modelo de monografia final 1 -...

Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas

Projeto de Mecanismo Ergonômico Para Transporte de Carga

Claudiney Reis e Silva

Campinas – São Paulo – Brasil

Dezembro de 2008

ii

Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas



Monografia apresentada à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas da Universidade São Francisco, sob a orientação do Professor MS. Edson Roberto Cau, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação. Orientador: Professor Ms. Edson Roberto Cau

Campinas – São Paulo – Brasil

Dezembro de 2008

iii



Monografia defendida e aprovada em 12 de Dezembro de 2008 pela Banca

Examinadora assim constituída:

Prof. Ms Edson Roberto Cau (Orientador)

USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

Prof. Dr. Ivaldo Leão Ferreira (Membro Interno)


Prof. Dr. Eduardo Balster Martins (Membro Interno)


iv

“A cada dia que vivo, mais me convenço de que o

desperdício da vida está no amor que não damos, nas

forças que não usamos, na prudência egoísta que nada

arrisca, e que, esquivando-nos do sofrimento, perdemos

também a felicidade.”

Carlos Drummond de Andrade

“O futuro não pode ser previsto, mas pode ser

inventado. É a nossa habilidade de inventar o futuro

que nos dá esperança para fazer de nós o que somos.”

Dennis Gabor

v

A Deus autor da criação, sem o qual nada

haveria.

A meus pais Genésio E. e Silva e Edwirges Reis e

Silva, sem os quais não chegaria até aqui.

A minha esposa Juliana Prado e Silva, que me

ensinou a fé e o amor.

A meu filho, Matheus Prado e Silva, a quem

tantas horas de brincadeiras e jogos foram

adiadas sem que este compreendesse o porquê

de “papai está trabalhando”.

Sou eternamente grato a todos.

vi

.Agradecimentos

Agradeço primeiramente ao Professor Edson Roberto Cau, meu orientador, que acreditou em

mim e incentivou-me para a conclusão deste trabalho, face aos inúmeros percalços do trajeto.

Agradeço também ao Professor Paulo Rogério, um companheiro de percurso e de discussões

profícuas, dentro e fora do contexto deste trabalho, agraciando-me incontáveis vezes com sua

paciência, conhecimento e amizade.

Alguns experimentos e vários “entendimentos” não teriam sido possíveis sem a colaboração

de Thiago Costa, Eduardo Castello Branco Dória e meus colegas de classe.

Eu agradeço fraternalmente a todos.

vii

RESUMO ___________________________________________________________________________ VIII

1 INTRODUÇÃO _____________________________________________________________________ 1

1.1 OBJETIVO ______________________________________________________________________ 2

1.2 JUSTIFICATIVA __________________________________________________________________ 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA _________________________________________________________ 3

2.1 PROJETO DE MECANISMO ERGONÔMICO PARA TRANSPORTE DE CARGA ______________________ 3

2.1.1 Partes do Mecanismo __________________________________________________________ 3

2.1.2 Grau de Liberdade_____________________________________________________________ 4

2.2 SUPORTE PARA DESENVOLVIMENTO __________________________________________________ 5

2.2.1 Inventor _____________________________________________________________________ 5

3 MATERIAIS E MÉTODOS ___________________________________________________________ 6

3.1 MECANISMO ERGONÔMICO PARA TRANSPORTE DE CARGAS________________________________ 6

3.2 DESENHO DO DISPOSITIVO_________________________________________________________ 11

3.3 FUNCIONAMENTO DO DISPOSITIVO __________________________________________________ 13

3.4 CÁLCULOS ____________________________________________________________________ 16

4 RESULTADOS ____________________________________________________________________ 20

5 CONCLUSÃO _____________________________________________________________________ 21

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS_______________________________________________________ 22

viii

RESUMO

O proposto nesta monografia é o projeto de um Mecanismo Ergonômico para Transporte

de Cargas, popularmente chamado de Braço Mecânico, que visa auxiliar o trabalhador,

principalmente da indústria metalúrgica, a executar tarefas ou serviços que necessitam de

esforço físico relativamente alto, ou seja, que trabalhe com peças com peso acima de 8 kg,

pois o tempo de execução do mesmo varia de 6 a 8 horas diárias. Ver-se-á os cálculos

realizados para dimensionamento do dispositivo, comparativos e as conclusões pertinentes.

PALAVRAS CHAVES: Braço Mecânico, Automação, Mecanismo Ergonômico

1

1 INTRODUÇÃO

A indústria, hoje, principalmente as metalúrgicas, tem apresentado altos níveis de

automação, porém, ainda é grande o número de trabalhadores que estão sujeitos a trabalhos

manuais nos quais se têm que desprender um esforço considerado alto para a realização do

mesmo, é trabalho com peças pesadas, maquinário ainda insuficiente, no que diz respeito à

automação.

[1] Com isso o número de lesionados afastados pelo INSS tem aumentado, e a doença

tida como “Epidemia do Século” é a Lesão por Esforço Repetitivo ou Distúrbio

Osteomoleculares Relacionado ao Trabalho (LER/DORT).

Há uma perda significativa por ambas as partes, do funcionário que adquiri uma doença

ocupacional, da empresa que por sua vez paga maiores valores do SAT (Seguro de Acidente

de Trabalho), do INSS, que quando o trabalhador é afastado por mais de 15 (quinze) dias, tem

que arcar com as despesas de remuneração do mesmo.

Desenvolvendo um dispositivo, que seja capaz de minimizar os problemas por esforços

em demasia, contribui-se para um futuro no qual o trabalhador, a empresa e o INSS terão suas

parcelas de ganho.

2

1.1 Objetivo

Desenvolver um mecanismo ergonômico para transporte de cargas, denominado de braço

mecânico.

1.2 Justificativa

Com o intuito de melhorar as condições de operações industriais com peças pesadas, ou

seja, peças que podem causar, em médio prazo, problemas ergonômicos, paralelamente,

melhorando a produtividade em alguns setores onde o esforço físico demasiado pode

contribuir para uma redução do ritmo de trabalho a ser executado, em conjunto, também,

proporcionar uma redução no SAT (Seguro de Acidente de Trabalho) que é pago de acordo

com o FAP (Fator Acidentário de Prevenção), atualmente girando em torno de 1% a 3% sobre

a folha de pagamento, sendo calculado de acordo com a freqüência dos acidentes.

3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Projeto de Mecanismo Ergonômico Para Transporte de Carga

[5] Reuleaux define uma máquina da seguinte forma: “Uma máquina é uma combinação de corpos resistentes de tal forma que, por seus intermédios as forças mecânicas podem ser compelidas a efetuar trabalho, acompanhado de certos movimentos”.

Reuleaux continua e define “Cinemática, a Ciência do Mecanismo Puro, como o estudo dos arranjos de máquina por meio dos quais os movimentos mútuos de suas partes, considerados como mudanças de posição, são determinadas”.

Em resumo uma máquina tem a ver com transmissão de energia, enquanto um mecanismo está ligado à transmissão de movimento.

Um mecanismo, popularmente chamado de Braço Mecânico, destinado a transportar, manipular cargas, peças as quais ofereçam certo desconforto físico para o homem. Braço mecânico controlado por uma pessoa pode ser acionado tanto por motores, como pela própria pessoa que o controla, sem comandos elétricos e/ou pneumático. Manipuladores são usados freqüentemente em fábricas e laboratórios, em situações que oferecem riscos físicos e ergonômicos para o trabalhador humano.

2.1.1 Partes do Mecanismo

- Braços: É formado por várias partes: elos, juntas, punho, órgão terminal (Garra). Elos são as partes rígidas de um braço, comparável aos ossos do braço de uma pessoa. Juntas são as partes do braço que permitem uma conexão entre dois elos (ombro, cotovelo, punho).

As juntas são de dois tipos: deslizantes e rotativas. Juntas deslizantes, também chamadas de juntas lineares, movem-se em linha reta, sem girar. Elas estendem-se e retraem-se ou movem para dentro ou para fora como um elevador hidráulico.

As juntas rotativas, também chamadas juntas rotacionais, giram em torno de uma linha imaginária estacionária chamada eixo de rotação. Elas giram como uma cadeira de rodas ou abrem e fecham como um cotovelo ou dobradiça de porta.

- Garra: Podem ser de vários tipos, pinças mecânicas para pegar a maioria dos objetos rígidos, atrativos eletromagnéticos para pegar objetos de ferro, e ventosas de sucção a vácuo para pegar objetos delicados com superfícies lisas como espelho, pratos, vidros e ovos.

- Molas: São definidas como elementos capazes de absorver grande quantidade de energia e então se deformando sem atingir seu limite elástico. São comparadas ao músculo contido no braço humano, ou seja, executará a força necessária para sustentar ou erguer a peça ou dispositivo a ser transportado. Podem ser subdivididas em molas helicoidais de compressão, helicoidais de tração, molas de torção, molas tipo prato, molas planas de lâminas, molas conjugadas ou feixe de molas.

Na figura 2.1 mostra-se um exemplo de molar de compressão, e na figura 2.2 são molas de tração, a função de cada mola é notada pela sua forma de construção.

4

Fig. 2.1 - Molas de Compressão[6] Fig. 2.2 – Molas de Tração[7] O comparativo do mecanismo ergonômico para transporte a um braço humano é

observado melhor quando mostrado em figuras 2.3 e 2.4 como ilustradas abaixo:

Fig. 2.3 – Tecido Muscular Braço Humano Fig. 2.4 – Braço Mecânico Adaptado ao Corpo Humano [2]

2.1.2 Grau de Liberdade

[5] Grau de liberdade é o número de variáveis independentes necessárias para definir totalmente um mecanismo.

Uma peça composta de dois elementos é chamada de peça binária. Assim, o mecanismo de quatro barras tem quatro barras binárias. Mas uma peça pode ser ligada a mais duas outras.

Hartenberg e Denavit usam a expressão variável do par para as coordenadas que descrevem o movimento relativo dos elementos de um par.

Há seis pares cinemáticos que são identificados como pares inferiores por Reuleaux: O par giratório ou revoluto permite apenas a rotação relativa e, desta forma, tem um

grau de liberdade. O par prismático permite apenas o movimento de deslizamento. O par cilíndrico

permite os movimentos de rotação e deslizamento. Desta forma, o par prismático tem um grau de liberdade e o par cilíndrico dois graus.

O par de roscas tem apenas um grau de liberdade porque o avanço e a rotação estão relacionados pelo ângulo de hélice da rosca.

5

O par plano raramente é encontrado nos mecanismos. As variáveis do par são x, y e ө. O par globular ou esférico é uma junta universal e, desta forma, são possíveis três

rotações em torno de cada um dos eixos coordenados. O número de eixos de movimento é o número de movimentos distintos que um braço

pode realizar. Aliando-se a isso temos que o número de graus de liberdade iguala-se ao número de juntas, de forma que um braço com cinco graus de liberdade possui cinco juntas, e um braço com seis graus de liberdade possui seis juntas.

A noção de graus de liberdade tem limites definidos. Por exemplo, uma junta não possui apenas uma direção de movimento, mas também limites a esse movimento. Por exemplo, quando se segura um ovo com a mão, o mesmo é seguro mantendo a palma da mão em contato com ele. Isto ocorre porque as juntas dos dedos só dobram na direção da palma da mão e não na direção das costas desta. Desse modo, usam-se os graus de liberdade adicionais das juntas dos punhos, cotovelo e ombro para mover a mão de tal forma que a palma fique de frente para o ovo. Portanto, ter mais juntas, ombro, punho e cotovelo, ajudam a compensar o fato de ter uma faixa de movimentos um tanto limitada nos dedos.

2.2 Suporte para Desenvolvimento

2.2.1 Inventor

[3] Autodesk Inventor é um programa desenvolvido pela companhia de software Autodesk que permite modelar imagens a três dimensões. Os modelos 3D gerados pelo Autodesk Inventor, também são funcionais, ou seja, eles funcionam como no mundo real. Se o modelo for um motor, por exemplo, as peças que se movem e giram no modelo real, também se movem e giram no modelo 3D. O Autodesk Inventor também contempla a parte de engenharia, não apenas modelando as peças, como também as dimensionando, superando assim, o escopo de ferramentas de Desenho Assistido por Computador (CAD). Pode-se ter um breve noção dos desenhos nas figuras 2.6 e 2.5 representadas abaixo.

Fig. 2.5 – Esquema Amortecedor Fig. 2.6 – Figura demonstrando cálculo e força em um dispositivo

6

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Este capítulo é dedicado à apresentação do Mecanismo Ergonômico para Transporte de

Cargas, aqui tratado como braço mecânico, bem como seus cálculos sua arquitetura mecânica,

os métodos utilizados para desenho e confecção do mesmo e sua funcionabilidade.

3.1 Mecanismo Ergonômico para Transporte de Cargas

Um dispositivo com finalidade de auxiliar o trabalhador no transporte e/ou movimentação

de peças pesadas, o braço mecânico, trabalha com sistema de molas, sendo ele puramente

mecânico sem interferência eletrônica ou de qualquer outro tipo de alimentação pneumática

ou hidráulica, sua funcionabilidade ou capacidade de carga é calculado pelo dimensionamento

da mola empregada, ou seja, o ponto chave deste dispositivo é a mola, todo o seu desempenho

depende de um bom dimensionamento deste componente.

Para ser efetuado o calculo da mola é necessário, antes, executar algumas outras análises

baseadas no peso para o qual o dispositivo será dimensionado. Estas análises são baseadas no

calculo da força dinâmica que estará atuando nos pontos chaves do dispositivo, faz se

necessário uma análise no DCL (diagrama de corpo livre), algumas variáveis a serem

analisadas são as acelerações, momentos de inércia, forças nas barras, momentos entre outras,

este procedimento para que o objetivo principal de dimensionamento da mola seja atingido.

Outros pontos a serem levados em consideração são, também, os materiais a serem

utilizados para confecção dos componentes mecânicos, a base deste estudo do braço mecânico

é o alumínio, por apresentar algumas características que são mais atrativas.

- Peso do dispositivo montado:

Para este projeto, o peso do dispositivo montado é muito importante, pois esta sendo

tratado sobre a dificuldade de se executar serviços com peças pesadas por um período de

tempo longo, ou seja, durante a jornada normal de trabalho, assim o dispositivo não pode ser

contraditório ao projeto, ele deve oferecer ao operador um conforto, no que se refere ao seu

peso. O esforço para manuseio do dispositivo tem que ser a menor das preocupações do

operador nesta hora.

- Custo final do produto:

7

O custo da fabricação do dispositivo não pode ser alto, pois em um projeto, um dos itens

mais importantes é o custo do produto final, que neste caso tende a ser o menor possível.

- Resistência mecânica:

O alumínio comparado ao aço é mais leve, em contrapartida sua resistência mecânica é

menor, porém para o tipo de função que o dispositivo terá e suas cargas aplicadas, as

características do alumínio estão satisfazendo as necessidades. O quadro demonstrativo

abaixo representado na figura 3.1 e também ma figura 3.2, mostra algumas ligas de alumínio e

suas características.

Liga Limite de

resistência (MPa)

Limite de

escoamento (MPa)

Alongamento

(%) em

50mm

Dureza

Brinell

Limite de

resistência

à fadiga

(MPa)

2011 (T8) 405 310 12 100 125

2014 (T6) 485 415 12 135 125

2017 (T4) 425 275 22 105 125

2117 (T4) 300 165 27 70 95

2218 (T72) 330 255 11 95 -

2618 (T61) 435 370 10 - 130

2219 (T87) 475 395 10 130 105

2024 (T861) 515 490 6 135 125

2025 (T6) 400 255 19 110 125

2036 (T4) 340 195 24 - -

Tab. 3.1 - Propriedades mecânicas de ligas Al-Cu trabalhadas[9]

8

Liga Têmpera

Limite de

resistência

mecânica (MPa)

Limite de

resistência ao

escoamento (MPa)

Alongamento

%

(em 50 mm)

Dureza

Brinell

Limite de

resistência à

fadiga (MPa)

7001 T6 675 625 9 160 150

7005 T5 360 315 15 96 -

7021 T62 420 380 13 - 138

7029 T5 430 380 15 - -

7049 T73 540 475 10 146 -

7050 T74 510 450 13 142 -

7075 T6, T73 505 435 13 - 150

7475 T7351 505 435 14 - -

7076 T61 510 470 14 150 -

7178 T6, T651 605 540 10 160 150

Tab. 3.2 - Propriedades mecânicas de algumas ligas da série 7XXX:[8]

[10] O alumínio é um metal leve, macio porém resistente, de aspecto cinza prateado; e

fosco, devido à fina camada de oxidação que se forma rapidamente quando exposto ao ar. O

alumínio não é tóxico (como metal), não-magnético, e não cria faíscas quando exposto à

atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascais (MPa) e 400 MPa se

inserido dentro de uma liga. Sua densidade é aproximadamente de um terço do aço ou cobre.

É muito maleável, muito dúctil e apto para a mecanização e para a fundição, além de ter uma

excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o

segundo metal mais maleável (o primeiro é o ouro) e o sexto mais dúctil. Por ser um bom

condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

O alumínio puro é maleável e frágil, porém suas ligas com pequenas quantidades de

cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de

características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material

principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz

visível como a infravermelha. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do

revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em

substituição aos de prata.

9

Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como

combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ánodo

de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

Outros usos do alumínio são:

• Transporte: Como material estrutural em aviões, barcos, automóveis, tanques,

blindagens e outros.

• Embalagens: Papel de alumínio, latas, tetrabriks e outras.

• Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.

• Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.

• Transmissão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60%

menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela

sua grande malebilidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão e

reduzindo, desta maneira, os custos da infraestrutura.

• Como recipientes criogênicos até -200 ºC e, no sentido oposto, para a fabricação de

caldeiras

• Observação: As ligas de alumínio assumem diversas formas como a Duralumínio.

- Impacto ambiental:

Impacto Ambiental é o efeito causado por qualquer alteração benéfica ou adversa causada

pelas atividades humanas ou naturais no meio ambiente.

As ações humanas sobre o meio ambiente podem ser positivas ou negativas, dependendo

da intervenção desenvolvida. A ciência e a tecnologia podem, se utilizadas corretamente,

contribuir enormemente para que o impacto humano sobre a natureza de acordo com o tipo de

alteração, podendo ser ecológica, social e/ou econômica.

Todo dispositivo, por melhor que seja, tem um tempo de vida útil, por causa dos

desgastes ocasionados pelo uso do equipamento, batidas, e outras interferências que levam à

substituição de partes e peças, manutenções preventivas, pensando nisto o projeto do

mecanismo ergonômico para transporte de cargas foi implementado de maneira que seus

10

componentes fossem feitos de materiais que pudessem ser aproveitados, ou seja, reciclados

para novo uso não agredindo assim o meio ambiente com o descarte dos mesmos. O propósito

foi atingir 100% de materiais recicláveis.

[11] A reciclagem de alumínio é o processo pelo qual o alumínio pode ser reutilizado

em determinados produtos, após ter sido inicialmente produzido. O processo resume-se no

derretimento do metal, o que é muito menos dispendioso e consome muito menos energia do

que produzir o alumínio através da mineração de bauxita. A mineração e o refino deste

requerem enormes gastos de eletricidade, enquanto que a reciclagem requer apenas 5% da

energia para produzi-lo. Por isto, a reciclagem tornou-se uma atividade importante para esta

indústria.

O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida útil

esgotada, como de sobras do processo produtivo. O alumínio reciclado pode ser obtido a

partir de esquadrias de janelas, componentes automotivos, eletrodomésticos, latas de bebidas,

entre outros. A reciclagem não danifica a estrutura do metal, que pode ainda ser reciclado

infinitamente e reutilizado na produção de qualquer produto com o mesmo nível de qualidade

de um alumínio recém produzido por mineração.

Pelo seu valor de mercado, a sucata de alumínio permite a geração de renda para milhares

de famílias brasileiras envolvidas da coleta à transformação final da sucata.

Desta forma, a reciclagem do alumínio gera benefícios para o país e o meio ambiente,

além de ser menos custoso de obter do que através da sua produção por mineração

11

3.2 Desenho do dispositivo

Nas figuras 3.3 e 3.4, se pode ver a montagem individual do dispositivo, com algumas de

suas partes internas, tais como a mola e as roldanas, a figura 3.4 mostra o tipo do colete que

será utilizado pelo operador do dispositivo que estará preso na altura da cintura do mesmo. O

colete é necessário para proteção da coluna do operador, pois assim o peso exercido pelo

dispositivo e a peça não estarão apoiados diretamente na coluna e sim exercerão a força peso

sobre as pernas do operador.

Fig. 3.3 – Montagem Braço Mecânico

12

Fig. 3.4 – Montagem Braço Mecânico

Fig. 3.5 - Colete Suporte para o Braço

13

Na figura 3.6, são passadas algumas dimensões da montagem do dispositivo, e também

uma vista em perspectiva para compreensão do mesmo, não foi colocado o desenho da garra,

pois a mesma ainda não foi finalizada.

Fig. 3.6 - Dimensões Montagem do Dispositivo

3.3 Funcionamento do Dispositivo

Inicialmente, como a idéia surgiu de um suporte de câmera, o dispositivo apresentava

uma dificuldade, que era a de vencer a força da mola para abaixar o dispositivo, conforme

figura 3.7, pois o mesmo foi desenvolvido para suportar peso, neste caso só se tornaria leve

quando houvesse um peso sobre o dispositivo, sendo assim o operador necessitaria de

desempenhar uma força suficiente para vencer a força da mola, que sustenta o peso. Para que

este problema fosse solucionado foi desenvolvido um novo sistema para ser implementado no

14

dispositivo, que consiste em colocar uma mola na roldana maior, com o objetivo apenas de

recolher o cabo de aço quando não houver atuação da mola principal, duas travas, com o

objetivo de travar a mola principal quando a mesma estiver estendida e não houver peça na

garra.

Fig. 3.7 – Dispositivo Sem Alterações

A mola principal estará travada e estendida, inicialmente, conforme a figura 3.8, para que

a mesma quando for solicitada possa executar sua função de equilibrar a carga.

Fig. 3.8 - dispositivo em corte com travas

Acionadas e mola principal estendida

travas

Mola

Mola Principal

Cabo de aço

Mola Principal Roldanas

15

Na garra haverá uma célula de carga mecânica, conforme figura 3.9, assim quando a

garra estiver fechada com peça, aciona-se um cabo de aço que destrava a mola principal para

que a mesma execute o trabalho necessário para manter a peça equilibrada.

Quando o operado depositar a peça no lugar apropriado, a mola principal estará

estendida, devido à posição do braço, assim quando a peça for liberada, as células de cargas

mecânicas serão desacionadas liberando as travas da mola para que a mesma permaneça

estendida.

Fig. 3.9 – Garra com Célula de Carga Mecânica

Este dispositivo será fixado através de um colete para que o mesmo não agrida a coluna

do operador quando estiver em atividade, na lateral do colete tem uma trava que irá fixar o

braço mecânico, conforme ilustrado na figura 3.10.

Fig. 3.10 – Esquemático de fixação do Braço Mecânico ao Corpo

Células de Carga

Mecânica

Local de encaixe

da Garra

16

3.4 Cálculos

Para que o dispositivo seja construído é necessário realizar alguns cálculos, como

demonstrado abaixo, foi adotado o método de análise do diagrama de corpo livre (DCL),

assim facilitando a visualização das forças atuantes no dispositivo. O principal intuito é de

calcular as molas que são os principais itens do dispositivo, sendo elas que farão o papel de

músculo, se comparado ao um braço humano. As figuras 3.11 e 3.12 dão uma clareza melhor

da analise no diagrama de corpo livre.

Considerando a massa da peça a ser movimentada de 10 kg, isso equivale a uma força de

100 N, realizam-se os cálculos das reações de apoio estaticamente como segue abaixo:

Fig. 3.11 - Diagrama Corpo Livre Braço Mecânico Parte I

∑ =−−−⇒⊕↑= 00 mPByFy

- By – 10 – 100 =0 => By= 110 N

- Como no levantamento não é exercido forças em X, as componentes em X são igual a

ZERO.

- As componentes em X só terão valores quando os movimentos de translação forem

executados, porém estes movimentos não influenciarão nos cálculos das molas.

Seguindo o mesmo raciocínio anterior, os cálculos do outro componente ficam:

17

Fig. 3.12 - Diagrama Corpo Livre Braço Mecânico Parte II

∑ =−−−⇒⊕↑= 00 FPDyFy

- Dy – 10 – 110 =0 => Dy= 120 N

- Como no levantamento não é exercido forças em X, as componentes em X são igual a

ZERO.

- A partir destes dados podem-se iniciar os cálculos das molas envolvidas no projeto

[4] Mola 1º Braço

Índice de Curvatura

da

dmC = => mmda

da1,11

9

1001009 ==⇒=

Fator Wahl (kW)

CC

Ckw

615,0

44

14+

−

−= => 17,1

9

615,0

49.4

19.4=+

−

−=kw

Diâmetro do Arame (da)

τπ .

...8 kwCFda = => ²/9,23

²1,11.

17,1.9.110.8mmkN==

πτ

18

Deflexão por Espira Ativa

Gda

CFf

.

³..8= => mmf 77,0

75000.1,11

³9.110.8==

Passo da Mola (P)

=P da + f + 0,15f => P = 11,1 + 0,77 + 0,15.0,77 = 11,98 mm

Comprimento Máximo da mola (Lmax)

Lmax = 4.dm => Lmax = 4.100 = 400mm

Comprimento da Mola (L)

Lf = da.(na+3) (Fechada) => Lf = 11,1(15+3) = 199,8 mm

Constante Elástica da Mola (k)

tf

Fk = �

naC

Gdak

..8

.3

= => 51,915³.9.8

75000.11,1==k

Mola 2º Braço

Índice de Curvatura

da

dmC = => mmda

da1,11

9

1001009 ==⇒=

19

Fator Wahl (kW)

CC

Ckw

615,0

44

14+

−

−= => 17,1

9

615,0

49.4

19.4=+

−

−=kw

Diâmetro do Arame (da)

τπ .

...8 kwCFda = => ²/1,26

²1,11.

17,1.9.120.8mmkN==

πτ

Deflexão por Espira Ativa

Gda

CFf

.

³..8= => mmf 84,0

75000.1,11

³9.1200.8==

Passo da Mola (P)

=P da + f + 0,15f => P = 11,1 + 0,84 + 0,15.0,84 = 12,07 mm

Comprimento Máximo da mola (Lmax)

Lmax = 4.dm => Lmax = 4.100 = 400mm

Comprimento da Mola (L)

Lf = da.(na+3) (Fechada) => Lf = 11,1(15+3) = 199,8 mm

Constante Elástica da Mola (k)

tf

Fk = �

naC

Gdak

..8

.3

= => 51,915³.9.8

75000.1,11==k

Portanto as molas das duas partes do braço serão praticamente iguais, com poucas

diferenças entre elas, o projeto é composto de mais uma mola espiral que terá que ter força

suficiente para esticar o cabo de aço, sendo desnecessária a realização de cálculos para a

mesma, pois esta pode ser usada uma mola comercial comum.

20

4 RESULTADOS

Com os cálculos efetuados, obtiveram-se os dimensionamentos das forças que serão

aplicadas nos pontos chaves do dispositivo, bem como suas reações, desta maneira pode-se

dimensiona as molas, que são partes principais do dispositivo, cujas especificações seguem

abaixo.

Tipo de Mola Comprimento (mm) Nº Espiras Cisalhamento τ

Constante Elástica

k

Mola Helicoidal 200 20 23,9kN/mm² 7,13

Mola Helicoidal 200 20 26,1kN/mm² 7,13

Tab.4.1 – Tipos de Molas/dimensionamento

21

5 CONCLUSÃO

Baseados nos cálculos, conclui-se que, apesar do dispositivo ser composto por duas

partes distintas, o esforço que cada parte irá ter é praticamente igual, daí os dados da mola

serem parecidos, mudando apenas algumas características, como a tensão de cisalhamento,

pois a mesma depende da força a ser exercida sobre a mola, como a força exercida sobre a

segunda mola é levemente superior à primeira, sua tensão de cisalhamento apresentou-se

superior.

O esforço que a mola irá executar é suficiente para sustentar a massa a qual foi proposta,

para este caso 10 kg, com isso fica a cargo do operador do dispositivo o esforço para

movimentação do mesmo, que nesta caso, já que a peça está equilibrado pelo braço mecânico,

é um esforço quase nulo.

Como o dispositivo estará fixado na cintura do operador preso por um colete, suas pernas

é que estarão suportando tanto o peso do braço mecânico como o peso da peça.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] PROTEFER - Produtos para Segurança Ltda. – Doenças do trabalho

Triplicam, Apresenta texto sobre aumento de doenças ocupacionais.

Disponível em: <http://www.protefer.com/noticias.php?ver=164> Acesso em: 11 de

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[2] Site de Pesquisa :http://www.enciclopedia.com.pt/images/Claudia_Mitchell_-_first_thought-controlled_prosthetic_limb.jpg > acesso em 27 maio 2008 – 21:30hs

[3] Site Inventor :http://www.grapho.com.br/inventor/inventor.htm> acesso em 27 de maio 2008 – 22:00hs

[4] Cunha, Lamartine Bezerra da, “Elementos de Maquinas”, rio de Janeiro: LTC, 2005, p.45-49.

[5] Cinemática dos Mecanismos, Joseph Edward Shigley, São Paulo: editora Edgard Blücher ltda., 1970

[6]Site de Pesquisa: http://storearage34.locasite.com.br/loja/images/ComandosEAcessMolas.jpg > Acesso em 03 de junho 2008 – 21:00hs

[7] Site de Pesquisa - http://www.joalbrinquedos.com.br/Imagens/Produtos/%7BBEF81CFB-3025-4924-A45B-99FAEC6911A1%7D_molas%20-%20vendas.jpg> acesso 03 de junho 2008 - 21:00hs

[8] JORGE, J.C.F. & REBELLO, J.M.A. – “Soldabilidade das Ligas de Alumínio da Classe 7XXX : uma Revisão Bibliográfica”, Soldagem & Materiais, Outubro-Dezembro, 1990, p.30-36.

[9] WEINGAERTNER, W.L., - SCHROEDER, R.B. – “Tecnologia de Usinagem do Alumínio e suas Ligas, Alcan Alumínio, São Paulo, 1991, p.22-24”.

[10] Site de pesquisa Wikipédia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Reciclagem_de_alum%C3%ADnio Acesso em 13 de novembro de 2008 as 14:00

[11] Site de pesquisa Wikipédia - http://pt.wikipedia.org/wiki/Aluminio#Veja_tamb.C3.A9m Acesso em 13 de novembro de 2008 as 14:00

modelo de monografia final 1 -...

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