1

Projetos de Mecanismos (PMN)

Prof. Dr. Engª Waldemar Bonventi Jr.

2

Tópicos1. Introdução. Descrição e classificação geral dos

mecanismos.2.Configurações. Graus de liberdade. Mecanismos

básicos.3.Análise cinemática dos mecanismos.4.Análise dinâmica dos mecanismos.5.Perfis conjugados (camos e engrenagens).6.Síntese dos mecanismos.7.Projeto de mecanismos articulados.8.Introdução aos mecanismos tridimensionais.

3

Bibliografia● SHIGLEY, J.E. Cinemática dos Mecanismos e

Dinâmica das Máquinas, Edgard Blucher, 1970● DENAVIT, J., HARTENBERGER, R.S. Kinematic

Synthesis of Linkages, McGraw-Hill, 1964. ● SCLATER, N.; CHIRONIS, N. Mechanisms and

Mechanical Devices Sourcebook, 3rd ed., McGraw-Hill Professional, 2001.

● MADUREIRA, O., VON LANGENDONCK, C.T. Introdução aos Mecanismos de Camos, Grêmio Politécnico DLP-USP, 1970.

4

AvaliaçãoMp = (P1 + P2)/2

Mf = (0,8 Mp + 0,2 T)

Se Mf > 5,0 aprovadoSe Mf < 5,0 fazer P3E a nova média é calculada comoMp = (P1 + P2+ P3)/3M

f = (0,8 Mp + 0,2 T)

SendoMf – Média final

P1 – 1ª Prova

P2 – 2ª Prova

P3 – 3ª ProvaT – Média dos trabalhos em sala de aula, laboratório e extra-

classe.

5

Introdução● Os projetos de engenharia consistem na

criação de planos de máquinas, estruturas, sistemas ou idealização de processos, para realizarem funções bem definidas.

● Um projeto mecânico é o conjunto de operações necessárias para realizar a construção ou montagem de uma máquina, dispositivo ou processo.– Concepção e disposição de peças que satisfaçam

determinado objetivo.– Definição da geometria, material, fabricação e

montagem.

6

Introdução● Um projeto compõe-se das seguintes etapas:

1.Reconhecer e constatar sua necessidade.2.Estudo de soluções possíveis e seleção de uma,

que será estudada com mais detalhes.3.Delinear o anteprojeto da máquina, estrutura,

sistema ou processo selecionado. Definir as especificações.

4.Dimensionar todos os componentes e preparar os desenhos e espeficicações mais detalhadas.

● Fases iniciais: criativas.● Fases finais: decisões encadeadas.

7

Introdução● Definir primeiramente “o

que” será criado.– Criação => “arte”

● No projeto, o conjunto e a disposição das peças consistirá normalmente de um ou mais mecanismos.

● Para a escolha destes mecanismos, o projetista deve conhecer o maior número possível deles.

● Bom senso + ensaios + experiência.

● Outros fatores:– Atrito, desgaste e

aquecimento– Utilidade– Custo– Segurança– Ruído– Aparência– Versatilidade– Controle– Resistência e rigidez– Lubrificação– ...

8

Introdução1. Arranjo cinemático2. Estudo das forças

externas e internasnem todas as acelerações são conhecidas, pois as massas das partes móveis ainda estão indefinidas

3. Projetos dos elementos de máquinas utilizados

complementar estudo da fase 2.

9

Introdução● Mecanismo: conjunto de elementos de

máquinas interligados para produzir um movimento específico.– Êmbolo + biela + manivela de um motor ou

compressor– Engrenagens acopladas (“trem de engrenagens”)– Duas polias ligadas por uma correia “V”

● Deve ser projetado:– Geometria deve atender as características dos

movimentos desejados– Requisitos de espaço

10

Introdução● Análise cinemática: métodos usados para

equacionar o movimento dos mecanismos● Síntese cinemática: configuração final de um

mecanismo que produz os movimentos preestabelecidos

● Cinemática: estudo do movimento independentemente das forças que o originaram– Posição, geometria, deslocamento, rotação,

velocidade, aceleração

11

Introdução● Exemplo: motor ou compressor

– Que relação existe entre o movimento do êmbolo e a árvore de manivelas?

– Qual a velocidade de deslizamento entre as superfícies lubrificadas do êmbolo e do cilindro, para as várias posições do êmbolo?

– Qual a direção e o módulo da aceleração do êmbolo e de que forma variam durante um ciclo completo?

– Que trajetória descreve o centro de gravidade da biela?

– Que diferenças há entre os movimentos de um motor de curso longo e curto?

12

Sistemas de classificação de mecanismos● Funcional

– Considera o mecanismo completo (“caixa-preta”)– Tais caixas-pretas podem ser subdivididas em outras

=> cada uma com sua função– Sistema = coleção de mecanismos

● Estrutural– Considera a natureza das partes = movimento relativo

entre elas. Conexão entre partes.– Transformação de movimentos entre seus

componentes de entrada e de saída = forma de interligação: rolamentos, deslizamentos, barras, conectores flexíveis, ganchos, ressaltos, ...

13

Classificação de acordo com o mecanismo● Alavanca de Bell● Engrenagem de desvio

(bevel gear)● Camo (came)● Cardã● Manivela● Manivela deslizante● Engrenagens● Mecanismo intermitente de

Genebra

● Alavanca● Conexões vinculadas● Pistão● Polias● Pinhão e cremalheira● Catraca● Movimento recíproco● Coroa-parafuso

14

Alavanca de Bell

15

Engrenagem de desvio(bevel gear)● Inclinação do eixo de rotação e velocidade

angular (pela proporção entre dentes)

16

Camo (came)

17

Cardã

18

Manivela

19

Manivela deslizante

20

Engrenagens

21

Mecanismo intermitente de Genebra

22

Alavanca

23

Alavancas

24

Vínculos, conexões

25

Pistão

26

Polias

27

Pinhão e cremalheira

28

Catraca

29

Movimento recíproco

30

Retorno rápido

31

Coroa-parafuso

32

Mecanismos compostosescape de relógio

33

Mecanismos compostos

Máquina de Stirling

34

Máquina de Stirling (2)

35

Catapulta “Trebuchet”

36

Máquina a vapor

37

Máquina a vapor de Mamod

38

Classificação de acordo com o mecanismo● Geradores de movimento retilíneo

– Watt– Scott-Russell– Peaucelier– Tchebicheff– Trem de engrenagens epicíclicas

● Conversão movimento linear <-> rotação– Manivelas– Balancim de Scotch– Movimento linear intermitente

39

Watt

40

Scott-Russell

41

Peaucellier

42

Tchebicheff

43

Junta de Scotch

44

Intermitente linear

45

Retorno rápido de Whitworth

46

Classificação de acordo com o mecanismo● Conexão de quatro

barras– Arraste– Manivela + oscilação– Oscilação dupla– Gerador de funções

● Escapes– Genebra (Geneva)– De relógio

● Mistos– Retorno rápido de

braço oscilante– Retorno rápido de

Whitworth– Zíper– Pinhão e cremalheira

47

Conexões de quatro barrasBarra de arraste

48

Conexões de quatro barrasManivela oscilante

49

Conexões de quatro barrasManivela dupla

50

Gerador de função quadrática

51

Cremalheira e pinhãomostrando a curva involuta e o contato linear

52

Classificação de acordo com o movimento

53

Conversões de movimentos● Linear p/ rotativo: cremalheira e pinhão● Transformação linear: polia, alavanca● Transformação direcional: alavanca de sinos● Oscilatório p/ recíproco: biela, camo● Oscilatório p/ rotativo: biela● Oscilatório p/ intermitente: catraca● Oscilatório p/ irregular: camo● Recíproco p/ rotativo: pistão● Recíproco p/ oscilatório: vínculos (homem + martelo)● Recíproco p/ intermitente: catraca● Recíproco reflexivo: alavanca, polia● Rotativo p/ linear: roda● Rotativo p/ recíproco: pistão, cardã● Rotativo p/ oscilatório: biela, retorno rápido● Rotativo p/ intermitente: Genebra● Rotativo p/ irregular: camo● Irregular: esta parte do mecanismo não é usada como motora● Intermitente: o elemento que realiza o movimento é usado como final

da transmissão do movimento