tipos de mecanismos

Aula 2 Tipos de Mecanismos

Prof.: Ricardo Humberto de Oliveira Filho

MECANISMOS

Levando-se em conta os mecanismos em sua totalidade, estes podem ser divididos

conforme representado no diagrama.

MECANISMOS

Dentre os mecanismos mecnicos destacam-se:

Mecanismos de movimento uniforme: engrenagens, rodas de atrito, mecanismo de

rosca e os de acoplamento flexvel.

Esto comumente fornecidos como completas unidades de montagem, muitas vezes

como itens de prateleira.

Neste ramo, do ponto de vista cinemtico no h muito o que mudar, e a atual

pesquisa centraliza-se, principalmente, nos problemas de aperfeioamento do

material e da manufatura, como tambm no desenvolvimento de um uniforme e

completo clculo fundamental, onde tenta-se incorporar todos os fatores de

influncia.

MECANISMOS

Mecanismo de movimento peridico: mecanismos de barras, cames, engrenagens

no-circulares e mecanismos intermitentes.

Os mecanismos de movimento peridico, so elementos de mquinas que no so

fornecidos como unidades pr-fabricadas e devem ser projetados para cada caso.

Em todas as mquinas que usam esses mecanismos peridicos, o desempenho

global e a eficincia dependem principalmente de inventividade e aprimoramento

do projeto destes mecanismos.

MECANISMOS

Mecanismos planos e mecanismos tridimensionais: Uma outra classificao

distingue, tambm, mecanismos planos, com os membros localizados nos planos

paralelos, e mecanismos tridimensionais.

Nos tridimensionais destacam-se os mecanismos esfricos, cujos eixos de rotao

interceptam num ponto, e os espaciais com os eixos em posies arbitrrias.

As figuras a seguir mostram alguns exemplos de mecanismos de movimento

peridico, classificados em mecanismos planos, esfricos e espaciais.

MECANISMOS

MECANISMOS

Mecanismo de 4 barras

O mecanismo de quatro barras, chamado tambm quadriltero articulado, o mais

usado graas a sua extrema simplicidade e robustez.

Todavia, os mecanismos de mais barras tm sido extensamente utilizados,

principalmente nos casos onde as exigncias so maiores, e o de quatro barras no

satisfaz os requisitos tcnicos.

Somente em casos muito espordicos, o desejado movimento pode ser reproduzido

de maneira teoricamente exata. Na maioria dos casos, uma reproduo aproximada

h de satisfazer as condies predeterminadas.

MECANISMOS

A reproduo ser exata somente em um nmero limitado de pontos, chamados

pontos de preciso, diferindo no espaamento entre eles de uma grandeza

geralmente com efeito desprezvel na prtica.

Embora, de um modo geral, sua configurao geomtrica seja muito simples, o

projeto de um mecanismo de barras pode apresentar srios problemas e requer,

muitas vezes, sofisticao matemtica.

MECANISMOS

A pea 1 representa o suporte ou estrutura, geralmente estacionria. A manivela 2

a pea acionadora que pode girar ou apenas oscilar. Em ambos os casos, a pea 4

(balancim) ir oscilar. Se a pea 2 gira, o mecanismo transforma movimento de

rotao em oscilao. Se a manivela oscila, o mecanismo ento multiplica o

movimento de oscilao, atravs da pea 3 (biela).

MECANISMOS

Enquanto a manivela 2 gira, no h perigo de travamento do mecanismo.

Entretanto, se esta oscila, deve-se tomar cuidado no dimensionamento dos

comprimentos das peas para evitar pontos mortos de modo que o mecanismo no

pare em suas posies extremas (travamento). Estes pontos mortos ocorrero

quando a linha de ao da fora acionadora tiver a mesma direo da pea 4,

conforme indicado na linha tracejadaAB.

MECANISMOS

Alm dos possveis pontos mortos em um mecanismo de quatro barras, necessrio

verificar se o ngulo de transmisso entre as peas 3 e 4, representado por , atende

s recomendaes de projeto.

Uma equao para o clculo do ngulo de transmisso pode ser deduzida aplicando

a Lei dos cossenos aos tringulos AO2O4 e ABO4:

MECANISMOS

MECANISMOS

Em geral, o ngulo de transmisso mximo no deve ser maior do que 140 e o

mnimo no deve ser inferior a 40 se o mecanismo for empregado para transmitir

grandes foras.

O mecanismo de quatro barras ainda pode assumir vrias formas de montagem:

MECANISMOS

Manivela e balancim

Os apoios 1 consistem numa carcaa ou base geralmente estacionria. O elemento

2 gira completamente, e o elemento 4 oscilar. O mecanismo transforma rotao

em oscilao. Neste caso, quando o elemento 2 o motor e apto rotao

completa, no h possibilidade de ponto morto.

MECANISMOS

Duplo balancim

Ambos elementos, 2 e 4, oscilam, deve-se evitar pontos mortos que podem paralisar

o mecanismo. Estes pontos mortos ocorrero quando a linha de ao da fora

motora coincidir com o eixo do elemento 4.

MECANISMOS

O mesmo poder ocorrer no caso em que, embora o elemento 2 possa girar

completamente, o elemento 4 seja o motor, neste caso o ponto morto combatido

com a utilizao de um volante de inrcia.

MECANISMOS

Dupla manivela com retorno rpido

uma inverso do mecanismo anterior onde a base passou de AD para AB. Se a

manivela AD for a condutora com AD= cte, a manivela BC conduzida ter uma

BC (MDIA) ,que numa determinada parte do ciclo menor do que AD e em outra

maior ou de retorno rpido.

Esta alterao ocorre sempre que a biela CD

for paralela base AB.

Condies para evitar pontos mortos no

mecanismo:

1) AD >AB 2) BC >AB;

3) CD < BC+AD AB 4) CD >AB + BC - AD

MECANISMOS

Paralelogramo articulado

Neste mecanismo o elemento AB igual e paralelo ao elemento DC, o mesmo

acontece com o elemento AD e BC. Assim BC tem seu deslocamento sempre

paralelo base AD.

Independente do elemento condutor, tem-se dois pontos mortos, a figura mostra um

deles no alinhamento das manivelas e biela, pontos A, BM , D e CM,.

Tem-se ainda 4= 2 , pois

AM = DN

Ou seja 4 . DN = 2 . AM

MECANISMOS

Exemplo: Rodas motrizes de locomotivas, sempre em pares, sendo os mecanismos

defasados e em rodas opostas para vencer os pontos mortos.

MECANISMOS

Manivelas anti-rotativas

Neste mecanismo AB = DC e AD = BC, mas no so paralelos como no exemplo

anterior. Neste caso as manivelas giram em sentidos opostos e com isto AM

diferente de DN e 4 diferente de 2. Se AB condutora (entrada), a

conduzida DC deve possuir um dispositivo para ultrapassar os pontos mortos,

por exemplo, um volante de inrcia acoplado ao eixo.

MECANISMOS

Sistema biela-manivela (Mecanismo com par deslizante)

Esse mecanismo largamente usado e sua maior aplicao em motores de

combusto interna. A figura mostra a base, a manivela, a biela e o pisto. No motor

de combusto interna, os gases exercem sua presso sobre o pisto, transmitida

manivela por intermdio da biela.

MECANISMOS

Os dois pontos mortos PMS e PMI ocorrem nas posies extremas do pisto

(alinhamento da biela com a manivela) e so superados pela instalao de um

volante de inrcia no eixo da manivela.

MECANISMOS

Mecanismo de retorno rpido

Esses mecanismos so usados em mquinas-ferramentas para dar-lhes um curso de

corte lento e um retorno rpido com a utilizao de uma manivela motora com

velocidade angular constante.

No projeto de um sistema de retorno

rpido, importante que a razo entre

tempo de avano e tempo de retorno seja

maior que a unidade.

MECANISMOS

Exemplo: Mecanismo de Plaina Limadora

Na figura observa-se a rotao completa da manivela b e a oscilao do balancim d,

comandado pelo par deslizante c que percorre um ngulo de retorno menor do que

o ngulo de trabalho (corte).

MECANISMOS

Mecanismo de alavanca articulada

Este mecanismo tem muitas aplicaes onde se necessita vencer uma grande

resistncia com uma pequena fora motriz, como no caso das prensas mecnicas. A

figura mostra um exemplo onde as peas 4 e 5 tm o mesmo comprimento.

MECANISMOS

medida que os ngulos diminuem e as peas 4 e 5 se tornam quase alinhadas, a

fora F necessria para vencer uma dada resistncia P decresce conforme a relao:

F/P =2tg .

Um britador ou uma prensa utilizam este mecanismo para vencer uma grande

resistncia com uma pequena fora.

MECANISMOS

Mecanismo garfo escocs

Este mecanismo capaz de gerar movimento harmnico simples (MHS).

Inicialmente era empregado em bombas a vapor, mas atualmente usado como

mecanismo de mesas vibratrias e gerador de seno e cosseno.

MECANISMOS

O raio r da manivela girando a uma velocidade angular constante r e a projeo do

ponto P sobre o eixo x (ou eixo y) se deslocam com movimento harmnico simples.

O deslocamento, medido da direita para a esquerda, a partir da interseo da

trajetria de P com o eixo x dado por: ondecos rx r r r rt

MECANISMOS

Mecanismos traadores de retas

So mecanismos projetados de modo que um ponto de uma das peas se mova em

linha reta. Dependendo do mecanismo, esta linha reta poder ser aproximada ou

teoricamente exata.

Um exemplo de um mecanismo traador de retas aproximadas o mecanismo de

Watt.

MECANISMOS

O ponto P est localizado de tal modo que os segmentos AP e BP so inversamente

proporcionais aos comprimentos O2A e O4B. Portanto, se as peas 2 e 4 tiverem o

mesmo comprimento, o ponto P dever estar no meio da pea 3.

MECANISMOS

Mecanismo Peaucellier

um mecanismo que pode gerar uma linha reta exata. A figura mostra um exemplo

onde as peas 3 e 4 so iguais. As peas 5, 6, 7 e 8 tambm so iguais e a pea 2

tem seu comprimento igual distncia O2O4.

MECANISMOS

Mecanismos came-seguidor

Vrios so os critrios que possibilitam a classificao do mecanismo came-

seguidor.

Se o critrio for a forma do came, consideram-se trs grupos principais, a saber:

cames de translao, cames de disco e cames cilndricas.

MECANISMOS

MECANISMOS

Outra forma de agrupamento do mecanismo came-seguidor o que se baseia no

tipo do seguidor, o qual pode classificar-se segundo trs critrios bsicos: quanto

ao movimento, quanto trajetria e quanto ao contato. Deste modo, relativamente

ao movimento permitido pode haver seguidores translacionais ou seguidores

oscilantes.

MECANISMOS

Se classificarmos a trajetria do seguidor em relao ao eixo da came pode-se ter

seguidores radiais ou seguidores transversais (axiais).

MECANISMOS

Se classificarmos o seguidor pela forma como este faz contato com a superfcie da

came, pode haver seguidores de faca, de rolete, de prato (ou plano) e esfrico.

Neste caso, as escolhas sero em funo da rea de contato e restries de

lubrificao.

MECANISMOS

TRANSMISSO DO MOVIMENTO

A transmisso de movimento entre duas ligaes de um mecanismo pode ser

efetuada de trs formas diferentes, a saber:

- Contato direto: como nos casos das cames e das engrenagens

- Ligao intermediria: como no caso da biela do sistema biela-manivela

- Ligao flexvel: caso das transmisses por correia e por corrente


Contato Direto

Na Figura, o elemento 2 o came, sendo ento o rgo motor, e o elemento 3 o

seguidor, sendo ento movido.

O contato se d no ponto P, no

instante representado.


[PM2] a velocidade da came no ponto P, ou seja, a velocidade do ponto P

determinvel atravs do conhecimento da velocidade angular do came 2 e da

distncia PO2.

Por sua vez [PM2] pode ser decomposto

segundo as direes normal e tangencial ao

ponto de contato.


Por outro lado, supondo que as duas superfcies no perdem o contato, a

componente normal da velocidade no ponto P, enquanto pertencente ao came, ser

igual componente normal da velocidade desse mesmo ponto, enquanto

pertencente ao seguidor.

Conhecida a componente normal, e

como a direo de [PM3]

perpendicular a [O3P], pode-se calcular

o valor de [PM3]. Assim, torna-se

possvel determinar o valor da

velocidade de rotao do seguidor,3.


Geometricamente tambm possvel relacionar 2 com 3. Para isso a traagem de

paralelas linha de ao T, passando pelos centros de rotao O2 e O3, definem os

pontos e e f por intercepo com a normal comum.


Sabendo que:


Assim, para um par de superfcies curvas em contato direto, as respectivas

velocidades angulares so inversamente proporcionais aos segmentos determinados

na linha de centros pela normal comum.

Conclui-se que, para dois corpos em contato direto terem razes de velocidade

constante, a normal comum deve interceptar a linha de centros num ponto fixo.

Isso acontece, por exemplo, nas rodas dentadas.


Transmisso por Ligao Intermdia

Atravs de um mtodo anlogo ao anterior, pode-se determinar a relao de

velocidades angulares entre ligao motora e movida.

Onde:


Transmisso por Ligao Flexvel

Considerando a transmisso por correia:

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