UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICASDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEMCURSO: Engenharia Mecânica

CABOS DE AÇO, FREIOS E EMBREAGENS.

Acadêmico: Jefferson Luiz JeronimoProfessor: Nicodemus Neto da Costa LimaDisciplina: Elementos de Máquinas - II – EMA - II

JOINVILLEOutubro/2006

INTRODUÇÃO

No trabalho que segue serão expostos vários tipos de embreagens, freios e cabos de aço, que são constantemente empregados na engenharia mecânica, desta forma é de grande interesse a compreensão destes sistemas.

Na abordagem dos três assuntos será demonstrado como se devem efetuar os cálculos para dimensioná-los, e características específicas de cada assunto.

FREIOS E EMBREAGENS

A abordagem de sistemas de embreagens e freio se faz conveniente devido as similaridade de ambos. Basicamente a embreagem iguala o a rotação de dois eixos, sejam eles concordantes ou discordantes, assim como um pode partir do repouso. O freio funciona retirando ou reduzindo a rotação de um dado eixo, a partir do mesmo princípio, o da fricção.

Devido ao seu princípio de funcionamento o torque transmitido é dependente da força de acionamento, do coeficiente de atrito e da geometria, contudo a elevação da temperatura depende basicamente das superfícies dissipativa.

São parâmetros importantes:- Força de acionamento- Troque transmitido- Perda de energia- Elevação da temperatura

As classificações feitas para embreagens e freios são as seguintes:- Aro com sapatas internas expansíveis- Aro com sapatas externas contráteis- Banda ou sinta- Disco ou axial- Tipo cônico- Tipos diversos

ESTÁTICA

A análise de todos os tipos de embreagens de atrito e freios segue as seguintes etapas:

Admitir ou determinar a distribuição de pressão sobre as superfícies de atrito. Determinação da relação entre a pressão máxima e a pressão em qualquer ponto. Aplicar as condições de equilíbrio estático para a determinação da força atuante,

do torque e das reações de apoio.

A figura 1 serve para exemplificar este procedimento.

Fig. 1: Forças atuantes numa sapata articulada. A figura 1 mostra uma pequena sapata articulada em A, com força atuante F, força

normal N no contato entre as superfícies e força de atrito fN, sendo f o coeficiente de

atrito. O corpo move-se para a direita e a sapata permanece estacionária. A pressão em qualquer ponto é p, a pressão máxima é pa e a área da sapata é A.

Etapa 1: Como a sapata é curta, admite-se a pressão uniformemente distribuída sobre a área de atrito.

Etapa 2: Da etapa 1 segue-se que:p = pa (a)

Etapa 3: Como a pressão está uniformemente distribuída, pode-se calcular uma força normal equivalente. Assim:

N = pa . A (b)

Aplicando as condições de equilíbrio estático, e fazendo o somatório dos momentos em relação ao pino de articulação, obtém-se:

MA = Fb – Nb + fNa = 0 (c)

Utilizando a equação c:

F = (d)

Tomando-se o somatório das forças nas direções horizontal e vertical:

Fx = 0 Rx = f.pa.A (e)

Fy = 0 Ry =.pa.A – F (f)

O objetivo principal no projeto de um freio ou embreagem é determinar as dimensões para se obter o melhor freio ou embreagem para o material da guarnição especificado.

Na eq. d, fazendo b = fa, tem-se a condição de autobloqueio, ou seja, neste caso nenhuma força atuante é requerida. Na prática, pode-se desejar o efeito de auto-acionamento. Este efeito é obtido selecionando um valor de f que nunca será excedido. Isto pode ser feito aumentando o coeficiente de atrito tabelado de 25 a 50 por cento. Assim, determinam-se os valores da razão b/a para que este valor nunca seja excedido.

FREIOS E EMBREAGENS TIPO TAMBOR COM SAPATAS INTERNAS

A embreagem de aro com sapata interna de pendo do mecanismo de acionamento é classificada como anel expansível, centrífuga, magnética, hidráulica e pneumática. Sendo constituída basicamente de um par de superfícies de atrito, meios de transmissão de torque e superfície de atuação. Neste tipo de embreagem a pressão não é constante ao longo dos pares de superfície e atrito.

Embreagem de anel externo expansívelSão embreagens que se beneficiam dos efeitos centrífugos, transmitem alto toque

mesmo a baixas velocidades e requerem força para acoplamento, assim como uma grande força para liberação. Empregado em máquinas têxteis, escavadoras e máquinas-ferramenta.

Embreagem Centrífugas Caso nenhuma mola seja utilizada o toque transmitido será proporcional ao

quadrado da velocidade. Muito útil no acionamento por motor elétrico, onde durante o arranque a maquina movida aumenta de velocidade sem choque. Com o emprego de molas pode-se prevenir o acoplamento antes de determinada velocidade. Aplicado em operações automáticas.

Embreagem MagnéticaSeu toque é transmitido via força magnética. Útil para ciclos de carga complexos,

utilizada em sistemas automáticos e de controle remoto. Embreagem Hidráulica e PneumáticaSua força acionamento é proveniente de força hidráulica ou pneumática, sendo

controlada mediante o uso de válvulas solenóides. Controle esse normalmente feito remotamente, aplicado para cargas complexas e maquinaria automática. Esse tipo de acionamento também é encontrado em embreagens do tipo cone e de múltiplas placas, assim como freio de disco.

Para a análise desse dispositivo, toma-se como referência a figura 2. Pode-se notar que o ponto A é o pivô e a força atuante age na outra extremidade. Como a sapata não tem dimensões pequenas, não se pode considerar uma distribuição uniforme de pressão. Além disso, o arranjo não permite que pressão seja aplicada no ponto A.

Fig. 2: Sapata interna.

É prática usual não se colocar guarnição na sapata numa pequena parte a partir da extremidade mais próxima do pino de articulação. Isto elimina interferência, e de qualquer modo sua contribuição para o desempenho seria mínima.

Seja p a pressão atuando sobre um elemento de área da guarnição localizado a um ângulo a partir do pino de articulação. Denomina-se pa a pressão máxima localizada a um ângulo a a partir do pino de articulação. Supõem-se agora (etapa 1) que a pressão em qualquer ponto é proporcional à distância vertical ao pino de articulação. Esta distância vertical é proporcional a sem e (etapa 2) a relação entre pressões:

(1)

Da eq. 1 observa-se que p será máximo quando = 90º, ou se o ângulo da sapata for menor que 90º, p será máximo na extremidade mais afastada do pino de articulação.

Também pela eq. 1, nota-se que quando = 0, a pressão é zero. Assim, o material da guarnição localizado próximo ao pino contribui muito pouco para a frenagem. Então, um bom projeto concentraria mais material na região onde a pressão é maior.

Seguindo na etapa 3 e observando as reações no pino de articulação (Rx e Ry). A força atuante F tem componentes Fx e Fy e age a uma distância c do pino de articulação. A um ângulo do pino atua uma normal dN cujo módulo é

dN = p.b.r d (2)

onde b é a largura da guarnição. Substituindo-se o valor da pressão obtido em 2 obtém-se:

dN = (3)

A força normal dN tem componentes horizontal e vertical assim como a força de atrito fdN. Aplicando as condições de equilíbrio estático, determinam-se a força atuante F, o torque T e as reações Rx e Ry no pino.

A força atuante F é determinada com a condição que o somatório dos momentos em torno do pino de articulação é zero. As forças de atrito têm um braço de alavanca em relação ao pino igual a r – a cos . O momento Mf dessas forças de atrito é:

Mf = (4)

O braço de alavanca da força normal dN em torno do pino é a.. sen . Designando o momento das forças normais por MN:

MN = (5)

A força atuante F deve equilibrar estes dois momentos. Assim:

F = (6)

Pela eq. 6, vê-se que há uma condição para que a força atuante seja nula, ou seja, se Mn = Mf, ocorre o autotravamento. Com isso, pode-se obter alguma ação de auto-acionamento. Aumentando o coeficiente de atrito conforme explanado no item 2, tira-se o valor de a da expressão:

MN = Mf’ (7)

O torque T aplicado ao tambor pela sapata é a soma das forças de atrito fdN vezes o raio do tambor:

T = (8)

As reações no pino de articulação são determinadas pelo somatório das forças horizontais e verticais:

Rx =

(9)

Ry =

(10)

Se o sentido das forças de atrito e a rotação forem invertidos, a força atuante torna-se:

F = (11)

Como ambos os momentos têm o mesmo sentido, não é possível a auto-ativação. Também, para rotação no sentido anti-horário trocam-se os sinais dos termos relativos ao atrito nas equações para as reações no pino e obtém-se:

Rx = (12)

Ry = (13)

Algumas observações devem ser feitas a respeito da análise precedente:

Supôs-se que a pressão em qualquer ponto da guarnição da sapata foi proporcional à distância do ponto de articulação, sendo nula na extremidade mais próxima do plano. É importante lembrar que pressões especificadas pelos fabricantes consideram valores médios e não valores máximos.

Efeito da força centrífuga foi desprezado. Isso é uma boa aproximação no caso dos freios, pois as sapatas não têm movimento de rotação. Para as embreagens, o efeito da força centrífuga deve ser levado em consideração.

A sapata foi considerada rígida. Entretanto, pode haver alguma deflexão, alterando a distribuição de forças.

Por fim, considerou-se que o coeficiente de atrito não varia com a pressão. Na realidade, este coeficiente pode variar sob algumas condições como temperatura, desgaste e meio.

FREIOS E EMBREAGENS TIPO TAMBOR COM SAPATAS EXTERNAS

Principio de funcionamento similar ao anterior, entretanto, as placas de atrito se contraem em direção ao eixo motor central. No caso dos freios a força centrífuga pouco influi na força de acionamento e no caso das embreagens o efeito da força centrífuga decresce a força normal, assim a medida que a velocidade cresce um valor maior da força de acionamento é necessária.

Fig. 3: Forças na sapata externa

As equações citadas fornecem valores positivos para momentos no sentido horário quando utilizados para sapatas externas. A força atuante deve equilibrar ambos os momentos:

F = (11)

Pode-se determinar as reações nos pinos com um procedimento análogo ao feito para sapatas internas:

Rx =

(12)

Ry =

(13)

Se a rotação for anti-horária, inverte-se o sinal do termo devido à força de atrito em cada equação. Portanto, a força de acionamento torna-se:

F = (6)

e existe auto-acionamento para rotação anti-horária. As reações ficam:

Rx = (14)

Ry = (15)

É necessário observar que quando o projeto é de embreagens, o efeito causado pela força centrífuga é o de diminuir a força normal. Assim, uma maior força de acionamento é requerida quando a velocidade aumenta.

Quando o pivô está localizado simetricamente e colocado de tal forma que o momento das forças de atrito em relação ao pivô é nulo, pode-se obter uma relação para a distribuição de pressões supondo que o revestimento se desgasta uniformemente, de tal modo que o formato cilíndrico seja mantido. Isso significa que o desgaste x é constante, independentemente do ângulo . Assim, o desgaste radial da guarnição é r = x.cos. Se num elemento qualquer da guarnição a perda de energia devida ao atrito for proporcional à pressão radial e o desgaste estar diretamente relacionado às perdas devidas ao atrito, então:

p = pa.cos (16)

e p atinge um máximo em = 0. Fazendo a análise das forças segundo a figura 6a:

dN = p.b.r d (17)ou

dN = pa.b.r.cos d (18)

A distância a ao pivô será escolhida de tal forma que o momento das forças de atrito Mf seja nulo. A simetria determina que 1 = 2, portanto:

Mf = 2

Substituindo a eq. 18 na expressão acima , chega-se a:

2.f.pa.b.r

Finalmente:

a = (19)

Com a localização do pivô determinada, o momento em torno do pino é zero e as reações horizontal e vertical são:

Rx = 2 (20)

onde, pela simetria, .Também:

Ry = 2 (21)

onde .Observar que Rx = -N e Ry = -fN como seria de se esperar para a escolha em

particular feita para a dimensão a. O torque é:

T = a.f.N (21)

EMBREAGENS E FREIOS DE CINTA

O freio de conta é constituído basicamente do eixo motor cujo qual é freado devido ao atrito proveniente da cinta que o envolve, a tensão da cinta pode ser controlada de modo conveniente.

A embreagem de cinta tem construção análoga ao freio de cinta, contudo, ao invés de apenas retirar energia (rotação) do eixo motor ela transmite movimento. Empregado em escavadeiras de potência, guindastes e outras maquinarias.

Fig. 4: Cinta de FreioDevido ao atrito e à rotação do tambor, a força de acionamento P2 é menor que a

reação P1 no pino. Qualquer elemento da correia de valor angular d estará em equilíbrio sob a ação das forças indicadas na figura 4. Efetuando o somatório dessas forças nas direções horizontal e vertical tem-se:

(22)

O torque pode ser obtido pela equação:

T = (P1 – P2)(D/2) (23)

A pressão é dada por:

p = (24)

Assim, a pressão é proporcional à tensão da correia. A pressão máxima pa

ocorrerá na ponta e tem o valor:

pa = (25)

EMBREAGENS DE CONTATO AXIAL

Composta de um ou mais discos de operação acionados por atuadores, hidráulicos ou pneumáticos, de moto a transferir energia(rotação) do eixo motor para a motriz ou o caso do freio parar determinado eixo. Sistema amplamente aplicado na industria automobilística.

Este tipo de sistema não sofre influencia alguma da força centrifuga, pois seu movimento de contato é paralelo aos eixos. Ainda consegue se obter uma grande área friccional instalada em um pequeno espaço, proporciona superfícies mais efetivas de dissipação de calor e uma boa distribuição de pressão de contato.

Neste tipo de embreagem e freio o desgaste é maior na parte externa dos discos (pastilhas no caso dos freios), contudo, depois de determinado período de uso a distribuição de pressão muda conferindo um desgaste uniforme ao sistema.

Desgaste uniforme

Para que o desgaste seja uniforme, a maior pressão tem que ocorrer em r = d/2. Denotando a pressão máxima por pa pode-se escrever:

p = pa. (26)

Esta expressão é a condição para que a quantidade de trabalho seja a mesma tanto para um raio r quanto para um raio d/2.

Pode-se determinar a força normal total pela equação:

F = (27)

O torque é determinado integrando-se o produto força de atrito vezes o raio:

T = (28)

Uma expressão mais conveniente para o torque é obtida substituindo-se a eq. 27 na 28:

T = (29)

Pressão uniforme

Na hipótese da pressão ser uniforme sobre a superfície do disco a força atuante F é simplesmente o produto da pressão pela área:

F = (30)

O torque pode ser calculado integrando-se o produto da força de atrito pelo raio:

T = (31)

Como p = pa:

T = (32)

Para ambas as equações, o torque é relativo a apenas um par de superfícies.Assim, este valor deve ser multiplicado pelo número de pares de superfícies em contato.

EMBREAGENS E FREIOS CÔNICOS

Análogo a embreagem axial de contato friccional, contudo, a fricção é estabelecida por um cone, sendo mais simples em construção que o uso de discos. Principais parâmetros geométricos são o ângulo do cone, o diâmetro e a largura de face do cone. Caso o ângulo seja muito pequeno a força para o desengatar o conjunto é muito grande, é recomendado um ângulo entre 10 a 15º, dependendo das características de fricção do material empregado.

Fig. 5: Representação da embreagem cônica.

Desgaste uniforme

A relação de pressão é a mesma para embreagem do tipo axial, ou seja:

p = pa. (33)

F = (34)

O torque é dado pela expressão:

T = (35)

Combinando a eq. 34 com a 35 pode-se escrever:

T = (36)

Pressão uniforme

Considerando p = pa, a força de acionamento é determinada por:

(37)

O torque é:

(38)

Combinando as eqs. 37 e 38:

T = (39)

MATERIAIS PARA GUARNIÇÕES

Para uso em freios e embreagens o matérial deve apresentar determinadas características:

- Coeficiente de fricção alto e reproduzível;- Imprevisibilidade a condições ambientais, tais como umidade;- Habilidade de suportar altas temperaturas, juntamente com boa condutividade

térmica e difusidade, bem como com alta capacidade de calor específico;- Boa resiliência;- Alta resistência a desgaste, marcas e escoriação;- Compatibilidade com ambiente;- FlexibilidadeAlguns materiais podem trabalhar imersos em óleo ou com névoa de óleo. Isto

reduz um pouco o coeficiente de atrito mas auxilia a dissipação de calor e permite a utilização de pressões mais elevadas.

DISSIPAÇÃO DE CALOR

A expressão abaixo é utilizada na dissipação de calor num freio ou embreagem:

(40)

onde: T = acréscimo de temperatura [ºC] Ec = energia cinética [J] C = calor específico [J/kg.ºC] M = massa das placas da embreagem ou tambor/disco do freio [kg]

Pode ser que a freqüência de operação seja baixa o suficiente para que os elementos se resfriem após o término de cada ciclo. Há também o caso em que as condições sejam variadas, o que requer o uso de simulação para poder prever corretamente o acréscimo de temperatura.

Uma outra maneira de analisar o problema é especificar valores limites do produto pressão-velocidade. São os denominados produtos pV e são proporcionais à energia absorvida por unidade de tempo. Para um projeto preliminar, adota-se:

1000 pV3000 (41) com p em MPa e V em m/s.

EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO

12.1 Uma embreagem de disco tem um único par de superfícies de atrito que entram em contato, com diâmetro externo de 200 mm e diâmetro interno de 100 mm e

coeficiente de atrito 0,30. Qual a pressão máxima correspondente a uma força de acionamento de 15 kN ? Utilizar o método do desgaste uniforme.

Dados: D = 200 mm = 0,200 md = 100 mm = 0,100 mf = 0,30F = 15 kNpa = ?

Solução:

F =

pa = kPa

12.2 Uma embreagem cônica com guarnição de couro deve transmitir 135N.m de torque. O ângulo de cone é 10°, o diâmetro médio da superfície de atrito é 300mm, e a largura da face 50mm. Para um coeficiente de atrito de 0,25, determinar a força de operação, admitindo o critério da pressão uniforme e o critério do desgaste uniforme:

Dados: T = 135N.m = 10°dm = 300mml = 50mm=0,25

Solução:

Equações de cálculo:

- Critério do Desgaste uniforme:

- Critério da Pressão Uniforme:

Uma simples análise de trigonometria leva à:

e

Levando esses valores às equações:

Pelo critério do desgaste uniforme:

de onde:

F=625,13N

Pelo critério da pressão uniforme:

e portanto:

F=625,08N

CABOS DE AÇO

Cabos são elementos de transmissão que suportam cargas (forças de tração), deslocando-as nas posições horizontal, vertical ou inclinada. Os cabos são muito empregados em equipamentos de transporte e na elevação de cargas, como em elevadores, escavadeiras, pontes rolantes.

No princípio da fabricação de cabos de aço as composições usuais dos arames nas pernas eram as que envolviam várias operações, com arames do mesmo diâmetro.

Assim se obtinha um passo diferente para o núcleo em relação as pernas, levando ao desgaste intern devido ao atrito no cruzamento dos arames.

Com o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação, foram desenvolvidas máquinas e construções de cabos que nos possibilitam a confecção das pernas em uma única operação, sendo todas as camadas do mesmo passo. O que acabou por eliminar os problemas devido a diferença do passo.

PARTES DOS CABOS DE AÇO

O cabo de aço se constitui de alma interna (metálica ou fibras)e pernas ao seu redor. As perna são formadas de vários arames em torno de um arame central, conforme figura.

CONSTRUÇÃO DE CABOS

Um cabo pode ser construído em uma ou mais operações, dependendo daquantidade de fios e, especificamente, do número de fios da perna. Por exemplo:um cabo de aço 6 por 19 significa que uma perna de 6 fios é enrolada com 12 fiosem duas operações, conforme segue:arame central 1 fio1ª operação (1ª camada) arame 6 fiosperna2ª operação (2ª camada) ------------------------ 12 fios

Total 19 fios

TIPOS DE DISTRIBUIÇÃO DOS FIOS NAS PERNAS

Existem vários tipos de distribuição de fios nas camadas de cada perna do cabo, diferenciados de acordo com o tamanho e posição. Os principais tipos de distribuição são:

· Normal;· Seale;· Filler;· Warrington;· Formação composta

Distribuição NormalOs arames são todos de um só diâmetro.

Distribuição SealeAs camadas são alternadas em arames grossos e finos existindo pelo menos duas

camadas adjacentes com o mesmo número de arames. Todos os arames de uma mesma camada possuem alta resistência ao desgaste.

Distribuição FillerAs pernas contêm arames de diâmetro pequeno que são utilizados comoenchimento dos vãos dos fios principais mais grossos, para fim de uma melhor

acomodação dos arames. Os arames de enchimento não estão sujeitos a0s especificações que os arames principais. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste, boa resistência à fadiga e alta resistência ao amassamento.

Distribuição WarringtonOs arames das pernas têm diâmetros diferentes numa mesma camada, havendo

pelo menos uma camada constituída de arames de dois diâmetros diferentes e alternados. Os cabos de aço fabricados com essa composição possuem boa resistência ao desgaste e boa resistência à fadiga.

Ditribuição Warrington-Seale

Ainda existem a possibilidade de composições que são formadas pela aglutinação de duas das acima citadas, como por exemplo, a composição "Warrington-Seale", que possui as principais características de cada composição, proporcionando ao cabo alta resistência à abrasão conjugado com alta resistência à fadiga de flexão.

TIPOS DE ALMA DE CABOS DE AÇO

As almas de cabos de aço podem ser feitas de vários materiais, de acordo com a aplicação desejada. Existe assim diversos tipos de alma, os mais comuns: alma de fibra, de algodão, de asbesto, de aço.

Alma de fibraÉ o tipo mais utilizado para carregamentos menores e geralmente proporcionam

maior flexibilidade. As fibras podem ser naturais (AF) ou artificiais (AFA). As almas de fibras naturais são normalmente de sisal, e as almas de fibras artificiais são geralmente de polipropileno.

Vantagens das fibras artificiais:- não se deterioram em contato com agentes agressivos;- são obtidas em maior quantidade;- não absorvem umidade.Desvantagens das fibras artificiais:- são mais caras;- são utilizadas somente em cabos especiais.

Alma de algodãoTipo de alma que é utilizado em cabos de pequenas dimensões.

Alma de asbestoTipo de alma utilizado em cabos especiais, sujeitos a altas temperaturas.

Alma de açoAs almas de aço garantem maior resistência ao amassamento e aumentam a

resistência à tração. A alma de aço pode ser formada por uma perna de cabo (AA) ou por um cabo de aço independente (AACI), sendo esta ultima modalidade que proporciona maior flexibilidade, combinada com alta resistência à tração.

TORÇÃO

Quando as pernas são torcidas da esquerda para a direita, diz-se que o cabo é de Torção à direita. Quando as pernas são torcidas da direita para a esquerda, diz-se que o cabo é de Torção à esquerda.

Torção regular ou em cruzOs arames de cada perna são torcidos no sentido oposto ao das pernas ao redor da

alma. As torções podem ser à esquerda ou à direita. Como resultado, os arames do topo das pernas são posicionados aproximadamente paralelos ao eixo longitudinal do cabo de aço. Estes cabos são estáveis, possuem boa resistência ao desgaste interno e torção e são fáceis de manusear. Também possuem considerável resistência a amassamentos e deformações devido ao curto comprimento dos arames expostos

Torção lang ou em paraleloOs arames de cada perna são torcidos no mesmo sentido das pernas que ficam ao

redor da alma. As torções podem ser à esquerda ou à direita. Esse tipo de torção aumenta a resistência ao atrito (abrasão) e dá mais flexibilidade. Os arames externos são posicionados diagonalmente ao eixo longitudinal do cabo de aço e com um comprimento maior de exposição que na torção regular. Devido ao fato dos arames externos possuírem maior área exposta, a torção Lang proporciona ao cabo de aço maior resistência à abrasão. São também mais flexíveis e possuem maior resistência à fadiga. Estão mais sujeitos ao desgaste interno, distorções e deformações e possuem baixa resistência aos amassamentos. Além do mais, os cabos de aço torção Lang devem ter sempre as suas extremidades permanentemente fixadas para prevenir a sua distorção e em vista disso, não são recomendados para movimentar cargas com apenas uma linha de cabo.

FATOR DE SEGURANÇA

Tipo de Serviço Fator de Segurança

Cabos guia estático 3 - 4

Esteios 4 - 5

Guinchos 5

Máquinas de terraplenagem 5

Serviços gerais de levantamento de carga 5 - 6

Laços (Lingas) 5 - 6

Planos inclinados (montados sobre trilhos) 6

Pontes rolantes 6 - 8

Guindastes - Torres de perfuração (tipo Petróleo) 6 - 8

Talhas elétricas e pneumáticas 7

Pontes rolantes de fornos siderúrgicos 8

Elevadores de baixa velocidade (16 a 100 m/min) 7 - 8

Elevadores de alta velocidade (101 a 470 m/min) 9 - 11

TABELA DE PESOS E CARGAS DE RUPTURA

DiâmetroPeso em Kg por Metro

Linear

Cargas de Ruptura - Resistência

180/200 Kg/mm² (I.P.S) em KGF

Polegada Milímetro6x7

6x19 / 6x25 / 6x41

6x76x19 / 6x25 /

6x41AF / AFA

AA / AACI

AF / AFA

AA / AACI

AF / AFA

AA / AACI

AF / AFA

AA / AACI

1/16" 1,6 0,012 0,013     176 190    5/64" 2 0,014 0,015     240 259    3/32" 2,4 0,019 0,021     340 365    1/8" 3,2 0,034 0,037 0,039 0,043 600 646 620 6605/32" 4 0,055 0,061     959 1040    3/16" 4,8 0,078 0,086 0,088 0,097 1347 1449 1398 1500

¼" 6,4 0,14 0,154 0,156 0,172 2388 2571 2480 26635/16" 8 0,221 0,244 0,244 0,268 3837 4153 3867 41533/8" 9,5 0,31 0,341 0,351 0,39 5316 5714 5531 59497/16" 11,5 0,43 0,473 0,78 0,52 7194 7735 7510 8061

½" 13 0,57 0,627 0,63 0,68 9347 10051 9714 104089/16" 14,5 0,71 0,781 0,79 0,88 11837 12755 12245 131635/8" 16 0,88 0,968 0,98 1,071 14388 15510 15204 16224¾" 19 1,25 1,38 1,41 1,548 20612 22143 21633 23265

7/8" 22     1,919 2,113     29184 314281" 26     2,5 2,753     37959 40714

1.1/8" 29     3,17 3,48     47755 513261.1/4" 32     3,913 4,3     58673 62959

Obs: Para cabos galvanizados normalmente é utilizado a categoria PS (aproximadamente 90% da carga do IPS)

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES DE CABOS DE AÇO

EXEMPLO DE CÁLCULO.

Para dimensionarmos qual deve ser o diâmetro do cabo de aço para transportar uma determinada carga devemos sempre utilizar o fator de segurança da tabela acima em função do seu tipo de serviço. Abaixo segue um exemplo:

Dados: Carga à ser transportada = 1.000 Kg · Tipo de Serviço = Guinchos · Fator de segurança = 5 (Em função do tipo de serviço) · Carga Real = Carga * Fator de Segurança = 1.000Kg * 5 = 5.000Kg

De acordo com a tabela de Carga de Ruptura, devemos utilizar o cabo de 3/8" 6x25+AF IPS que possui uma carga de ruptura de 5.530Kg

Obs: Utilizamos o cabo de aço na construção 6x25 por ser mais flexível que o 6x7, porém a carga de ruptura da construção 6x7 (5.320Kg) já atenderia a necessidade.

CONCLUSÃO

Para definição de embreagens e freios são feitos cálculos simples, mas com uma gama de materiais, geometrias e tipos de sistemas a serem definidos, sendo que essas especificações devem ser feitas conforme aplicação, relação custo beneficio, entre outros, já os cabos de aço são equipamentos simples, com possibilidades geométricas e emprego de materiais diferentes, o que lhes confere diferentes propriedades.

Nos dois casos as propriedades dos materiais são muito importantes por esse motivo muitas pesquisas estão sendo realizadas para o desenvolvimento de novos matérias, para melhores resultados e otimização dos sistemas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

SHIGLEY, J.E. Elementos de Máquinas – Vol. 2. Livros Técnicos e Científicos Editora. Rio de Janeiro – RJ, 1984.