projeto elevador de caçamba
DESCRIPTION
Cálculo para elevador de caçambaTRANSCRIPT
Curso: Tecnologia de Soldagem
Cálculo e Projetos de Elementos de Máquinas
(CPEM)
Projeto: Elevador de Caçamba
Professor: Benedito Cesar Ferraz
abril de 2015
Claiton Ernandes RA 11105708
Isaque Toledo RA 12111862
Magaiver Antonio RA 12109372
William Akira RA 12109597
2
Sumário
1. Dimensionamento da Caçamba .............................................................................. 4
1.1 Cálculo do Volume ............................................................................................. 4
1.2 Cálculo do peso da caçamba ............................................................................. 5
1.3 Determinação da carga total (Q) ........................................................................ 6
2. Escolha do cabo de aço .......................................................................................... 6
3. Definição do tambor ................................................................................................ 6
4. Cálculo da potência efetiva (Ne) ............................................................................. 7
4.1 Cálculo da velocidade de elevação .................................................................... 7
5. Cálculo dos rendimentos ......................................................................................... 8
6. Cálculo da potência necessária ou consumida ....................................................... 8
7. Cálculo de rotação do tambor ................................................................................. 8
8. Escolha do motor .................................................................................................... 8
9. Cálculo da redução total .......................................................................................... 9
10. Escolha do redutor ................................................................................................ 9
10.1 Fator de serviço ............................................................................................... 9
10.2 Determinação da potência nominal ................................................................ 10
10.3 Verificação da potência térmica ..................................................................... 10
11. Cálculo da transmissão por correia ..................................................................... 10
11.1 Determinar a potência projetada. ................................................................... 10
11.2 Perfil da correia .............................................................................................. 11
11.3 Diâmetro da polia motora ............................................................................... 11
11.4 Diâmetro da polia movida .............................................................................. 11
11.5 Comprimento das correias ............................................................................. 12
11.6 Ajuste da distância entre centros ................................................................... 12
11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia ..................................... 12
11.8 Números de correias necessárias para transmissão ..................................... 13
11.9 Ajuste do Perfil da correia .............................................................................. 14
11.9.1 Potência projetada. ................................................................................. 14
11.9.2 Perfil da correia ....................................................................................... 14
11.9.3 Diâmetro da polia motora ........................................................................ 14
11.9.4 Diâmetro da polia movida ........................................................................ 14
11.9.5 Comprimento das correias ...................................................................... 15
11.9.6 Ajuste da distância entre centros ............................................................ 15
3
11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia .............................. 15
11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão ............................... 16
15. Cálculo do comprimento do tambor ..................................................................... 17
16. Cálculo do eixo .................................................................................................... 18
16.1 Dimensionamento do eixo .............................................................................. 18
16.2 Cálculo das reações de apoio ........................................................................ 21
16.3 Cálculo da força cortante ............................................................................... 22
16.4 Cálculo do momento Fletor ............................................................................ 23
16.5 Diâmetro do eixo ............................................................................................ 25
16.5.1 Potência consumida ................................................................................ 25
16.5.2 Momento torsor ....................................................................................... 25
16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo .................................................................... 25
17. Cálculo da chaveta .............................................................................................. 27
17.1 Peso total ....................................................................................................... 27
17.2 Torque ............................................................................................................ 27
17.3 Tensões admissíveis ...................................................................................... 27
17.3 Verificando compressão ................................................................................. 28
17.4 Verificando cisalhamento ............................................................................... 28
17.5 Comprimento mínimo da chaveta .................................................................. 28
18. Anexos
4
Projeto Elevador de caçamba
1. Dimensionamento da Caçamba
Cosseno α= cateto adjacente/ hipotenusa
Seno α = cateto oposto/ hipotenusa
1.1 Cálculo do Volume
1-
2-
3-
5
1.2 Cálculo do peso da caçamba
Chapas laterais
Chapa do fundo
Chapa da frente
Chapa de trás
Portanto
Assim,
Obs.: Utilizando para fabricação da caçamba, chapas de 1/8” (3mm) onde o peso do
material é de 24 kg/m2.
E sabendo-se que o peso da caçamba não poderá ultrapassar 15% do peso do
material.
Peso do material
Assim, 15% do
6
1.3 Determinação da carga total (Q)
2. Escolha do cabo de aço
Conforme a página 89 do catálogo CIMAF, onde especifica o cabo de aço de acordo
com a utilização (elevador de obra), o cabo escolhido foi 6x25 Filler, com alma de
aço (AACI), torção regular, polido, pré-formado, EIPS.
Usando o fator de segurança, do livro (pág.268) para elevadores de baixa
velocidade (carga) é de 8 à 10.
Assim,
Como utilizaremos 2 cabos,
Assim, na tabela da página 61 o diâmetro do cabo é:
6x25 Filler de 9,5mm ou 3/8”.
3. Definição do tambor
Conforme página 27 do catálogo CIMAF.
O diâmetro do tambor para o cabo de aço 6x25 Filler, recomendado é de 39 vezes o
diâmetro do cabo, e o mínimo é de 26 vezes o diâmetro do cabo.
7
Portanto,
Assim, o diâmetro escolhido foi de 323 mm, pois esse é o diâmetro de um tubo
comercializado pelo fornecedor.
4. Cálculo da potência efetiva (Ne)
Ne= Potência efetiva
Q= Carga total a ser levantada (kg)
V = Velocidade de elevação (m/s)
4.1 Cálculo da velocidade de elevação
Obs.: Tempo de ciclo =
8
5. Cálculo dos rendimentos
Rolamentos (ƞ= 0,99%)
Acoplamentos (ƞ = 0,97%)
Correia/Polia (ƞ = 0,97%)
Tambor/Cabo (ƞ = 0,95%)
Redutor (ƞ =0,95%)
6. Cálculo da potência necessária ou consumida
Potência Efetiva = 15 cv ou 11Kw.
Rendimento do sistema = 0,80%
7. Cálculo de rotação do tambor
8. Escolha do motor
Conforme o catálogo de motores da Weg, o escolhido foi Motor Trifásico Alto
Rendimento Plus. (páginas A-3 e B-5)
Carcaça: 160M
Potência: 20cv ou 15Kw
Rotação: 1765RPM
9
IV Polos à 60Hz
Tensões: 220/380/440V
Grau de proteção: IP55
Isolamento: Classe F
Fator de serviço: 1,15
9. Cálculo da redução total
Motor = 1765 rpm
Rotação do tambor = 29,56 rpm
Relação transmissão por correia = ic ≤ 3
10. Escolha do redutor
Motor = 1765 rpm
Relação transmissão por correia = ic ≤ 3
Assim,
O redutor escolhido foi E 16 3 26 P 19 0 0 0 L, do catálogo Helimax.
Itot RPM ENTRADA RPM SAÍDA TAMANHO
20 600 30 16
10.1 Fator de serviço
Conforme página 8 do catálogo de redutor helimax e a tabela da página 9, obtem-se:
Fs = 1,25
10
10.2 Determinação da potência nominal
10.3 Verificação da potência térmica
Onde:
Pc = 14 Kw
PT = Potência térmica admissível.
PTG = Potência térmica natural (página 18)
fa = Fator temperatura ambiente tabela 1 (página 7)
fb = Fator de duração de operação tabela 1 (página7)
fc = Fator ambiente tabela 1 (página7)
ft = máxima temperatura do óleo tabela1 (página 7)
Condição (I):
Portanto, essa aplicação não necessita de sistema complementar de refrigeração.
11. Cálculo da transmissão por correia
Conforme o catálogo de correias Gates.Perfil de correia Hi-Power II.
11.1 Determinar a potência projetada.
Onde,
HP =Potência do motor (HP)
11
fs = Fator de serviço (Tabela 1)
O fator de serviço levando em consideração o serviço normal de 8 – 10 horas por dia
é 1,2 (Tabela 1 página 1).
11.2 Perfil da correia
Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é B.
11.3 Diâmetro da polia motora
É determinado em função da potência do motor e da RPM mais rápida.
De acordo com a tabela 3 (página 3), o diâmetro mínimo em polegadas é de 4,6’’.
Na tabela 14 (página 12) indica os diâmetros padronizados, então utilizaremos o
diâmetro de 120 mm.
11.4 Diâmetro da polia movida
12
11.5 Comprimento das correias
(Entre centros de C=500 mm)
Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)
11.6 Ajuste da distância entre centros
Tabela 6 (página 6)
Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,12.
11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia
hpb: Potência básica (tabela14, página 12)
hpa: Potência adicional (tabela 14)
Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6)
13
Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)
Por meio da tabela 9, define-se a correção do arco de contato “Fg”.
Arco de contato de polia
Menor (graus)
Fator “G”
0,40 157 0,94
0,46 1530 24’ 0,934
0,50 151 0,93
Portanto, o fator “Fg” é 0,934.
Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por
correias.
11.8 Números de correias necessárias para transmissão
Portanto, vamos utilizar 5 correias B-53 Gate Hi Power II.
14
11.9 Ajuste do Perfil da correia
Mediante o excesso de correias calculadas no item acima, optou-se por mudar o
perfil da correia para diminuir a quantidades das mesmas.
11.9.1 Potência projetada.
11.9.2 Perfil da correia
Para diminuirmos as quantidades de correias, optamos por utilizar outro perfil de
correia.
Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é C.
11.9.3 Diâmetro da polia motora
O diâmetro da polia calculada é de 120 mm, mas para podermos utilizar o perfil C da
correia, o diâmetro mínimo recomendado é dado na tabela 15 (página 13), que será
de 180 mm.
11.9.4 Diâmetro da polia movida
15
11.9.5 Comprimento das correias
(Entre centros de C=500 mm)
Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)
11.9.6 Ajuste da distância entre centros
Tabela 6 (página 6)
Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,165.
11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia
hpb: Potência básica (tabela14, página 12)
hpa: Potência adicional (tabela 14)
Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6)
16
Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)
Por meio da tabela 9, define-se a correção do arco de contato “Fg”.
Arco de contato de polia
Menor (graus)
Fator “G”
0,50 151 0,91
0,65 148 0,90
0,70 145 0,89
Portanto, o fator “Fg” é 0,9.
Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por
correias.
11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão
Portanto, vamos utilizar 3 correias C-85 Gate Hi Power II.
17
15. Cálculo do comprimento do tambor
D – Diâmetro primitivo do tambor (mm)
d – Diâmetro do cabo (mm)
l – comprimento do cabo a ser armazenado (curso) (mm)
l0 – comprimento de uma volta de cabo enrolado (mm)
lu – Comprimento útil ranhurado do tambor (mm)
lt – Comprimento total do tambor (mm)
nt – Número total de espiras (-)
nu – Número de espiras úteis (-)
t – Passo das ranhuras do tambor (mm)
Fórmulas:
18
D = 323
d = 9,5 ou 3/8”
l = 11,026 m
t = 12 mm (escolhido conforme tabela abaixo)
Valores de “t” e” f” tabela abaixo (t=12 e f=80)
Valor “j” estipulado ½” (12,7)
16. Cálculo do eixo
16.1 Dimensionamento do eixo
Dados:
Acoplamento: Catalogo V- Flex
Comprimento: 85 mm
Diâmetro máximo: 97 mm
Peso: 24,5 kg
19
Mancal: NSK
Comprimento: 155 mm
Diâmetro do eixo: 60 – 100 mm
Peso: 18 kg
Tambor:
Comprimento: 354 mm
Diâmetro: 323 mm
Peso:
Obs.: O peso do tubo por metro é dado pelo fabricante.
Flange:
20
Peso total dos dois tambores:
Caçamba + carga:
Peso:
Eixo:
Comprimento:
1- Mancal – 155 mm
2- Espaçamento entre os elementos – 50 mm
3- Acoplamento – 85 mm
4- Tambores – 354 mm
5- Espaçamento entre tambores – 875 mm
Comprimento total – 2128 mm
Peso:
Peso total para o cálculo do eixo:
21
Obs.: A massa de um kilograma à superfície da terra tem um peso de
aproximadamente 9,807 Newtons. 1kg = 9,8N.
Portanto,
16.2 Cálculo das reações de apoio
22
Gráfico das reações de apoio:
16.3 Cálculo da força cortante
23
Gráfico das forças cortantes:
16.4 Cálculo do momento Fletor
X M1
0 0
0,559 6,956 kN
X M2
0,559 6,956 kN
1,434 6,469 kN
24
X M3
1,434 6,469 kN
1,915 -0,05 kN
X M4
1,915 -0,05 kN
2,128 0,00 kN
Gráfico dos momentos fletores:
25
16.5 Diâmetro do eixo
Dados:
1) Potência efetiva = 15 cv ou 11 kw
2) Rendimentos:
Par de rolamentos: ƞ = 0,99%
Acoplamento: ƞ = 0,97%
Tambor/ cabo: ƞ = 0,95%
3) Rotação do tambor = 29,56 rpm
4) Momento fletor = 6956 Nm
16.5.1 Potência consumida
16.5.2 Momento torsor
16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo
O material para a fabricação do eixo será o SAE 1045
Limite de escoamento: 310 MPa
Limite de resistência: 570 MPa
26
Tensão admissível
Fator de segurança retirado da tabela 11.1 da (página 149) eixos e árvores.
Devido ao rasgo da chaveta temos:
Diâmetro do eixo
Portanto, o diâmetro do eixo deverá ser de no mínimo 120 mm nos pontos críticos
de flexão, e podendo ser escalonado nos pontos de menor flexão.
27
17. Cálculo da chaveta
17.1 Peso total
Caçamba + carga, temos:
Transformando kilogramas para Newton, temos:
Força transmitida por cada tambor, temos:
Diâmetro do tambor
17.2 Torque
17.3 Tensões admissíveis
O material para a fabricação da chaveta será o SAE 1030. Com b=40mm, h=22mm
e t1= 12mm.
Limite de escoamento: 260 MPa
28
17.3 Verificando compressão
17.4 Verificando cisalhamento
17.5 Comprimento mínimo da chaveta
Portanto, a especificação da chaveta, temos:
DIN 6885
Aço SAE 1030
40 x 22 x 30