Dimensionamento da componente mecnicaO projeto mecnico uma tarefa complexa, que requer diversas habilidades. Tal como em quase todas as reas o projeto envolve processos onde necessria a tomada de decises, tambm no projeto da componente mecnica elas tm que ser tomadas. No caso do nosso projeto, seguem-se vrios dimensionamentos de componentes mecnicos, nos quais a fiabilidade do nosso brao est dependente. Dimensionaram-se elementos, tais como: Hidrulicos, essenciais na movimentao do brao; Cavilhas e parafusos, fundamentais na sustentao e articulao da estrutura; Perfil da estrutura do brao; Base onde apoiada toda a mquina.Coeficiente de seguranaO coeficiente de segurana um fator importantssimo visto que utilizado para prevenir incertezas quanto a propriedades dos materiais, esforos aplicados, variaes, etc. Este critrio retrata a relao entre a tenso de cedncia, ced, e a tenso admissvel,adm.

A escolha de um coeficiente de segurana baixo pode levar a que a estrutura entre em rotura e a escolha de um coeficiente de segurana alto pode levar projeo muito dispendiosa. Para o desenvolvimento dos dimensionamentos mecnicos usmos um coeficiente de segurana de 1.5. Este valor teve uma cuidada anlise a diversos fatores a considerar, como por exemplo: Modificaes que ocorrem nas propriedades dos materiais.

Esforos que atuam nos componentes (constantes, variveis, pontos de aplicao e a possibilidade de sobrecarga).

O modo de rutura que pode ocorrer.

Deteriorao que poder ocorrer no futuro devido falta de manuteno ou por causas naturais imprevisveis.

Dimensionamento dos hidrulicos:Para a determinao da fora que seria exercida em cada hidrulico, usaram-se ferramentas de clculo abordadas na disciplina de Mecnica aplicada. Para analisarmos as foras aplicadas ao longo de toda a estrutura foram analisadas trs situaes distintas para que posteriormente ao clculo fosse possvel identificar o ponto onde as foras so mais crticas. Apresentam-se ento esses trs diferentes casos de anlise:

Caso A

Caso B

Caso CAbordando o clculo dos diversos casos, aplicmos uma carga de 500 N na parte final do brao e dividimos o brao na zona onde est a articulao e designmos como parte inferior a barra que se apresenta esquerda e como parte superior a barra da direita. So ento apresentados todos os clculos efetuados para estas trs situaes e os respetivos diagramas de corpo livre no Anexo

Tal como era espectvel, o caso mais crtico, isto , onde o mdulo das foras aplicadas maior, o caso C, onde o brao est o mais inclinado possvel. Com as foras aplicadas nos hidrulicos calculadas, segue-se o clculo da presso exercida sobre o hidrulico, calculada atravs da expresso:

P Presso [MPa]F Fora aplicada [N]A rea de seco do hidrulico [mm2] A rea de seco do hidrulico foi calculada atravs da frmula da rea do cilindro:

Onde,D - Dimetro do hidrulico [mm].Na tabela apresentada a seguir esto as grandezas dos hidrulicos, onde esto j expressos os valores calculados da presso, P.

HidrulicoAlcance [mm]Fora aplicada [N]Dimetro [mm]Presso [MPa]Referncia

Garra300321,5CH2ECB32B-150

Superior300 a 6005773,5 327CH2FCB32B-270

Inferior460 a 52014025,7 4014CH2HCB40B-250

O movimento crucial no projeto de um brao mecnico, o nosso originado pelos hidrulicos. Para sabermos a velocidade de movimentao do nosso brao tivemos de fazer clculos envolvendo o caudal proveniente da bomba. A bomba usada por ns tem um caudal de 9 L/min que corresponde a . A velocidade do hidrulico foi expressa atravs da frmula:

Q Caudal da bomba [A rea de seco do hidrulico Para o hidrulico inferior, cujo dimetro de 40 mm, a velocidade de cerca de 119 mm/s. O hidrulico superior e o da garra, cujo dimetro de 32 mm, movem-se a uma velocidade de 186 mm/s.

Dimensionamento das cavilhas ao corte:As cavilhas usadas no nosso brao (fgura x) foram dimensionados ao corte. Contudo fizeram-se apenas os clculos referentes cavilha que sofre uma fora de maior mdulo (figura y). Para o dimensionamento foi usada a seguinte expresso:

Onde , representa a tenso admissvel dos parafusos e das cavilhas, F a fora exercida nos parafusos e cavilhas e por fim o dimetro que a grandeza que queremos obter.Dimensionamento dos parafusos:A fixao da base do nosso brao feita atravs de 4 parafusos, tal como as cavilhas o seu dimensionamento ao corte.

Perfil:

Para a construo do nosso brao, optmos por um perfil retangular de 100x60 mm e com uma espessura de 3mm. Restava ento testar o perfil escolhido para que no entrasse em rotura.

Utilizando o mtodo da tenso admissvel e aplicando-o ao nosso perfil, calculmos a tenso mxima onde a fora aplicada maior. Esta situao d-se no brao inferior no ponto onde est aplicado a hidrulico inferior. Temos ento que a tenso admissvel dada por:

Onde, I - Momento de inrcia [mm4]P Fora aplicada [N]A rea do perfil [mm2] Momento mximo [N.m]c Distncia da superfcie neutra superfcie que contm as fibras mais distantes [m]

- Tenso admissvel do material [MPa]Sendo que:

E o momento mximo dado por, , onde e designa a excentricidade e toma o mesmo valor que c. Os resultados dos clculos efetuados esto presentes no Anexo A. Simulao MecnicaPara analisarmos as tenses aplicadas na base recorremos ao software SolidWorks, e recorrendo aos mtodos iterativos foi nos possvel visualizar a distribuio de tenses presentes na nossa base (Figura a) quando sobre elas so exercidas as tenses mximas, isto , quando o brao est completamente esticado como j foi referido anteriormente.