rosca transport final
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Projeto de Máquinas – 9º Sem. Engenharia Mecânica EEP
Rosca transportadora Inclinada
Grupo 11:
Bruno C. Gomes, 200070093
Eduardo F. Belém , 200070760
Edenilso de Oliveira, 200070797
Thiago C. de Paula, 200070095
Lucas B. Alvez, 200070101
Piracicaba 06/2011
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Índice
Página
Dados do Transportador e material transportado______________________________________ 3
Potência e rotação para a capacidade de projeto______________________________________ 4
Deflexão da árvore da Rosca Transportadora_________________________________________ 7
Torção da árvore da Rosca Transportadora __________________________________________ 9
Expansão térmica da árvore da Rosca Transportadora _________________________________ 11
Mecanismos de acionamento (Acoplamentos e Chaveta)________________________________ 12
Determinação dos Mancais (Tampas e Intermediários)_________________________________ 13
Determinação dos Parafusos de União_______________________________________________ 17
Resumo do Projeto _____________________________________________________________ 18
Desenhos
Conjunto Geral____________________________________________________________ 20
Corpo e Detalhes__________________________________________________________ 21
Referências Bibliográficas________________________________________________________ 22
Anexos_______________________________________________________________________ -
2
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Memorial de Cálculos
Potência e rotação para a capacidade de projeto - Dimensionamento do Motor e Redutor
• Constantes Tabeladas:
Massa Específica (Cevada Inteira) (ρ) = 0,67 t/m³ Coeficiente de enchimento (ψ) = 0,4 Coeficiente em função da inclinação da calha (C) = 0,7 Coeficiente (A) = 4565
• Diâmetro da Hélice:
5,2
12,47 CA
QD
××××=
ψρ
���� 5,2
7,04,06567,012,47 ××××=
QD ���� mD 38,0=∴
Adotaremos mD 40,0= ���� mmD 400=
• Rotação - Máxima:
D
AN =max ����
4,0
65max =N ���� rpmN 8,102max =∴
- Projeto:
cntDQ ××××××= ψρ212,47
7,04,04,067,04,012,4750 2 ××××××= n
rpmN proj 38,88=∴
projN maxN< - OK!
• Potência Projetada
)(367
WLHQ
P ×+×= ���� )2,1106,2(367
50×+×=P ���� KWP 99,1=∴
4
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
• Rendimentos: η motorredutor = 0,92 η mancal de rolamento (par) = 0,98 η mancal deslizamento (par) = 0,97
escormancrolmancredt ... ηηηη ××= ���� 875,0=tη
• Potência Requerida:
t
PP calc
η= ���� 875,0
99,1=P ���� KWP 28,2= adotado KWP 0,3=
� Motor Adotado (Segundo Catal. SEW – página 690 – Anexo 1)
DRE100M4 KWP 0,3=
rpmNa 1715= 24 .10.56 mkgJm −= ².10.56 4 mKgJM
−= hZ /68000 =
� Motorredutor Adotado (Segundo Catal. SEW – página 456 – Anexo 1)
K57 57,17=i
NmMa 290= rpmNa 98=
90,1=fs
• Verificações Redutor
- Momento de Carga
projN
PxMx
9550×= ���� 38,88
955028,2 ×=Mx ���� NmMx 37,246=
- Fator de Serviço (fs) Velocidade Projeto (Vp)
PassoNaV ×= � 4,0102 ×=V �
min/2,39 mV = ���� segmV /65,0= Velocidade máxima (Vm)
PassoNaV ×= � 4,08,102 ×=V �
min/12,41 mV = ���� segmV /68,0=
5
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Massa
* Capacidade de transporte da rosca min
83,0min
50tonton
→
.
.
Veloc
projCapm = ���� min/2,39
min/83,0
m
tonm = ���� m
tonm 021,0=
* Como são 10 metros de rosca, Kgtonmm
ton21021,010021,0 →→×
Inércia da Carga
2
2,91
××=
Na
VelmJx ����
2
1715
68,02002,91
××=Jx ����
23 .10.01,3 mKgJx −=
Inércia do tubo
)(2
1 2
2
2
1 rrmJ tubo −××= ����
)04859,005715,0(75,222
1 22 −××=tuboJ ����
2.01029,0 mKgJ tubo =
Inércia da Hélice
)(2
1 2
2
2
1 rrmJ hélice −××= ����
)05715,02,0(84,102
1 22 −××=héliceJ ����
².1990,0 mKgJ hélice =
Momento de inércia do Tubo + Rosca reduzido ao eixo do motor
����
2
1715
98)1990,001029,0(
×+=Jx
���� ².10.83,6 4 mKgJx −=
Onde: hálicetuboL JJJ +=
Inércia Total
roscatotal JxJxJx += ����
43 10.83,610.01,3 −− +=totalJx ���� ².10.69,3 3 mKgJx total−=
Fator de aceleração de massa (fam)
Jm
Jxfam = ���� 4
3
10.56
10.69,3−
−
=fam ���� 66,0=fam (classe 2)
Fator de Serviço – para classe 2, funcionando 16 horas constantes por dia, a 40% ED, segundo o
gráfico de Fator de Serviço para redutores SEW � 35,1=fs
ocatácalcculado fsfs log< - OK!
2
×=
ML n
nJJx
6
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Deflexão da árvore da rosca transportadora
• Tubo Adotado (conforme anexo 7): Características do Tubo: Características da Hélice: Tubo: Schedule 80 Material: Inox AISI 304 Diâmetro Nominal: Ø 4” Espessura da chapa: 3/16” = 4,76 mm Diâmetro Externo: Ø 114,30mm Densidade do material (ρ) = 7900 kg/m³
Diâmetro Interno: Ø 97,18 mm MPae 290=σ Espessura da Parede: 8,56mm Coef. de Dilatação Térmica linear C°= −610.14α Peso: 22,75 kg/m Módulo de Elasticidade (E) = 210 GPA Coeficiente de segurança à flexão = 6 Coeficiente de segurança à torção = 8
• Peso da Rosca:
tubohélice PPq +=
Onde:
passo
edeD
Phélice
××−
×= 4
)( 22 πρ
� 40,0
00476,04
)1143,040,0(7900
22
××−
×=
π
héliceP �
mkgPhélice /84,10=∴
Substituindo:
75,2284,10 +=q
mkgq /59,33=∴
• Módulo de Resistência à Flexão:
)(32
44 didede
Wf −××
=π
� )09718,01143,0(1143,032
44 −××
=π
Wf � 3510.0,7 mWf −=∴
• Momento fletor máximo atuante:
8
2LPMf
×= �
8
559,332×
=Mf �
mKgfMf .95,104=∴
7
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
• Tensão máxima de flexão atuante:
Wf
Mf=σ �
3510.0,7
.95,104
m
mkgf−
=σ � 2
610.50,1m
Kgf=σ
� MPa0,15=σ
CS
eadm
σσ =
� 6
240=admσ
� MPaadm 40=σ
admcalculado σσ < � OK!
• Momento de inércia (Flexão) (If):
)(64
44 dideJf −×=π
� )09718,01143,0(
64
44 −×=π
Jf �
4610.0,4 mJf −=
• Flecha (fmáx.):
JfE
Lqf
××
××=
384
5max
� 69
4
10.0,410.210384
590,3355max
−××
××=f
� mmf 25,3max =
mmf 0,5max < ���� OK!
• Ângulo de deflexão
IE
Lq
××
×=
24
3
θ � 69
3
10.0,410.21024
59,335−××
×=θ
� rad310.08,2 −=θ
� º12,0=θ
8
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Torção da árvore da Rosca Transportadora
• Momento de inércia (Torção) (It):
)(32
44 dideJt −×=π
� )09718,01143,0(
32
44 −×=π
Jt �
4610.64,7 mJt −=
• Módulo de resistência à torção:
)(16
44 didede
Wt −××
=π
� )09718,01143,0(
1143,016
44 −××
=π
Wt �
3410.40,1 mWt −=
• Momento torçor atuante:
.
025,7024)(
nproj
cvNMt
×=
� 98
025,702403,4 ×=Mt
�
mKgfMt .85,288=
* Passando a potência para CV
CVNNKWN 03,4745,0
0,30,3 =→=→=
MaMt <
� OK!
• Tensão máxima de torção atuante:
Wt
Mte =σ
� 410.40,1
85,288−
=eσ �
MPae 6,20=σ
CSeσ
σ =max
� 8
290max =σ
�
MPa25,36max =σ
maxσσ <e
� OK!
• Ângulo de Torção:
GJt
Mt
×=φ
� 96 10.77,8010.64,7
5,2888
×=
−
Nφ
� m
rad310.68,4 −=φ �
º3,0=φ
9
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Sendo que:
)1(2 v
EG
+×=
� )3,01(2
10.210 9
+×=G
�
GPaG 77,80=
* Coeficiente de Poison para aços em geral 3,0=v
7,0<φ � OK!
• Tensão Ideal:
)3(22
ei σσσ ×+= �
)06,23(0,15 22 ×+=iσ �
MPai 42,15=σ
CSadm eσ
σ = � 6
290=admσ
�
MPaadm 35,48=σ
admi σσ < � OK!
10
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Expansão térmica da árvore da Rosca Transportadora
Dados:
metrosLrosca 10= Cinox º10.14 6−=α
Ct º10min = Ct º40max = →−=∆→−=∆ 1040minmax tttt Ct º30=∆∴
• Expansão Térmica Total:
→××=∆→×∆×=∆ −610.143010000LtLL α mmL 2,4=∆∴
• Expansão Térmica Entre Mancais:
→××=∆→×∆×=∆ −−
610.14305000LtLL mancalentre α mmL 1,2=∆∴
11
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Mecanismo de Acionamento - Cálculo do Acoplamento e Chaveta
• Acoplamento
CVKWN 06,40,3 →=
rpmnproj 98. =
mNMt .5,2888=
fs de acoplamento para transportadores = 2,0
fsMtTkn ×= � 0,25,2888 ×=Tkn � NTkn 5777=
Segundo Catálogo de Acoplamentos Antares * Adotado acoplamento AT 140 (ver catálogo – Anexo 2)
NTknmáx 6800=
• Chaveta (conforme norma DIN 6885 – Anexo 3)
Diâmetro do eixo= 80mm b = 22 h = 14 t1 = 8,5 P = 9 (cubo de aço p ≤ 9kgf/mm²) Nchavetas = 2 Mt = 288,5Kgf.m = 288500Kgf.mm
NchthPd
MtLchaveta
×−××
×=
)(
2
1 � 2)5,814(980
2885002
×−××
×=chavetaL
� mmLchaveta 85,72=
** Serão necessárias 2 chavetas com dimensões: 22 x 14 x 72,85 mm
12
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Determinação dos Mancais das Tampas e Intermediários
Mancais das Tampas
mNPMATERIAL /210=
mNPTUBO /5,227=
mNPHÉLICE
/4,180=
Reações nos mancais devido ao peso próprio da rosca:
• Força Radial no Rolamento Livre:
βsen
HLu =
�
180
15
6,2
×=
πLu
�
mLu 93,9=
2
cos β××=
Luqfrpp
�
2
15cos93,959,33 ××=frpp
�
Kgffrpp 94,146=
• Força axial no Rolamento Livre:
βsenLuqfapp ××= �
1593,959,33 senfapp ××=
�
Kgffapp 74,78=
Reações nos mancais devido ao peso do Material:
• Força axial:
µ×××++= LsenPPPPHÉLTUBOMATAXIAL º15)(
7,010º15)4,1085,227210( ×××++= senPAXIAL
NPAXIAL 02,989=∴
• Força Radial:
LPPPPHÉLTUBOMATRADIAL ××++= º15cos)(
10º15cos)4,1085,227210( ××++=RADIALP
NPRADIAL 5273=∴
• Forca Total:
RADIALAXIALTOTAL PPP +=
15,3244971+=TOTALP
NPTOTAL 6262=
13
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
• Área Útil da Seção Transversal da Rosca:
4
)(22
tubohélice DDAu
−×=
π
�
4
)114,04,0( 22 −×=
πAu
�
²115,0 mAu =
• Capacidade da Rosca Totalmente Cheia
CAuvpQ ××××= γψ 601 �
7,0115,02,3967,0601 ××××=ψQ
htonQ /85,1261 =∴ ψ
• Carga do Produto Distribuída na Calha
vp
QQprod
1
6
100 ψ×=
�
2,39
03,132
6
100×=prodQ
�
KgfQprod 93,53=∴
� Rolamento Adotado (segundo catálogo NSK - pág. B78 – Anexo 4) NSK 2216
mmd 80= NC 49000=
NCO 19900=
25,0=e
9,3=y
6,2=Oy
rpmn 4000=
)(Graxa
eFr
Fa>→= 29,0
15,3244
971
Então, utilizaremos
65,0=x
9,32 == yy
• Carga Dinâmica
)()( FayFrxP ×+×= �
9719,315,324465,0 ×+×=P �
NP 60,5895=
• Carga Estática
)( FayFrP OO ××= �
)9716,2(15,3244 ×+=OP �
NPO 85,5765=
• Verificações
- Rotação
calculadocatal nn > � OK!
14
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
- Carga Estática So = 1 (serviço em condições normais de vibração)
OOMIN PSCo ×= 85,57651×=MINCo
� NCoMIN 85,5765=
MINCoCo > � OK!
- Vida Esperada
horasLesperada 50000=
p
Oh P
C
nL
×
×=
60
100000010 , onde p = 3 para rolamento de esferas
3
105765
4900
9860
1000000
×
×=hL
� HorasL h 04,10442710 =
hesperada LL 10< � OK!
Mancal Intermediário (escorregamento – conforme Anexo 5): Material: GG (Ferro Fundido Cinzento) Dados:
²/8 cmKgfPadm =
smVmáx /5,1=
Coeficiente 2~1=d
b � adotado 1,5
d = 97m m b = 145,5 mm
• Carga Dinâmica
2
LqP
×= �
2
1059,33 ×=P � KgfP 95,167=
• Carga Estática
PSPo ×= � 95,1675,1 ×=Po � KgfPo 95,251= * Considerando lubrificação salpicada reduzida So = 1,5
15
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
• Verificações
- Pressão Máxima:
admM PP ≤
bd
PoPM
.= � )(5,14)(7,9
95,251
cmcm
KgfPM
×= � ²/79,1 cmKgfPM =
admM PP < � OK!
- Velocidade:
maxVV ≤
ndV ××= π � )(60
)(
segundos
rpmndV
××=
π � )(60
)(98097,0
segundos
rpmV
××=
π
� ²/49,0 smV =
maxVV < � OK!
- Folga: Ψ=1,5 (Bronze ao chumbo) (1/1000)
r
rR −=ψ � d
dD −=ψ
97
97
1000
5,1 −==
Dψ � D=+
×97
1000
5,197 � mmD 145,97=
→−
=→−
=2
97145,97lg
2lg aFo
dDaFo 145,0lg =∴ aFo
- Espessura do Mancal Utilizaremos mancal do tipo bucha encaixada
)(5,110,1 cmdD +×= )(5,17,910,1 cmD +×=
cmD 17,12= ou mmD 7,121=
16
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Determinação dos Parafusos de União
� Parafusos Adotados (segundo Anexo 6):
Material: Aço inoxidável A2
mmKgfmKgfMt .288500.5,288 →= mmd tubo 18,97int =−
²/38,71 mmKgfadm =τ
tuboparaf dZ
MtF
−×
×=
int
2
� 18,973
2885002
×
×=F
�
KgfF 15,1979=
A
F=τ
� 38,71
15,1979=A
�
²73,27 mmA =
4
²dA
×=
π
� π
Ad
×=
4
�
mmd 95,5=∴
� Será adotado nas uniões do tudo com os eixos 3 parafusos M10, como são 4 uniões, serão utilizados 12 parafusos
17
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Resumo do Projeto
Estimativa do diämetro externo da rosca - D= 0,4 m
Ângulo de inclinação da rosca - β = 15 graus
Velocidade necessária para capacidade do projeto Vp
(Sem considerar o eixo) Vp = 36,78 m/min
(Considerando o eixo) Vp = 39,2 m/min
Área útil = 0,115 m2
Rotação de projeto no eixo da rosca np
np = 1000 Vp/p = 98 rpm
Rotação max = A/(raiz(D)) = 102,8 rpm
Vp = 39,2 m/min
passo p = 400 mm
Velocidade de transporte
Velocidade máxima - Vm = 41,12 m/min
Velocidade de projeto - Vp = 39,2 m/min
Passo -p = 0,4 m
D (m) = 0,4 m
Capacidade de transporte para o enchimento adotado
Q= 50 t/h
Capacidade de transporte para rosca totalmente cheia
Qc= 126,85 t/h
Número de mancais intermediários = 1 -
Rendimento estimado (mancais intermed. e tampas) - ηRosca = 0,875 -
Potência necessária do motor com enchimento adotado - N= 4,03 CV
Características geométricas do eixo tubular
Área da seção transversal - At = 2843,56 mm2
Momento de inércia a flexão - Jx = 3,01.10-3 Kg.m²
Momento de inércia a torção - Jt = 764 cm4
Módulo de resistência a flexão - Wf = 70 cm3
Módulo de resistência a torção - Wt = 140 cm3
Peso próprio do tubo - pt = 22,75 kg/m
Peso próprio da rosca por metro - Pr = 10,84 kgf/m
Carga total distribuída sobre o eixo - q= 33,59 Kg/m
Tensão máxima de flexão no eixo
Momento fletor máximo - Mf = 10495,0 Kgf.cm
σf = 152,96 kgf/cm2
Desalinhamento devido a deflexão do eixo - θ = 0,12 °
Flecha máxima no eixo tubular fmax - fmax = 3,25 mm
18
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Tensão máxima da torção no eixo
Momento torçor máximo - Mt = 28850 kgf.cm
σt = 210,06 kgf/cm2
Força radial nos rolamentos - Frpp = 146,94 kgf
Força axial no rolamento
Força axial do peso próprio - Fapp = 78,74 kgf
Produto distrib. na calha - qprod = 21 kgf/m
Força axial do produto - Fapr = 98,9 kgf
Força axial total no rolamento - Fa = 626,2 Kgf
Expansão Térmica total - ΔL = 4,2 mm
Expansão Térmica entre mancais - ΔLm 2,1 mm
Vida nominal requerida (horas de trabalho) - L10h = 104427,04 horas Carga dinâmica no rolamento - P = 5895,60 N
Capacidade de carga dinâmica (do catálogo) C = 49000 N
19
Vistas auxiliarEscala: 1: 40
15°
2680
9700 3100
B
Vistas ortogonaisEscala: 1: 40
ADETALHE A
ESCALA 1 : 8
DETALHE B ESCALA 1 : 10
6
D
C
B
A
E
F
G
H
E
A
B
C
D
F
54321 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8
G
PESO: FOLHA 1 DE 1
1
06/05/2011
EdenilsoEduardo
Transportador de roscaPEÇA:
PROJETO
DESENHO
ESCALA DES. Nº:
dimensões:
MATERIAL:
FOLHA:
QTD:ITEN:
TOL. GERAL:
Peso:
±0,50 mm
1: 30
1
ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA
OBS:1
DATA
CHANFROS NAO ESP.:
0,5ºTOL. ANGULARES NAO ESP.:
1 x 45º
mm
A2
Vista frontal do mancal intermediario
400
5000 5000
E
F
D
215 7
1211
6
Parafuso M10
DETALHE E ESCALA 1 : 6
28
28
15
Vedação para o lubrificante
DETALHE F ESCALA 1 : 6
30
2019
33
12
DETALHE D ESCALA 1 : 6
18
2
21
820
19
G
H
DETALHE G ESCALA 1 : 6
18
2
21
DETALHE H ESCALA 1 : 8
28
15
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA MATERIAL QDT.
2 Mancal de entrada SAE 1045 15 Motoredutor 16 Eixo arvore Aço inox AISI 304 17 Helice do transportador Aço inox AISI 304 18 Eixo de transmissao Aço inox AISI 304 19 Chaveta SAE 1045 410 Eixo intermediario Aço inox AISI 304 111 Eixo arvore sup Aço inox AISI 304 112 Helice do transportador sup Aço inox AISI 304 1
13 Eixo de transmissao sup Aço inox AISI 304 115 Apoio central 2 Aço inox AISI 304 118 Mancal de entrada sup SAE 1045 1
19 Tampa do rolamento Aço inox AISI 304 2
20 ISO 15 RBB - 2280 - 14,SI,NC,14_68 2
21 Acoplamento AT140 1
23 Mancal de escorregamento Bronze 124 Arruela de bronze 128 Apoio central sup. Aço inox AISI 304 130 Apoio sup t Aço inox AISI 304 1
6
D
C
B
A
E
F
G
H
E
A
B
C
D
F
54321 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8
G
PESO: FOLHA 1 DE 1
1
06/05/2011
EdenilsoEduardo
Transportador de roscaPEÇA:
PROJETO
DESENHO
ESCALA DES. Nº:
dimensões:
MATERIAL:
FOLHA:
QTD:ITEN:
TOL. GERAL:
Peso:
±0,50 mm
1: 30
1
ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA
OBS:1
DATA
CHANFROS NAO ESP.:
0,5ºTOL. ANGULARES NAO ESP.:
1 x 45º
mm
A2
Rosca Transportadora Inclinada Grupo 11
Referências Bibliográficas
• Catálogo de Motorredutores SEW Eurodrive - Edição: 08/2007.
• TORREZAN, Hamilton F. – Transportadores de rosca - matéria dada em sala de aula,
2011
• ALMEIDA, Francisco José - "Apostila Elementos de Máquina II" e matéria dada em sala
de aula - 2010
• Acoplamentos Antares, disponível em http://www.antaresacoplamentos.com.br
acessada em 18/05/2011
• Aço Tubo, disponível em http://www.acotubo.com.br acessada em 10/05/2011
22