Como voc se sentiria se a chave que acabou de mandar fazer quebrasse ao dar a primeira volta na fechadura? Ou se a jarra de vidro refratrio que a propaganda diz que pode ir do fogo ao freezer trincasse ao ser enchida com gua fervente? Ou ainda, se o s

Ensaio de toro

Introduo

Diz o ditado popular: de pequenino que se torce o pepino! E quanto aos metais e outros materiais to usados no nosso dia-a-dia: o que dizer sobre seu comportamento quando submetidos ao esforo de toro?

Este um assunto que interessa muito mais do que pode parecer primeira vista, porque vivemos rodeados por situaes em que os esforos de toro esto presentes.

J lhe aconteceu de estar apertando um parafuso e, de repente, ficar com dois pedaos de parafuso nas mos? O esforo de toro o responsvel por estragos como esse.

E o que dizer de um virabrequim de automvel, dos eixos de mquinas, polias, molas helicoidais e brocas? Em todos estes produtos, o maior esforo mecnico o de toro, ou seja, quando esses produtos quebram porque no resistiram ao esforo de toro.

A toro diferente da compresso, da trao e do cisalhamento porque nestes casos o esforo aplicado no sentido longitudinal ou transversal, e na toro o esforo aplicado no sentido de rotao.

O ensaio de toro de execuo relativamente simples, porm para obter as propriedades do material ensaiado so necessrios clculos matemticos complexos.

Como na toro uma parte do material est sendo tracionada e outra parte comprimida, em casos de rotina podemos usar os dados do ensaio de trao para prever como o material ensaiado se comportar quando sujeito a toro.

Estudando os assuntos desta aula, voc ficar sabendo que tipo de fora provoca a toro, o que momento torsor e qual a sua importncia, e que tipo de deformao ocorre nos corpos sujeitos a esforos de toro. Conhecer as especificaes dos corpos de prova para este ensaio e as fraturas tpicas resultantes do ensaio.

Rotao e toro

Pense num corpo cilndrico, preso por uma de suas extremidades, como na ilustrao abaixo.

Imagine que este corpo passe a sofrer a ao de uma fora no sentido de rotao, aplicada na extremidade solta do corpo.

O corpo tender a girar no sentido da fora e, como a outra extremidade est engastada, ele sofrer uma toro sobre seu prprio eixo. Se um certo limite de toro for ultrapassado, o corpo se romper.

Voc est curioso para saber por que este esforo importante? Quem sabe uma situao concreta o ajude a visualizar melhor. O eixo de transmisso dos caminhes um timo exemplo para ilustrar como atua este esforo.

Uma ponta do eixo est ligada roda, por meio do diferencial traseiro. A outra ponta est ligada ao motor, por intermdio da caixa de cmbio.

O motor transmite uma fora de rotao a uma extremidade do eixo. Na outra extremidade, as rodas oferecem resistncia ao movimento.

Como a fora que o motor transmite maior que a fora resistente da roda, o eixo tende a girar e, por conseqncia, a movimentar a roda.

Esse esforo provoca uma deformao elstica no eixo, como mostra a ilustrao.

Analise com ateno o desenho anterior e observe que:

D o dimetro do eixo e L, seu comprimento;

a letra grega minscula ( (fi) o ngulo de deformao longitudinal;

a letra grega minscula ( (teta) o ngulo de toro, medido na seo transversal do eixo;

no lugar da fora de rotao, aparece um elemento novo: Mt, que representa o momento torsor.

Veja a seguir o que momento torsor e como ele age nos esforos de toro.

Momento torsor

No existe coisa mais chata que um pneu furar na hora errada. E os pneus sempre furam em hora errada! Se j lhe aconteceu de ter de trocar um pneu com uma chave de boca de brao curto, voc capaz de avaliar a dificuldade que representa soltar os parafusos da roda com aquele tipo de chave.

Um artifcio simples ajuda a reduzir bastante a dificuldade de realizar esta tarefa: basta encaixar um cano na haste da chave, de modo a alongar o comprimento do brao.

Fica claro que o alongamento do brao da chave o fator que facilita o afrouxamento dos parafusos, sob efeito do momento da fora aplicada.

Momento de uma fora o produto da intensidade da fora (F) pela distncia do ponto de aplicao ao eixo do corpo sobre o qual a fora est sendo aplicada (C).

Em linguagem matemtica, o momento de uma fora (Mf) pode ser expresso pela frmula: Mf = F x C.

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de momento o newton metro (Nm).

Quando se trata de um esforo de toro, o momento de toro, ou momento torsor, tambm chamado de torque.

Propriedades avaliadas no ensaio de toro

A partir do momento torsor e do ngulo de toro pode-se elaborar um grfico semelhante ao obtido no ensaio de trao, que permite analisar as seguintes propriedades:Estas propriedades so determinadas do mesmo modo que no ensaio de trao e tm a mesma importncia, s que so relativas a esforos de toro.

Isso significa que, na especificao dos materiais que sero submetidos a esforos de toro, necessrio levar em conta que o mximo torque que deve ser aplicado a um eixo tem de ser inferior ao momento torsor no limite de proporcionalidade.

Corpo de prova para ensaio de toro

Este ensaio bastante utilizado para verificar o comportamento de eixos de transmisso, barras de toro, partes de motor e outros sistemas sujeitos a esforos de toro. Nesses casos, ensaiam-se os prprios produtos.

Quando necessrio verificar o comportamento de materiais, utilizam-se corpos de prova.

Para melhor preciso do ensaio, empregam-se corpos de prova de seo circular cheia ou vazada, isto , barras ou tubos. Estes ltimos devem ter um mandril interno para impedir amassamentos pelas garras do aparelho de ensaio.

Em casos especiais pode-se usar outras sees.

Normalmente as dimenses no so padronizadas, pois raramente se escolhe este ensaio como critrio de qualidade de um material, a no ser em situaes especiais, como para verificar os efeitos de vrios tipos de tratamentos trmicos em aos, principalmente naqueles em que a superfcie do corpo de prova ou da pea a mais atingida.

Entretanto, o comprimento e o dimetro do corpo de prova devem ser tais que permitam as medies de momentos e ngulos de toro com preciso e tambm que no dificultem o engastamento nas garras da mquina de ensaio.

Por outro lado, tambm muito importante uma centragem precisa do corpo de prova na mquina de ensaio, porque a fora deve ser aplicada no centro do corpo de prova.

Equipamento para o ensaio de toro

O ensaio de toro realizado em equipamento especfico: a mquina de toro.

Esta mquina possui duas cabeas s quais o corpo de prova fixado. Uma das cabeas giratria e aplica ao corpo de prova o momento de toro. A outra est ligada a um pndulo que indica, numa escala, o valor do momento aplicado ao corpo de prova.

Fraturas tpicas

O aspecto das fraturas varia conforme o corpo de prova seja feito de material dctil ou frgil.

Os corpos de provas de materiais dcteis apresentam uma fratura segundo um plano perpendicular ao seu eixo longitudinal.Para materiais frgeis, a fratura se d segundo uma superfcie no plana, mas que corta o eixo longitudinal segundo uma linha que, projetada num plano paralelo ao eixo, forma 45 aproximadamente com o mesmo (fratura helicoidal).

Certamente os assuntos que voc acabou de estudar esto longe de esgotar a literatura disponvel sobre este tipo de ensaio. Dependendo de sua rea de trabalho e especialidade, ser necessrio um aprofundamento. Por ora, resolva os exerccios a seguir, para verificar se os conceitos gerais foram bem entendidos.

Exerccios

Um corpo cilndrico est sob ao de uma fora de toro de 20 N, aplicada num ponto situado a 10mm do centro da sua seo transversal. Calcule o torque que est atuando sobre este corpo.

No diagrama abaixo, escreva:

A no ponto que representa o limite de escoamento;

B no ponto que representa o limite de proporcionalidade;

C no ponto que representa o momento de ruptura;

D no ponto que representa o momento mximo.

O material frgil, ao ser fraturado na toro, apresenta:

a)()fratura idntica ao material dctil;

b)()fratura perpendicular ao eixo do corpo de prova;

c)()fratura formando ngulo aproximado de 45 com o eixo do corpo de prova;

d)()fratura em ngulo diferente de 45 com o eixo do corpo de prova.

O ensaio de toro realizado .................................... .

a)()na mquina universal de ensaios;

b)()na prensa hidrulica;

c)()em equipamento especial para o ensaio;

d)()em dispositivo idntico ao do ensaio de trao.

Observe seu ambiente de trabalho e cite trs exemplos de equipamentos ou produtos onde o esforo de toro o principal.

Gabarito

1.200 Nm

2.

3.c

4.c

5.Devem ser consideradas corretas as respostas que inclurem eixos de mquinas, barras de toro, partes rotativas de motores etc.

PGINA

PGINA 95