DIMENSIONAMENTO DE UM VARIADOR DE
VELOCIDADES ESCALONADO COM REVERSÃO
Raphael Cardoso Bastos Alvim
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Mecânica da Escola
Politécnica da Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro Mecânico.
Orientador: Flávio de Marco Filho.
Rio de Janeiro
Junho de 2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
DIMENSIONAMENTO DE UM VARIADOR DE VELOCIDADES ESCALONADO COM
REVERSÃO
Raphael Cardoso Bastos Alvim
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
Flávio de Marco Filho
Armando Carlos de Pina Filho
Vitor Ferreira Romano
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
JUNHO DE 2019
i
Alvim, Raphael Cardoso Bastos.
Projeto de um variador de velocidades escalonado com
reversão para máquinas operatrizes/ Raphael Cardoso Bastos
Alvim. – Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2019.
VII, 186 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Flávio de Marco Filho
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Mecânica, 2019.
Referências Bibliográficas: p. 64 - 65.
1. Variador de Velocidades. 2. Dimensionamento mecânico.
3. Desenho técnico. I. De Marco Filho, Flávio. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia
Mecânica. III. Dimensionamento de um variador escalonado de
velocidades com reversão.
ii
Ao meu amor, Laura Filgueiras Tavares.
iii
Agradecimentos
Agradeço aos meus pais por terem me dado o suporte necessário durante todo
meu período de faculdade. Sem eles nunca teria conseguido.
Agradeço também aos amigos que fiz durante a faculdade, eles estavam sempre
presentes, tanto na felicidade de uma aprovação quanto na tristeza de uma nota baixa.
Para finalizar, um agradecimento especial para minha parceira de vida Laura
Filgueiras Tavares, que me deu forças em todos os momentos de desânimo e
frustração, sendo a maior responsável pela conclusão deste projeto.
iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
DIMENSIONAMENTO DE UM VARIADOR DE VELOCIDADES ESCALONADO COM
REVERSÃO
Raphael Cardoso Bastos Alvim
Junho/ 2019
Orientador: Flávio de Marco Filho
Curso: Engenharia Mecânica
Este trabalho apresenta o projeto de um variador de velocidade escalonado para
máquinas operatrizes. O variador de velocidades tem como função transformar uma
velocidade de entrada (geralmente dada por um motor) em diferentes velocidades de
saída. Os dados iniciais usados foram a rotação de entrada e a menor rotação de saída.
O projeto contém o dimensionamento e seleção de todos os elementos mecânicos do
variador e um desenho de conjunto do mesmo.
Palavras-chave: sistema de transmissão de potência, variador de velocidades,
máquinas operatrizes, blocos deslizantes, dimensionamento.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to DEM/UFRJ as a part of fulfillment of
the requirements for the degree of Mechanical Engineer.
DIMENSIONING OF STEPPED VARIABLE SPEED DRIVE WITH REVERSION
Raphael Cardoso Bastos Alvim
June/2019
Advisor: Flávio de Marco Filho
Course: Mechanical Engineering
This work presents the design of a stepped variable speed drive for machine tools. The
variable speed drive has the function of transforming an input speed (usually given by a
motor) at different output speeds. The initial data used were the input rotation and the
lowest output rotation. The design includes the dimensioning and selection of all
mechanical elements of the variable speed drive and an overall design of the variable
speed drive.
Keywords: power transmission system, speed drive, machine tool, sliding gear blocks,
design.
vi
Sumário
1. Introdução ................................................................................................................. 1
1.1 Objetivo ....................................................................................................... 1
1.2 Variadores de velocidade ............................................................................ 1
1.3 Variadores escalonados .............................................................................. 2
1.3.1 Variador escalonado de polias ...................................................... 2
1.3.2 Variador escalonado de engrenagens ........................................... 3
1.3.2.1 Chaveta móvel ................................................................ 3
1.3.2.2 Mecanismo Norton .......................................................... 3
1.3.2.3 Bloco deslizante .............................................................. 4
1.3.2.4 Mecanismo Ruppert ........................................................ 5
2. Etapa Inicial de Projeto ............................................................................................. 7
2.1 Dados Iniciais: ............................................................................................ 7
2.2 Rotações de Saída: .................................................................................... 7
2.3 Relações de transmissão: .......................................................................... 8
2.4 Esquema cinemático ................................................................................... 9
2.5 Número de dentes das engrenagens ......................................................... 10
3. Dimensionamento dos elementos mecânicos principais ......................................... 14
3.1 Dimensionamento das correias e polias .................................................... 14
3.1.1 Potência de Projeto ..................................................................... 14
3.1.2 Perfil de Correia .......................................................................... 15
3.1.3 Diâmetro das Polias .................................................................... 15
3.1.4 Potência por Correia ................................................................... 16
3.1.5 Número de Correias .................................................................... 16
3.1.6 Determinação das Cargas ........................................................... 17
3.1.7 Vida da Correia ........................................................................... 18
3.1.8 Dimensões para os Canais da Polia ............................................ 19
3.2 Dimensionamento das Engrenagens ......................................................... 19
3.2.1 Critério de Tensões (AGMA) ...................................................... 21
3.2.2 Critério por Fadiga....................................................................... 22
3.2.3 Critério por Desgaste Superficial ................................................. 23
3.2.4 Dimensionamento do par mais demandado ................................ 24
3.2.5 Número de dentes das engrenagens de reversão ....................... 31
3.2.6 Resumo das dimensões das engrenagens .................................. 33
3.3 Dimensionamento dos eixos ...................................................................... 33
3.3.1 Tamanhos dos eixos ................................................................... 34
3.3.2 Material escolhido ....................................................................... 34
vii
3.3.3 Resumo das forças resultantes ................................................... 34
3.3.4 Critério de Soderberg .................................................................. 35
3.3.5 Dimensionamento do Eixo IV ...................................................... 37
3.3.6 Resumo dos Eixos ...................................................................... 43
3.4 Dimensionamento das estrias dos eixos .................................................... 43
3.4.1 Dimensionamento das estrias nos eixos III e V ........................... 44
3.5 Dimensionamento das chavetas ................................................................ 46
3.5.1 Dimensionamento das chavetas do Eixo VII................................ 48
3.6 Dimensionamento dos mancais de rolamento ........................................... 50
3.6.1 Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo II ........................ 51
3.6.2 Resumo dos mancais .................................................................. 54
3.7 Cálculo da espessura da carcaça ............................................................. 54
3.8 Alavancas de acionamento ........................................................................ 55
4. Demais elementos do projeto ................................................................................. 58
4.1 Método de lubrificação ............................................................................... 58
4.2 Anéis de retenção ...................................................................................... 59
4.3 Parafusos de içamento .............................................................................. 59
4.4 Parafusos de fixação ................................................................................. 60
4.4.1 Dimensionamento dos parafusos de fixação .............................. 60
4.4.1.1 Seleção dos parafusos ................................................ 60
4.4.1.2 Carga inicial ................................................................. 61
4.4.1.3 Torque para aperto ...................................................... 62
4.4.1.4 Coeficiente de segurança ............................................ 62
4.5 Tampas ..................................................................................................... 63
5. Conclusão ............................................................................................................... 64
6. Referências Bibliográficas ....................................................................................... 65
Apêndice A - Memória de cálculo................................................................................ 67
Anexo I - Tabelas e gráficos ..................................................................................... 164
Anexo II – Dados do motor ....................................................................................... 184
i
Anexo III - Desenho mecânico .................................................................................. 185
1
1. Introdução
1.1 Objetivo
O objetivo desse trabalho é projetar um variador escalonado de velocidades a
partir dos dados iniciais fornecidos pelo orientador.
Foram utilizadas várias áreas de conhecimento obtidas no curso de engenharia
mecânica para o dimensionamento e seleção dos elementos presentes no variador e o
desenho técnico ao final do projeto. Todos os critérios e recomendações utilizados ao
longo desse trabalho estão contidas na bibliografia apresentada.
Para a realização desse projeto, foi usado o SolidWorks para os desenhos
técnicos, o Excel para as tabelas de dados e MDSolid para gerar os gráficos de forças
e momentos nos eixos.
1.2 Variadores de velocidade
O variador de velocidade é o mecanismo responsável pela transmissão da
energia mecânica (torque e velocidade) de uma fonte (geralmente um motor) para
qualquer outro mecanismo.
Existe uma vasta gama de aplicações para o variador, já que nem sempre o
motor fornece a rotação ou torque que o mecanismo final necessita, então é necessária
a introdução do variador para adequar a fonte ao mecanismo final. Outro caso que
necessita da presença do variador é quando o mecanismo utiliza diversas rotações e
torques para seu funcionamento, como são os casos das máquinas operatrizes.
A figura 1 mostra um exemplo de variador aplicado a uma máquina operatriz.
2
Figura 1 – Mecanismo de acionamento de uma máquina operatriz [12].
Os variadores podem ser escalonados ou contínuos. Os escalonados fornecem
uma seleção finita de rotações em um intervalo, enquanto os contínuos fornecem as
infinitas rotações que se pode obter em um intervalo. Nesse projeto será abordado o
variador escalonado.
1.3 Variadores escalonados
Dentro de variadores escalonados existem dois tipos a serem comentados, os
variadores de polias e os variadores de engrenagens.
1.3.1 Variador escalonado de polias
Os variadores de polias podem utilizar correias planas, em “V” ou dentadas para
seu funcionamento. A variação de velocidade acontece quando a correia é trocada de
um par de polias para o outro.
Os pontos positivos desse tipo de mecanismo são: custo muito menor em
comparação ao variador escalonado de engrenagens e a utilização como fusível
mecânico, ou seja, caso ocorra uma sobrecarga no sistema, provavelmente a correia irá
se romper antes de causar maiores danos a outros elementos.
3
Porém, as correias não funcionam bem para grandes torques já que dependem
do atrito para a transmissão. Outro problema é a vida útil das correias, que precisam de
substituição constante.
Figura 2 – Variador de velocidades escalonado tipo cone de polias com 4
rotações de saída [5].
1.3.2 Variador escalonado de engrenagens
Foco desse projeto, o variador escalonado de engrenagens é bem mais robusto
que o variador de polias, é capaz de transmitir grandes potências e está presente em
diversas aplicações industriais, automotivas, etc.
O funcionamento ocorre através do acoplamento das engrenagens. Esse
acoplamento pode ser feito utilizando diferentes mecanismos, são eles: chaveta móvel;
mecanismo Norton; bloco deslizante; mecanismo Ruppert entre outros.
1.3.2.1 Chaveta móvel
No variador escalonado de engrenagens por chaveta móvel, todos os pares
funcionam engrenados, porem somente o par em que a chaveta móvel está acoplada
realiza a transmissão de torque para o eixo. O mecanismo tem como características a
transmissão de baixas potências e ser compacto.
4
Figura 3 – Exemplo de chaveta móvel [15].
1.3.2.2 Mecanismo Norton
O mecanismo Norton geralmente é usado para o controle do avanço nos tornos
mecânicos. Uma alavanca é responsável pelo acionamento de uma das engrenagens
presentes no cone (como pode ser visto na figura 4).
Figura 4 – Exemplo mecanismo Norton [16].
5
1.3.2.3 Bloco deslizante
O bloco deslizante é o mais utilizado em aplicações industriais, isso porque ele
permite transmissões de altas potências e velocidades e tem uma alta confiabilidade. O
funcionamento consiste em acoplar os blocos de engrenagens, que são movidas ao
longo de um eixo estriado, em engrenagens fixas em um segundo eixo.
Figura 5 – Exemplo de transmissão com bloco deslizante [11].
1.3.2.4 Mecanismo Ruppert
Com sua construção mais complexa divido ao grande numero de mancais e
acoplamentos, o mecanismo Ruppert geralmente possui um numero menor de
engrenagens e seu funcionamento é através de engrenagens loucas que somente
transmitem o torque quando acopladas ao eixo através de do engrenamento com um
bloco deslizante controlado pela alavanca de acionamento (como pode-se ver na figura
6).
6
Figura 6 – Exemplo de transmissão com bloco deslizante [15].
7
2. Etapa Inicial de Projeto
Na fase embrionária do projeto, são estabelecidos os dados iniciais, as rotações
de saída, o esquema cinemático, as relações de transmissão e o número de dentes de
cada engrenagem da caixa variadora.
2.1 Dados Iniciais:
O variador foi projetado seguindo os dados iniciais estabelecidos com o
orientador do projeto:
▪ Motor elétrico trifásico com 1145 rpm;
▪ 12 rotações de saída com reversão mecânica;
▪ Menor rotação de saída: 80 rpm.
Foi escolhido o motor elétrico trifásico WEG W22 IR2 com 4 HP de potência e
1145 rpm [1].
2.2 Rotações de Saída:
Pelos dados iniciais, já é conhecida uma das rotações de saída (80 rpm) e a
partir dela é utilizada uma série geométrica de razão (φ) igual a 1,41 [2] para encontrar
as outras onze. Sendo assim, as rotações de saída (n) serão:
nq = n1 ∗ φ(q−1)
n1 = 80
n2 = 112,80
n3 = 159,05
n4 = 224,26
n5 = 316,20
n6 = 445,85
n7 = 628,64
n8 = 886,39
n9 = 1249,81
n10 = 1762,23
8
n11 = 2484,74
n12 = 3503,48
2.3 Relações de transmissão:
Para toda caixa de transmissão há diversas variantes construtivas da cadeia
cinemática e todas elas possuem vários diagramas de Germar.
No diagrama de Germar, a primeira linha vertical simboliza o eixo do motor, as
demais simbolizam os eixos do variador e as linhas horizontais são as velocidades de
saída que são espaçadas pelo logaritmo na base φ. Para escolher o diagrama mais
adequado para esse projeto, foram seguidas diversas recomendações [3], tais como:
• Decrescer o número de engrenagens da entrada para saída;
• A relação de transmissão entre engrenagens deve ser escrita em potências
de φ e estar situada entre φ−4 e φ2;
• Os blocos deslizantes devem estar nos eixos intermediários;
• Concentrar os blocos deslizantes no mesmo eixo.
Mesmo seguindo as recomendações, ainda sobram alguns diagramas. Os
diagramas que restaram foram testados para ver qual o seria o mais eficiente e assim
chegamos ao diagrama para esse projeto:
Figura 7 – Diagrama de Germar.
9
Com o diagrama feito, é possível inferir quais serão as relações de transmissão
(i) de cada par de engrenagem:
i1−2 = φ1 = 1,41
i3−4 = φ0 = 1
i5−6 = φ−1 = 0,709
i7−8 = φ1 = 1,41
i9−10 = φ−2 = 0,503
i11−12 = φ2 = 1,988
i13−14 = φ−4 = 0,253
2.4 Esquema cinemático
Após ter feito o diagrama de velocidades, já se sabe quantos serão os eixos e
engrenagens necessárias para a obtenção das velocidades de saída. O próximo passo
será fazer um esboço 2D do arranjo geométrico do variador, ao qual foram adicionados
os eixos VI e VII, que são responsáveis pela reversão mecânica.
Figura 8 – Esquema cinemático
No esquema cinemático notam-se alguns detalhes construtivos escolhidos para
esse projeto.
A transmissão do motor para o variador será feita por correias. Duas razões para
que fosse escolhido esse tipo de transmissão foram: a redução de vibrações que
poderiam ser transmitidas e o limite de sobrecargas (podendo funcionar como um
“fusível mecânico”).
Serão utilizados blocos deslizantes para mudar a relação de transmissão. Os
blocos (de duas ou três engrenagens) se movem axialmente, acoplando-se à diferentes
10
engrenagens, mudando, assim, a velocidade de saída do variador. Esse tipo de variador
de engrenagens foi selecionado, pois é o usado para máquinas operatrizes, permite
transmissão de altas rotações e potências e possui alta confiabilidade e durabilidade.
2.5 Número de dentes das engrenagens
Tendo as relações de transmissão das engrenagens, já se pode calcular o seu
número de dentes. Foi utilizado o mesmo módulo para todas as engrenagens (que mais
para frente será selecionado). O somatório de dentes de cada par engrenado deverá
ser igual aos demais de modo que as distâncias entre os eixos sejam as mesmas.
Para o cálculo do número de dentes, é preciso seguir as recomendações que
determinam que o número mínimo de dentes não seja menor que 18 [4] e os erros entre
as rotações reais e nominais sejam inferiores a 2% [3]. A partir dessas recomendações,
é realizado um processo iterativo, começando pelo bloco que contém a maior relação
de transmissão.
Utilizando a fórmula para a relação de transmissão entre as engrenagens, em
que “e” representa o número da engrenagem e “z” o número de dentes dessa
engrenagem, é selecionado o número inteiro mais próximo do resultado. As tentativas
com a menor engrenagem tendo 18, 19 e 20 dentes não tiveram erros menores que 2%
nas rotações. Portanto a menor engrenagem (z13) terá 21 dentes.
As engrenagens 15, 16, 17, 18 e 19, que são responsáveis pela reversão
mecânica, serão deixadas para que seja calculado o modulo das engrenagens.
ie−(e+1) =ze
z(e+1)
• Bloco Duplo (engrenagens 12 e 14):
i13−14 =z13
z14= 0,253
z13 = 21
z14 = 83
z13 + z14 = 104
i11−12 =z11
z12= 1,988
z11 + z12 = 104
11
z11 = 69,20 ≅ 69
z12 = 34,80 ≅ 35
• Bloco Duplo (engrenagens 7 e 9):
i7−8 =z7
z8= 1,41
z7 + z8 = 104
z7 = 60,85 ≅ 61
z8 = 43,15 ≅ 43
i9−10 =z9
z10= 0,503
z9 + z10 = 104
z9 = 34,81 ≅ 35
z10 = 69,19 ≅ 69
• Bloco Triplo (2, 4, 6):
i1−2 =z1
z2= 1,41
z1 + z2 = 104
z1 = 34,81 ≅ 35
z2 = 69,19 ≅ 69
i3−4 =z3
z4= 1
z3 + z4 = 104
z1 = 52
z2 = 52
i5−6 =z5
z6= 0,709
z5 + z6 = 104
z5 = 43,15 ≅ 43
z6 = 60,85 ≅ 61
12
Após a obtenção do número de dentes das engrenagens, consegue-se calcular
as rotações reais de saída (nreal), já que agora se tem as relações reais de transmissão.
Vale lembrar que os eixos VI e VII somente são usados para a reversão, por isso não
entram na equação para o cálculo de nreal:
nreal = nentrada ∗ iII−III ∗ iIII−IV ∗ iIV−V
Onde:
nentrada – Rotação após a redução pela correia;
iII−III – Relação de transmissão do eixo II para o III;
iIII−IV – Relação de transmissão do eixo III para o IV;
iIV−V – Relação de transmissão do eixo IV para o V.
As relações de transmissão entre os eixos mudam conforme o par que for
engrenado, conforme o exemplo de nreal1:
nreal1= nentrada ∗ i5−6 ∗ i9−10 ∗ i13−14 = nentrada ∗
z5
z6∗
z9
z10∗
z13
z14
nreal1= 886,39 ∗
43
61∗
35
69∗
21
83= 80,19 rpm
Seguindo todos os passos acima, foram criadas duas tabelas nas quais constam
o número de dentes das engrenagens e as rotações de saída alcançadas. É possível
observar que todas as rotações obtidas estão abaixo do erro estabelecido de 2%:
13
Tabelas 1 – Número de dentes e Tabela 2 – Reais rotações de saída.
14
3. Dimensionamento dos elementos mecânicos principais
O dimensionamento dos elementos mecânicos é momento do projeto em que
são decididos todos os materiais, modos de fabricação e dimensões a serem utilizados
em todos os componentes do variador. Essa etapa deve ser seguida com muita atenção
afim de evitar um sub ou superdimensionamento da peça.
Para todos os elementos a serem dimensionados, há uma vasta literatura de
recomendações e normas disponíveis, bem como diversos produtos padronizados no
mercado, então, além dos cálculos, é preciso selecionar a dimensão disponível no
mercado.
As peças principais que foram dimensionadas são: as correias e polias, todas as
engrenagens, eixos (bem como suas estrias e rasgos de chaveta), os mancais de
rolamento, mecanismo de deslocamento das engrenagens, carcaça, dentre outros.
3.1 Dimensionamento das correias e polias
Todos os cálculos obedeceram às recomendações e normas presentes em [5],
[6] e [7]. Os elementos a serem definidos são: dimensões das polias, potência de
projeto, perfil da correia, potência por correia, número de correias, cargas e vida útil.
Figura 9 –Sistema de polias e correias [6].
3.1.1 Potência de Projeto
A potência de projeto (Php) leva em consideração condições externas, que levam
o nome de fator de serviço (Fs). Esse fator é multiplicado pela potência do motor (P):
15
Php = P ∗ Fs
P = 4 HP
Fs = 1,3 → Tabelas 15 e 16, anexo I, para trabalho normal e ambiente
poeirento.
Php = 5,2HP
3.1.2 Perfil de Correia
Tendo a potência de projeto e a rotação do eixo mais rápido, que nesse caso é
o eixo do motor, utiliza-se esses valores no gráfico 1, anexo I, para encontrar o perfil de
correia adequado, logo, o perfil encontrado foi o HI-POWER A.
3.1.3 Diâmetro das Polias
Para encontrar o diâmetro das polias, é necessário ter a relação de transmissão
entre o motor (eixo I) e o eixo de entrada do variador (eixo II). Com a relação de
transmissão (iI−II) e o diâmetro mínimo da polia são selecionados os diâmetros:
iI−II =1
φx=
DI
DII
x =(log nm − log n8)
log φ
Onde:
D – Diâmetro da Polia [mm];
nm – Rotação do motor [rpm];
x – Distância logarítmica entre a rotação do motor e do eixo II.
DI = 76 mm → Tabela 17, anexo I, diâmetro mínimo para correia
HI-POWER A.
x =(log 1145 − log 886,39)
log 1,41= 0,7451
16
iI−II =1
1,410,7451=
76
DII
DII = 98,17 mm
3.1.4 Potência por Correia
O método de cálculo da potência por correia (Pcorr) é fornecido nos catálogos
dos fabricantes e envolve tabelas, gráficos e equações. Para o processo usado nesse
projeto, foram usados o catálogo da Goodyear [7] e as fórmulas:
Pcorr = (HPbásico + HPadicional) ∗ FL
HPbásico = 1,1 → Tabela 18, anexo I, para DI = 76 e nm = 1145 rpm.
HPadicional = 0,12 → Tabela 18, anexo I, para nm = 1145 rpm e 1
iI−II= 1,29.
Para encontrar FL na tabela 20, deve-se primeiro achar o tamanho calculado da
correia (Lcalculado) e selecionar, na tabela 19, o tamanho real da correia(Lreal) :
Lcalculado = 2 ∗ cestimada +π
2(DII + DI) +
(DII − DI)2
4 ∗ cestimada
cestimada =(DII + DI)
2+ DI
Onde:
cestimada – Distância estimada entre centros.
cestimada =(98,17 + 76)
2+ 76 = 163,08 mm
Lcalculado = 2 ∗ 163,08 +π
2(98,17 + 76) +
(98,17 − 76)2
4 ∗ 163,08= 600,51 mm
Lreal = 695 mm → Designação do tamanho A26.
FL = 0,78
Pcorr = (1,1 + 0,12) ∗ 0,78 = 0,95HP
3.1.5 Número de Correias
17
O número de correias (N) é calculado dividindo-se a potência de projeto pela
potência por correia e o resultado é dividido novamente pelo fator de correção (ca) para
o arco de contato. Encontramos o fator de correção na tabela 21, anexo I, que depende
da diferença de diâmetros dividida pela distância entre centros. Vale lembrar que ainda
é necessário calcular essa distância entre centros (c), já que se tem somente a distância
estimada.
N =PHP
(Pcorr ∗ ca)
Para a obtenção de ca:
c = k + √k2 − 32 ∗ (DII − DI)2
k = 4 ∗ Lreal − 2 ∗ π ∗ (DII + DI)
(DII − DI)
c
k = 1685,58 mm
c = 210,4 mm
(DII − DI)
c= 0,1
ca = 0,99
N = 5,52 → N = 6 correias.
3.1.6 Determinação das Cargas
Serão calculadas as quatro principais cargas para o projeto. São elas: a carga
total atuante (F), a carga inicial (Fi), a carga do ramo frouxo (F2) e do ramo tenso (F1).
Elas são necessárias para futuros cálculos em diferentes etapas do dimensionamento.
A carga total atuante será usada ao dimensionar o eixo II; as cargas no ramo frouxo e
tenso são utilizadas ao estimar a vida útil da correia e a carga inicial é a carga de
compressão entre a correia e a polia quando as mesmas estão paradas.
Os cálculos são feitos pelas equações:
F = √F12 + F2
2 + 2 ∗ F1 ∗ F2 ∗ cos γ
γ = θ2 − 180°
18
θ1,2 = π ± 2 ∗ sin−1(DII − DI
2 ∗ c)
R = F1 − F2 =P ∗ K
r ∗ nm
F1
F2= ek1
k1 =μ∗θ1
sin∅
2
→ Para correias em “V”.
Fi =F1 + F2
2
Onde:
γ – Ângulo entre as forças F1 e F2 [°];
θ1 – Ângulo de abraçamento da motora;
θ2 – Ângulo de abraçamento da movida;
R – Resultante entre as forças F1 e F2 [N];
K – Constante de conversão de unidades de potência;
r – Raio de DI [m];
∅ – Ângulo da correia [°];
μ – Coeficiente de atrito entre a polia e a correia.
Sendo:
K = 7120 → Usado para HP
μ = 0,3
θ1 = π + 2 ∗ sin−1 (DII − DI
2 ∗ c) = 173,96° = 3,04 rad
θ2 = π − 2 ∗ sin−1 (DII − DI
2 ∗ c) = 186,04°
γ = θ2 − 180° = 6,04°
r =DI
2= 0,038 m
R = F1 − F2 =P ∗ K
r ∗ nm= 654,56 N
μ = 0,3
k1 =μ ∗ θ1
sin∅2
= 3,1154
19
F1
F2= ek1 = 22,54
F1 = 684,95 N
F2 = 30,39 N
F = √F12 + F2
2 + 2 ∗ F1 ∗ F2 ∗ cos γ = 715,18 N
Fi =F1 + F2
2= 357,67 N
3.1.7 Vida da Correia
Após a obtenção de todos os parâmetros da correia, é possível fazer uma
estimativa de vida destas correias.
Para o cálculo, acharemos os picos de carga do ramo frouxo (M2) e do ramo
tenso (M1) que são suportados pela correia e foram obtidos como propõe Spotts [8]:
M1 = (Q
F1)
x
M2 = (Q
F2)
x
Os valores de Q e x são encontrados na tabela 22, para correia de seção A e os
valores de F1 e F2 deverão estar em lbf:
x = 11,089
Q = 674
F1 = 684,95 N = 153,98 lbf
F2 = 30,39 N = 6,83 lbf
M1 = (Q
F1)
x
= 1,3 ∗ 107
M2 = (Q
F2)
x
= 1,3 ∗ 1022
Usaremos esses resultados no método de Minner [9], que nos dará o número de
ciclos de vida da correia (N):
20
N =M1 ∗ M2
M1 + M2
N = 1,3 ∗ 107 ciclos
Com o número de ciclos, é possível calcular a vida em horas (Nh) e em meses
(Nm):
Nh =N ∗ Lreal
60 ∗ V
Nm =Nh
160
V = nm ∗ π ∗ DI [mm
min] → Velocidade tangencial da correia
V = nm ∗ π ∗ DI = 273381,39 mm/min
Nh = 551 horas
Nm =Nh
160= 3,44 meses
3.1.8 Dimensões para os Canais da Polia
As polias para correias “V” são padronizadas pelas normas NBR 8319 e PB-479,
de tal forma que, para selecionar as dimensões de seus canais, foi seguida a tabela 23,
anexo I. Para melhor visualização, foi feita uma tabela com as dimensões das duas
polias:
Figura 10 – Padronização das polias [5].
Tabela 3 – Dimensões das polias.
21
Diâmetro primitivo das polias (Dp) [mm] 76 98,17
Ângulo do canal (φ) [mm] 34 34
Largura superior do canal (ls) [mm] 13 13
Largura do canal na linha do diâmetro primitivo (lp) [mm] 11 11
Distância do centro de dois canais consecutivos (e) [mm] 15 15
Distância entre centro do primeiro canal e a face da polia (f) [mm] 10 10
Profundidade acima da linha do diâmetro primitivo (b) [mm] 3,3 3,3
Profundida total do canal (h) [mm] 12 12
3.2 Dimensionamento das Engrenagens
Os cálculos das engrenagens foram feitos usando três critérios de
dimensionamento: o critério de tensões (AGMA), critério por fadiga e o critério por
desgaste superficial. Todos os critérios e recomendações foram retirados de [4] e [10].
As engrenagens foram selecionadas somente se tivessem cumprido todos os critérios.
Antes de começar o dimensionamento, foram escolhidos alguns parâmetros
iniciais. Nesse projeto os parâmetros foram:
• As engrenagens de dentes retos;
• Ângulo de pressão (α) = 20°;
• Os dentes das engrenagens foram retificados;
• O coeficiente de segurança (CS) foi igual a 4;
• O material utilizado para a fabricação foi o aço 1050 Q&T 205°C, que possui
as seguintes propriedades:
• Resistência à tração (Sut) = 1120 MPa;
• Resistência ao escoamento (Sy) = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
• As engrenagens de reversão 15,16,17 são as únicas fabricadas com o aço
AISI 5160 revenido 205°C com as seguintes propriedades:
• Resistência à tração (Sut) = 2220 MPa;
• Resistência ao escoamento (Sy) = 1793 MPa;
• Dureza = 627 HB.
Os materiais acima foram selecionados após passarem nos critérios que serão
apresentados ao longo desse capítulo, as engrenagens 15,16 e 17 são submetidas as
maiores tensões do projeto, logo seu material teve que ser de maior qualidade.
22
Todos os pares de engrenagens foram dimensionados utilizando a rotação mais
baixa, já que, quanto menor a rotação, maior serão as cargas. Somente foi
dimensionada a menor engrenagem do par, pois, se a menor engrenagem do par
suporta os esforços, a maior também suporta.
O dimensionamento foi iniciado pelo par mais demandado, que é aquele com a
maior relação de transmissão (i13−14). Ele foi o par submetido às maiores tensões do
projeto. O cálculo dos demais pares encontram-se no apêndice A.
Caso alguma engrenagem não cumpra os critérios de dimensionamento
escolhidos, é possível alterar algum dos parâmetros iniciais escolhidos. Felizmente,
para esse projeto, não foi necessária qualquer alteração.
Ao obter o modulo das engrenagens, é possível continuar o cálculo do número
de dentes da parte responsável pela reversão. Após isso, para o dimensionamento, são
usados os mesmos passos que as demais engrenagens.
3.2.1 Critério de Tensões (AGMA)
Para o cálculo desse critério, foi selecionado o módulo da engrenagem (m). Os
módulos são padronizados e se encontram na tabela 24, anexo I. O modulo é
encontrado usando a tabela 24 e respeitando a recomendação 3 ∗ P < F < 5 ∗ P, sendo
F a largura do dente e P o seu passo. Foi criada uma tabela iterativa para inserir os
valores do módulo e escolher o valor da largura do dente (estando dentro da
recomendação). A tabela criada contém os cálculos:
Kv =50
50 + √200 + V → formula para dentes retificados.
Fmin =WT
Kv ∗ m ∗ J ∗ δadm
dp = m ∗ z
V =π ∗ dp ∗ n
60 ∗ 1000
WT =Pm
V
δadm =Sy
CS
P =π ∗ dp
z
δAGMA =WT
Kv ∗ m ∗ J ∗ F
23
Onde:
Kv – Fator dinâmico;
WT – Esforço tangencial [N];
J – Fator de forma AGMA;
δadm – Tensão admissível [MPa];
Pm – Potência do motor [W];
V – Velocidade tangencial [m/s];
dp – Diâmetro primitivo [mm];
Fmin – Largura mínima da face [mm];
δAGMA – Tensão AGMA [MPa].
O fator de forma (J) foi retirado da tabela 25, anexo I e depende do ângulo de
pressão e dos números de dentes das engrenagens do par.
Então o critério AGMA satisfaz duas recomendações:
3 ∗ P < F < 5P
δadm > δAGMA
3.2.2 Critério por Fadiga
Como o nome já diz, esse critério leva em consideração a falha gerada pela
fadiga e tem como objetivo chegar a um coeficiente de segurança global (η) e a um
coeficiente de segurança corrigido (ηg). Ambos os coeficientes devem ser maiores que
1. As fórmulas, recomendações e diversos fatores usados foram retirados de [4]:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
ηg =Se
δAGMA
η =ηg
Ko ∗ Km
Onde:
Se – Limite de resistência à fadiga [MPa];
Ka – Fator de acabamento superficial;
Kb – Fator de forma;
24
Kc – Fator de confiabilidade;
Kd – Fator de temperatura;
Kf – Fator para efeitos diversos;
Se – Limite de resistência do material [MPa];
Ko – Fator de sobrecarga;
Km – Fator de distribuição de carga.
A forma de obter cada fator acima será demonstrada ao se calcular o par
engrenado mais demandado.
3.2.3 Critério por Desgaste Superficial
O critério por desgaste superficial também leva em consideração a falha por
fadiga, mas nesse caso, o estudo é para a superfície do dente. Foram usados como
base os cálculos da teoria de Hertz [4]. Essa base foi aplicada às engrenagens e os
resultados foram as fórmulas:
σH = −Cp ∗ √WT
Cv ∗ F ∗ dpinhão ∗ I
I =cos α sin α
(i + 1)
SH = SC ∗CL ∗ CH
CT ∗ CR
ηg =SH
δH
η =ηg
Co ∗ Cm
Onde:
σH – Tensão superficial de compressão;
Cp – Coeficiente elástico;
Cv – Fator dinâmico;
I – Fator geométrico;
dpinhão – Diâmetro da menor engrenagem do par;
SH – Fadiga superficial em dentes de engrenagem;
SC– Resistência ao desgaste superficial para vida de até 108 ciclos;
25
CL – Fator de vida;
CH – Fator de relação de durezas;
CT – Fator de temperatura;
CR – Fator de confiabilidade;
Co – Fator de sobrecarga;
Cm – Fator de distribuição de carga.
Como no critério por fadiga, o critério por desgaste superficial tem como objetivo
conseguir os fatores de segurança maiores que 1. A forma de obter cada fator acima
também será demonstrada ao se calcular o par engrenado mais demandado.
3.2.4 Dimensionamento do par mais demandado
Seguindo as orientações supramencionadas, foi dimensionado o par de
engrenagens 13-14. As demais engrenagens foram dimensionadas de forma similar a
essa e se encontram no apêndice A. Os dados já selecionados do par engrenado 13-14
para início dos cálculos foram:
• z13 = 21;
• z14 = 83;
• i13−14 = 0,253;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 318,1 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
Tabela 4 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
𝑚 [mm] 2 2,5 3
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75 201,75 201,75
26
𝑑𝑝 [mm] 42 52,5 63
𝑃 [mm] 6,28 7,85 9,42
𝑉 [m/s] 0,6995 0,8744 1,0493
𝐾𝑣 0,77922 0,77914 0,77907
𝑊𝑇 [N] 4263,95 3411,16 2842,64
𝐽 0,37142 0,37142 0,37142
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 234,45 196,46 112,92
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 36,51 23,37 16,23
Recomendações
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 18,85 < 𝐹 < 31,43 23,56 < 𝐹 < 39,27 28,27 < 𝐹 < 47,12
𝐹 [mm] 31,42 24 29
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 < 234,45 201,75 > 196,46 201,75 > 112,92
Conclusão Não passou! Ok! Ok!
Para 𝑚 ≤ 2 , todos os valores tabelados não cumpriram as recomendações,
então foi escolhido 𝑚 = 2,5, isso porque, apesar dos valores maiores também
cumprirem as recomendações, quanto menor o módulo, menor serão as engrenagens,
então o variador será menos pesado.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
27
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
28
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆�� = 0,870 ∗ 0,974 ∗ 0,868 ∗ 1 ∗ 1,333 ∗ 560
𝑆𝑒 = 549,62 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴=
549,62
196,46
𝜂𝑔 = 2,8
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚=
2,8
1 ∗ 1,3
𝜂 = 2,2
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
29
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77914
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧13
𝑧14= 0,253
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)=
𝑐𝑜𝑠 20° 𝑠𝑖𝑛 20°
(0,253 + 1)
𝐼 = 0,128
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼= −191 ∗ √
3411,16
0,77914 ∗ 24 ∗ 52,5 ∗ 0,128
𝜎𝐻 = −994,18 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
30
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
994,18
𝜂𝑔 = 1,7
31
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
1,7
1 ∗ 1,3
𝜂 = 1,3
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado
Figura 11 – Dimensões da engrenagem [10].
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
32
Tabela 5 – Dimensões do par engrenado.
Engrenagem 13 Engrenagem 14
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 21 83
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 52,50 207,50
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 57,5 212,5
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 46,25 201,25
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 49,33 194,99
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
3.2.5 Número de dentes das engrenagens de reversão
Tendo encontrado os valores do módulo e do número de dentes de pelo menos
um par engrenado, foi possível calcular o número de dentes das engrenagens de
reversão:
𝑍 =𝑑𝑝
𝑚
𝐷 =𝑑𝑝13
+ 𝑑𝑝14
2
𝐷 = (𝑑𝑝15
+ 𝑑𝑝17
2) + 𝑑𝑝16
𝐷 =𝑑𝑝18
+ 𝑑𝑝19
2
Onde:
𝐷 – Distância entre eixos [mm].
Essas engrenagens têm como única função a reversão da rotação, logo suas
relações de transmissão são 1, então:
33
𝑑𝑝15= 𝑑𝑝17
= 𝑑𝑝16
𝑑𝑝18= 𝑑𝑝19
𝐷 =𝑑𝑝13
+ 𝑑𝑝14
2=
52,5 + 207,5
2= 130
𝐷 = (𝑑𝑝15
+ 𝑑𝑝17
2) + 𝑑𝑝16
= 2 ∗ 𝑑𝑝15
𝑑𝑝15= 𝑑𝑝17
= 𝑑𝑝16= 65
𝑍 =𝑑𝑝
𝑚
𝑍15,16,17 =𝑑𝑝15,16,17
𝑚=
65
2,5
𝑍15 = 26
𝑍16 = 26
𝑍17 = 26
𝐷 =𝑑𝑝18
+ 𝑑𝑝19
2= 130
𝑑𝑝18= 𝑑𝑝19
= 130
𝑍18,19 =𝑑𝑝18,19
𝑚=
130
2,5
𝑍18 = 52
𝑍19 = 52
Após encontrar os números de dentes das engrenagens de reversão, elas foram
dimensionadas da mesma forma que as demais engrenagens, os cálculos se encontram
no apêndice A.
Então foi possível completar a tabela mostrada anteriormente com todos os
números de dentes das engrenagens:
Tabela 6 – Número de dentes das engrenagens.
Engrenagem Número de dentes (Z)
1 61
2 43
3 52
4 52
34
5 43
6 61
7 61
8 43
9 35
10 69
11 69
12 35
13 21
14 83
15 26
16 26
17 26
18 52
19 52
3.2.6 Resumo das dimensões das engrenagens
Depois de calculadas todas as dimensões de cada uma das engrenagens, foi
feita uma tabela para compilar as principais:
Tabela 7 – Resumo de todas as engrenagens.
Engrenagem 𝑍 𝑚 [mm] 𝛼 [°] 𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 𝐹 [mm] Material
1 61
2,5
20
2,45 24
Aço
105
0 Q
&T
20
5°C
2 43
3 52 2,82 24
4 52
5 43 3,48 24
6 61
7 61 3,48 24
8 43
9 35 6,27 24
10 69
11 69 6,27 24
12 35
13 21 23,37 24
35
14 83
15 26
36,62 37
AIS
I 5160
revenid
o
205°C
16 26
17 26
18 52 31,07 32
Aço
10
50
Q&
T
20
5°C
19 52
Tabela 7 – Resumo de todas as engrenagens.
3.3 Dimensionamento dos eixos
Antes de iniciar o dimensionamento dos eixos, é preciso obter seus tamanhos,
as posições das engrenagens e polia, o material que será utilizado na fabricação e as
forças atuantes nos eixos.
Há diversos critérios para o dimensionamento dos eixos (MTC, MED,
deformações lineares e angulares, Soderberg, frequência crítica, etc.). O critério
escolhido foi o de Soderberg, essa escolha se deve por tratar-se de um carregamento
dinâmico de um material dúctil e também por ser um critério bem rigoroso.
3.3.1 Tamanhos dos eixos
Os tamanhos dos eixos foram encontrados seguindo as recomendações de [11],
onde foram usadas as espessuras das engrenagens e foram arbitradas as espessuras
dos rolamentos. Depois de arbitrado, usamos uma iteração para corrigir essas
espessuras dos rolamentos. Os tamanhos obtidos foram:
Tabela 8 – Tamanho dos Eixos.
Eixo Tamanho [mm]
II 438
III 430
IV 352
V 417
VI 73
VII 310
3.3.2 Material escolhido
36
Após passar pelos critérios que serão mostrados nesse capítulo, o material
escolhido para os eixos II, IV, V, VI, VII foi o aço 1050 Q&T 205°C, por coincidência, o
mesmo das engrenagens. O eixo III foi o único feito de material diferente, o aço 1020,
isso ocorreu, pois o eixo III recebe esforços muito menores que os demais eixos, logo
se pode usar um material com propriedades inferiores.
3.3.3 Resumo das forças resultantes
A essa altura, já eram conhecidas as forças tangenciais das engrenagens (𝑊𝑇)
e todas as forças na polia. Para continuar o projeto, foi necessária a obtenção das forças
radias (WR) e dos torques (T) nas engrenagens mais requisitadas. Foram obtidas pelas
fórmulas:
WR = WT ∗ tan α
T = WT ∗dp
2
Encontrados os valores, foi feito um resumo das forças atuantes nas tabelas 9,10
e 11:
Tabela 9 – Maiores forças atuantes em cada par engrenado.
Par de engrenagens WT [N] WR [N]
1,2 421,45 153,45
3,4 494,37 179,94
5,6 597,84 217,60
7,8 597,84 217,60
9,10 1042,02 379,26
11,12 1042,02 379,26
13,14 3411,16 1241,56
15,16 10927,93 3977,44
16,17 10927,93 3977,44
18,19 5463,96 1988,72
Tabela 10 – Maior Torque atuante em cada eixo.
Eixo Engrenagem mais demandada Torque máximo [Nmm]
II 5 3,21 ∗ 104
III 6 4,56 ∗ 104
37
IV 13 8,95 ∗ 104
V 15 35,52 ∗ 104
VII 19 35,52 ∗ 104
Tabela 11 – Forças atuantes na polia.
Polia F1 [N] F2 [N] F [N] Fi [N] R [N]
II 684,95 30,39 715,18 357,67 654,56
3.3.4 Critério de Soderberg
Pelo critério de Soderberg, se calcula o diâmetro mínimo que o eixo pode ter:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Onde:
dmin – Diâmetro mínimo do eixo;
CS – Coeficiente de segurança;
Mmáx – Momento fletor máximo;
Se – Limite de resistência à fadiga;
T – Torque no eixo;
Sy – Limite de resistência ao escoamento.
Esse Se é calculado de forma similar ao Se das engrenagens, tendo a formula:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
Onde:
Se – Limite de resistência à fadiga;
Ka – Fator de acabamento superficial;
Kb – Fator de forma;
Kc – Fator de confiabilidade;
Kd – Fator de temperatura;
Ke – Fator de concentração de tensões;
Se – Limite de resistência do material.
38
Mais abaixo, é mostrado um exemplo de dimensionamento com todas as formas
de se obter os fatores da fórmula para o limite de resistência a fadiga. Observa-se que
o fator de forma e o fator de concentração de tensões dependem do diâmetro, logo, é
preciso arbitrar um valor para continuar os cálculos. Então foi usado o critério da máxima
tensão cisalhante (MTC) para arriscar um valor inicial suficiente para não serem
necessárias diversas iterações até o valor do diâmetro convergir (para esse projeto,
apenas 2 iterações foram necessárias).
O cálculo do diâmetro pelo critério MTC foi feito com a formula:
dMTC = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(Mmáx)2 + (T)2
3
O critério foi utilizado para todos os pontos considerados críticos do eixo (rasgos
de chaveta, rasgos para anéis de retenção, mudança de diâmetro, momento fletor
máximo, etc.). Foi utilizado o maior diâmetro obtido. Após a obtenção do diâmetro
calculado, foram verificados os diâmetros padrões pela tabela 31, anexo I, e foi
selecionado o diâmetro maior que o calculado mais próximo.
3.3.5 Dimensionamento do Eixo IV
Foi escolhido ao acaso o Eixo IV para melhor exemplificar como foi
dimensionado cada eixo. Os cálculos dos demais eixos encontram-se no apêndice A.
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo IV:
• Engrenagem mais solicitada – 13;
• WT = 3411,16 N;
• WR = 1241,56 N;
• T = 8,95 ∗ 104 N ∗ mm;
• CS = 2;
• Engrenagem transmitindo o torque – 10;
• WT = 1042,02 N;
• WR = 379,26 N;
• T = 8,95 ∗ 104 N ∗ mm;
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
39
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
Figura 12 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
40
Figura 13 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 10;
P2 – Forças da engrenagem 13.
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no rasgo da
chaveta.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
41
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 722,10 N;
Rar= 720,89 N;
Rbt= 1647,10 N;
Rbr= 900,01 N;
Mt = 219887,7 Nmm;
Mr = 120150,9 Nmm.
Então:
Ra = √722,102 + 720,892
Rb = √1647,10 2 + 900,012
M = √219887,72 + 120150,92
Ra = 1020,35 N
Rb = 1876,95 N
M = 250572,95 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
42
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 18,87 mm
Kb = 1,24 ∗ 18,87−0,107
Kb = 0,906
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
43
Ke = 1
Kf∗
O fator Kf∗ é encontrado na tabela 32, anexo I, para aço endurecido e rasgo
deslizante:
Kf∗ = 1,6
Ke = 1
1,6
Ke = 0,625
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
Se =Sut
2
Se = 560 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se = 0,870 ∗ 0,906 ∗ 0,868 ∗ 1 ∗ 0,625 ∗ 560
Se = 239,35 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
= √32 ∗ 2
π√(
250572,95
239,35)
2
+ (89542,95
807)
23
dmin = 27,78 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
44
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 27,78−0,107
Kb = 0,908
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se = 0,870 ∗ 0,908 ∗ 0,868 ∗ 1 ∗ 0,625 ∗ 560
Se = 223,24 MPa
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
= √32 ∗ 2
π√(
250572,95
223,24 )
2
+ (89542,95
807)
23
dmin = 28,17 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 30 mm.
3.3.6 Resumo dos Eixos
Tabela 12 – Resumo dos Eixos.
45
Eixo Ra[N] Rb[N] Mcrítico[Nmm] dmin[mm] dpadrão[mm]
II 4304,08 2015,79 489519,71 37,60 38
III 444,99 945,05 44276,91 13,66 25 (é substituído ao calcular
as estrias)
IV 1020,35 1876,95 250572,95 28,17 30
V 3384,79 6256,13 1084842,08 39,81 42 (é substituído ao calcular
as estrias)
VI 5814,61 5814,61 159901,75 24,07 25
VII 9831,46 1797,55 281348,42 33,32 35
3.4 Dimensionamento das estrias dos eixos
No início do projeto, quando foi falado sobre as recomendações para a criação
do diagrama de Germar, foi dito que, se possível, deve-se concentrar todos os blocos
deslizantes em um dos eixos. A recomendação se justifica pois é bastante cara a
utilização de estrias nos eixos, logo, ao concentrar os blocos deslizantes, se tem menos
eixos a serem estriados e a fabricação será mais barata. Nesse projeto, todos os blocos
se encontram em dois eixos, o III e o V.
As estrias seguiram a tabela padronizada 33, anexo I e são, por obviedade, do
mesmo material dos eixos. Além disso, foram calculados o coeficiente de segurança
para os casos de compressão (CScomp) e cisalhamento (CScis). O critério foi: se
CScis e CScomp forem menores que o CS então está satisfeito. Os cálculos foram feitos
com a equações e recomendações retiradas de [12]:
CS = n1 ∗ n2 ∗ n3 ∗ n4
CScis =0,557 ∗ Sy ∗ d ∗ b ∗ z ∗ L
2 ∗ T
CScomp =Sy ∗ d ∗ (D − d) ∗ z ∗ L
4 ∗ T
Onde:
CS – Coeficiente de segurança;
n1 – Fator de incerteza das propriedades do material;
n2 – Fator de distribuição de carga;
n3 – Fator de Choque;
n4 – Fator para o material do cubo;
46
CScis – Coeficiente de segurança para o cisalhamento;
T – Torque;
Sy – Limite de resistência ao escoamento;
d – Diâmetro do eixo;
b – Largura da estria;
z – Número de estrias;
L – Comprimento estriado;
CScomp – Coeficiente de segurança para a compressão;
D – Diâmetro da estria.
3.4.1 Dimensionamento das estrias nos eixos III e V
Cálculo do CS
CS = n1 ∗ n2 ∗ n3 ∗ n4
• Fator 𝐧𝟏:
A recomendação é que 1,5 < n1 < 2,5, então foi escolhido o n1 = 2.
• Fator 𝐧𝟐:
Para estrias retas n2 = 1,33.
• Fator 𝐧𝟑:
Para transmissões com choque n3 = 1,4.
• Fator 𝐧𝟒:
Para cubo de aço n4 = 1.
CS = n1 ∗ n2 ∗ n3 ∗ n4 = 2 ∗ 1,33 ∗ 1,4 ∗ 1
CS = 3,724
47
Eixo III:
Para o cálculo de CScis e CScomp, já se tem que:
L = 409 mm;
T = 45585,30 N ∗ mm;
Sy = 210 MPa.
Seguindo a tabela 33, anexo I UNI 220 para d = 26 mm (valor mínimo encontrado
para o eixo III):
d = 26 mm;
b = 6 mm;
z = 6;
D = 30 mm.
Então com todos os valores obtidos, é possível verificar que os resultados são
bem maiores que o valor de CS. Apesar de não ser ideal, cumprem o critério de serem
maiores que CS. Os resultados são:
CScis = 508,8 OK!
CScomp = 293,9 OK!
Eixo V:
Para o cálculo de CScis e CScomp, tem-se que:
L = 365 mm;
T = 355157,40 N ∗ mm;
Sy = 807 MPa.
Seguindo a tabela 33, anexo I, UNI 220 para d = 42 mm (valor mínimo
encontrado para o eixo III):
d = 42 mm;
b = 8 mm;
z = 8;
D = 46 mm.
48
Então com todos os valores obtidos, é possível verificar que os resultados são
bem maiores que o valor de CS. Apesar de não ser ideal, cumprem o critério de serem
maiores que CS. Os resultados são:
CScis = 155,06 OK!
CScomp = 67,18 OK!
3.5 Dimensionamento das chavetas
As chavetas são os elementos mecânicos responsáveis pela união das
engrenagens e polias aos eixos. Foi usada a tabela 34, anexo I, para selecionar as
chavetas apropriadas para o projeto. Essa tabela fornece a largura e a altura da chaveta
e a profundidade e largura do rasgo da chaveta. Todos os dados estão associados ao
diâmetro do eixo.
Figura 14 – Representação de uma chaveta.
O comprimento da chaveta está limitado pelo tamanho do bloco de engrenagens
onde ele se encontra. Então, nesse projeto, a chaveta sempre terá o tamanho da
engrenagem ou bloco em que ela estiver.
49
Assim como os outros elementos, ela foi dimensionada para o funcionamento
mais rigoroso do variador. Então, as chavetas foram dimensionadas com o torque
máximo no eixo.
Foram calculados três coeficientes de segurança (para cisalhamento,
compressão e global) segundo as recomendações de [12] e as chavetas foram
aprovadas quando todos os três coeficientes foram maiores que 1.
O material utilizado foi o mesmo das engrenagens e dos eixos, o aço 1050 Q&T
205°C. Se algum dos coeficientes de segurança fosse muito grande ou menor que 1, o
material poderia ter sido substituído.
A seguir estão as formulas usadas:
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L
CScomp =Sy
σcomp
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L
CSGlobal =Sy
σmáx
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2
Onde:
CScis – Coeficiente de segurança para cisalhamento;
τcis – Tensão de cisalhamento [MPa];
b – Largura da chaveta [mm];
d – Diâmetro do eixo [mm];
T – Torque máximo no eixo [Nmm]
L – Comprimento da chaveta [mm];
h - Altura da chaveta [mm];
CScomp – Coeficiente de segurança para compressão;
σcomp – Tensão de compressão [MPa];
CSGlobal – Coeficiente de segurança global;
σmáx – Tensão máxima.
50
3.5.1 Dimensionamento das chavetas do Eixo VII
Os cálculos feitos para as chavetas estão no apêndice A, porém, para melhor
visualização, foram selecionadas as chavetas do eixo VII para serem demonstradas
aqui.
Dados previamente obtidos:
T = 355157,40 N ∗ mm;
d = 35 mm;
Sy = 807 MPa.
L17 = 37 mm;
L19 = 32 mm
Dados da tabela 34, anexo I, para diâmetro de 35 mm:
b = 10 mm;
h = 8 mm;
Cálculo da chaveta para a engrenagem 17:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 54,85 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 479,94 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 489,25 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 8,19 OK!
CScomp = 1,68 OK!
CSGlobal = 1,65 OK!
51
Cálculo da chaveta para a engrenagem 19:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 63,42 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 554,93 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 565,70 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 7,09 OK!
CScomp = 1,45 OK!
CSGlobal = 1,43 OK!
3.5.2 Resumo de chavetas
Tabela 13 – Resumo das chavetas.
Chaveta Eixo
Diâmetro
do eixo
[mm]
b
[mm]
h
[mm]
L
[mm] CScis CScomp CSGlobal
Polia II 38 10 8 70 186,04 35,16 34,59
Engrenagens
1,3,5 II 38 10 8 24 63,78 12,05 11,86
Engrenagens
8,10,11,13 IV 30 8 7 24 14,46 3,03 2,97
Engrenagem
16 VI 25 8 7 37 4,68 1,18 1,14
Engrenagem
17 VII 35 10 8 37 8,19 1,68 1,65
Engrenagem
19 VII 35 10 8 32 7,09 1,45 1,43
3.6 Dimensionamento dos mancais de rolamento
52
Conhecendo as cargas atuantes e o diâmetro de cada eixo, é possível selecionar
os mancais de rolamento para a utilização no projeto. O mancal de rolamento
selecionado devia ter uma vida útil de 10000 a 25000 horas seguindo a recomendação
de [4] para aplicações industriais.
São usadas três modos de se calcular a vida dos rolamentos nesse projeto: a) a
vida nominal, que só leva em conta as cargas atuantes e a capacidade de carga; b) a
vida nominal ajustada, que, além das cargas, leva em consideração a operação; e c) a
vida nominal ajustada segundo a fabricante, que nesse caso, é a SKF.
Foram realizados os três cálculos, mas para o critério escolhido foi considerada
a vida nominal.
As fórmulas para vida útil dos rolamentos foram retiradas de [4] e do catálogo da
SKF [13]:
L10 = (C
P)
a
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
Onde:
L10 – Vida nominal [h];
C – Capacidade de carga dinâmica [KN];
P – Carga no mancal [KN];
a – Fator do tipo de rolamento;
L10a – Vida nominal ajustada [h];
a1 – Fator de confiabilidade;
a23 – Fator combinado do material e condições de funcionamento;
L10SKF – Vida nominal ajustada SKF [h];
aSKF – Fator SKF.
Para o cálculo do fator a23, é necessária a seleção do óleo lubrificante, pois, um
dos gráficos utilizados depende da viscosidade do óleo (ν). Então foi escolhido o óleo
ISO VG 150 que é recomendado para variadores. Também é necessária a temperatura
de trabalho (T), que foi considerada em 60°C e a rotação do eixo (n), que é a rotação
com maior carga nos mancais.
53
O diâmetro usado para a seleção do rolamento foi o diâmetro do eixo na exata
posição em que o rolamento se encontra (d). É importante frisar isso, pois os eixos têm
variações de diâmetro que podem ser vistas no desenho final do projeto, não podendo
ser usado diretamente o valor encontrado na parte de eixos.
3.6.1 Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo II
Foram selecionados os rolamentos do eixo II para a demonstração dos cálculos.
Assim como os demais componentes do projeto, todos os cálculos para os outros
rolamentos estão presentes no apêndice A.
Dados iniciais:
d = 40 mm;
T = 60℃;
P = 4,3 KN → Maior carga no mancal;
n = 886,4 RPM.
Rolamento selecionado:
54
Figura 15 – Rolamento SKF 6208 ETN9 [13].
Cálculos das vidas úteis:
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
55
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 60 mm;
n = 886,4 RPM;
Encontra-se → ν1 = 22 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 4,09;
Encontra-se → a23 = 2,5.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
k = 4,09;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,102;
Encontra-se → aSKF = 6.
L10 = 10850,8 Horas
L10a= 27127,06 Horas
L10SKF= 65104,94Horas
3.6.2 Resumo dos mancais
Tabela 14 – Todos os mancais selecionados.
56
Mancal L10 (Horas) L10a(Horas) L10SKF
(Horas)
Eixo II SKF 6208 ETN9 10850 27127 65104
Eixo III SKF 16005 16548 26477 66193
Eixo IV SKF 16006 13352 17358 33381
Eixo V SKF 6208 29134 11654 14567
Eixo VI SKF 6305 ETN9 18579 5574 5574
Eixo VII SKF 6307 39993 14797 14797
3.7 Cálculo da espessura da carcaça
A carcaça é responsável basicamente pela proteção das peças internas do
variador e pela retenção do óleo lubrificante. É feita de ferro fundido e sua espessura
(C) é calculada seguindo a recomendação [11] que fornece a gráfico 8, anexo I, para ser
usada junto com a equação:
N =2 ∗ l + b + h
3
Onde:
l – Comprimento da carcaça [m];
b – Largura da carcaça [m];
h – Altura da carcaça [m];
N – Fator a ser usado no gráfico 8, anexo I.
Após feito o desenho do variador, já se tem as dimensões necessárias para o
cálculo da carcaça:
N =2 ∗ l + b + h
3=
2 ∗ 0,814 + 0,324 + 0,2675
3= 0,74
Pelo gráfico []:
Espessura da carcaça (C) = 7 mm.
3.8 Alavancas de acionamento
As quatro alavancas de acionamento seguiram as recomendações de [11] e o
funcionamento consiste em movê-las angularmente para deslocar os blocos de
engrenagem axialmente pelos eixos estriados. Para garantir o engrenamento, foram
57
marcados os ângulos em que a alavanca deverá estar para cada velocidade que for
desejada.
Figura 16 – Manivela de acionamento [11].
A distância angular entre cada engrenamento (θ) é calculada geometricamente
pela formula:
θ = tan−1x
y
Onde:
x – Distância axial entre os engrenamentos;
y – Distância entre o eixo e a alavanca.
58
4. Demais elementos do projeto
Após o dimensionamento de todos os elementos principais, deve-se olhar para
o que ainda não foi selecionado. A seleção desses elementos só acontece nesta parte
do projeto pois alguns deles dependem de resultados obtidos previamente.
Os tópicos abordados na seção 4 são: método de lubrificação; anéis de retenção;
parafusos de içamento; parafusos de fixação e tampas.
4.1 Método de lubrificação
A lubrificação é responsável pelo resfriamento e pela redução do atrito no
variador. Uma lubrificação malfeita pode causar uma série de defeitos podendo até levar
à quebra de um ou mais componentes do variador.
Para esse projeto, foi escolhida a lubrificação por salpico. Nela o óleo lubrificante
é armazenado na própria carcaça do variador e as engrenagens são responsáveis por
espalhar o óleo para os demais componentes.
Figura 17 – Lubrificação de engrenagens em banho [11].
Pela recomendação de [11], é possível encontrar o nível de lubrificante a ser
usado de acordo com a velocidade tangencial da engrenagem e de seu tamanho de
dente. Para controlar o nível do óleo, foi necessária a introdução de uma haste de
verificação.
O esvaziamento do óleo, é feito abrindo o bujão de esvaziamento, a base interna
do variador tem uma inclinação de 0,5° para garantir o escoamento do óleo na hora de
sua retirada.
59
Foi usado como óleo lubrificante o óleo ISO VG 150 que é recomendado para
diversos tipos de aplicação industrial como variadores de velocidade [18].
4.2 Anéis de retenção
Figura 18 – Dimensões do anel de retenção [11].
Os anéis de retenção são usados para manter elementos (como engrenagens e
rolamentos) fixados em determinados pontos dos eixos.
A seleção dos anéis foi através da tabela 36, anexo I que segue norma DIN 471
e nela foi possível encontrar todas as dimensões dos anéis e também as dimensões
para as ranhuras no eixo.
4.3 Parafusos de içamento
Os parafusos para içamento e transporte dependem do peso final do variador.
Para isso, devem ser calculados todos os componentes do projeto e seus pesos
somados (foi conseguido pela ferramenta SolidWorks).
Figura 19 – Olhal de suspensão tipo parafuso [14].
60
Tendo o peso total do projeto (Ptotal), foi escolhido coeficiente de segurança (CS)
= 2 e foi calculado o peso que cada parafuso aguentará (Pparafuso):
Pparafuso =Ptotal ∗ CS
N
Onde N é o número de parafusos.
Pparafuso =190 ∗ 2
4= 95 𝐾𝑔𝑓.
Após o cálculo, foi encontrado na tabela 35, anexo I, o parafuso OPA-008 que é
adequado para o projeto.
4.4 Parafusos de fixação
Os parafusos de fixação foram dimensionados de acordo com a maior carga
atuante, isso acontece nas engrenagens 15,16,17.
Após a seleção da quantidade de parafusos e o tipo deles [4], foram realizados
os cálculos seguindo as recomendações de [10] e [4] para encontrar o coeficiente
de segurança, a carga inicial e o torque de aperto.
4.4.1 Dimensionamento dos parafusos de fixação
• Dados previamente obtidos:
𝑊𝑡15,16,17= 10927,93 𝑁
𝛼 = 20°
𝑊15,16,17 =𝑊𝑡15,16,17
cos 𝛼= 11629,26 𝑁
4.4.1.1 Seleção dos parafusos:
Foram selecionados 20 parafusos sextavados de tamanho M8X1,25 e classe 4,8
com as seguintes propriedades [4]:
61
𝑑 = 8 𝑚𝑚;
𝑝 = 1,25 𝑚𝑚;
𝐴𝑡 = 36,6 𝑚𝑚²;
𝑆𝑦 = 340 𝑀𝑝𝑎;
𝑆𝑝 = 310 𝑀𝑝𝑎;
𝑆𝑢𝑡 = 420 𝑀𝑝𝑎.
Onde:
𝑑 – Diâmetro da rosca;
𝑝 – Passo;
𝐴𝑡 – Área de tensão de tração;
𝑆𝑦 – Resistência mínima de escoamento;
𝑆𝑝 – Resistência mínima de prova;
𝑆𝑢𝑡 – Resistência mínima de tração.
4.4.1.2 Carga inicial
As fórmulas usadas para o calculo da carga inicial são:
𝐹𝑖 = 𝐴𝑡 ∗ 𝑆𝑦 − 𝐶𝑏 ∗ 𝑛 ∗ 𝑃
𝐶𝑏 =𝐾𝑏
𝐾𝑚 + 𝐾𝑏
𝐾𝑏 =𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ 𝐸𝑎ç𝑜
4 ∗ 𝑙
𝐾𝑚 =𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ 𝐸𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑙
Onde:
𝐹𝑖 – Carga inicial;
𝑛 – Coeficiente de segurança;
𝐶𝑏 – razão entre rigidezes;
𝐾𝑏 – Rigidez do parafuso;
𝐸 – Módulo de elasticidade;
𝐾𝑚 – Rigidez da carcaça;
𝑙 – Duas vezes a espessura da carcaça;
𝑃 – Carga externa na junta.
62
Sendo:
𝑛 = 2;
𝐸𝑎ç𝑜 = 207 𝑀𝑝𝑎;
𝐸𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜 = 100 𝑀𝑝𝑎;
𝑃 = 𝑊 = 11629,26 𝑁;
𝑙 = 14.
Aplicando os valores nas formulas:
𝐾𝑏 =𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ 𝐸𝑎ç𝑜
4 ∗ 𝑙= 743,21
𝐾𝑚 =𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ 𝐸𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑙= 1436,16
𝐶𝑏 =𝐾𝑏
𝐾𝑚 + 𝐾𝑏= 0,341
𝐹𝑖 = 𝐴𝑡 ∗ 𝑆𝑦 − 𝐶𝑏 ∗ 𝑛 ∗ 𝑃 = 4512,85 𝑁
4.4.1.3 Torque para aperto
Conhecendo a carga inicial, pode-se encontrar o torque necessário para o aperto
pela fórmula:
𝑇𝑖 = 𝐾𝑖 ∗ 𝐹𝑖 ∗ 𝑑
Onde:
𝐾𝑖 → 0,208 → constante para rosca métrica.
𝑇𝑖 = 𝐾𝑖 ∗ 𝐹𝑖 ∗ 𝑑 = 7509,38 𝑁 ∗ 𝑚𝑚
4.4.1.4 Coeficiente de segurança
Para o cálculo do coeficiente de segurança (CS), é preciso primeiro calcular as
tensões de amplitude (𝜎𝑎) e média (𝜎𝑚):
𝜎𝑎 =𝐶𝑏 ∗ 𝑃
2 ∗ 𝐴𝑡
63
𝜎𝑚 =𝐶𝑏 ∗ 𝑃
2 ∗ 𝐴𝑡+
𝐹𝑖
𝐴𝑡
𝐶𝑆 =𝑆𝑦
𝜎𝑎 + 𝜎𝑚
Aplicando os valores:
𝜎𝑎 =𝐶𝑏 ∗ 𝑃
2 ∗ 𝐴𝑡= 54,17 𝑀𝑝𝑎
𝜎𝑚 =𝐶𝑏 ∗ 𝑃
2 ∗ 𝐴𝑡+
𝐹𝑖
𝐴𝑡= 177,48 𝑀𝑝𝑎
𝐶𝑆 =𝑆𝑦
𝜎𝑎 + 𝜎𝑚= 1,47
4.5 Tampas
As tampas foram criadas seguindo as recomendações de [11] e para a vedação
entre elas e os eixos foram utilizadas juntas de feltro que impedem o vazamento de óleo
e a entrada de poeira no variador.
64
5. Conclusão
O projeto teve como objetivo o dimensionamento, seleção e desenho de um
variador escalonado de velocidades bem como todos os seus componentes. O variador
deveria receber uma rotação de entrada de 1145 rpm e ter 12 rotações de saída com
reversão mecânica, sendo sua menor rotação de saída 80 rpm.
Ao longo do dimensionamento e desenho, tiveram que ser relembradas diversas
disciplinas, bem como serem vistas várias normas e catálogos dos variados elementos
presentes no variador. O dimensionamento de todos os elementos seguiu os critérios
presentes na literatura apresentada na bibliografia.
O variador aqui projetado poderia ser fabricado por qualquer pessoa capacitada
da área e demonstra os conhecimentos adquiridos durante o curso de engenharia
mecânica.
65
6. Referências Bibliográficas
[1] Catálogo WEG. W22 Motor Elétrico Trifásico Catálogo Técnico Mercado Brasileiro.
[2] RÖGNITZ, Hans, Variadores Escalonados de Velocidades em Máquinas-
Ferramenta, São Paulo, Polígono, 1973.
[3] ALMACINHA, JOSÉ & Seabra, Jorge, Projecto assistido por computador de caixas
de velocidades de máquinas-ferramentas, 1990.
[4] BUDYNAS, RICHARD G., NISBETT, J. KEITH, Elementos de Máquinas de Shigley:
projeto de engenharia mecânica, 8ᵃ ed. Porto Alegre, Bookman, 2011.
[5] DE MARCO, FLÁVIO, Apostila de Elementos de Transmissão Flexíveis
Departamento de Engenharia mecânica, UFRJ, 2013.
[6] PINA FILHO, ARMANDO CARLOS DE, Apostila de Desenho Técnico para
Engenharia Mecânica, Escola Politécnica, UFRJ, 2011.
[7] Catálogo Goodyear. Cálculos e Recomendações para Correias de Transmissão de
Potência em “V”.
[8] SPOTTS,M.F., Design of Machine Elements, 6ᵃ ed., Prentice Hall Inc.,1985.
[9] V.M. FAIRES, Elementos Orgânicos de Máquinas, Vol. I e II, 2ᵃ ed., LTC Editora S.A.,
Rio de Janeiro, 1980.
[10] DE MARCO, FLÁVIO, Notas de aula de Elementos de máquinas II, Departamento
de Engenharia mecânica, UFRJ.
[11] RESHTOV, D.N., Atlas de Construção de Máquinas, Hemus Editora Ltda. São
Paulo, 2005.
[12] DE MARCO, FLÁVIO, Notas de aula de Elementos de máquinas I, Departamento
de Engenharia mecânica, UFRJ.
[13] Repositório digital, http://www.skf.com/br/index.html; Acessado em 20/11/2018;
[14] Repositório digital, http://qualityfix.com.br/produtos/cabos-de-aco-e-
acessorios/olhais-de-suspensao/olhal-de-suspensao-parafuso-rosca-metrica-e-
polegada/; Acessado em 23/01/2019.
[15] DE MARCO, FLÁVIO, Notas de aula de Projeto de máquinas II, Departamento de
Engenharia mecânica, UFRJ.
66
[16] Torno Mecânico, https://www.ebah.com.br/content/ABAAABQ-gAD/torno-
mecanico?part=2#; Acessado em 03/03/2019.
[17] Gerdau aços finos Piratini, Manual de Aços edição atualizada 2003.
[18] LUBRIN, Apostila de Lubrificação.
67
Apêndice A – Memória de cálculo
Dimensionamento do par de engrenagens 1-2
Os dados já selecionados do par engrenado 1-2 para início dos cálculos:
• z1 = 61;
• z2 = 43;
• i1−2 = 1,42;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 1257,4 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 107,50
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 7,08
𝐾𝑣 0,77652
𝑊𝑇 [N] 421,45
𝐽 0,43844
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 20,63
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 2,45
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 20,63
Conclusão Ok!
Tabela 37 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
68
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
69
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂𝑔 = 26,6
70
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 20,5
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77652
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧1
𝑧2= 1,42
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
71
𝐼 = 0,066
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −339,86 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
72
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
339,86
𝜂𝑔 = 5,0
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
5
1 ∗ 1,3
𝜂 = 3,8
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 1-2
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
73
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 1 Engrenagem 2
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 61 43
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 152,50 107,50
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 157,50 112,50
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 146,25 101,02
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 143,30 101,02
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 38 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 3-4
Os dados já selecionados do par engrenado 5-6 para início dos cálculos:
• z3 = 52;
• z4 = 52;
• i3−4 = 1;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 886,4 𝑟𝑝𝑚.
74
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 130
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 6,03
𝐾𝑣 0,77695
𝑊𝑇 [N] 494,37
𝐽 0,44744
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 23,70
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 2,82
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 23,70
Conclusão Ok!
Tabela 39 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
75
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
76
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂𝑔 = 23,2
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 17,8
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
77
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77695
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧3
𝑧4= 1
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,080
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −304,30 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
78
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
304,30
𝜂𝑔 = 5,5
79
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
5,5
1 ∗ 1,3
𝜂 = 4,3
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 3-4
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 3 Engrenagem 4
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 52 52
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 130 130
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 135 135
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 123,75 123,75
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 122,16 122,16
80
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 40 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 5-6
Os dados já selecionados do par engrenado 5-6 para início dos cálculos:
• z5 = 43;
• z6 = 61;
• i5−6 = 0,705;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 886,4 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 107,5
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 4,99
𝐾𝑣 0,77739
𝑊𝑇 [N] 597,84
𝐽 0,43844
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 29,23
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 3,48
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 29,23
81
Conclusão Ok!
Tabela 40 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
82
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
83
𝜂𝑔 = 18,8
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 14,4
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77739
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧5
𝑧6= 0,705
84
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,094
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −339,66 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
85
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
339,66
𝜂𝑔 = 5
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
5,5
1 ∗ 1,3
𝜂 = 3,8
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 3-4
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
86
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 5 Engrenagem 6
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 43 61
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 107,5 152,5
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 112,5 157,5
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 101,25 146,25
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 101,02 143,30
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 41 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 7-8
Os dados já selecionados do par engrenado 7-8 para início dos cálculos:
• z7 = 61;
• z8 = 43;
• i7−8 = 1,42;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
87
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 886,4 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 107,50
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 4,99
𝐾𝑣 0,77739
𝑊𝑇 [N] 597,84
𝐽 0,43844
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 29,23
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 3,48
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 29,23
Conclusão Ok!
Tabela 42 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
88
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
89
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂𝑔 = 18,8
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 14,4
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
90
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77739
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧1
𝑧2= 1,42
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,066
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −404,55 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
91
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
404,55
𝜂𝑔 = 4,2
92
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
4,2
1 ∗ 1,3
𝜂 = 3,2
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 7-8
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 7 Engrenagem 8
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 61 43
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 152,50 107,50
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 157,50 112,50
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 146,25 101,25
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 143,30 101,02
93
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 43 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 9-10
Os dados já selecionados do par engrenado 9-10 para início dos cálculos:
• z9 = 35;
• z10 = 69;
• i9−10 = 0,507;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 624,8 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 87,5
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 2,86
𝐾𝑣 0,77830
𝑊𝑇 [N] 1042,02
𝐽 0,42362
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 52,67
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 6,27
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 52,67
94
Conclusão Ok!
Tabela 44 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
95
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
96
𝜂𝑔 = 10,4
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 8,0
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77830
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧9
𝑧10= 0,507
97
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,107
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −467,07 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
98
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
467,07
𝜂𝑔 = 3,6
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
10,4
1 ∗ 1,3
𝜂 = 2,8
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 9-10
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
99
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 9 Engrenagem 10
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 35 69
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 87,50 172,50
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 92,50 177,50
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 81,25 166,25
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 82,22 162,10
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 45 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 11-12
Os dados já selecionados do par engrenado 11-12 para início dos cálculos:
• z11 = 69;
• z12 = 35;
• i11−12 = 1,97;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 624,8 𝑟𝑝𝑚.
100
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 87,5
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 2,86
𝐾𝑣 0,77830
𝑊𝑇 [N] 1042,02
𝐽 0,42362
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 52,67
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 6,27
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 24
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 52,67
Conclusão Ok!
Tabela 46 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
101
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
102
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂𝑔 = 10,4
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 8,0
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
103
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77830
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧11
𝑧12= 1,97
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,054
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −655,80 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
104
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
655,80
𝜂𝑔 = 2,6
105
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
10,4
1 ∗ 1,3
𝜂 = 2
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 11-12
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 11 Engrenagem 12
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 35 69 69
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 172,50 87,50
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 177,50 92,50
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 166,25 81,25
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 162,10 82,22
106
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 47 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do par de engrenagens 18-19
Os dados já selecionados do par engrenado 18-19 para início dos cálculos:
• z18 = 52;
• z19 = 52;
• i18−19 = 1;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 𝐻𝐵;
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 80,2 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 201,75
𝑑𝑝 [mm] 130
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 0,5459
𝐾𝑣 0,77928
𝑊𝑇 [N] 5463,96
𝐽 0,44744
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 195,88
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 31,07
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 32
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 201,75 > 195,88
107
Conclusão Ok!
Tabela 48 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
108
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,33
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 560 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 549,06 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
109
𝜂𝑔 = 2,8
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 2,2
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,77928
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧18
𝑧19= 1
110
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,080
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −874,79 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1348,64 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
111
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1348,64 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 1685,8 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
1685,8
874,79
𝜂𝑔 = 1,9
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
1,9
1 ∗ 1,3
𝜂 = 1,5
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do par engrenado 18-19
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
112
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagem 3 Engrenagem 4
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 52 52
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 130 130
Adendo (𝑎) [mm] 2,50
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 135 135
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 123,75 123,75
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 122,16 122,16
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 49 – Dimensões do par engrenado.
Dimensionamento do trio de engrenagens 15-16-17
Os dados já selecionados do par engrenado 15-16-17 para início dos cálculos:
• z15 = 26;
• z16 = 26;
• z17 = 26;
• i1−2 = 1;
• CS = 4;
• Pm = 4 HP = 2982,8 W
• α = 20°
• Aço AISI 5160 revenido 205°C com as seguintes propriedades:
• Resistência à tração (Sut) = 2220 MPa;
• Resistência ao escoamento (Sy) = 1793 MPa;
• Dureza = 627 HB;
113
• Menor rotação do par engrenado 𝑛 = 80,2 𝑟𝑝𝑚.
Tabela para o critério de tensões:
𝑚 [mm] 2,5
𝛿𝑎𝑑𝑚 [MPa] 448,25
𝑑𝑝 [mm] 65
𝑃 [mm] 7,85
𝑉 [m/s] 0,2730
𝐾𝑣 0,84643
𝑊𝑇 [N] 10927,93
𝐽 0,37356
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 [MPa] 354,47
𝐹𝑚𝑖𝑛 [mm] 2,82
3 ∗ 𝑃 < 𝐹 < 5𝑃 23,56 < 𝐹 < 39,27
𝐹 [mm] 39
𝛿𝑎𝑑𝑚 > 𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴 448,25 > 354,47
Conclusão Ok!
Tabela 50 – Tabela iterativa para o cálculo das recomendações.
Cálculo do critério por fadiga:
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
• Fator de acabamento superficial:
𝐾𝑎 = 𝑎 ∗ 𝑆𝑢𝑡𝑏
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
𝑎 = 1,58 𝑀𝑃𝑎
114
𝑏 = −0,085
𝐾𝑎 = 0,870
• Fator de forma:
O fator de forma foi retirado da tabela 27, anexo I, para o módulo da engrenagem
igual a 2,5:
𝐾𝑏 = 0,974
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, anexo I, para a confiabilidade
de 95%:
𝐾𝑐 = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado serve para temperaturas menores que 350°C:
𝐾𝑑 = 1
• Fator para efeitos diversos:
𝐾𝑓 = {
1,33 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎2
1 +700𝑆𝑢𝑡
→ 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑓 = 1,52
• Limite de resistência do material:
𝑆�� = {
𝑆𝑢𝑡
2 → 𝑆𝑢𝑡 ≤ 1400 𝑀𝑃𝑎
700 → 𝑆𝑢𝑡 > 1400 𝑀𝑃𝑎
𝑆�� =𝑆𝑢𝑡
2
𝑆�� = 700 𝑀𝑃𝑎
• Cálculo do limite de resistência a fadiga:
115
𝑆𝑒 = 𝐾𝑎 ∗ 𝐾𝑏 ∗ 𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑑 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝑆��
𝑆𝑒 = 782,60 𝑀𝑃𝑎
• Fator de sobrecarga:
Pela tabela 29, anexo I, para força motriz e máquina movida uniforme:
𝐾𝑜 = 1
• Fator de distribuição de carga:
Pela tabela 30, anexo I, para largura do dente entre 0-50 e montagem acurada:
𝐾𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝑒
𝛿𝐴𝐺𝑀𝐴
𝜂𝑔 = 2,2
𝜂 =𝜂𝑔
𝐾𝑜 ∗ 𝐾𝑚
𝜂 = 1,7
Tanto 𝜂𝑔 quanto 𝜂 são maiores que 1, logo o critério por fadiga foi respeitado!
Cálculo do critério por desgaste superficial:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|
116
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚
• Coeficiente elástico:
Para a coroa e o pinhão de aço:
𝐶𝑝 = 191 𝑀𝑃𝑎1/2
• Fator dinâmico:
𝐶𝑣 = 𝐾𝑣
𝐶𝑣 = 0,84643
• Fator geométrico:
𝑖 =𝑧3
𝑧4= 1
𝐼 =𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛼
(𝑖 + 1)
𝐼 = 0,080
• Tensão superficial de compressão:
𝜎𝐻 = −𝐶𝑝 ∗ √𝑊𝑇
𝐶𝑣 ∗ 𝐹 ∗ 𝑑𝑝𝑖𝑛ℎã𝑜 ∗ 𝐼
𝜎𝐻 = −1520,65 𝑀𝑃𝑎
• Resistência ao desgaste superficial para vida de até 𝟏𝟎𝟖 ciclos:
𝑆𝐶 = 2,76 ∗ 𝐻𝐵 − 70
𝑆𝐶 = 1660,52 𝑀𝑃𝑎
• Fator de vida:
Para vida maior que 108 ciclos:
117
𝐶𝐿=1
• Fator de relação de durezas:
Para engrenagens de dentes retos:
𝐶𝐻 = 1
• Fator de temperatura:
Para temperaturas menores que 120°C:
𝐶𝑇 = 1
• Fator de confiabilidade:
Para confiabilidade de até 0,99:
𝐶𝑅 = 0,8
• Cálculo da fadiga superficial em dentes de engrenagem:
𝑆𝐻 = 𝑆𝐶 ∗𝐶𝐿 ∗ 𝐶𝐻
𝐶𝑇 ∗ 𝐶𝑅= 1660,52 ∗
1 ∗ 1
1 ∗ 0,8
𝑆𝐻 = 2075,65 𝑀𝑃𝑎
• Fator de distribuição de carga e de sobrecarga:
Ambos os fatores são iguais aos fatores do critério de fadigas:
𝐾𝑜 = 𝐶𝑜 = 1
𝐾𝑚 = 𝐶𝑚 = 1,3
• Cálculo dos coeficientes de segurança:
𝜂𝑔 =𝑆𝐻
|𝛿𝐻|=
2075,65
1520,65
𝜂𝑔 = 1,4
𝜂 =𝜂𝑔
𝐶𝑜 ∗ 𝐶𝑚=
1,4
1 ∗ 1,3
118
𝜂 = 1,1
Ambos os coeficientes de segurança ficaram acima de 1, logo, o critério foi
satisfeito!
Dimensões do trio de engrenagens 15-16-17
Após passar pelos três critérios, foi criada uma tabela com todas as dimensões
que são necessárias para a fabricação das engrenagens. As dimensões foram obtidas
com as fórmulas:
𝑑𝑝 = 𝑚 ∗ 𝑍
𝑎 = 𝑚
𝑏 = 𝑚 ∗ 1,25
𝑝 = 𝑚 ∗ 𝜋
𝑑𝑒 = 𝑑𝑝 + 2 ∗ 𝑚
𝑑𝑖 = 𝑑𝑝 − 2 ∗ 𝑏
𝑑𝑏 = 𝑑𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼
𝑒 =𝑝
2
𝑟 = 0,3 ∗ 𝑚
Engrenagens 15-16-17
Módulo (𝑚) [mm] 2,5
Número de dentes (𝑍) 26
Ângulo de pressão (𝛼) [°] 20
Diâmetro primitivo (𝑑𝑝) [mm] 65
Adendo (𝑎) [mm] 2,5
Dedendo (𝑏) [mm] 3,125
Passo (𝑝) [mm] 7,85
Diâmetro externo (𝑑𝑒) [mm] 70
Diâmetro interno (𝑑𝑖) [mm] 58,75
Diâmetro base (𝑑𝑏) [mm] 61,08
Espessura do dente (𝑒) [mm] 3,93
Raio de adoçamento (𝑟) [mm] 0,75
Tabela 51 – Dimensões do par engrenado.
119
Dimensionamento do Eixo II
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo II:
• Engrenagem mais solicitada – 5;
• WT = 597,84 N;
• WR = 217,60 N;
• T = 3,21 ∗ 104 N ∗ mm;
• CS = 2;
• Polia transmitindo o torque;
• F = 715,18 N;
• T = 3,21 ∗ 104 N ∗ mm;
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
120
Figura 52 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
Figura 53 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 5;
121
P3 – Força na polia.
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no a mudança
de diâmetro localizada em 190 mm do começo do eixo.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 340,38 N;
Rar= 4291,08 N;
Rbt= 257,42 N;
Rbr= 1999,29 N;
Mt = 3573,99 Nmm;
Mr = 489506,66 Nmm.
Então:
122
Ra = √340,382 + 4291,082
Rb = √257,42 2 + 1999,292
M = √3573,992 + 489506,662
Ra = 4304,56 N
Rb = 2015,79 N
M = 489519,71 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
123
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 23,14 mm
Kb = 1,24 ∗ 23,14−0,107
Kb = 0,886
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
Ke = 1
1 + q ∗ (Kt − 1)
Onde:
q – Fator de sensibilidade ao entalhe;
Kt – Fator de concentração de tensão.
Pelas tabelas XY no anexo I, para uma razão do raio de adoçamento pelo
diâmetro menor (r/d) = 0,038 e para a razão entre diâmetros (D/d) = 1,1 :
q = 0,9
Kt = 2
Ke = 0,526
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
124
Se =Sut
2
Se = 560 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 197,20 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 36,98 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 36,98−0,107
Kb = 0,843
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 187,55 MPa
125
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 37,60 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 38 mm.
Dimensionamento do Eixo III
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo III:
• Engrenagem mais solicitada – 6;
• WT = 597,84 N;
• WR = 217,60 N;
• T = 4,56 ∗ 104 N ∗ mm;
• CS = 2;
• Engrenagem transmitindo o torque – 9;
• WT = 1042,02 N;
• WR = 379,26 N;
• T = 4,56 ∗ 104 N ∗ mm;
• Aço 1020, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 380 MPa;
• Sy = 210 MPa;
• Dureza = 111 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
126
Figura 54 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
Figura 55 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 6;
127
P2 – Forças da engrenagem 9.
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no ponto onde
o momento é máximo.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 405,51 N;
Rar= 183,25 N;
Rbt= 849,71 N;
Rbr= 413,65 N;
Mt = 40348,30 Nmm;
Mr = 18233,47 Nmm.
Então:
128
Ra = √405,512 + 183,252
Rb = √849,71 2 + 413,652
M = √40348,302 + 18233,472
Ra = 444,99 N
Rb = 945,05 N
M = 44276,91 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
129
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 18,34 mm
Kb = 1,24 ∗ 18,34−0,107
Kb = 0,908
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
Ke = 1
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
Se =Sut
2
Se = 190 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 130,33 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
130
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 20,18 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 20,18−0,107
Kb = 0,899
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 129,00 MPa
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 20,23 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 22 mm.
131
Dimensionamento do Eixo V
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo V:
• Engrenagem mais solicitada – 14;
• WT = 3411,16 N;
• WR = 1241,56 N;
• T = 35,52 ∗ 104 N ∗ mm;
• CS = 2;
• Engrenagem transmitindo o torque – 15;
• WT = 10927,93 N;
• WR = 3977,44 N;
• T = 35,52 ∗ 104 N ∗ mm;
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
132
Figura 56 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
Figura 57 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 14;
133
P2 – Forças da engrenagem 15.
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no momento
máximo.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 1694,27 N;
Rar= 2930,23 N;
Rbt= 5822,43 N;
Rbr= 2288,77 N;
Mt = 1010000,00 Nmm;
Mr = 395957,50 Nmm.
Então:
134
Ra = √1694,27 2 + 2930,232
Rb = √5822,43 2 + 2288,772
M = √1010000,002 + 395957,502
Ra = 3385,79 N
Rb = 6256,13 N
M = 1084842,08 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
135
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 30,66 mm
Kb = 1,24 ∗ 30,66−0,107
Kb = 0,860
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
Ke = 1
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
Se =Sut
2
Se = 560 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 363,57 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
136
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 39,46 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 39,46−0,107
Kb = 0,837
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 353,88 MPa
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 39,81 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 42 mm.
137
Dimensionamento do Eixo VI
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo VI:
• Engrenagem – 16;
• WT = 10927,93 N;
• WR = 3977,44 N;
• CS = 2;
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
138
Figura 58 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
Figura 59 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 16;
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no rasgo da
chaveta.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
139
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 5463,95 N;
Rar= 1988,7 N;
Rbt= 5463,95 N;
Rbr= 1988,7 N;
Mt = 150258,63 Nmm;
Mr = 54689,25 Nmm.
Então:
Ra = √5463,952 + 1988,72
Rb = √5463,952 + 1988,72
M = √150258,632 + 54689,252
Ra = 5814,61 N
Rb = 5814,61 N
M = 159901,75 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
140
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 15,92 mm
Kb = 1,24 ∗ 15,92−0,107
Kb = 0,922
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
141
Ke = 1
Kf∗
O fator Kf∗ é encontrado na tabela 32, anexo I, para aço endurecido e rasgo
deslizante:
Kf∗ = 1,6
Ke = 1
1,6
Ke = 0,625
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
Se =Sut
2
Se = 560 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 243,73 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
= dmin = 23,73 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
142
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 23,73−0,107
Kb = 0,884
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 233,54 MPa
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 24,07 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 25 mm.
Dimensionamento do eixo VII
Dados já selecionados para início dos cálculos do eixo VII:
• Engrenagem mais solicitada – 17;
• WT = 10927,93 N;
• WR = 3977,44 N;
• T = 35,52 ∗ 104 N ∗ mm;
• CS = 2;
• Aço 1050 Q&T 205°C, que possui as seguintes propriedades:
143
• Sut = 1120 MPa;
• Sy = 807 MPa;
• Dureza = 514 HB.
Análise de forças no eixo
A partir desses dados e a posição dos elementos no eixo, foi possível obter os
diagramas de corpo livre, força cortante e momento fletor para os planos tangencial e
radial respectivamente, bem como o diagrama de torque:
Figura 60 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano tangencial.
144
Figura 61 – Diagramas de corpo livre, força e momento para o plano radial.
Onde:
P1 – Forças da engrenagem 17;
Com os diagramas feitos, foi possível calcular as reações em cada apoio e os
momentos fletores em cada ponto crítico do eixo. Foram demonstrados somente os
cálculos do ponto crítico que obteve o maior diâmetro, que neste caso foi no a mudança
de diâmetro localizada em 64 mm do começo do eixo.
Ra = √Rat2 + Rar
2
Rb = √Rbt2 + Rbr
2
M = √Mt2 + Mr
2
Onde:
Ra – Força resultante no mancal A [N];
Rat – Força resultante no mancal A pela força tangencial [N];
145
Rar – Força resultante no mancal A pela força radial [N];
Rb – Força resultante no mancal B [N];
Rbt – Força resultante no mancal B pela força tangencial [N];
Rbr – Força resultante no mancal B pela força radial [N];
M – Momento resultante no ponto crítico [Nmm];
Mt – Momento resultante pela força tangencial [Nmm];
Mr – Momento resultante pela força tangencial [Nmm].
Pelo diagrama, retira-se:
Rat= 9238,56 N;
Rar= 3362,54 N;
Rbt= 1689,34 N;
Rbr= 614,86 N;
Mt = 264381,30 Nmm;
Mr = 96226,18 Nmm.
Então:
Ra = √9238,562 + 3362,542
Rb = √1689,34 2 + 614,862
M = √264381,302 + 96226,182
Ra = 9831,46 N
Rb = 1797,75 N
M = 281348,42 N ∗ mm
Critério de Soderberg:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Ke ∗ Se
146
• Fator de acabamento superficial:
Ka = a ∗ Sutb
O fator a e o expoente b foram retirados da tabela 26, anexo I, para acabamento
superficial retificado:
a = 1,58 MPa
b = −0,085
Ka = 0,870
• Fator de forma:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Onde d é obtido pelo método da máxima tensão cisalhante:
d = √32 ∗ CS
π ∗ Sy√(M)2 + (T)2
3
= 22,53 mm
Kb = 1,24 ∗ 22,53−0,107
Kb = 0,889
• Fator de confiabilidade:
Foi usado o fator de confiabilidade da tabela 28, para a confiabilidade de 95%:
Kc = 0,868
• Fator de temperatura:
O fator usado é para temperaturas menores que 350°C:
Kd = 1
• Fator de concentração de tensões:
147
Ke = 1
1 + q ∗ (Kt − 1)
Onde:
q – Fator de sensibilidade ao entalhe;
Kt – Fator de concentração de tensão.
Pelas gráficos 2 e 3 no anexo I, para uma razão do raio de adoçamento pelo
diâmetro menor (r/d) = 0,025 e para a razão entre diâmetros (D/d) = 1,05 :
q = 0,84
Kt = 1,9
Ke = 0,569
• Limite de resistência do material:
Se = {
Sut
2 → Sut ≤ 1400 MPa
700 → Sut > 1400 MPa
Se =Sut
2
Se = 560 MPa
• Cálculo do limite de resistência da fadiga:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 213,98 MPa
• Calculo do diâmetro mínimo:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 30,75 mm
Segunda iteração usando o diâmetro obtido por Soderberg:
148
Nessa etapa, foi substituído o dMTC usado no fatore Kb pelo dmin obtido. A
seguir observa-se que não houve uma alteração tão grande no diâmetro já que se
arriscou um valor inicial bom.
• Fator de forma alterado:
Segundo [12], para 2,79 ≤ d ≤ 51 :
Kb = 1,24 ∗ d−0,107
Kb = 1,24 ∗ 30,75−0,107
Kb = 0,860
• Cálculo do limite de resistência da fadiga alterado:
Se = Ka ∗ Kb ∗ Kc ∗ Kd ∗ Kf ∗ Se
Se = 207,19 MPa
• Cálculo do diâmetro mínimo alterado:
dmin = √32 ∗ CS
π√(
Mmáx
Se)
2
+ (T
Sy)
23
dmin = 30,75 mm
Seleção do diâmetro padronizado:
O diâmetro padronizado encontrado na tabela 31, anexo I, foi de 35 mm.
Dimensionamento das chavetas do Eixo II
Dados previamente obtidos:
T = 32133,90 N ∗ mm;
149
d = 38 mm;
Sy = 807 MPa.
Lpolia = 70 mm;
L1,3,5 = 24 mm
Dados da tabela 34 para diâmetro de 38 mm:
b = 10 mm;
h = 8 mm;
Cálculo da chaveta para a polia:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 2,42 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 22,95 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 23,33 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 186,04 OK!
CScomp = 35,16 OK!
CSGlobal = 34,59 OK!
Cálculo da chaveta para a engrenagem 1,3,5:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 7,05 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 66,95 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 68,05 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
150
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 63,78 OK!
CScomp = 12,05 OK!
CSGlobal = 11,86 OK!
Dimensionamento das chavetas do Eixo IV
Dados previamente obtidos:
T = 89542,95 N ∗ mm;
d = 30 mm;
Sy = 807 MPa.
L8,10,11,13 = 24 mm
Dados da tabela 34 para diâmetro de 30 mm:
b = 8 mm;
h = 7 mm;
Cálculo da chaveta para a engrenagem 8,10,11,13:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 31,09 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 266,50 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 271,88 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 14,46 OK!
CScomp = 3,03 OK!
151
CSGlobal = 2,97 OK!
Dimensionamento das chavetas do Eixo VI
Dados previamente obtidos:
T = 355157,40 N ∗ mm;
d = 25 mm;
Sy = 807 MPa.
L16 = 37 mm
Dados da tabela 34 para diâmetro de 25 mm:
b = 8 mm;
h = 7 mm;
Cálculo da chaveta para a engrenagem 16:
τcis =2 ∗ T
b ∗ d ∗ L= 95,99 MPa
σcomp =4 ∗ T
b ∗ h ∗ L= 685,63 MPa
σmáx = √σcomp2 + 3 ∗ τcis
2 = 705,50 MPa
CScis =0,557 ∗ Sy
τcis
CScomp =Sy
σcomp
CSGlobal =Sy
σmáx
CScis = 4,68 OK!
CScomp = 1,18 OK!
CSGlobal = 1,14 OK!
Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo III
Dados iniciais:
152
d = 25 mm;
T = 60℃;
P = 0,94 KN → Maior carga no mancal;
n = 624,8 RPM.
Rolamento selecionado:
Figura 62 – Rolamento SKF 62/22 [13].
Cálculos das vidas úteis:
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
153
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 36 mm;
n = 624,8 RPM;
Encontra-se → ν1 = 35 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 2,57;
Encontra-se → a23 = 1,6.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
k = 2,57;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,11;
Encontra-se → aSKF = 4.
154
L10 = 16548,3 Horas
L10a= 26477,2 Horas
L10SKF= 66193,1 Horas
Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo IV
Dados iniciais:
d = 30 mm;
T = 60℃;
P = 1,87 KN → Maior carga no mancal;
n = 318,1 RPM.
Rolamento selecionado:
Figura 63 – Rolamento SKF 16006 [13].
Cálculos das vidas úteis:
155
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 42,5 mm;
n = 318,1 RPM;
Encontra-se → ν1 = 60 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 1,50;
Encontra-se → a23 = 1,3.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
156
k = 1,50;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,08;
Encontra-se → aSKF = 2,5.
L10 = 13352,6 Horas
L10a= 17358,4 Horas
L10SKF= 33381,4 Horas
Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo V
Dados iniciais:
d = 40 mm;
T = 60℃;
P = 6,26 KN → Maior carga no mancal;
n = 80,2 RPM.
Rolamento selecionado:
157
Figura 64 – Rolamento SKF 6208 [13].
Cálculos das vidas úteis:
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
158
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 60 mm;
n = 80,2 RPM;
Encontra-se → ν1 = 160 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 0,56;
Encontra-se → a23 = 0,4.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
k = 0,56;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,06;
Encontra-se → aSKF = 0,5.
L10 = 29134,5 Horas
L10a= 11653,8 Horas
L10SKF= 14567,24 Horas
Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo VI
Dados iniciais:
159
d = 25 mm;
T = 60℃;
P = 5,81 KN → Maior carga no mancal;
n = 80,2 RPM.
Rolamento selecionado:
Figura 65 – Rolamento SKF 6305 ETN9 [13].
Cálculos das vidas úteis:
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
160
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 43,5 mm;
n = 80,2 RPM;
Encontra-se → ν1 = 200 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 0,45;
Encontra-se → a23 = 0,3.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
k = 0,45;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,05;
Encontra-se → aSKF = 0,3.
L10 = 18579,5 Horas
161
L10a= 5573,8 Horas
L10SKF= 5573,8 Horas
Cálculo da vida útil para os rolamentos do eixo VII
Dados iniciais:
d = 35 mm;
T = 60℃;
P = 9,83 KN → Maior carga no mancal;
n = 80,2 RPM.
Rolamento selecionado:
Figura 66 – Rolamento SKF 6307 [13].
Cálculos das vidas úteis:
162
L10 = (C
P)
a→ Passando para horas → L10 =
(C
P)
a
60∗𝑛
L10a= a1 ∗ a23 ∗ L10
L10SKF= a1 ∗ aSKF ∗ L10
• Fator do tipo de rolamento:
a = 3 → Para rolamento de esferas [13].
• Fator de confiabilidade:
a1 = 1 → Para confiabilidade de 90% [13];
• Fator combinado do material e condições de funcionamento:
• Pelo gráfico 4, anexo I, para:
dm =d+D
2= 67,5 mm;
n = 80,2 RPM;
Encontra-se → ν1 = 170 mm2
s .
• Pelo gráfico 5, anexo I para:
T = 60℃ ;
Óleo ISO VG 150;
Encontra-se → ν = 90 mm2
s.
• Finalmente, pelo gráfico 7, anexo I, para:
k =ν1
ν= 0,53;
Encontra-se → a23 = 0,4.
• Fator SKF:
Para o fator SKF, utiliza-se o gráfico de rolamentos de esferas 6, anexo I, para:
163
k = 0,53;
ηc = 0,5 → Fator para grau de contaminação normal;
ηc
Pu
P= 0,07;
Encontra-se → aSKF = 0,4.
L10 = 39993,9 Horas
L10a= 14797,5 Horas
L10SKF= 14797,5 Horas
164
Anexo I – Tabelas e gráficos
Tabela 15 – Fator de serviço [5]
Tabela 16 – Fator adicional ao fator de serviço [5]
165
Gráfico 1 – Determinação da seção das correias a partir da potência de projeto [5]
Tabela 17 – Dimensões principais das correias trapezoidais de acordo com a seção [5]
166
Tabela 18 – Classificação de HP por correia de perfil A [5].
167
Tabela 19 – Comprimento standard das correias [5].
168
Tabela 20 – Fator de correção para o comprimento - 𝐅𝐋 [5].
169
Tabela 21 – Fator de correção para o arco de contato - 𝐜𝐚 [5].
Tabela 22 – Fatores Q e x [5].
170
Tabela 23 – Dimensões dos perfis dos canais [5].
Tabela 24 – Módulos padronizados [4].
171
Tabela 25 – Fator de forma – J [10].
Tabela 26 – Fator de acabamento superficial – a [4].
172
Tabela 27 – Fator de forma – 𝐊𝐛 [10].
Tabela 28 – Fator de confiabilidade – 𝐊𝐜 [10].
173
Tabela 29 – Fator de sobrecarga - 𝐊𝐨 [10].
Tabela 30 – Fator de distribuição de carga - 𝐊𝐦 [10].
174
Tabela 31 – Diâmetros padronizados de eixos [12].
Tabela 32 – Fator 𝐊𝐟∗[12].
175
Gráfico 2 – Fator de concentração de tensão – 𝐊𝐭 [4].
Gráfico 3 – Fator de sensibilidade ao entalhe – 𝐪 [4].
176
Tabela 33 – Dimensões padronizadas de estrias [12].
177
Tabela 34 – Dimensões de chavetas [12].
178
Gráfico 4 – Viscosidade Nominal - 𝒗𝟏 [13].
179
Gráfico 5 – Viscosidade real do lubrificante – 𝒗 [13]
180
Gráfico 6 – Fator SKF – 𝒂𝑺𝑲𝑭 [10].
181
Gráfico 7 – Fator combinado – 𝒂𝟐𝟑 [10].
Gráfico 8 – Espessura da carcaça [11].
182
Tabela 35 – Parafusos para içamento [14].
183
Tabela 36 – Anéis elásticos para eixos.
184
Anexo II – Dados do motor
350
,95
A
A
1394,08
J
621,09
DETALHE JChaveamento para as rotações
Corte A-A
EIXOS III, V E MECANISMO DE ACIONAMENTO
Proj.:
Projeto:
Título:
ESCALA:1:5 FOLHA 1 DE 2
A1Raphael C. B. Alvim
PESO: 188 kg
Vistas principais
Variador de velocidades escalonado tipo bloco deslizante com 12 velocidades e reversão
A A
B B
C C
D D
E E
F F
G G
H H
J J
K K
L L
M M
16
16
15
15
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
Dimensões: mmData: 17/06/2019
Orientador:
Flávio de Marco Filho
D
D
C
C
BB
5455
57
56
58
29
40
Corte D-D
53
0,5
0°
Corte C-C
60
59
Máximo
Mínimo
1
2
3
4
6
5
7
98
10
11 14
12
16
18
19 2122
2023 28
3233
30
31
34
36
24
26
27
35
37
38
39
4142
43
484951
52
1317
15
25
47
Corte B-B
5046
44
45
Item Quantidade Descrição1 1 Porca M362 1 Aruela de pressão M363 1 Polia trapezoidal maior4 1 Chaveta 10x8x705 1 Anel de feltro Ø 38 mm6 1 Tampa eixo II7 2 Rolamento SK 6208 ETN98 3 Chaveta 10x8x249 1 Engrenagem 1
10 1 Espaçador L = 56 mm11 1 Engrenagem 512 1 Eixo II13 2 Espaçador L = 90 mm14 1 Engrenagem 315 1 Eixo VI16 3 Anel de retenção Ø 40 mm17 4 Chaveta 8x7x2418 2 Rolamento SKF 1600619 1 Engrenagem 820 1 Eixo IV21 1 Engrenagem 1022 1 Engrenagem 1323 1 Engrenagem 1124 2 Anel de retenção Ø 32 mm25 1 Chaveta 8x7x3726 2 Anel de retenção Ø 30 mm27 1 Anel de retenção Ø 35 mm28 2 Rolamento SKF 630729 12 Parafuso Sextavado M10x20 mm30 1 Chaveta 10x8x3731 1 Engrenagem 1732 1 Eixo VII33 1 Engrenagem 1934 1 Chaveta 10x8x3235 1 Tampa eixo VII36 1 Rasgo de chaveta37 1 Anel de Feltro Ø 34 mm38 1 Tampa eixo V39 2 Rolamento SKF 620840 20 Porca M841 1 Bloco duplo de engrenagens 15-1842 2 Rolamento SKF 6305 ETN943 1 Engrenagem 1644 4 Anel de retenção Ø 25 mm45 1 Eixo V46 1 Bloco duplo de engrenagens 14-1247 7 Furos guia48 2 Rolamento SKF 1600549 1 Bloco duplo de engrenagens 7-950 1 Eixo III51 1 Bloco triplo de engrenagens 2-6-452 1 Tampa eixo III53 4 Olhal de suspensão tipo parafuso OPA-00854 4 Alavanca de acionamento55 2 Parafuso sextavado M8x65 mm56 4 Parafuso sextavado M8x20 mm57 18 Parafuso sextavado M8x25 mm58 1 Carcaça de ferro fundido59 1 Indicador de vareta para medir o óleo60 1 Bujão de esvaziamento de óleo
Proj.:
Projeto:
Título:
ESCALA:1:2 FOLHA 2 DE 2
A1Raphael C. B. Alvim
PESO: 188 kg
Corte B - B'
Variador escalonado de velocidades tipo bloco deslizante com 12 velocidades e reversão
A A
B B
C C
D D
E E
F F
G G
H H
J J
K K
L L
M M
16
16
15
15
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
Dimensões: mmData: 17/06/2019
Orientador:
Flávio de Marco Filho