aula 02 - introdução ao projeto de elementos de máquinas
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18/05/2012
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PROJETO DE ELEMENTOS
DE MÁQUINAS Aula 2
Análise de falhas
Teoria de falhas
Introdução: O motivo pelo qual elementos
mecânicos passam por um processo de falha é
devido as tensões a que são submetidos acima das
suas respectivas resistências.
Falha (definição): Significa o escoamento e
distorção suficiente para impedir o funcionamento
de um componente, ou ainda a fratura ou quebra
do elemento.
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Teoria de falhas
Falhas em materiais frágeis x dúcteis
Ductilidade: é a capacidade que o elemento tem
de absorver cargas.
Fragilidade: uma característica inerente ao
material que lhe dá um comportamento de baixa
ductilidade
Teoria de falhas
Falhas em materiais frágeis x dúcteis
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Teoria de falhas
Ensaios em materiais dúcteis e frágeis
Teoria de falhas
Ensaios em materiais dúcteis e frágeis
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Teoria de falhas
Ensaios em materiais dúcteis e frágeis
Teoria de falhas
Ensaios em materiais dúcteis e frágeis
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Teoria de falhas
Fator fundamental em falhas é o tipo de
carregamento (cargas) que pode ser:
Carregamento dinâmico - Fadiga
Carregamento estático
Falhas por carregamento estático
Carga estática é aquela que não varia no período
de tempo sob análise. Também pode ser
considerado carregamento estático aquele que
varia de forma tão lenta no período, ou que tem
variação de magnitude tão pequena, que pode ser
modelado como uma carga única, constante e
estável.
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Falhas por carregamento estático
As teorias de falha por carregamento estático
podem ser aplicadas à materiais frágeis ou dúteis.
As principais teorias que se aplicam a materiais
frágeis são:
o Teoria da Tensão Normal Máxima (TNM)
o Teoria de Coulomb-Mohr Modificada
Falhas por carregamento estático
As principais teorias que se aplicam a materiais
dúteis são:
o Teoria da Energia de Distorção (TED)
o Teoria da Tensão de Cisalhamento Máxima (TCM)
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Teoria carregamento estático –
Materiais Frágeis
Teoria da Tensão Normal Máxima (TNM)
Um elemento mecânico falha quando pelo menos
uma das tensões principais atinge o valor do limite
de ruptura, seja a tração ou a compressão.
Teoria de Coulomb-Mohr Modificada
É basicamente a mesma TNM quando as tensões
principais têm o mesmo sinal, mas é diferente
quando as tensões têm sinais diferentes.
Teoria carregamento estático –
Materiais Frágeis
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Falhas por carregamento estático –
Materiais Dúcteis
Teoria da Energia de Distorção (TED)
Também chamada de critério de Von Mises-Henck, essa teoria baseia-se no fato de que a rede cristalina dos materiais se distorce sob tensão. Essa distorção pode atingir um limite além do qual não será reversível com a retirada da carga, ou seja, haverá escoamento: pois o material atingirá seu limite elástico. A distorção é dada pela diferença de tensões entre os planos principais.
Falhas por carregamento estático –
Materiais Dúcteis
Teoria da Tensão de Cisalhamento Máxima (TCM)
Essa teoria postula que a falha ocorrerá quando a
tensão de cisalhamento em algum plano atingir o
mesmo valor que a tensão de cisalhamento atinge
no instante do escoamento, durante o ensaio de
tração.
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Eixos e Eixos Árvore
Eixos e Eixos Árvore
Definição:
Elemento rotativo ou estacionário, geralmente de
seção circular, que tem montado sobre si elementos
como engrenagens, polias, volantes, manivelas,
rodas denteadas e outros elementos de transmissão
de potência.
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Eixos e Eixo Árvore
Classificação
Eixos propriamente ditos
o Sua característica principal é que nesta situação,
este elemento trabalha fixo. Ex.: eixos não
tracionados deveículo ou equipamento (eixo que
sustenta a roda deum carrinho de mão).
Eixos e Eixo Árvore
Classificação
Eixos-árvore
o Nesta situação, o elemento está em movimento.
Ex.:Eixos que compõem a caixa de transmissão de
um veículo, ou um eixo de uma serra circular.
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Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
Um eixo tipicamente transmite diretamente torque de um dispositivo de comando (motor elétrico ou de combustão interna) através da máquina.
Outras vezes, aos eixos, encontramos engrenagens, polias, correntes que transmitem o movimento optativo para outra unidade.
Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
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Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
o O eixo pode ser parte integral do acionador, tal
como um eixo de motor (elétrico ou a combustão),
ou pode ser livre conectado a seu vizinho por
algum tipo de acoplamento.
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Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
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Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
Máquinas de produção automatizada
frequentemente possuem eixos de linha que se
estendem pelo comprimento da máquina e
transmitem a potência para todas as estações da
máquina
Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
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Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
Eixos e Eixo Árvore
Aplicação
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Eixos e Eixo Árvore
Montagem
Os eixos são montados sobrfe apoios (mancais), em duas configurações possíveis: uma configuração biapoiada (montagem em sela) ou em balanço(montagem saliente), dependendo da configuração da máquina. Cada tipo de montagem apresenta seus prós e seus contras.
Eixos e Eixo Árvore
Formas de perfis
Às vezes é possível projetar eixos de transmissão úteis que não têm variações do diâmetro de seção ao longo de seu comprimento, mas é mais comum que os eixos tenham um número de degraus ou ressaltos onde o diâmetro mude para acomodar elementos fixados tais como mancais, catracas, engrenagens entre outros. Assim, a forma homogenia ou heterogênea, dependerá dos elementos suportados pelo eixo ou pontos de solicitações.
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Eixos e Eixo Árvore
Formas de perfis
Eixos e Eixo Árvore
Conexões e travamentos
Chavetas, anéis retentores ou pinos transversais são
freqüentemente usados para segurar elementos
fixados ao eixo a fim de transmitir o torque
requeridoou para prender a parte axialmente.
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Eixos e Eixo Árvore
Materiais:
o Os materiais mais usados para a confecção de eixos são:
o Aço ABNT-1020; 1025; 1045;
o Aço ABNT-2340 (Cromo Níquel);
o Aço ABNT-4143; 4140 (Cromo Molibdênio);
o Aço ABNT-6115; 6120; 6140 (Cromo Vanádio);
o Aço ABNT-8640; 8660 (Cromo Níquel Molibdênio);
o Aço ABNT-51210; 51410 (Aço Inoxidável)
Eixos e Eixo Árvore
Fabricação:
Torneamento a partir de barras redondas
o Trefiladas de até 60mm
o Laminadas de 60 a 150mm
Forjamento
o Forjadas acima de 150mm
Fundição
Extrusão
Sinterização
Eixos ainda podem
o Ser tratados termicamente
o Sofrer processos adicionais de acabamento.
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Eixos e Eixos Árvores
Tipos de solicitações