Figura 01: Conjunto MOITÃO 9

Conjunto 02 Conjunto 01

REAÇÃO NORMAL Forças atuantes nos conjuntos 1 e 2.FORÇA CISALHANTE

FORÇA de TRAÇÃO

MODOS DE FALHAS PREDOMINANTES NO CONJUNTO MECÂNICO DA FIGURA 01 : FRATURA FRÁGIL: É chamada de falha catastrófica e ocorre quando a deformação elástica (recuperável) de um componente que apresenta comportamento frágil é conduzindo ao extremo, quebrando as ligações Inter atômicas e o componente se separa em duas ou mais partes. Poderá ocorrer se na escolha do material o projetista escolher um material pouco dúctil e as tensões provenientes dos carregamentos no qual o Moitão estará submetido ultrapassarem o limite de resistência do material de construção. Umas das formas de falha mais indesejáveis em qualquer equipamento por ser catastrófica não dando sinais de que o material esta fraturando. CORROSÃO: Deterioração não desejada do material por meios de processos químicos ou eletroquímicos. O conjunto mecânico deverá receber tratamento e proteção das superfícies visando evitar a corrosão excessiva geralmente acompanhada de desgaste e ou fadiga podendo diminuir a vida útil do equipamento.

DESGASTE: Desgaste é a perda progressiva de material devida ao movimento relativo entre a superfície e a substância com a qual entra em contato. Principalmente o Moitão deverá possuir dureza superficial superior aos cabos de içamento afim dos mesmos não realizarem

desgaste mecânico na área de contato reduzindo a seção resistente do gancho diminuindo assim sua capacidade nominal de carga.

Passo 3 (Equipe): – Etapa 1 que está relacionada ao passo 3 etapa 2. Identificar no projeto do guindaste quais serão os modos de falha predominantes. Através dos cálculos, identificar se é previsto ocorrerem falhas no conjunto. Passo 3 (Equipe) - Etapa 2 Calcular através dos dados da etapa 1, o dimensional do eixo do “moitão”. Através desse cálculo é possível identificar o perfil necessário para suportar a carga sugerida. Força de tração no Moitão = 119,7006424 KPa Majorando os esforços, força de tração no Moitão, por um coeficiente de segurança igual a 2.

Coeficientes de segurança são empregados para prevenir incertezas quanto a propriedades dos materiais, esforços aplicados, variações, etc.

No caso de peças tracionadas, é usual o conceito da tensão admissível, que é dada por:

Figura 01 #A.1# para materiais dúcteis.

#A.2# para materiais frágeis.

Onde c é o coeficiente de segurança.

A escolha do coeficiente de segurança é uma tarefa de responsabilidade. Valores muito altos significam, em geral, custos desnecessários e valores baixos podem provocar falhas de graves conseqüências. A tabela abaixo dá alguns critérios genéricos para coeficientes de segurança.

CoeficienteCarregamentoTensão no materialPropriedades do material Ambiente

1,2 - 1,5Exatamente conhecido

Exatamente conhecida

Exatamente conhecidas

Totalmente sob controle

1,5 - 2,0Bem conhecidoBem conhecidaExatamente conhecidas Estável

2,0 - 2,5Bem conhecidoBem conhecidaRazoavelmente conhecidas Normal

2,5 - 3,0Razoavelmente conhecido

Razoavelmente conhecida

Ensaiadas aleatoriamente Normal

3,0 - 4,0Razoavelmente conhecido

Razoavelmente conhecida Não ensaiadas Normal

4,0 - 5,0Pouco conhecidoPouco conhecidaNão ensaiadasVariável

Força de tração no Moitão = 119,7006424 KPa X Coeficiente de segurança 2 Força de tração majorada no Moitão = 239,4012848 KPa

Para ilustrar uma situação de projeto será calculado o diâmetro pino de sustentação do “moitão”, necessário para resistir as tensões de cisalhamento provocadas pela ligação de corte duplo no conjunto 02 da figura 01, considerando diferentes materiais onde as tensões resistente de cisalhamento mudam; e o material escolhido será aquele que resistir as tensões com a menor relação peso por metro x custo por metro. O valor da tensão de cisalhamento varia da superfície para o interior da peça, onde pode atingir valores bem superiores ao da tensão média.

Aço SAE 4340 τmédia V = 637,43225 MPa Para isso nós utilizaremos da fórmula de cálculo da tensão média de cisalhamento para duplo

corte, ou seja, τmédia V = conforme nos mostra a figura 01.

τmédia V = F/2.A

637,43.106 = 239,40.10 3 637,43.106 = 239,40.10 3 . 42. (π . d2/4) 2 π . d2637,43.106 = 478,8.10 3 π . d2 = 478,8.10 3π . d2 637,43.106π . d2 = 7,51.10-4 d = √7,51.10 -4d = 0.01546m . 1000 d = 15,46 m

π O primeiro diâmetro do pino encontrado utilizando o aço Aço SAE 4340 é de 15,46mm.

Aço inoxidável AISI 301 τmédia V = 568,7857 MPa

corte, ou seja, τmédia V = conforme nos mostra a figura 01.

Para isso nós utilizaremos da fórmula de cálculo da tensão média de cisalhamento para duplo τmédia V = F/2.A

568,78.106 = 239,40.10 3 568,78.106 = 239,40.10 3 . 42. (π . d2/4) 2 π . d2568,78.106 = 478,8.10 3 π . d2 = 478,8.10 3π . d2 568,78.106π . d2 = 8,41.10-4 d = √8,41.10 -4d = 0.01636m . 1000 d = 16,36 m

π O diâmetro do pino encontrado utilizando o aço Aço inoxidável AISI 301 é de 16,36mm.

ALUMINIO τmédia V = 132,389775 MPa Para isso nós utilizaremos da fórmula de cálculo da tensão média de cisalhamento para duplo

corte, ou seja, τmédia V = conforme nos mostra a figura 01.

τmédia V = F/2.A

132,39.106 = 239,40.10 3 132,39.106 = 239,40.10 3 . 42. (π . d2/4) 2 π . d2π . d2 132,39.106π . d2 = 3,62.10-3 d = √3,62.10 -3

d = 0.0392m . 1000 d = 3,92mm

O diâmetro do pino encontrado utilizando o ALUMINIO é de aproximadamente 34mm. Ou seja, mais que o dobro que o pino de aço, além do que o alumínio possui dureza muito baixa em relação ao aço e aos cabos de içamento onde sofrerá desgaste diminuindo rapidamente sua seção resistente.

COMPARAÇÃO PESO POR METRO X CUSTO POR METRO DOS TRÊS MATERIAIS CÁLCULADOS: NOTA: Considerar os pinos com 300mm de comprimento e os respectivos diâmetros calculados. Aço SAE 4340: Ø15,46 m Peso linear Kg/m = 1,55Kg x 0,3 = 0,465Kg (peso aproximado do pino) Custo de matéria prima = R$ 3,40/Kg x 0,465Kg = R$1,58 (preço aproximado do pino) Aço inoxidável AISI 301: Ø13,36mm Peso linear Kg/m = 1,14Kg x 0,3 = 0,342Kg (peso aproximado do pino) Custo de matéria prima = R$ 10,0/Kg x 0,342Kg = R$3,42 (preço aproximado do pino)

ALUMINIO: Ø33,92mm Peso linear Kg/m = 2,43Kg x 0,3 = 0,729Kg (peso aproximado do pino) Custo de matéria prima = R$ 8,40/Kg x 0,729Kg = R$ 6,12 (preço aproximado do pino)

matéria prima mas principalmente a resistência ao desgaste, corrosão, fadiga, ductilidade etc

Conclusão: Em um projeto como este não se pode levar em consideração somente o custo da conforme mencionado no passo 2 (Modos de falhas predominantes).

Porém considerando a situação proposta de determinar a seção resistente através da tensão de cisalhamento dos diferentes materiais; o material que apresentou melhor aplicabilidade foi o Aço SAE 4340. Nota: Tabelas de peso x metro e preço por Kg retiradas de sites de revendas de materiais.

Passo 4 (Aluno): Entregar ao professor da disciplina, em uma data estipulada por ele, um relatório chamado: RELATÓRIO 1 – Prevenção de Falha, contendo a pesquisa da questão do Passo 2 e os cálculos realizados no Passo 3, dessa Etapa. Conclusão Uma máquina é composta por uma série de componentes mais simples que a constituem. Podem ser definidas como elementos de máquinas todas aquelas peças ou componentes mais singelos que montados corretamente constituem uma máquina completa e em funcionamento. Concluí-se que estudar elementos de máquinas é essencial para nós futuros engenheiros mecânicos, devemos avaliar cada peça, cada tipo de material e suas características e também analisar o valor agregado. Devido todas essas necessidades conhecemos máquinas no nosso dia-a-dia que é fundamental neste século com a tecnologia avançada, e todas essas maravilhas de máquinas são compostas por elementos simples, porém muito importante. Um projeto de máquina surge sempre para satisfazer uma necessidade, seja ela industrial, comercial, para lazer, etc. Nasce da habilidade de alguém ou de um grupo de pessoas “transformar” uma ideia em um projeto de um mecanismo que destina-se a executar uma tarefa qualquer. A partir dai segue-se o estudo detalhado de suas partes, a forma como serão montadas, tamanho e localização das partes componentes tais como engrenagens, parafusos, molas, cames, etc.

Bibliografia

• COSTAI, E. M. Falha ou Ruptura nos Metais. Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7acDk4bFpKOXdOd1k>. Bibliografia complementar • NIEMANN, Gustav. Elementos de máquinas. 1ª ed. São Paulo: Blucher,

• AÇOS VIC. Resumo dos principais aços para construção mecânica. Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7adVN0dE5TMEJTejg>• ENGEMET. Aços ligados para eixos, hastes e parafusos especiais.Disponível em: <https://docs.google.com/open? id=0B0bJi2VvtH7a UW9Va1dzUHZNUkU>.

• AÇOTUBO. Características dos Aços. Disponível em: <https://docs.google.com/open?id=0B0bJi2VvtH7aTVdrT3QybE01QTg>.

ETAPA 3: PASSO 1:

Pesquisar sobre mancais de rolamento e mancais de deslizamento e responder às perguntas abaixo:

1) Quais as principais características de cada mancal?

A função do mancal de deslizamento é servir de apoio para eixos girantes. Estes mancais estão sujeitos às forças de atrito devido à rotação do eixo, ou seja, o atrito ocorre devido ao contato da superfície do eixo com o mancal. Os mancais são constituídos de uma bucha fixada em um suporte e são utilizados em máquinas pesadas e em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita o superaquecimento dos equipamentos expostos ao atrito. São simples de montar e desmontar. 

Já os mancais de rolamentos são utilizados quando são necessário maior velocidade e menor atrito, quando o eixo gira dentro do furo é produzido o atrito denominado de escorregamento. Para reduzir esse atrito utiliza-se o rolamento: que é um elemento de máquina que permite o movimento relativo controlado entre duas ou mais partes. Eles limitam as perdas de energia produzidas pelo atrito. 

2) Qual a características quanto à vida útil de cada mancal?

A vida útil dos mancais de deslizamento poderá ser prolongada seguindo alguns parâmetros: os materiais necessitam ser muito bem escolhidos e apropriados a partir do desenvolvimento do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever os modos para os trabalhos de manutenção, conservação, limpeza, lubrificação, alinhamento e reposição, mas no caso de possíveis danos faz-se importante considerar as principais funções dos mancais de deslizamento, que são: apoiar e guiar os eixos.O mancal de rolamento possui em sua vida útil o modo de utilização podendo acarretar a fadiga do material que o compõe, o tempo após o qual surgirá o primeiro sinal de fadiga depende da quantidade de ciclos de trabalho e da intensidade da carga aplicada no rolamento. A fadiga ocorre em função de tensões internas cíclicas cujo aparecimento ocorre imediatamente abaixo da superfície na zona de carga. Com o tempo, essas chegam à superfície e fragmentos de material são destacados, fenômeno conhecido como descascamento. Esse fenômeno não indica que o rolamento deixou de ser propício à utilização, mas sim que a vida-útil do rolamento está chegando perto do seu fim.

3) Qual o principal modo de falha de cada mancal?

No mancal de rolamento quando há folga excessiva, o rolamento tende a transferir vibrações para os mancais, o que também é um indicativo de que algo não vai bem nesse conjunto. A intervenção, nesses casos, deve ser realizada o mais rapidamente possível, de forma a se evitar a perda de resistência do mancal, o que irá prejudicar também os rolamentos. No caso dos conjuntos de rolamentos, tecnologias já auxiliam essa tomada de decisão, por meio de sistemas de travamento dos componentes no caso de vibração em excesso. Mancais de deslizamentos, pesquisando a influência de alguns parâmetros na distribuição de tensões de uma bronzina. Especificamente, sobre os efeitos da não-conformidade geométrica entre a bronzina e o alojamento de um mancal de filme fluido, este submetido a uma distribuição de pressão hidrodinâmica

4) Fazer uma tabela com as vantagens e desvantagens de cada mancal.

MANCAL DE DESLIZAMENTO VANTAGENS DESVANTAGENS

São fáceis de montar. Tem um grande aumento de temperatura em serviço.Adaptam-se com as circunstâncias. Provocam desgastes em buchas e eixo devido à lubrificação. Devido ao atrito tem perda de rendimento. Tem vários formatos de construção. Não permitem desalinhamentos. Exigem constante manutenção para lubrificar.

MANCAL DE ROLAMENTO VANTAGENS DESVANTAGENS Baixo desgaste e pequena deformação Com grandes ciclos podem ocorrer fadigas.que diminui o atrito. Elementos girantes separadamente. Com o tempo podem ocorrer descascamentos.Mantém uma ótima lubrificação. Quando há folga excessiva o rolamento podetransferir vibrações para os mancais.

PASSO 2:

Fazer o levantamento e explicar qual a função e característica de pelo menos seis mancais de rolamentos padronizados.

Definir qual será o tipo de mancal de rolamento utilizado no “moitão” do guindaste sugerido, através do levantamento acima.

Os rolamentos padronizados internacionalmente em forma e tamanho são muito mais econômicos por sua intercambialidade e disponibilidade em todo o mundo. Dependendo do tipo da máquina em que se vai utilizar e da aplicação e condição de funcionamento que se espera, a melhor alternativa pode ser um rolamento não padronizado ou especial. Também há disponibilidade de rolamentos que foram adaptados para aplicações específicas, e de unidades de rolamentos que são integrados para formar um componente de máquina, assim como de rolamentos desenvolvidos para características especiais.

PREMIER: Com seus rolamentos compensadores de rolos, a SRN inicia um novo marco que visa desenvolver os rolamentos normalizados oferecendo como padrão característica de performance, duração e vida longa.

1 FILEIRA DE ESFERA:

Tendo uma fileira de esferas de contato radial desenvolvidas pela SNR serve para as mais variadas. Concebidos prioritariamente para suportar cargas radiais moderadas, estes rolamentos, os mais difundidos dentre todos, admitem também cargas axiais moderadas em todas as direções. Sua utilização é importante nas aplicações onde as velocidades de rotação são elevadas e para limitar perdas de energia. 

ROLAMENTOS COM 2 FILEIRAS DE ESFERAS DE CONTATO RADIAL:

Estes rolamentos possuem 2 fileiras de esferas da SNR substituem com 1 fileira de esfera para suportar cargas radiais e cargas axiais nos dois sentidos e foram adaptados a velocidades de rotação médias, estes só admitem pequenos defeitos de alinhamento entre o eixo e o alojamento.

ROLAMENTOS MACHLINE:

Precisão, rigidez, velocidade elevadas, os rolamentos MACHLINE de alta precisão da SNR

satisfazem às necessidades mais exigentes.Diminuem igualmente o tempo de usinagem e os custos de manutenção de sua boa capacidade de carga e o fraco aquecimento que sofrem, contribuem para uma maior longevidade.

ROLAMENTOS COM FILEIRA DE ROLOS CÔNICOS:

Os rolamentos de rolos cônicos são rolamentos com contato angular formados com elementos separados o que ajuda na montagem.Sua concepção os torna particularmente adaptados para cargas combinadas e suporta uma carga muito pesada, tolera defeitos de alinhamento muito leves. 

ROLAMENTOS COM UMA FILEIRA DE ROLOS CILÍNDRICOS:

É sugerido para a aplicação onde as cargas radiais são elevadas e as velocidades de rotação altas, sendo assim as cargas axiais aplicadas a este rolamentos devem permanecer pequenas, no qual utilizamos no nosso projeto no moitão.

PASSO 3:

Calcular através dos dados da etapa 1 e do eixo da etapa 2, o dimensionamento dos mancais de rolamentos a serem utilizados no “moitão”.

Para o dimensionamento do eixo moitão, vamos utilizar o mancal de esferas de capacidade máxima.

Capacidade radial - Moderada Capacidade axial - Moderada uma direção Velocidade Limite - Alta Rigidez radial - Moderada Eixo com 8mm diâmetros Rigidez axial - Baixa Carga radial - 1247 Kg ou 2750 LBF (carga a ser suportada pelo mancal). Rolamento axial nº 6002, sendo medida interna do anel de 8mm e externa de 15mm CD (Capacidade de carga radial dinâmica) 8,06 KN em lbf 1,81 . 10^3 CS (Capacidade de carga radial estática) 3,40 KN em lbf 0,76 . 10^3 Velocidade de referência 8.500 rpm.

ETAPA 4:

Nesta etapa será possível aprender um pouco mais sobre os diferentes tipos de guindastes

existentes, e definir a melhor aplicação a ser feita para o projeto em questão.

Contudo, tem como objetivo elucidar os diferentes tipos de guindastes e suas aplicações, para

melhor escolher o tipo adequado para utilizar no projeto.

4.1 Tipos de Guindastes.

Guindaste Móvel: O tipo mais básico de guindaste móvel consiste de um guindaste com lança

telescopia montada em uma plataforma móvel – seja transporte rodoviário, ferroviário ou por

água.

Figura 26 – Guindaste móvel.

Guindaste Telescópico: Guindaste telescópico tem uma lança que consiste em uma série de

tubos montados um dentro do outro. Um mecanismo hidráulico ou outro mecanismo de força

estende ou retrai os tubos para aumentar ou diminuir o comprimento total da lança. Estes tipos

de lanças são frequentemente utilizados para projetos de construção a curto prazo, instalar

outdoors, trabalhos de resgate, levantamento de barcos dentro e fora da água, entre outros. A

compacidade relativa das lanças telescópicas faz delas adaptáveis a muitas aplicações móveis.

Observe que, enquanto guindastes telescópicos não são automaticamente guindastes móveis,

muitos deles são. Estes guindastes são frequentemente montados sobre caminhões (truck-

mounted crane).

Figura 27 – Guindaste Telescópico.

Guindaste Articulado: Um guindaste articulado é um braço articulado hidráulico montado

sobre um caminhão ou trailer, e é usado para carga / descarga de um veículo. As numerosas

articulações (juntas) podem ser dobradas em um pequeno espaço quando o guindaste não

estive em uso. Uma ou mais das juntas poder ser telescópicas. Muitas vezes, o guindaste terá

um grau de automação s será capaz de descarregar ou arrumar-se sem instrução de um

operador. Diferentemente da maioria dos guindastes, o operador deve movimentar-se ao redor

do veículo para ser capaz de ver a carga. Guindastes modernos podem ser equipados com um

sistema de controle portátil por cabo ou rádio para completar as alavancas de controle

hidráulico do guindaste.

Figura 28 – Guindaste Articulado.

Guindaste sobre Esteira: Um guindaste sobre esteira é um guindaste montado sobre um

chassi com um conjunto de faixas (também chamado de esteiras) que proporcionam

estabilidade e mobilidade. Guindastes de esteira variam em capacidade de elevação de cerca

de 40 a 3.500 toneladas. Guindastes de esteira têm vantagens e desvantagens, dependendo da

sua utilização. Sua principal vantagem é que eles podem se movimentar no local e realizar

cada movimento com pouco set-up (ajuste), uma vez que o guindaste está estável em suas

trilhas, sem retranca. Além disso, ele é capaz de viajar com a carga. A principal desvantagem

é que eles são muito pesados e não pode ser facilmente transportado de um local de trabalho

para outro, sem despesas significativas. Normalmente, um guindaste esteira de grande porte

deve ser desmontado e movido por caminhões, vagões ferroviários ou navios à sua

localização próxima.

Figura 29 – Guindaste sobre Esteira.

Guindaste Torre: Guindastes de torre é uma forma moderna de equilíbrio do guindaste, que

consistem das mesmas partes básicas. Fixo ao solo em uma laje de concreto (e às vezes

ligadas aos lados de estruturas). Guindastes de torre muitas vezes dão a melhor combinação

de altura e capacidade de elevação e são utilizados na construção de edifícios altos. A base é

anexada ao mastro que dá ao guindaste sua altura. Além disso, o mastro é conectado à

unidade de giro (engrenagem e motor) que permite que o guindaste rode. No topo da unidade

de giro há três partes principais que são: a lança horizontal longa (braço de trabalho), menor

contra-lança e a cabine do operador. A lança horizontal longa é a parte do guindaste que

transporta a carga. A contra-lança carrega um contra peso, geralmente de blocos de concreto,

enquanto o braço de trabalho suspende a carga do e para o centro do guindaste torre. O

operador de guindaste ou se senta em uma cabine no alto da torre, ou controla o guindaste por

controle remoto via rádio a partir do solo. No primeiro caso, a cabine do operador é mais

usualmente localizada na parte superior da torre anexa turn table (parte que gira), mas pode

ser montado sobre o braço, ou parcialmente dentro da torre. O gancho de elevação é operado

pelo operador de guindaste usando motores elétricos para manipular os cabos de corda de aço

(wire rope cables) através de um sistema de roldanas. O gancho está localizado no braço

longo horizontal para levantar a carga, que contém também o seu motor. Para que seja pego e

soltado a carga, o operador trabalha geralmente em conjunto com um agente regulador – que

sinaliza (conhecido como ‘dogger’, ‘rigger’ ou ‘Swamper’). Eles estão geralmente em contato

via rádio, e sempre usam sinais de mão. O rigger ou Dogger dirige o cronograma de elevações

para o guindaste, e é responsável pela segurança do equipamento e das cargas. Um guindaste

de torre é geralmente montado por um guindaste telescópico com lança de grande alcance.

Figura 30 – Guindaste Torre.

Guindaste Pórtico ou Guindaste de Container: Um guindaste de pórtico tem um guindaste e

uma casa de máquinas fixas ou em um carrinho (trolley) que corre horizontalmente ao longo

dos trilhos, geralmente instalados em um único feixe (mono-viga) ou duas vigas (viga-dupla).

O quadro do guindaste é apoiado um sistema de pórtico com vigas e rodas que correm no

trilho do pórtico, geralmente perpendicular à direção de viagem do carrinho (trolley). Estes

guindastes existem em todos os tamanhos e alguns podem movimentar cargas muitos pesadas

(exemplo: capacidade máxima de içamento de 1000t), particularmente os exemplos

extremamente grandes usados em estaleiros, instalações industriais e carga e descarga de

containeirs.

Figura 31 – Guindaste Pórtico.

Guindaste Aéreo: Também conhecido como “guindaste suspenso”, é uma ponte rolante que

funciona muito semelhante a um guindaste de pórtico, mas ao invés do movimento do

guindaste inteiro, apenas o guincho e o carrinho se move em uma direção ao longo de um ou

dois feixes fixos, geralmente montados ao longo de paredes laterais ou em colunas elevadas

na área de montagem da fábrica. Alguns desses guindastes podem erguer cargas muito

pesadas.

Figura 32 – Guindaste Aéreo.

4.1.2 A escolha do tipo de guindaste.

Após analisado e conhecido os diversos tipos de guindastes, foi escolhido o tipo que

melhor se adéqua a situação problema imposta no início deste trabalho.

Um guindaste fixo, com suspensão por cabos de aço, movimentados por uso de um

motor elétrico guiado por um moitão calculado anteriormente. Tem movimentos giratórios em

torno do seu próprio eixo, com alcance de 3m, suspende uma carga de 2.925 Kgf ou 6.500 lbf,

possui um par de rolamentos radiais em X e um rolamento axial, seu sistema é fixo

(chumbado ao chão) e sua estrutura é composta por vigas “I”, calculadas a seguir.

Abaixo segue um esboço do projeto idealizado:

Figura 33 – Esboço guindaste proposto.

4.2 Dimensionamentos da viga.

Para realizar o cálculo de dimensionamento das vigas foi necessário pesquisar algumas

tabelas de fórmulas e dimensões padrão.

Figura 34 – Tabela Flexão vigas.

Figura 35 – Tabela Vigas.Dimensionando das Vigas:

(Flexa Admissível)

(Flexa do sistema dentro do admissível)

Depois de concluído os cálculos, definiu-se que as vigas para o projeto do guindaste

serão de dimensão 18 x 6”.

4.3 Conclusões do Projeto Guindaste.

Contudo após termos realizados todas as pesquisas necessárias para o

dimensionamento do guindaste, para a situação problema proposta no início deste trabalho, se

fez possível concluirmos todos os cálculos. Definimos o material e as dimensões do eixo

moitão, eixo este, responsável por suportar o peso da carga a ser suspensa; definimos também

as vigas adequadas para suportar a carga, e os componentes necessários pra realizar os

movimentos desejáveis, movimentos estes de giro em 360º com alcance de 3m. Todos

componentes citados foram pesquisados em fornecedores bem reconhecidos no mercado, com

dimensões padrão e normalizadas.

Abaixo segue o projeto em CAD, composto por todos os detalhes e definições

estudados neste trabalho:

Figura 36 – Guindaste.

Figura 37 – Guindaste.

Figura 38 – Guindaste.

Figura 39 – Guindaste.

Figura 40 – Guindaste.

Considerações Finais

Consideramos através deste trabalho um grande ganho de conhecimentos sobre falhas como

flambagem, fadiga, fratura frágil, deformação elástica, corrosão, indentação, desgaste e

escoamento. Assim como estes defeitos podem ocorrer em um equipamento com o guindaste

proposto.

Foi entendido que é preciso que se faça uma grande análise de todo funcionamento e

prever o que poderia dar errado no sistema, para assegurar a vida útil de todo conjunto e o seu

perfeito funcionamento.

O material escolhido para todos os componentes tem grande importância para o

projeto, porque em grande parte, ele será a resposta para possíveis defeitos no conjunto, é

claro também que o diagrama de forças não pode ficar de fora.

Contudo foi possível conhecer a fundo o funcionamento e em detalhes os componentes

de um guindaste, a ponto de reproduzir um neste trabalho, travando conhecimentos sobre

mancais, rolamentos (componentes de movimento), gancho, falhas no sistema e diversos tipos

de guindastes e suas aplicações.