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<p>Elementos de Máquinas Mecânicas</p><p>Projetos</p><p>Mecânicos</p><p>Diretor Executivo</p><p>DAVID LIRA STEPHEN BARROS</p><p>Gerente Editorial</p><p>CRISTIANE SILVEIRA CESAR DE OLIVEIRA</p><p>Projeto Gráfico</p><p>TIAGO DA ROCHA</p><p>Autoria</p><p>ANDREW SCHAEDLER</p><p>EUGENIO BASTOS MACIEL</p><p>AUTORIA</p><p>Andrew Schaedler</p><p>Olá! Sou formado em Engenharia Mecânica, com uma experiência</p><p>técnico-profissional na área de engenharia de processos e usinagem</p><p>de precisão de mais de 8 anos. Passei por empresas, como a TDK,</p><p>multinacional japonesa produtora de componentes eletrônicos, John</p><p>Deere, multinacional americana produtora de equipamentos agrícolas,</p><p>e, hoje, sou sócio proprietário de uma metalúrgica especializada em</p><p>usinagem de precisão, atendendo empresas de grande porte do ramo</p><p>automotivo.</p><p>Sou apaixonado pelo que faço e adoro transmitir minha experiência</p><p>de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso, fui</p><p>convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores</p><p>independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de</p><p>muito estudo e trabalho. Conte comigo!</p><p>Eugenio Bastos Maciel</p><p>Olá! Sou bacharel e mestre em Física pela Universidade Federal</p><p>de Campina Grande e doutor em Física pela Universidade Federal da</p><p>Paraíba. Fui professor assistente 1 (substituto), na Unidade Acadêmica de</p><p>Física da Universidade Federal de Campina Grande e, atualmente, sou</p><p>professor substituto na Universidade Estadual da Paraíba e realizo estágio</p><p>de pós-doutorado junto ao Programa de pós-graduação em Física na</p><p>Universidade Federal de Campina Grande, atuando nas seguintes áreas:</p><p>Mecânica Quântica Relativística em Espaço Curvo, Gravitação, Cosmologia</p><p>e Teoria Quântica de Campos. Sou apaixonado pelo que faço e adoro</p><p>transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas</p><p>profissões. Por isso, fui convidado pela Editora Telesapiens a integrar seu</p><p>elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você</p><p>nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo!</p><p>ICONOGRÁFICOS</p><p>Olá. Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez</p><p>que:</p><p>OBJETIVO:</p><p>para o início do</p><p>desenvolvimento de</p><p>uma nova compe-</p><p>tência;</p><p>DEFINIÇÃO:</p><p>houver necessidade</p><p>de se apresentar um</p><p>novo conceito;</p><p>NOTA:</p><p>quando forem</p><p>necessários obser-</p><p>vações ou comple-</p><p>mentações para o</p><p>seu conhecimento;</p><p>IMPORTANTE:</p><p>as observações</p><p>escritas tiveram que</p><p>ser priorizadas para</p><p>você;</p><p>EXPLICANDO</p><p>MELHOR:</p><p>algo precisa ser</p><p>melhor explicado ou</p><p>detalhado;</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>curiosidades e</p><p>indagações lúdicas</p><p>sobre o tema em</p><p>estudo, se forem</p><p>necessárias;</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>textos, referências</p><p>bibliográficas e links</p><p>para aprofundamen-</p><p>to do seu conheci-</p><p>mento;</p><p>REFLITA:</p><p>se houver a neces-</p><p>sidade de chamar a</p><p>atenção sobre algo</p><p>a ser refletido ou dis-</p><p>cutido sobre;</p><p>ACESSE:</p><p>se for preciso aces-</p><p>sar um ou mais sites</p><p>para fazer download,</p><p>assistir vídeos, ler</p><p>textos, ouvir podcast;</p><p>RESUMINDO:</p><p>quando for preciso</p><p>se fazer um resumo</p><p>acumulativo das últi-</p><p>mas abordagens;</p><p>ATIVIDADES:</p><p>quando alguma</p><p>atividade de au-</p><p>toaprendizagem for</p><p>aplicada;</p><p>TESTANDO:</p><p>quando o desen-</p><p>volvimento de uma</p><p>competência for</p><p>concluído e questões</p><p>forem explicadas;</p><p>SUMÁRIO</p><p>Fundamentos e Conceitos dos Elementos de Máquinas</p><p>Mecânicas....................................................................................................... 12</p><p>O que são os Elementos de Máquinas? ......................................................................... 12</p><p>Elementos de Máquina de uso Geral ............................................................ 14</p><p>Elementos de Máquina para Fins Especiais............................................. 16</p><p>Exemplos de Elementos de Máquinas............................................................................ 16</p><p>Eixos ....................................................................................................................................... 16</p><p>Chavetas ............................................................................................................................. 18</p><p>Acoplamentos ............................................................................................................... 20</p><p>Eixos, Engrenagens e Mancais ..............................................................23</p><p>Eixos ..........................................................................................................................................................23</p><p>Materiais dos Eixos ......................................................................................................23</p><p>Geometria do Eixo .......................................................................................................25</p><p>Engrenagens .......................................................................................................................................26</p><p>Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos ................................................26</p><p>Engrenagens Helicoidais ........................................................................................27</p><p>Engrenagens Cônicas ...............................................................................................28</p><p>Engrenagens Sem-Fim ............................................................................................29</p><p>Composição de uma Engrenagem .............................................................. 30</p><p>Mancais ...................................................................................................................................................32</p><p>Lubrificação ......................................................................................................................32</p><p>Roscas e Parafusos, Molas e Rolamentos ........................................ 35</p><p>Roscas e Parafusos ........................................................................................................................35</p><p>Molas ....................................................................................................................................................... 40</p><p>Materiais das Molas ....................................................................................................42</p><p>Rolamentos ..........................................................................................................................................44</p><p>Tipos de Rolamentos ................................................................................................45</p><p>Chavetas, Acoplamentos e Vedações ................................................49</p><p>Chavetas ............................................................................................................................................... 49</p><p>Acoplamentos ................................................................................................................................... 50</p><p>O Objetivo dos Acoplamentos ........................................................................... 51</p><p>Vedações ...............................................................................................................................................53</p><p>Gaxetas ................................................................................................................................53</p><p>O’rings ...................................................................................................................................54</p><p>9</p><p>UNIDADE</p><p>03</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>10</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A área de Projetos Mecânicos está diretamente ligada à automação</p><p>industrial, às evoluções tecnológicas dentro das indústrias e ao desenho</p><p>técnico. É do desenho técnico que se inicia a criação de novos projetos</p><p>e máquinas, o que aumenta a capacidade de produção das indústrias e</p><p>organizações e, muitas vezes, a qualidade delas.</p><p>O profissional que trabalha com Projetos Mecânicos com frequência</p><p>está ligado a projetos inovadores e decisivos para as organizações, e isso</p><p>propicia uma vasta gama de oportunidades para os profissionais dessa</p><p>área.</p><p>Trabalhar no setor de inovação de uma indústria caracteriza-se por</p><p>sua dinamicidade que engloba várias áreas de conhecimento e, portanto,</p><p>diferentes tipos de profissionais, os quais utilizarão o Projeto Mecânico</p><p>para a criação de novos equipamentos.</p><p>Conseguiu ter uma ideia da amplitude desse conhecimento? Está</p><p>pronto para entrar nessa área tão abrangente e rica em informações?</p><p>Então, vamos em frente!</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>11</p><p>OBJETIVOS</p><p>Olá! Seja muito bem-vindo à Unidade 3 – Elementos de máquinas</p><p>mecânicas. Nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das</p><p>seguintes competências profissionais até o término desta etapa de</p><p>estudos:</p><p>1. Identificar os elementos de máquinas e definir os seus conceitos.</p><p>2. Identificar e entender a funcionalidade dos eixos, das engrenagens</p><p>e dos mancais em projetos mecânicos.</p><p>3. Aplicar as técnicas de utilização de roscas, parafusos, molas e</p><p>rolamentos em projetos mecânicos.</p><p>4. Utilizar chavetas, acoplamentos e vedações em projetos</p><p>mecânicos.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>12</p><p>Fundamentos e Conceitos dos Elementos</p><p>de Máquinas Mecânicas</p><p>OBJETIVO:</p><p>Neste capítulo, iniciaremos nossos estudos sobre</p><p>máquinas mecânicas. Entenderemos como os elementos</p><p>de máquinas são utilizados e conheceremos alguns dele.</p><p>Vamos, então, ingressar nesta nova etapa de construção do</p><p>seu conhecimento. Vamos em frente!</p><p>O que são os Elementos de Máquinas?</p><p>A Engenharia Mecânica tornou-se extremamente complexa com o</p><p>tempo. Um carro de tamanho médio tem hoje cerca de 30.000 elementos</p><p>de máquina, isso quando contamos todas as peças pertencentes ao</p><p>carro, até mesmo o menor parafuso utilizado. Os elementos de máquina</p><p>funcionam como um todo, operando o carro conforme o pretendido pelo</p><p>projeto da máquina.</p><p>Todas as máquinas são compostas por elementos ou peças e</p><p>unidades. Cada elemento é uma parte separada da máquina e é projetado</p><p>separadamente ou em conjunto, ou seja, pode ser uma parte completa</p><p>ou composta de várias pequenas peças que são unidas por rebitagem,</p><p>soldagem etc. Vários elementos de máquina são montados para formar o</p><p>que chamamos de máquina completa, que realiza várias aplicações.</p><p>Algumas dessas peças mecânicas são consideradas elementos</p><p>mecânicos elementares, enquanto outras são peças especialmente</p><p>projetadas para uma função específica no carro. Podemos citar, como</p><p>exemplo, o alternador, o motor e o carburador.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>13</p><p>Aprender sobre os elementos da máquina é um passo fundamental</p><p>para a execução de Projetos Mecânicos e para criar máquinas eficientes.</p><p>Os elementos de máquinas reduzem o esforço humano e superam suas</p><p>capacidades de forma significativa (BUDYNAS; NISBETT, 2011).</p><p>Na Engenharia Mecânica, um elemento de máquina é a menor</p><p>peça mecânica ou conjunto de peças em uma máquina. Eles geralmente</p><p>executam uma única função e não podem ser substituídos por várias</p><p>peças. Como exemplo, temos um rolamento que pode ser feito de peças</p><p>menores, como esferas, anéis e vedações, mas não pode desempenhar</p><p>sua função se for dividido em suas partes mecânicas constituintes.</p><p>Dessa forma, um elemento de máquina pode ser definido como</p><p>uma parte constituinte ou uma parte distinta nas máquinas em que se</p><p>encontram presentes.</p><p>Podemos dividir os elementos da máquina em dois tipos principais.</p><p>• Elementos de máquina de uso geral: os elementos comuns a</p><p>vários tipos de máquinas que atendem a diferentes aplicações</p><p>são chamados de elementos de uso geral. Exemplos desses</p><p>elementos são porcas, parafusos, chaves, eixos, acoplamentos,</p><p>rolamentos, entre outros.</p><p>• Elementos de máquina para fins especiais: os elementos que</p><p>são usados apenas em máquinas específicas são chamados de</p><p>elementos de finalidade especial. Por exemplo, pistão e bielas são</p><p>usados nos motores e compressores, enquanto as lâminas são</p><p>usadas nas turbinas e sopradores, eixos de cames, virabrequim,</p><p>cilindros, entre outros.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>14</p><p>Elementos de Máquina de uso Geral</p><p>Esses elementos são os blocos básicos de construção em muitos</p><p>tipos de máquinas.</p><p>Peças, como fixadores (parafusos, porcas e parafusos, rebites),</p><p>além de eixos, rolamentos e chavetas, são exemplos de elementos de</p><p>máquina de uso geral. Eles geralmente desempenham a mesma função</p><p>em todas essas máquinas.</p><p>Na maioria dos casos, os elementos de máquina de uso geral vêm</p><p>em tamanhos e formatos definidos por padrões internacionais. Como</p><p>exemplo, temos os parafusos sextavados que podem ser fabricados de</p><p>acordo com 18 padrões diferentes, sendo os mais populares DIN 931 e DIN</p><p>933. Na maioria desses padrões, eles estão disponíveis em tamanhos de</p><p>M3 a M48. Isso aumenta sua usabilidade em uma variedade de máquinas</p><p>diferentes, pois as substituições estão facilmente disponíveis. Não se</p><p>preocupe, mais a diante falaremos mais sobre os padrões e tamanhos</p><p>disponíveis desses elementos.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>15</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>Elementos de uso geral classificados como fixadores:</p><p>• Os fixadores são os elementos da máquina que</p><p>conectam ou unem várias partes da máquina.</p><p>As juntas podem ser do tipo permanente ou</p><p>temporário. As juntas permanentes são aquelas</p><p>que não podem ser separadas ou desmontadas</p><p>em elementos individuais sem destruí-los ou</p><p>danificá-los. Os exemplos de juntas permanentes</p><p>são as juntas soldadas, rebitadas, etc.</p><p>• As juntas provisórias são aquelas em que os</p><p>elementos individuais do conjunto podem ser</p><p>separados facilmente sem os destruir ou danificar.</p><p>As juntas obtidas por porca e parafuso e as juntas</p><p>de chaveta são exemplos comuns e amplamente</p><p>utilizados de juntas temporárias.</p><p>Elementos da unidade de movimento rotativo:</p><p>São os elementos que ajudam a transmitir o movimento ou</p><p>a força para as máquinas. Por exemplo, a correia conectada</p><p>ao motor e à bomba ajuda a operar a bomba. A caixa do</p><p>medo ajuda a transmitir o movimento e a força do motor</p><p>para as rodas dos veículos. Outros exemplos de elementos</p><p>do acionamento de movimento rotativo são corda, corrente,</p><p>engrenagem, acionamentos sem-fim, eixos, acoplamentos,</p><p>rolamentos, entre outros.</p><p>Caso queira se aprofundar o assunto, acesse clicando aqui.</p><p>Interessante, não é mesmo? Quando vemos partes de uma</p><p>máquina desmontada não nos damos conta de como é</p><p>vasto o conhecimento empregado naquelas peças.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>https://www.brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/10116-what-are-machine-elements/</p><p>16</p><p>Elementos de Máquina para Fins Especiais</p><p>São elementos mecânicos que possuem uso específico no projeto</p><p>de máquinas. Como exemplos dessas peças, podemos citar turbina em</p><p>um motor a jato, pás em um ventilador, pistões, virabrequim, entre outras.</p><p>O Projeto Mecânico dessas peças é personalizado de acordo com os</p><p>requisitos do Projeto Mecânico.</p><p>Para entender melhor esses elementos, vamos analisar o exemplo</p><p>dos motores de navios. Eles vêm em designs diferentes, com o número</p><p>de cilindros variando de seis a 14, de acordo com a necessidade de</p><p>potência que o navio irá precisar. Para cada tipo de motor, o tamanho dos</p><p>componentes mecânicos é redesenhado e ajustado, por exemplo: válvula</p><p>de escape, cabeça do cilindro, camisa, pistão, anéis do pistão, biela e</p><p>virabrequim vêm em tamanhos diferentes para cada modelo de motor.</p><p>Exemplos de Elementos de Máquinas</p><p>Elementos de máquina de uso geral ou especial são componentes</p><p>mecânicos elementares que funcionam como um todo para fazer uma</p><p>máquina funcionar. Agora, vamos ver alguns tipos de elementos de</p><p>máquina mais utilizados em Projetos Mecânicos.</p><p>Eixos</p><p>Normalmente, são projetados para a aplicações exclusivas. Os</p><p>eixos são longos componentes cilíndricos utilizados para a transferência</p><p>de torque e força mecânica entre outros dois componentes. Os projetistas</p><p>usam os eixos quando a distância entre os componentes que fornecem a</p><p>força ao sistema é muito grande para uma conexão direta.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>17</p><p>Figura 1 – Exemplo de eixo com componentes mecânicos acoplados a ele</p><p>Fonte:</p><p>Pixabay.</p><p>Podemos citar, como exemplo, a hélice de navio. Como a distância</p><p>é muito grande entre o motor e a hélice, é necessário o uso de um eixo</p><p>longo com vários rolamentos ao longo do caminho.</p><p>Algumas aplicações para os eixos são:</p><p>• Virabrequins/árvores de cames de motor.</p><p>• Eixos de veículos.</p><p>• Relógios.</p><p>• Motores.</p><p>• Bombas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>18</p><p>Chavetas</p><p>Chavetas são pequenos componentes mecânicos que conectam</p><p>os eixos aos elementos rotativos e são bastante utilizadas em Projetos</p><p>Mecânicos. Em algumas situações, elas podem ser as únicas responsáveis</p><p>pela transferência de torque entre os dois elementos.</p><p>Figura 2 – a) Exemplo de chaveta em eixo; e b) Demonstração de encaixe da chaveta em</p><p>eixo</p><p>Fonte: Pixabay.</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>19</p><p>As chavetas são colocadas entre o eixo e o elemento rotativo e os</p><p>encaixes feito em ambos. Dessa forma, é possível fixar a chave no lugar,</p><p>como demonstrado na figura 2b. O recorte feito na peça a ser encaixada</p><p>no eixo é conhecido como rasgo de chaveta. À parte inferior do rasgo de</p><p>chaveta, onde a chaveta fica encaixada no eixo, é dado o nome de assento</p><p>de chaveta. A montagem completa é conhecida como junta chaveada.</p><p>Uma junta chaveada não permite movimento rotacional entre as</p><p>partes montadas, mas pode permitir movimento axial. Devido a essa</p><p>função, as chavetas devem suportar altas tensões de compressão e</p><p>cisalhamento. Assim, a falha por esmagamento e a falha por cisalhamento</p><p>são considerações importantes no Projeto Mecânico de uma chaveta,</p><p>sendo necessária atenção ao dimensionamento de uma chaveta.</p><p>Os vários tipos de chavetas utilizados nos projetos de máquinas são</p><p>encontrados em diversos formatos padrão.</p><p>Algumas aplicações de chavetas são encontradas nos acoplamentos</p><p>entre o eixo e os seguintes elementos de máquinas:</p><p>• Motores.</p><p>• Hélices marítimas.</p><p>• Engrenagens.</p><p>• Roldanas.</p><p>• Rodas dentadas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>20</p><p>Acoplamentos</p><p>Figura 3 – Exemplo de acoplamento mecânico entre vagões de trem</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Acoplamentos são componentes mecânicos que conectam dois</p><p>eixos rotativos em linha, com o objetivo principal de transmitir potência</p><p>no Projeto Mecânico. A montagem inteira gira na mesma velocidade. Um</p><p>acoplamento pode ser rígido ou flexível, dependendo da necessidade da</p><p>aplicação em que se encontra empregado.</p><p>Um acoplamento flexível pode absorver quaisquer erros de</p><p>montagem, bem como quaisquer pequenos desalinhamentos entre os</p><p>eixos que podem se desenvolver com o tempo. Eles também absorvem</p><p>choques e vibrações, aumentando a vida útil das máquinas no processo.</p><p>Ao contrário das embreagens, os acoplamentos não engatam e nem</p><p>desengatam.</p><p>Esses elementos de máquina também isolam a transferência de</p><p>calor entre as duas extremidades em algumas aplicações. Por exemplo,</p><p>um motor pode aquecer consideravelmente durante a operação. Um</p><p>acoplamento impede essa transferência de calor do motor para a máquina</p><p>emparelhada.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>21</p><p>Alguns acoplamentos funcionam como fusíveis. Se o torque</p><p>exceder um certo limite, eles cortam a conexão entre os componentes</p><p>de acionamento e para proteger o maquinário sensível. Tal acoplamento</p><p>é conhecido como Acoplamento Mecânico de Segurança de Sobrecarga</p><p>e é normalmente utilizado para a proteção de motores e sistemas de</p><p>acionamento em transmissões de potência.</p><p>Algumas aplicações de acoplamentos são:</p><p>• Geradores.</p><p>• Controle de movimento em robótica.</p><p>• Articulações de direção automotiva.</p><p>• Vapores de remo.</p><p>• Diferenciais do carro.</p><p>Vimos alguns exemplos de elementos de máquinas bastante</p><p>utilizados em Projetos Mecânicos. Existem inúmeros outros tipos, modelos</p><p>e designs de elementos de máquinas e cabe ao profissional que está</p><p>realizando o projeto pesquisar e estar atualizado quanto à vasta gama</p><p>desses elementos.</p><p>RESUMINDO:</p><p>Começou a entender o tamanho do universo da área de</p><p>conhecimento que é os elementos de máquinas? Para</p><p>o Projeto Mecânico de máquinas e equipamentos, é</p><p>fundamental que o profissional responsável pela criação</p><p>da solução mecânica esteja atualizado e inteirado sobre os</p><p>elementos mecânicos que irá utilizar.</p><p>Nesta unidade, entendemos o que são os elementos</p><p>mecânicos, onde são utilizados e sua importância para a</p><p>confecção de Projetos Mecânicos.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>22</p><p>Vimos que são separados em duas categorias, sendo elementos de</p><p>máquina de uso geral os elementos comuns a vários tipos de máquinas</p><p>que atendem a diferentes aplicações, e elementos de máquina para fins</p><p>especiais os elementos que são usados apenas em máquinas específicas.</p><p>Também vimos três elementos de máquinas bastante utilizados</p><p>em Projetos Mecânicos (os eixos, as chavetas e os acoplamentos),</p><p>entendemos como eles são utilizados e vimos alguns exemplos de</p><p>situações em que são instalados.</p><p>Interessante, não é mesmo? O conhecimento sobre elementos</p><p>de máquinas é muito grande e, mesmo assim, é apenas uma parte do</p><p>conhecimento necessário para a execução de Projetos Mecânicos. Vamos</p><p>em frente aumentando nosso conhecimento!</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>23</p><p>Eixos, Engrenagens e Mancais</p><p>OBJETIVO:</p><p>Neste capítulo, vamos aprender sobre alguns dos elementos</p><p>de máquinas mais utilizados em Projetos Mecânicos,</p><p>como eixos, engrenagens e mancais. Entenderemos seus</p><p>princípios de funcionamento e onde esses elementos de</p><p>máquinas são empregados. Interessante, não é mesmo?</p><p>Então, vamos em frente!.</p><p>Eixos</p><p>O eixo é um elemento rotativo que normalmente tem seção transversal</p><p>circular. Esse elemento de máquina é utilizado para transmitir potência ou</p><p>movimento. Ele proporciona a rotação ou oscilação de elementos, como</p><p>engrenagens, polias, volantes, manivelas, rodas dentadas, entre outros, e é</p><p>o eixo quem controla a Geometria de seus movimentos.</p><p>É importante saber que os eixos sofrem tensões e deflexões.</p><p>A análise da tensão é feita em um ponto específico de um eixo, assim</p><p>utiliza-se apenas a Geometria ao redor daquele ponto, desconsiderando</p><p>a Geometria total do eixo.</p><p>A análise de deflexão e de inclinação não podem ser feitas até que</p><p>tenhamos a Geometria completa do eixo. Dessa forma, a deflexão é uma</p><p>função de toda a Geometria do eixo, enquanto a tensão é uma função da</p><p>Geometria local, de uma parte do eixo.</p><p>Materiais dos Eixos</p><p>A resistência necessária para resistir às tensões de carregamento</p><p>é afetada pela escolha do material ao qual o eixo será construído e seus</p><p>tratamentos. É bastante comum encontrarmos eixos feitos de aços de</p><p>baixo teor de carbono, estirado a frio ou laminado a quente. Podemos</p><p>citar como alguns exemplos desses aços o ANSI 1020-1050.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>24</p><p>O enrijecimento desses aços por meio de tratamento térmico e</p><p>utilização de ligas na composição dos aços não é de todo garantido. Isso</p><p>acontece devido à falha por fadiga ser reduzida moderadamente por meio</p><p>do aumento da resistência, porém somente até certo nível, antes que</p><p>efeitos adversos no limite de endurecimento e na sensibilidade a entalhes</p><p>comecem a se contrapor aos benefícios da resistência mais elevada.</p><p>Uma boa prática sugerida é iniciar os testes de um eixo com um</p><p>aço barato de baixo ou médio carbono, realizando, assim, testes de</p><p>endurecimento ao longo dos testes práticos.</p><p>Quanto a superfície dos eixos, normalmente elas não precisam ser</p><p>endurecidas, a não ser nas situações onde serão acoplados mancais.</p><p>É interessante termos em mente durante a análise e o</p><p>dimensionamento de um eixo que a deflexão não é afetada pela resistência,</p><p>mas, ao contrário, pela rigidez do material empregado no eixo. Devido a</p><p>essa razão, a rigidez não pode ser controlada por meio de escolhas de</p><p>materiais a serem empregados, mas sim por meio da Geometria que o</p><p>eixo irá possuir.</p><p>Durante a seleção do material a ser utilizado no eixo, a quantidade</p><p>a ser produzida desse eixo é um fator importante a ser considerado. Para</p><p>pequenas produções, o processo de torneamento é bastante</p><p>utilizado</p><p>e o primeiro a ser selecionado. A produção de grandes volumes exige</p><p>que a remoção de material do eixo seja mínima, assim economiza-se no</p><p>processo de usinagem. Dessa forma, é possível utilizar processos, como</p><p>forjamento a quente ou a frio e fundição. Para altos volumes de produção,</p><p>é bastante comum que o mínimo de material a ser usinado no eixo possa</p><p>se tornar uma meta para o desenho desse eixo.</p><p>Ferro fundido pode ser uma opção para altos volumes de produção,</p><p>ainda mais se as engrenagens puderem ser integralmente fundidas com</p><p>o eixo.</p><p>Aço inoxidável também pode ser selecionado e apropriado para</p><p>alguns ambientes de trabalho.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>25</p><p>Geometria do Eixo</p><p>A Geometria de um eixo deve ser definida no início de um Projeto</p><p>Mecânico, possibilitando, assim, saber onde serão alocados os elementos</p><p>de máquinas, como engrenagens, mancais e polias, além de viabilizar os</p><p>cálculos de dimensionamento do eixo, a análise de forças de corpo livre</p><p>e obter os diagramas de cisalhamento e momento. A Geometria de um</p><p>eixo normalmente é a de um cilindro escalonado, isto é, com diferentes</p><p>diâmetros ao longo de seu comprimento. Na figura a seguir, vamos ver</p><p>um exemplo de um eixo escalonado com engrenagens de um redutor</p><p>acopladas a ele. Cada ressalto do eixo serve para um propósito específico,</p><p>que você deve tentar determinar a partir da observação das peças que</p><p>serão acopladas ou pelo desenho técnico de montagem dos elementos,</p><p>quando houver.</p><p>Figura 4 – Exemplo de eixo escalonado</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>26</p><p>Na montagem com outros componentes, é normal suportar</p><p>componentes condutores de carga entre mancais, evitando-se a flexão</p><p>do eixo.</p><p>Polias e rodas dentadas normalmente precisam ser montadas no</p><p>eixo fora do local de trabalho devido à facilidade de montagem ou à</p><p>instalação de uma correia ou corrente. O comprimento do balanço do eixo</p><p>deve ser mantido curto, diminuindo, assim, a deflexão.</p><p>Na maioria dos casos, utiliza-se apenas dois mancais. Nos eixos</p><p>bastante longos e que carregam vários componentes, é interessante que</p><p>o fluxo de lubrificante seja permitido e que tenha espaço de acesso para</p><p>a desmontagem dos componentes utilizando um puxador. Sempre é</p><p>interessante que os componentes de suporte de carga estejam colocados</p><p>próximos aos mancais (BUDYNAS; NISBETT, 2011).</p><p>Engrenagens</p><p>Existem diferentes tipos de engrenagens. Elas são classificadas</p><p>de acordo com a Geometria e o formato de seus dentes, podendo ser</p><p>classificadas como: retas, helicoidais, cônicas e sem-fim. Vamos, agora,</p><p>ver como funciona a transmissão de forças entre engrenagens e suas</p><p>diferentes classificações.</p><p>Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos</p><p>Esse tipo de engrenagem possui dentes paralelos ao eixo de</p><p>rotação, é utilizada para transmitir movimento de um eixo para outro</p><p>eixo, paralelamente ao primeiro e é o modelo mais simples dentre as</p><p>engrenagens cilíndricas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>27</p><p>Figura 5 – Exemplo de engrenagens cilíndricas de dentes retos</p><p>Fonte: Pixabay.</p><p>Engrenagens Helicoidais</p><p>Esse tipo de engrenagem possui dentes inclinados em relação ao</p><p>eixo de rotação. Elas podem ser utilizadas nas mesmas aplicações que</p><p>as engrenagens de dentes retos, porém esse tipo de engrenagem emite</p><p>menos ruído. Isso acontece devido ao engajamento gradual durante</p><p>o encaixe dos dentes, além disso é possível encontrar esse tipo de</p><p>engrenagem sendo utilizada para transmitir movimento entre eixos que</p><p>não são paralelos.</p><p>Figura 6 – Exemplo de engrenagem helicoidal</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>28</p><p>Engrenagens Cônicas</p><p>Esse tipo de engrenagem possui seus dentes em uma superfície</p><p>cônica e é utilizado, em sua maioria, para a transmissão de eixos que se</p><p>interceptam.</p><p>Figura 7 – Exemplo de engrenagens cônicas</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>29</p><p>Engrenagens Sem-Fim</p><p>As engrenagens sem-fim são formadas por um par pinhão-cora</p><p>sem-fim e são o quarto tipo básico de engrenagem. Como é possível</p><p>ver na figura 8, o pinhão sem-fim é parecido com um parafuso. Esses</p><p>conjuntos de sem-fim são utilizados quando as razões das velocidades</p><p>dos dois eixos forem bastante altas, entre três ou mais.</p><p>Figura 8 – Exemplo de engrenagem sem-fim</p><p>Fonte: Pixabay.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>30</p><p>Composição de uma Engrenagem</p><p>Podemos analisar na figura 9 a terminologia de dentes de</p><p>engrenagens retas.</p><p>Figura 9 – Exemplo de engrenagens cônicas</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>• O círculo primitivo, ou de passo, é um círculo teórico sobre o</p><p>qual todos os cálculos geralmente se baseiam, e seu diâmetro</p><p>é o diâmetro primitivo. Os círculos primitivos de um par de</p><p>engrenagens engrazadas (encaixadas) são tangentes entre si.</p><p>• O pinhão é a menor das duas engrenagens que trabalham juntas.</p><p>A maior é chamada de coroa ou engrenagem.</p><p>• O passo circular é a distância, medida no círculo primitivo, do</p><p>ponto de um dente ao correspondente ponto no dente adjacente.</p><p>Dessa forma, o passo circular é igual à soma da espessura de</p><p>dente com a largura de espaçamento.</p><p>• O módulo é a razão entre o passo diametral e o número de</p><p>dentes. A unidade normalmente utilizada é o milímetro. O módulo</p><p>é o índice de tamanho de dente no Sistema Internacional (SI).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>31</p><p>• O passo diametral é a razão entre o número de dentes da</p><p>engrenagem e o diâmetro primitivo. Ele é o recíproco do módulo</p><p>e é utilizado somente com unidades americanas, sendo expresso</p><p>como dentes por polegadas.</p><p>• O adendo é a distância radial entre o topo do dente e o círculo</p><p>primitivo.</p><p>• O dedendo é a distância radial do fundo de dente ao círculo</p><p>primitivo.</p><p>• A altura completa é a soma do adendo e dedendo.</p><p>• O círculo de folga é um círculo que é tangente ao círculo do</p><p>adendo da engrenagem par.</p><p>• A folga é a quantidade pela qual o dedendo em dada</p><p>engrenagem excede o adendo da sua engrenagem par.</p><p>• O recuo é a quantidade pela qual a largura do espaço entre dentes</p><p>excede a espessura do dente a esse engrazado, medida sobre os</p><p>círculos primitivos.</p><p>A seguir, seguem as relações matemáticas bastante utilizadas para</p><p>seleção de engrenagens:</p><p>Em que:</p><p>= passo diametral, dentes por polegadas.</p><p>= número de dentes.</p><p>= diâmetro primitivo em in (polegas) ou mm (milímetros).</p><p>= passo circular.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>32</p><p>Mancais</p><p>Aqui, veremos sobre os mancais de deslizamento. Esse termo</p><p>é utilizado para se referir aos mancais cuja carga principal é transferida</p><p>por elementos de contato e deslizamento. Existem mancais em que, ao</p><p>invés de elementos de deslizamento, há contato por meio de elementos</p><p>rolantes, que, hoje em dia, são basicamente os rolamentos, que veremos</p><p>a seguir. Mas, vamos focar nos mancais de deslizamento.</p><p>Quanto ao funcionamento desses mancais, o eixo possui movimento</p><p>giratório, apoiado no casquilho, o qual possui formato circular, separado</p><p>dele por uma película de lubrificante (MELCONIAN, 2018).</p><p>Figura 10 – Exemplo de mancal deslizante</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Lubrificação</p><p>Agora, vamos ver a definição de Melconian (2018) sobre lubrificantes:</p><p>A lubrificação nos mancais deslizantes é feita para diminuir</p><p>a fricção, o desgaste e o aquecimento entre o eixo e o</p><p>mancal.</p><p>Um Lubrificante é qualquer substância que, quando</p><p>inserida entre superfícies que se movam, alcance esses</p><p>propósitos (MELCONIAN, 2018, p. 624)</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>33</p><p>Os tipos de lubrificação, de acordo com Melconian (2008), são:</p><p>• Hidrodinâmico.</p><p>• Hidrostático.</p><p>• Elasto-hidrostático.</p><p>• Contorno.</p><p>• Filme sólido.</p><p>Lubrificação hidrodinâmica: esse tipo de lubrificação possui suas</p><p>superfícies de carregamento de carga do mancal separadas por um</p><p>filme relativamente espesso de lubrificante, a fim de prevenir o contato</p><p>metalmetal. A lubrificação hidrodinâmica não necessita que a inserção</p><p>do lubrificante seja sobre pressão, mesmo que em algumas situações a</p><p>pressão seja aplicada. Porém, ela é do</p><p>tipo de lubrificação necessita que</p><p>a alimentação de lubrificante seja adequada.</p><p>Lubrificação hidrostática: esse tipo de lubrificação acontece por</p><p>meio da introdução do lubrificante na área de suporte de carga. Essa</p><p>introdução acontece com pressão suficiente para separar as superfícies</p><p>com um filme relativamente espesso de lubrificante. Em algumas</p><p>situações, o lubrificante pode ser a água ou até mesmo o ar.</p><p>Lubrificação de filme sólido: nas situações em que os mancais</p><p>operam em temperaturas extremas, utiliza-se a lubrificação de filme</p><p>sólido, como o grafite. Isso acontece, pois os óleos minerais ordinários</p><p>não possuem desempenho satisfatório a altas temperaturas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>34</p><p>RESUMINDO:</p><p>Neste capítulo, aprendemos sobre três dos elementos</p><p>de máquinas mais conhecidos e utilizados em Projetos</p><p>Mecânicos, sendo eles o eixo, a engrenagem e os mancais.</p><p>Vimos a definição de eixo e entendemos que o eixo se trata</p><p>de um elemento rotativo de seção circular e que seu design</p><p>possui diâmetros escalonados em que serão acoplados</p><p>outros elementos de máquinas, como engrenagens</p><p>e mancais. Também entendemos um pouco sobre os</p><p>materiais mais utilizados para fabricação de eixos.</p><p>Quanto às engrenagens, aprendemos que elas são classificadas em</p><p>quatro tipos básicos: as engrenagens retas, helicoidais, cônicas e sem-</p><p>fim. Entendemos as diferenças entre cada uma delas e suas aplicações</p><p>práticas.</p><p>Sobre os mancais, concentramos em entender os mancais</p><p>deslizantes em que, devido ao contato entre o eixo e o mancal, as partes</p><p>deslizam umas nas outras com o auxílio de um lubrificante.</p><p>Interessante, não mesmo? A quantidade de conhecimento e</p><p>aplicações que existe por trás desses três elementos de máquinas é</p><p>impressionante.</p><p>Vamos em frente aumentando nossos conhecimentos!</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>35</p><p>Roscas e Parafusos, Molas e Rolamentos</p><p>OBJETIVO:</p><p>Neste capítulo, aprenderemos sobre mais três elementos</p><p>de máquinas bastante utilizados em Projetos Mecânicos.</p><p>Entenderemos sobre as roscas e os parafusos e a</p><p>necessidade de sua padronização, veremos como</p><p>funcionam as molas e seus diferentes tipos e iremos</p><p>estudar os rolamentos, que têm como objetivo eliminar o</p><p>atrito entre duas partes móveis. Vamos em frente!</p><p>Roscas e Parafusos</p><p>Sabemos que os parafusos e as roscas são conhecidos</p><p>mundialmente e são a base da fixação de máquinas e equipamentos</p><p>construídos no mundo todo.</p><p>O parafuso e a rosca helicoidal forem, sem dúvidas,</p><p>invenções mecânicas extremante importante. Eles são</p><p>a base dos parafusos de potência, que transformam o</p><p>movimento angular em movimento linear para transmitir</p><p>potência ou desenvolver grandes forças como vemos em</p><p>prensas entre outros equipamentos (BUDYNAS; NISBETT,</p><p>2011, p. 422).</p><p>Vamos, agora, entender a definição e as terminologias utilizadas em</p><p>roscas de parafusos.</p><p>• O passo é a distância entre formas adjacentes da rosca pedidas</p><p>paralelemente ao eixo da rosca.</p><p>• O diâmetro maior é o maior diâmetro de uma rosca de parafuso.</p><p>• O diâmetro menor é o menor diâmetro de uma rosca de parafuso.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>36</p><p>Observe a Figura 11:</p><p>Figura 11 – Nomenclatura das partes da rosca</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Outra informação importante é que, quando comparamos ensaios</p><p>laboratoriais de tração entre barras rosqueadas e eixos não rosqueados,</p><p>–sendo que o diâmetro do eixo é igual à média entre o diâmetro de passo</p><p>e o diâmetro menor da barra rosqueada –, temos a mesma resistência à</p><p>tração entre as barras ensaiadas.</p><p>SAIBA MAIS:</p><p>A normatização é algo bastante presente em elementos</p><p>de máquinas e desenho técnico, já que ela garante que</p><p>os profissionais do mundo todo possam se comunicar na</p><p>mesma linguagem técnica. Para os parafusos e as roscas,</p><p>não seria diferente, pois existem alguns sistemas diferentes</p><p>para sua padronização. As normas são atualizadas de</p><p>acordo com a evolução das peças para garantir a sua</p><p>padronização. Vamos conhecer a seguir os sistemas mais</p><p>utilizados.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>37</p><p>• International Organization Standartization - Organização</p><p>Internacional de Normalização (ISO):</p><p>As normas internacionais ISO foram criadas em 1946, com o</p><p>objetivo de simplificar o intercâmbio de mercadorias e eliminar obstáculos</p><p>comerciais. Elas têm como padrão de medida o metro, por isso são</p><p>seguidas no Brasil.</p><p>Uma das normas mais usadas, como exemplo, é a ISO 1478. Ela</p><p>especifica as características das roscas auto atarraxantes, que fazem parte</p><p>das aplicações em parafusos para chapas metálicas, e define as principais</p><p>características das roscas, que devem ter os diâmetros nominais entre ST</p><p>1,5 até ST 9,5.</p><p>• Deutsches Institut für Normung - Instituto Alemão para</p><p>Normatização (DIN):</p><p>As normas DIN foram criadas pelo Instituto Alemão para</p><p>Normatização — Deutsches Institut für Normung, em alemão, por isso a</p><p>sigla DIN. Elas são adotadas em toda a produção do país e representam a</p><p>Organização Internacional para Padronização brasileira, a ISO.</p><p>A DIN surgiu em 1917 como um comitê de normas da indústria da</p><p>Alemanha (NADI), mas, hoje, é uma referência mundial. Os parafusos</p><p>produzidos de acordo com a norma seguem padrões de qualidade</p><p>rígidos, que abrangem o material usado, o processo de fabricação e o</p><p>projeto do parafuso. Assim, têm sua qualidade assegurada.</p><p>As normas DIN 913, 914, 915 e 916, por exemplo, são sobre</p><p>parafusos sem cabeças. Para que você entenda melhor, vamos olhar as</p><p>características do DIN 913 (equivalente à norma ISO 4026), parafuso Allen</p><p>sem Cabeça ou Parafuso sem cabeça com sextavado interno ponta plana.</p><p>De acordo com a norma ISO 898, parte 5, ele é fabricado em aço-liga de</p><p>alta qualidade com dureza e 45-53HRC Classe 45H rosca classe 5g,6g.</p><p>• American Society for Testing and Materials - Sociedade- Americana</p><p>de Testes e Materiais (ASTM):</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>38</p><p>A ASTM é a American Society for Testing and Materials, órgão</p><p>norteamericano que adota normas técnicas elaboradas em conjunto com</p><p>comitês voluntários em todo o mundo. Ela é equivalente à Associação</p><p>Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).</p><p>Por ser uma das maiores instituições de normas técnicas do mundo,</p><p>seus padrões facilitam a produção global, permitindo que as organizações</p><p>negociem com segurança e praticidade. A segurança é um dos fatores</p><p>mais importantes para os parafusos que seguem essa norma, que é</p><p>constantemente adaptada para direcionar a produção dos parafusos,</p><p>indicando a melhor constituição para cada uso.</p><p>Prova disso é a Linha Pesada, que conta com fixadores de alta</p><p>resistência. Os parafusos têm peso menor e são fabricados em aço de</p><p>alta resistência e tratados termicamente, por isso são mais indicados</p><p>para montagens que precisam de mais segurança. Os parafusos ASTM</p><p>também se diferem dos demais por terem o comprimento de rosca menor</p><p>e a cabeça sextavada, denominada “pesada”, maior.</p><p>Caso queira se aprofundar no assunto, clique aqui.</p><p>O objetivo de utilizar-se um parafuso é travar duas partes juntas,</p><p>sendo que a carga de travamento estica ou alonga o parafuso. Essa carga</p><p>é obtida por meio da torção da porca até que o parafuso se alongue quase</p><p>ao seu limite elástico. Se a porca não afrouxar, a tensão irá permanecer</p><p>como uma précarga, também chamada de força de travamento.</p><p>Existem diversos tipos de parafuso, sendo que eles se diferem</p><p>principalmente nos formatos de suas cabeças. Vamos ver alguns modelos</p><p>na figura a seguir.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>39</p><p>Figura 12 – Exemplo de cabeças de parafusos</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Assim como os parafusos, as porcas também possuem tamanhos e</p><p>formatos variados e padronizados. O material da porca deve ser escolhido</p><p>com cuidado para que seja compatível com o parafuso.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>40</p><p>Figura 13 – Exemplo de cabeças porcas</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Muita informação, não é mesmo? Os parafusos e as porcas são</p><p>elementos de máquinas que estão intrínsecos em nossa cultura nos dias</p><p>atuais e que nem nos</p><p>damos conta de que eles estão lá ou de que os</p><p>utilizamos, mas a quantidade de conhecimento por trás deles é incrível.</p><p>Molas</p><p>Molas são dispositivos que possibilitam a aplicação controlada da</p><p>força ou do torque. O armazenamento e a liberação da energia pode ser</p><p>um outro objetivo.</p><p>De uma forma abrangente, as molas são classificadas como molas</p><p>de fio de arame, molas planas ou molas com formato especial. Molas de</p><p>fio incluem as molas helicoidais de fio redondo, utilizadas para resistir e</p><p>defletir quando expostas a cargas de tração, compressão ou torção.</p><p>Nas molas planas, temos os tipos em balanço e elípticas, molas</p><p>de potência enroladas, como em motores ou em relógios, e as arruelas</p><p>planas de mola, comumente chamadas de molas Belleville.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>41</p><p>Figura 14 – Exemplo de molas helicoidais</p><p>Fonte: Pixabay.</p><p>Para as molas de compressão, que são as mais utilizadas nos</p><p>Projetos Mecânicos, temos quatro tipos de extremidades. As molas</p><p>que possuem extremidades planas têm um helicoide ininterrupto e</p><p>as extremidades são as mesmas se uma mola cumprida tivesse sido</p><p>cortada em molas menores. Agora, uma mola com extremidades planas</p><p>esquadradas é obtida a partir da deformação de suas extremidades a um</p><p>ângulo de hélice de zero graus.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>42</p><p>Na figura a seguir, temos exemplos dos quatro modelos de</p><p>extremidades comumente utilizados em molas helicoidais.</p><p>Figura 15 – Exemplo de extremidades de molas helicoidais</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Materiais das Molas</p><p>As molas que são manufaturas por processos a quente ou a frio</p><p>terão influência direta do tamanho do material, do índice de elasticidade</p><p>e das propriedades desejadas para a mola. De uma forma genérica, o</p><p>fio préendurecido não deve ser utilizado quando a razão for D/d<4 ou</p><p>d>6mm. O enrolamento da mola induz tensões residuais por flexão, mas</p><p>estas são normais à direção da tensão e torcionais de trabalho em uma</p><p>mola de espirais. É bastante comum que, após a confecção das molas,</p><p>elas sejam aliviadas por meio de um tratamento térmico.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>43</p><p>Figura 16 – Exemplo de mola helicoidal carregada</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Existe uma grande variedade de materiais disponíveis no mercado</p><p>para a confecção de molas. Podemos citar, como exemplo, os aços</p><p>comuns de carbono, aços-liga, aços resistentes à corrosão, além de</p><p>materiais não ferrosos, como latão, cobre berílio e diversas ligas de níquel.</p><p>Os materiais a serem utilizados nas molas podem ser analisados</p><p>para determinar sua resistência de tração. Essas características variam</p><p>de acordo com o tamanho do fio a ser utilizado. É comum encontrarmos</p><p>especificações de fabricantes em que eles apresentem um gráfico</p><p>de resistência à tração por diâmetro do fio ou coeficiente elástico pelo</p><p>diâmetro do fio, facilitando o processo de escolha da mola.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>44</p><p>Rolamentos</p><p>Rolamentos são um dos elementos de máquina mais comuns em</p><p>projetos de máquinas. Seu trabalho é eliminar o atrito entre duas partes</p><p>móveis. O Projeto Mecânico das máquinas rotativas fica incompleto sem</p><p>ele. O objetivo principal dos rolamentos é evitar o contato direto de metal</p><p>com metal das duas peças e permitir um movimento relativo suave entre</p><p>elas.</p><p>Os rolamentos vêm em vários formatos e tamanhos. A abundância de</p><p>projetos de rolamentos disponíveis permite que os projetistas selecionem</p><p>o rolamento mais adequado para diferentes aplicações, garantindo o</p><p>máximo de confiabilidade, eficiência, desempenho e durabilidade.</p><p>Figura 17 – Exemplo de rolamento e as nomenclaturas de suas partes.</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>45</p><p>Os rolamentos são usados em uma variedade de movimentos, como</p><p>lineares (transportadores), rotacionais (virabrequins), dobradiças (portas,</p><p>janelas) e esféricos (junta esférica). Eles transmitem cargas radiais, cargas</p><p>axiais (rolamentos axiais) ou uma combinação de ambas do elemento</p><p>rotativo para a caixa do rolamento.</p><p>Algumas aplicações de rolamentos são:</p><p>• Portas/janelas/gavetas deslizantes.</p><p>• Eixos de motores.</p><p>• Polias e polias transportadoras.</p><p>• Turbinas eólicas.</p><p>• Motores.</p><p>Tipos de Rolamentos</p><p>Na figura 17, podemos ver um rolamento com um corte</p><p>demonstrando suas partes internas e nomenclaturas. Podemos identificar</p><p>as quatro partes essenciais: o anel externo, o anel interno, as esferas e</p><p>o separador. É comum encontrarmos rolamentos que não possuem o</p><p>separador; em contra partida, o custo desses rolamentos é menor.</p><p>Além disso, há manuais técnicos dos fabricantes de rolamentos</p><p>que contêm as descrições dos diversos tipos de rolamentos que eles</p><p>produzem. A seguir, temos uma foto com alguns modelos de rolamentos</p><p>de esferas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>46</p><p>Figura 18 – Exemplo de rolamentos de esfera</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>O rolamento de sulco profundo com uma fileira receberá carga radial</p><p>e um pouco de carga axial. As esferas são inseridas nos sulcos ao mover</p><p>o anel interno para uma posição excêntrica. As esferas são separadas</p><p>após o carregamento, e o separador é inserido. O uso de um entalhe de</p><p>enchimento nos anéis interno e externo permite que um número grande</p><p>de esferas seja inserido, aumentando, assim, a capacidade de carga.</p><p>Todos os rolamentos apresentados podem ser encontrados com</p><p>blindagem em um ou ambos os lados do rolamento, adequando-se a</p><p>situações de trabalho que podem ser agressivas às esferas. As blindagens</p><p>nem sempre proporcionam um fechamento completo do rolamento, mas</p><p>oferecem proteção. Para a vedação completa dos rolamentos, temos os</p><p>tipos selados ou vedados. Quando o rolamento possui vedação nos dois</p><p>lados, ele já vem lubrificado de fábrica.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>47</p><p>Outro tipo de rolamento bastante utilizado são os rolamentos com</p><p>rolos ao invés de esferas, como veremos na figura a seguir.</p><p>Figura 19 – Exemplo de rolamentos de rolos: (a) rolos retos; (b) rolo esférico, axial; (c) rolo</p><p>cônico, axial; (d) agulha; (e) rolo cônico; e (f) rolo cônico de ângulo íngreme</p><p>Fonte: Budynas e Nisbett (2011).</p><p>Rolamentos de rolos retos suportam uma carga radial maior que</p><p>rolamentos de esferas do mesmo tamanho. Isso acontece devido à maior</p><p>área de contato. Porém, os rolamentos de rolos necessitam de uma</p><p>Geometria quase perfeita das pistas e dos rolos, pois um desalinhamento,</p><p>por menor que seja, fará os rolos entortarem.</p><p>Rolamentos de agulha são muito úteis em situações em que o</p><p>espaço radial é limitado.</p><p>Os rolamentos de rolo cônicos são uma combinação das vantagens</p><p>de rolamentos de esferas e rolos retos, isso por que podem suportar</p><p>cargas radiais ou axiais ou uma combinação das duas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>48</p><p>RESUMINDO:</p><p>Bastante conteúdo, não é mesmo?</p><p>Neste capítulo, aprendemos sobre as roscas e os parafusos</p><p>e vimos sobre as molas e os rolamentos.</p><p>Entendemos a importância dos parafusos e a padronização</p><p>de roscas, tamanhos e cabeças. Aprendemos sobre três</p><p>normas para os parafusos: a ISO, a DIN e a ASTM.</p><p>Sobre as molas, entendemos um pouco das nomenclaturas</p><p>utilizadas para definir o tipo de mola a ser utilizado,</p><p>vimos os diferentes acabamentos de molas helicoidais e</p><p>aprendemos algumas de suas aplicações.</p><p>Também estudamos os rolamentos, que são elementos de</p><p>máquinas que eliminam o atrito entre duas partes móveis. Aprendemos</p><p>a nomenclatura de suas diferentes partes e os tipos mais comuns de</p><p>rolamentos e mais utilizados.</p><p>O Universo dos elementos de máquinas é muito vasto, então,</p><p>quando for utilizá-los, estude-os para ter certeza de estar utilizando a</p><p>melhor opção disponível!</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>49</p><p>Chavetas, Acoplamentos e Vedações</p><p>OBJETIVO:</p><p>Neste capítulo, seguiremos aprendendo sobre os</p><p>elementos mecânicos mais utilizados no mundo de</p><p>projetos técnicos. Agora, chegou a vez de estudarmos as</p><p>chavetas, os acoplamentos e as vedações.</p><p>Vamos em frente ampliando nossos conhecimentos..</p><p>Chavetas</p><p>Uma chaveta é um elemento de máquina usado para conectar um</p><p>elemento de</p><p>máquina rotativo (engrenagens, polias) a um eixo. Por meio</p><p>dessa conexão, a chave impede a rotação entre as duas partes e permite a</p><p>transmissão do torque. Para que uma chave funcione, o eixo e o elemento</p><p>rotativo da máquina devem ter um rasgo de chaveta, também conhecido</p><p>como assento da chaveta, que é uma ranhura para a chaveta se encaixar.</p><p>Todo o sistema é chamado de junta chavetada. A seguir, temos alguns</p><p>tipos de chaveta.</p><p>Figura 20 – Exemplo de chavetas</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>50</p><p>Assim como os parafusos, as chavetas também são padronizadas</p><p>por normas. Na figura 20, todas as chavetas apresentadas são pertencentes</p><p>à norma DIN. Veremos, agora, a descrição das chavetas apresentadas</p><p>segundo Melconian (2018).</p><p>• Chaveta plana: é o tipo mais comum de chaveta, sendo utilizada</p><p>para torques em um único sentido.</p><p>• Chaveta inclinada: o cubo é montado à força. O torque suportado</p><p>é maior que nas chavetas planas.</p><p>• Chaveta meia lua: ajusta-se automaticamente. Essa chaveta é</p><p>utilizada para máquinas operatrizes e automóveis em transmissões,</p><p>normalmente para aplicações de médio torque.</p><p>• Chaveta tangencial: admite aplicações de torque nos dois sentidos.</p><p>Existem duas funções básicas de chave:</p><p>• Transmitir torque para o cubo e vice-versa.</p><p>• Impedir o movimento relativo do eixo e do elemento de máquina</p><p>unido.</p><p>Acoplamentos</p><p>Um acoplamento é um elemento mecânico que conecta dois</p><p>eixos para transmitir com precisão a potência do lado acionado para o</p><p>outro lado, enquanto absorve o erro de montagem, o desalinhamento,</p><p>as vibrações e, às vezes, até serve como isolamento térmico ou elétrico.</p><p>O acoplamento na indústria de máquinas é interpretado como uma</p><p>peça que conecta dois eixos e é normalmente chamado de acoplamento,</p><p>acoplamento de eixo ou junta.</p><p>O objetivo principal dos acoplamentos é unir duas peças de</p><p>equipamento rotativo, permitindo algum grau de desalinhamento ou</p><p>movimento final ou ambos.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>51</p><p>Figura 21 – Exemplo de acoplamentos</p><p>Fonte: Melconian (2018).</p><p>Os acoplamentos normalmente não permitem a desconexão dos</p><p>eixos durante a operação, no entanto existem acoplamentos limitadores</p><p>de torque que podem escorregar ou se desconectar quando algum limite</p><p>de torque é excedido, protegendo, assim, o mecanismo contra desgastes</p><p>excessivos ou até mesmo a ruptura de suas partes (MELCONIAN, 2018).</p><p>O Objetivo dos Acoplamentos</p><p>Um acoplamento de eixo pode executar várias funções em uma</p><p>máquina. O Projeto Mecânico pode utilizar mais de um dos recursos dos</p><p>acoplamentos quando eles são empregados em equipamentos.</p><p>A seguir, temos algumas das funções mais usais dos acoplamentos.</p><p>Transmissão de energia.</p><p>Absorção de choque e vibração.</p><p>Acomodação de desalinhamento.</p><p>Isolante térmico.</p><p>Proteção de sobrecarga.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>52</p><p>• Absorver choque e vibração</p><p>Um acoplamento de eixo pode suavizar quaisquer choques ou</p><p>vibrações do elemento acionador para o elemento acionado. Esse recurso</p><p>reduz o desgaste dos componentes e aumenta a vida útil da configuração.</p><p>• Acomodar qualquer desalinhamento</p><p>Desalinhamentos entre eixos podem resultar de erros de montagem</p><p>iniciais ou podem se desenvolver com o tempo, devido a outros motivos. A</p><p>maioria dos acoplamentos pode acomodar algum grau de desalinhamento</p><p>(axial, angular e paralelo) entre os eixos.</p><p>• Isolar termicamente</p><p>Um acoplamento de eixo também pode interromper o fluxo de</p><p>calor entre os eixos conectados. Se a máquina motriz tende a esquentar</p><p>durante a operação, o maquinário no lado da unidade é protegido de ser</p><p>exposto a esse calor.</p><p>• Proteger de sobrecarga</p><p>Acoplamentos especiais, conhecidos como Acoplamento</p><p>Mecânico de Segurança de Sobrecarga, são projetados com a intenção</p><p>de proteção contra sobrecarga. Ao detectar uma condição de sobrecarga,</p><p>esses acoplamentos de limitação de torque cortam a conexão entre os</p><p>dois eixos. Eles podem deslizar ou desconectar para proteger máquinas</p><p>sensíveis.</p><p>Podemos citar, como exemplos, os tipos de acoplamentos de eixo:</p><p>• Acoplamento rígido: são usados para conectar dois eixos</p><p>perfeitamente alinhados.</p><p>• Acoplamento flexível: são utilizados para conectar dois eixos com</p><p>desalinhamento lateral e angular.</p><p>• Acoplamento de fluido ou acoplamento hidráulico: transmitem</p><p>potência de um eixo para outro, aceleração e desaceleração do</p><p>fluido hidráulico (MELCONIAN, 2018).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>53</p><p>Vedações</p><p>Para os elementos mecânicos de vedações, iremos aprender sobre</p><p>as gaxetas e os O’rings, que são os dois elementos de vedação mais</p><p>utilizados em Projetos Mecânicos.</p><p>Figura 22 – Exemplo de O’rings e gaxetas</p><p>Gaxetas</p><p>As juntas são construídas de várias maneiras e com muitos</p><p>materiais. Alguns tipos de gaxetas consistem em várias camadas de metal</p><p>pré-formado, possivelmente com revestimentos elastoméricos finos ou</p><p>inserções elastoméricas.</p><p>Uma gaxeta é um selo mecânico que preenche o espaço entre</p><p>duas ou mais superfícies de contato, geralmente para evitar vazamento</p><p>de (ou para) os objetos unidos durante a compressão.</p><p>É geralmente desejável que a gaxeta seja feita de um material que</p><p>ceda em algum grau, de forma que seja capaz de se deformar e preencher</p><p>o espaço para o qual foi projetada, incluindo quaisquer pequenas</p><p>irregularidades. Algumas gaxetas requerem uma aplicação de selante</p><p>diretamente na superfície da gaxeta para funcionarem corretamente</p><p>(FISCHER et al.,2011).</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>54</p><p>O’rings</p><p>Um O-ring é anel em forma de donut, geralmente moldado de um</p><p>elastômero, embora também seja feito de outros materiais termoplásticos,</p><p>bem como metais, tanto ocos quanto sólidos.</p><p>Os O-rings são usados principalmente para vedação e como</p><p>correias de transmissão mecânica para serviços leves.</p><p>Ele é basicamente um anel de vedação usado para evitar a perda de</p><p>um fluido ou gás. O conjunto de vedação consiste em um anel de vedação</p><p>elastomérico e uma sobreposta. Um O-ring é um anel de seção transversal</p><p>circular moldado em borracha. O O-ring é geralmente encaixado em um</p><p>rasgo cortado em metal ou outro material rígido.</p><p>Os anéis O-ring têm algumas propriedades interessantes que os</p><p>tornam um componente muito utilizado em dispositivos e máquinas.</p><p>Sua propensão natural para retornar à forma original quando a seção</p><p>transversal sofre pressão significa que eles são um dos métodos mais</p><p>econômicos e confiáveis de se realizar uma vedação.</p><p>O outro motivo pelo qual os anéis de vedação são tão comumente</p><p>usados é a ampla variedade de materiais com os quais podem ser feitos.</p><p>A maioria dos anéis de vedação é feita de elastômeros, que são um tipo</p><p>de polímero elástico, mas há uma grande variedade desses elastômeros</p><p>disponíveis, cada um com diferentes resistências, fraquezas e tolerâncias.</p><p>A aplicação a que se destina o anel de vedação determinará qual tipo de</p><p>material é mais adequado, por exemplo:</p><p>• Altas e baixas temperaturas: o silicone e o fluorosilicone podem</p><p>suportar temperaturas de até -100 ° C.</p><p>• Compatibilidade química: o material Viton™, também conhecido</p><p>como FKM / FPM, possibilita anéis de vedação resistentes a</p><p>muitos produtos químicos e que funcionam em altas temperaturas</p><p>também.</p><p>• Água quente e vapor: os anéis de etileno propileno (EPDM) são</p><p>resistentes a vapor e à água quente, bem como a álcool, álcalis</p><p>fortes e fluidos encontrados em aplicações automotivas.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>55</p><p>• Graxa e fluidos hidráulicos: os anéis de Buna-N, também</p><p>conhecidos como anéis de nitrila, são melhores para usar onde</p><p>houver muita graxa ou fluido hidráulico ao redor (FISCHER et</p><p>al.,2011).</p><p>Como você pode ver, para praticamente qualquer aplicativo que</p><p>você imaginar, haverá um anel de vedação que possa lidar com esse</p><p>ambiente. Isso significa que eles são úteis em uma ampla gama de</p><p>aplicações, desde eletrodomésticos encontrados em casa, máquinas</p><p>gigantescas usadas na fabricação e até mesmo em ônibus espaciais!</p><p>RESUMINDO:</p><p>Neste</p><p>capítulo, vimos mais três itens pertencentes à vasta</p><p>gama de elementos mecânicos existentes, aprendemos</p><p>sobre as chavetas, os acoplamentos e dois tipos de</p><p>vedações mecânicas: as gaxetas e os O’rings.</p><p>Entendemos como as chavetas funcionam e que sua</p><p>principal atividade é transmitir torque de um eixo para outro</p><p>elemento mecânico.</p><p>Também aprendemos sobre os acoplamentos que transmitem</p><p>torque, porém, dessa vez, de um eixo para outro, já que os acoplamentos</p><p>unem dois eixos e absorvem desde pequenos desalinhamentos até a</p><p>transferência de calor entre as duas partes acopladas.</p><p>Para finalizar nosso capítulo, aprendemos sobre duas vedações</p><p>mecânicas: as gaxetas e os O’rings. Vimos que essas vedações podem</p><p>ser feitas de diversos materiais e são bastante versáteis.</p><p>Interessante, não é mesmo? Então, vamos em frente!</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>56</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>BUDYNAS, R. G., NISBETT, J. K. Elementos de máquinas de Shigley.</p><p>Porto Alegre: AMGH, 2016.</p><p>FISCHER, U. Manual de Tecnologia Metal Mecânica. São Paulo:</p><p>Blucher, 2011.</p><p>MELCONIAN, S. Elementos de máquinas. São Paulo: Érica, 2018.</p><p>TUDO sobre normas e especificações de parafusos. Ciser, 2019.</p><p>Disponível em: https://blog.ciser.com.br/tudo-sobre-fixadores/tudo-</p><p>sobre-normas-e-padroes-de-especificacao-de-parafusos. Acesso em: 1</p><p>nov. 2021.</p><p>WHAT are machine elements? Classification of machine</p><p>elements. Bright Hub Engineering, 2008. Disponível em: https://www.</p><p>brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/10116-what-are-</p><p>machine-elements/. Acesso em: 1 nov. 2021.</p><p>Projetos Mecânicos</p><p>https://www.brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/10116-what-are-machine-elements/</p><p>https://www.brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/10116-what-are-machine-elements/</p><p>https://www.brighthubengineering.com/cad-autocad-reviews-tips/10116-what-are-machine-elements/</p><p>_Hlk88654267</p><p>Fundamentos e Conceitos dos Elementos de Máquinas Mecânicas</p><p>O que são os Elementos de Máquinas?</p><p>Elementos de Máquina de uso Geral</p><p>Elementos de Máquina para Fins Especiais</p><p>Exemplos de Elementos de Máquinas</p><p>Eixos</p><p>Chavetas</p><p>Acoplamentos</p><p>Eixos, Engrenagens e Mancais</p><p>Eixos</p><p>Materiais dos Eixos</p><p>Geometria do Eixo</p><p>Engrenagens</p><p>Engrenagens Cilíndricas de Dentes Retos</p><p>Engrenagens Helicoidais</p><p>Engrenagens Cônicas</p><p>Engrenagens Sem-Fim</p><p>Composição de uma Engrenagem</p><p>Mancais</p><p>Lubrificação</p><p>Roscas e Parafusos, Molas e Rolamentos</p><p>Roscas e Parafusos</p><p>Molas</p><p>Materiais das Molas</p><p>Rolamentos</p><p>Tipos de Rolamentos</p><p>Chavetas, Acoplamentos e Vedações</p><p>Chavetas</p><p>Acoplamentos</p><p>O Objetivo dos Acoplamentos</p><p>Vedações</p><p>Gaxetas</p><p>O’rings</p>