aula_tema_2

7/25/2019 Aula_Tema_2

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F CULD DE DO CENTRO LESTE

1Prof. Julio Rezende [email protected]/03/2015

Conceitos

MEC NISMOS

2 de março de 2 15

Tema nº 2

Noções

Elementares

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Conceitos

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Conceitos

É uma unidade usada de forma a produzir força e transmitir potência em umpadrão pré-determinado.

É um conjunto de peças ligadas de forma a produzir ou transmitir um movimentoespecífico. Pode ser uma parte da máquina usada para transferir movimento.

Plataforma ElevatóriaPantográfica

O que é um Mecanismo?

O que é uma máquina?

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Conceitos

Mecânica Aplicada:

A Mecânica Aplicada, também chamada deTeoria das Máquinas e dos Mecanismos, é aciência que tem por objetivo estudar as leis queregem os movimentos em termos dedeslocamento, velocidade, aceleração e impulsodos diversos elementos que constituem osmecanismos e as máquinas, bem como dosesforços, forças e momentos que esses mesmoselementos transmitem.

Mecânica:

Dinâmica: Estuda as relações entre asforças (causa) e o movimento (efeito).

Cinemática: Analisa os aspectos geométricos domovimento. Estuda o movimento independentedas forças que o originam.

Es táti ca: Corpos em equilíbrio estático ou movendo-se emvelocidade constante.

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Conceitos

O estudo cinemático e dinâmico de mecanismos,englobado na área mais ampla da Mecânica Aplicada,tem como propósito a análise do movimento, em termosde deslocamento, velocidade, aceleração e impulso,assim como dos fenômenos associados à transmissão deforças e momentos, em sistemas mecânicos.

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Conceitos

Esta análise engloba desde os sistemas mais comuns emmecânica, tais como, componentes de máquinas rotativas ealternativas, estruturas móveis, sistemas biela-manivela,gruas, etc., até as aplicações de grande precisão deposicionamento, tais como as aplicações eletromecânicas,

automação, robótica, etc., passando por simulaçõesantropomórficas utilizadas em biomecânica, com especialincidência no estudo das condições de funcionamento depróteses.

A análise de mecanismos, numa primeira fase, tornapossível a determinação das situações mais desfavoráveis aque estão sujeitos os vários componentes e,conseqüentemente, o seu dimensionamento.

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Conceitos

Análise - Determinação do movimento do mecanismo a partir

de sua geometria e de quantidades cinemáticas de algunselementos do mecanismo.Síntese - É a forma pela qual se chega à geometria de ummecanismo a partir das quantidades cinemáticas previamenteestabelecidas.

A Mecânica Aplicada, também chamada de Teoria dasMáquinas e dos Mecanismos, é a ciência que tem porobjetivo estudar as leis que regem os movimentos em termosde deslocamento, velocidade, aceleração e impulso dos

diversos elementos que constituem os mecanismos e asmáquinas, bem como dos esforços, forças e momentos queesses mesmos elementos transmitem.

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Conceitos

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Conceitos

Tipos demovimento

Plano oubidimensional

Espacial outridimensional

Rotação

Translação

Retilínea

Curvilínea

Plano Geral

Esférico

Helicoidal

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Conceitos

Trajetória detranslação retilínea

Trajetória detranslação curvilínea

A direção de qualquer linha reta dentro do corpo rígido é constante durante omovimento; Todas as partículas do corpo movem-se em trajetórias paralelas (retas) ou demesmo formato e eqüidistantes (curvas).

TRANSLAÇÃO

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Conceitos

Quando um corpo rígido rotaciona em torno de umeixo fixo, todas as partículas do corpo, excetoaquelas que se encontram sobre o eixo de rotação,deslocam-se ao longo de trajetórias circulares

ROTAÇÃO EM TORNO DE UM EIXO

Quando um corpo rígido é submetido ao movimento

plano geral, ele sofre uma combinação de translaçãoe rotação. A translação ocorre em um plano dereferência e a rotação ocorre em torno de um eixoperpendicular ao plano de referência.

MOVIMENTO PLANO GERAL

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Conceitos

Todos os pontos dos elos descrevem umatrajetória esférica em torno de um pontofixo.

MOVIMENTO ESFÉRICO

Os pontos de um elo movem-se com rotação emtorno de um eixo fixo e com translação na direçãodeste mesmo eixo.

MOVIMENTO HELICOIDAL

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Conceitos

O movimento, plano ou espacial, pode ser contínuo, intermitente oualternado.O movimento é contínuo quando um corpo se desloca indefinidamenteno mesmo sentido.O movimento de um corpo é intermitente quando é interrompido eapresenta períodos de repouso.No movimento alternado, o corpo descreve um movimento em umsentido e, em seguida, descreve um movimento no sentido contrário.

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Conceitos

Nos mecanismos a transmissão de movimento pode ser feita por contato direto ou por elo de ligação intermediário.Nas transmissões por contato direto, o movimento é transmitidoatravés do contato entre as superfícies dos elementos motor emovido, como por exemplo, nos sistemas de transmissão por

engrenagens e nos mecanismos do tipo came/ seguidor.

Transmissão por engrenagens Sistema Came/seguidor

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Conceitos

Na transmissão de movimento através de elo de ligação intermediário,existe um elemento intermediário que liga o elemento motor aoelemento movido. Este elemento intermediário pode ser rígido, comono caso dos mecanismos de quatro barras, ou flexível, como nosmecanismos de transmissão por correias e por correntes.

Mecanismo de quatro barras

Transmissão por correias

Transmissão por correntes

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Conceitos

Os mecanismos são constituídos de elementos conectadoscom o objetivo de transmitir força e movimento. E, para estemovimento ser transmitido, os seus elementos, tambémchamados de elos ou barras, devem estar conectados entre

si.O conjunto de superfícies que estabelece o contato entre oselos é denominado par cinemático ou junta.O conjunto de elos e juntas interconectados de modo que se

possibilite um movimento de saída controlado, em resposta aum movimento de entrada fornecido, é denominado cadeiacinemática.

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Conceitos

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Conceitos

A Manivela é o elo que faz uma revolução completa e é articulada àbase.O seguidor é um elo que tem rotação oscilatória e é articulado à base.O acoplador (biela) é um elo que possui movimento plano geral e não éarticulado à base.

A base ou estrutura é qualquer elo (ou elos) que são fixos, ou seja, nãopossuem movimento em relação ao sistema de referência.

ELOS OU BARRAS

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ConceitosJUNTAS OU PARES CINEMÁTICOS

Franz Reuleaux

1829-1905

Conforme Reuleaux, as juntas são divididas em:

Junta superiores: O contato entre os elementos é pontualou linear (meia-juntas);

Juntas inferiores: O contato entre os elementos é umsuperfície (juntas completas).

O critério de Reuleaux é baseado no tipo de contato entre oselementos.

Junta cinemática superior Junta cinemática inferior

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Conceitos

Classificaçãodas juntascinemáticas

Tipo decontato

Superior

Inferior

Forma

da junta

Aberta

Fechada

Tipo demovimento

Rotação (R)

Translação (T)

Helicoidal (H)

Cilíndrica (C)

Esférica (E)

Plana (P)

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ConceitosJUNTAS OU PARES CINEMÁTICOS

Junta cinemática superior

Junta cinemática inferior

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Conceitos

As cadeias cinemáticas podem ser classificadas como abertas ou fechadas,formando mecanismos abertos ou mecanismos fechados.No mecanismo fechado, o movimento dos seus elementos depende diretamentedo movimento dos outros elementos.No mecanismo aberto, o movimento dos seus elementos pode não ter comoconseqüência o movimento dos demais elementos. Como exemplo demecanismos abertos podemos citar os braços robóticos e braços deequipamentos de construção, tais como, escavadeiras, pás carregadeiras, etc.

Mecanismo aberto Mecanismo fechado

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Conceitos

Junta de rotação (R) Junta de translação (T) Junta cilíndrica (C)

Junta helicoidal (H) Junta plana (P)Junta esférica (E)

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Conceitos

As barras ou elos, podem ser binárias, quando possuem dois elementosde junta (nó), ternárias, quando possuem três elementos de junta,quaternárias, quando possuem quatro elementos de junta, e assim pordiante.

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Conceitos

A junta de rotação ou junta por pino é a mais simples e a mais baratade se obter.A junta propriamente dita é composta de pino e bucha, ea geometria do par furo/pino deve ser capaz de reter um filme delubrificante, onde a ação capilar cria uma interface anular e promoveuma condição chamada de lubrificação hidrodinâmica.

JUNTAS – JUNTAS DE ROTAÇÃO

Junta derotação

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Conceitos

A junta de rotação pode também ser feita com terminaisesféricos, que possibilitam a montagem de elos queestejam com pequenas desalinhamentos.Para as juntas de rotação fixas, recomenda-se autilização de caixas de mancais com rolamentos ou com

buchas (mancais de deslizamento)


Terminal esféricoCaixas de mancais

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Conceitos

Existem duas formas básicas para as juntas derotação. A junta simples ou em balanço é utilizadaquando a manivela precisa passar pelo acoplador,para, por exemplo, dar uma volta completa em

torno do seu eixo, e não pode ter nada do outrolado. O pino da junta simples está sujeito aocisalhamento simples, ou seja, somente umaseção transversal deverá suportar este esforço.O pino da junta biapoiada está sujeito aocisalhamento duplo, ou seja, duas seçõestransversais estarão suportando este esforço.


Junta simplesou em balanço

Juntabiapoiada

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Conceitos

A junta de deslizamento ou prismáticas, requerem usinagemcom ajustes mais finos e com tolerâncias geométricas maisprecisas. Estão disponíveis no comércio, guias cilíndricas elineares deslizantes que utilizam esferas recirculantes. Estasguias são caras e requerem manutenção e limpeza

freqüentes, devido ao fato de, normalmente estarem expostasa agentes abrasivos.

JUNTAS – JUNTAS DE DESLIZAMENTO

Junta dedeslizamento

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Conceitos

As juntas superiores sofrem ainda mais intensamente os efeitos do desgaste dedeslizamento por abrasão. Normalmente, trabalham em lubrificação por banho deóleo, ou seja, imersas no óleo lubrificante.

JUNTAS – JUNTAS DE ROTAÇÃO E DESLIZAMENTO – JUNTAS SUPERIORES

Junta de rotação e deslizamento

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Conceitos

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Conceitos

GRAUS DE LIBERDADE - MOBILIDADEDefinição: é o número de parâmetros independentes quesão necessários para se definir a posição de um corpo noespaço em qualquer instante.

Um corpo que pode se deslocar livremente em

um espaço bidimensional, tem três possibilidadesde movimento, ou seja, translação segundo osdois eixos coordenados, pertencentes ao plano, erotação em torno de um eixo perpendicular aoplano do movimento.Este corpo possui três graus de liberdade.Um sistema formado por dois corpos, nãoconectados, em um espaço bidimensional, possui6 graus de liberdade.

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Conceitos

GRAUS DE LIBERDADE - MOBILIDADEUm corpo que pode se deslocarlivremente em um espaçotridimensional pode descrever seismovimentos de translação e de rotação

em relação a cada um dos eixoscoordenados.Cada uma destas possibilidadescorresponde a um grau de liberdade.Este corpo possui 6 graus de liberdade.Um sistema formado por dois corposnão conectados, em um espaçotridimensional, possui 12 graus deliberdade.

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Conceitos

GRAUS DE LIBERDADE - MOBILIDADEDois corpos rígidos conectados por uma junta cinemática de rotação (R) no pontoB, que pertence simultaneamente aos dois elementos. O posicionamento doponto A pode ser expresso pelas coordenadas x A e y A. O posicionamento doponto B em relação ao ponto A, é função da posição angular do corpo 1, 1.

A posição do ponto C pode ser expressa emfunção da posição angular do elemento 2, 2.Para caracterizar o ponto C são necessáriasquatro variáveis independentes, que são x A,y A, 1, 2.

Portanto, um sistema formado por dois

elementos conectados por uma junta derotação tem quatro graus de liberdade.Uma junta de rotação que conecta doiscorpos rígidos no plano, retira destesistema, dois graus de liberdade. As juntas que retiram 2 graus de liberdade de um sistema são as juntas inferiores.

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Conceitos

CRITÉRIO DE GRUEBLER - KUTZBACH

21 j j2 )1n( 3 M

O número de gruas de liberdade de um sistema formado

por n elementos, sendo 1 deles fixo (base), e conectadospor juntas cinemáticas, pode ser calculado como:

n = número de elos

j1 = número de juntas inferiores

j2 = número de juntas superiores

Para se determinar o número de graus de liberdade (GDL) geral de qualquermecanismo no plano, devemos considerar a quantidade de elos e juntas, bemcomo a interação entre eles.Os mecanismos têm sempre um elemento fixo (base). Umcorpo fixo tem, por definição, mobilidade nula.

Os elementos podem, também, estar conectados por juntascinemáticas superiores (meia-juntas), as quais restringemapenas um dos movimentos relativos. Elas retiram apenas1 grau de liberdade.

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Conceitos

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Conceitos

CRITÉRIO DE GRUEBLER - KUTZBACH

O subscrito refere-se ao número de graus de liberdade da junta.

54321 j j2 j3 j4 j5 )1n( 6 M

Cada elo desconectado, em um sistema tridimensional, tem seis graus deliberdade (GDL) e cada um deles pode ser conectado por juntas inferiores ou juntas superiores.Uma junta com um grau de liberdade remove cinco graus de liberdade, uma junta com dois graus de liberdade remove quatro graus de liberdade, uma juntacom três graus de liberdade remove três graus de liberdade, uma junta comquatro graus de liberdade remove dois graus de liberdade e uma junta comcinco graus de liberdade remove um grau de liberdade. Um elo fixo remove 6graus de liberdade.

Para se determinar o número de graus de liberdade (GDL) geral de qualquer

mecanismo em um sistema tridimensional, o critério de Gruebler- Kutzbach éexpresso por:

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Conceitos

CRITÉRIO DE GRUEBLER - KUTZBACH Ao aplicarmos o critério de Gruebler, se o número de graus de liberdadefor nulo ou negativo, significa que não se trata de um mecanismo.Um mecanismo terá sempre, pelo menos, um grau de liberdade.

GDL > 0 O sistema é um mecanismo com M graus de liberdade;GDL = 0 O sistema é uma estrutura estaticamente determinada;GDL < 0 O sistema é uma estrutura estaticamente indeterminada.

GDL = 1 GDL = 0 GDL = -1

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Conceitos

Alguns mecanismos têm três elos conectados em uma única junta cinemática derotação. Fisicamente, um único pino pode ser utilizado para conectar os três elos,mas, por definição, um pino somente pode conectar dois elos.Para uma análise cinemática, esta configuração deverá ser modeladamatematicamente como duas juntas separadas.Uma junta conecta o primeiro elo com o segundo e a outra junta conecta o

segundo elo ao terceiro.Portanto, quando três elos estão conectados em uma única junta, a junta deveráser considerada como dois pinos, ou seja, deverá ser considerada como n – 1vezes.

3 elos conectados por um pino 2 elos conectados por um pino um elodeslizante

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Conceitos

EXCEÇÕES AO CRITÉRIO DE GRUEBLER - KUTZBACHO critério de Gruebler pode ser utilizado para determinar o número degraus de liberdade dos mecanismos de uso corrente. Porém, existemalgumas restrições ao seu uso:

Não leva em conta as dimensões dos elos;

A existência de elos paralelos; A existência de barras de igual comprimento;Duas juntas deslizantes;Seguidor com rolete.

M = 3(5-1) – (2.6) – 0 = 0Real GDL = 1

n = 4 j1 = 3 j2 = 1

M = 3(4-1) – (2.3) - 1 = 2Real GDL = 1

M = 3(4-1) – (2.2) – 2 = 3Real GDL = 1

M = 3(5-1) – (2.6) – 0 = 0Real GDL = 1

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Conceitos

Calcule o número de graus de liberdade:

21 j j2 )1n( 3 M

n = 8

j1 = 10 juntas de rotação (R)

j2 = 0

0 )10( 2 )18( 3 M

GDL1 M

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Conceitos

Calcule o número de graus de liberdade:

21 j j2 )1n( 3 M

n = 6

j1 = 7 juntas de rotação (R)

j2 = 1

1 )7 ( 2 )16 ( 3 M

GDL0 M

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Conceitos

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Conceitos

A análise dos movimentos de um mecanismo torna-se mais fácil se estefor desenhado de forma de diagramas cinemáticos.

Sombreamento ou hachura indicam que o elo é sólido.Ponto de atuação é um ponto no elo que representauma forma de atuação do mecanismo.

DIAGRAMAS CINEMÁTICOS

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ConceitosDIAGRAMAS CINEMÁTICOS

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Conceitos

Desenhar o diagrama cinemático do grampo de fixação, identifique ospontos de atuação e calcule o número de graus de liberdade.

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Conceitos

Desenhar o diagrama cinemático do grampo de fixação, identifique ospontos de atuação e calcule o número de graus de liberdade.

21 j j2 )1n( 3 M

n = 4

j1 = 4 juntas de rotação (R) j2 = 0

0 )4( 2 )14( 3 M GDL1 M

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Conceitos

Desenhar o diagrama cinemático da prensa, identifique os pontos deatuação e calcule o número de graus de liberdade.

21 j j2 )1n( 3 M

n = 6 j1 = 6 juntas de rotação (R) + 1 junta de translação (T) = 7

j2 = 0

0 )7 ( 2 )16 ( 3 M GDL1 M

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Conceitos

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Conceitos

O mecanismo de quatro barras é o mais simples e comum dos sistemasarticulados.É uma combinação de quatro elos (barras), sendo que um deles é fixo (base),conectados por quatro juntas de rotação (R).

MECANISMO DE QUATRO BARRAS

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Conceitos

Uma inversão é criada pelo fato de se fixar um elo diferente do mecanismo.MECANISMO DE QUATRO BARRAS - INVERSÕES

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Conceitos

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Conceitos

No estudo cinemático do mecanismo de quatro barras éimportante saber se o elemento motor (manivela) poder girar em360° em torno do eixo de rotação.

CRITÉRIO DE GRASHOF“Para mecanismos de quatro barras que descrevem movimento

plano, se a soma dos comprimentos das barras mais curta e

mais longa for igual ou inferior à soma dos comprimentos das

duas barras restantes, então, a barra mais curta pode girar

continuamente em relação às outras barras”

Franz Grashof

1826-1893

QP LS

S = comprimento do elo menor L = comprimento do elo maior P = comprimento do elo remanescenteQ = comprimento do outro elo remanescente


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Conceitos

CRITÉRIO DE GRASHOF

Mecanismo de Grashof Mecanismo não-Grashof


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Conceitos

Fixando qualquer elo adjacente ao elo menor Manivela – Seguidor - #1 e #2CADEIA CINEMÁTICA CLASSE I S + L < P + Q - GRASHOF

Fixando o elo menor Dupla Manivela - #3

Fixando o elo oposto ao menor Duplo Seguidor - #4

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ConceitosInversões de Mecanismos de Grashof

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Conceitos

Todas as inversões Triplo seguidor CADEIA CINEMÁTICA CLASSE II S + L > P + Q

–

NÃO GRASHOF

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ConceitosInversões de Mecanismos não-Grashof

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Conceitos

2

3

4

1

Configurações com dois pontos de mudança para cada revolução da manivela deentrada Dupla manivela ou Manivela seguidor

CADEIA CINEMÁTICA CLASSE III S + L = P + Q – CASO ESPECIAL

GRASHOF

Paralelogramo Anti-paralelogramo

Dupla-manivela ou mecanismo de Galloway

2

3

41

2

3

4

1

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ConceitosCADEIA CINEMÁTICA CLASSE III S + L = P + Q – CASO ESPECIAL

GRASHOF

Duplicador de voltas

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ConceitosCASOS ESPECIAIS DOS COMPRIMENTOS DOS ELOS

Q P LS Q P LS

L P QS L P QS

Não se conectam Não gira completamente

Não gira completamenteNão se conectam

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Conceitos

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