Prévia do material em texto
ACOPLAMENTOS MECÂNICOS – SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO Curso em Engenharia Mecânica Prof. Dr. Gilmar Cordeiro da Silva 1 INTRODUÇÃO 2 O que são acoplamentos? 1. São componentes de transmissão mecânica sendo que sua principal função é a transmissão de torque e rotação. 2. O acoplamento faz a ligação do eixo do motor para o equipamento que será acionado, transmitindo o torque e a rotação do eixo motriz para o eixo movido. 1 INTRODUÇÃO 3 Quais as suas principais aplicações? O acoplamento mecânico pode ser aplicado em qualquer máquina rotativa e em qualquer tipo de indústria. Ele fará a ligação entre o acionamento (motor elétrico, motor à combustão, turbina) e a máquina acionada (bombas, transportadores, elevadores). Os acoplamentos também são responsáveis por absorver possíveis choques e pancadas provenientes da aplicação, além de acomodar desalinhamentos existentes entre as pontas de eixo. Os acoplamentos costumam ser aplicados, por exemplo, em transportadores de correia, bombas centrífugas, agitadores, misturadores, trituradores, compressores, elevadores de caneca, extrusoras, geradores, moinhos, mesa de rolos, sopradores e ventiladores. 1 INTRODUÇÃO 4 Existem vários fabricantes no mercado. O correto em projetos é especificar acoplamento comercial e não dimensionar e desenhar. O desenho se restringe a dimensões do furo e rasgo de chaveta adequando-o a determinada aplicação. 1 INTRODUÇÃO 5 Quais são os principais tipos de acoplamentos? a. Os acoplamentos mecânicos são divididos em famílias. b. As famílias são praticamente iguais ou bastante semelhantes em todos os fabricantes de acoplamentos, sendo que alguns destes são intercambiáveis. O que normalmente difere é que cada um deles trabalha com modelos distintos dentro desses grupos. c. Os tipos mais comuns encontrados no mercado atualmente são: flexíveis, rígido, de engrenagens e de lâminas. Cada grupo contém modelos diferentes de acoplamentos. 1 INTRODUÇÃO 6 1. Acoplamentos Flexíveis Em geral, são os mais utilizados. Tem como principal característica a acomodação dos desalinhamentos, que são a causa de 50% dos chamados colapsos de rolamentos, já que os elementos de máquina (não apenas os rolamentos, mas também selos, retentores, engrenagens) normalmente não estão preparados para a flexão induzida no eixo. b. Costumam contar com uma manutenção rápida e dispensam lubrificação. Alguns modelos de flexíveis são Bipartidos, tendo o centro elástico em duas partes, o que facilita a manutenção nos casos de distância entre pontas de eixo pequenas (menores do que 10 mm). 1 INTRODUÇÃO 7 1. Acoplamentos Flexíveis • Outro diferencial dos acoplamentos flexíveis mais modernos do mercado é a redução de emissão de ruídos para o meio ambiente. Com o avanço da tecnologia, os novos componentes proporcionam uma eficiência maior na redução dos ruídos a partir do isolamento de vibrações e de choques entre o motor e a máquina. • São utilizados em motores elétricos devido carga pulsante e outras aplicações com vibração, rotações médias e altas. Geralmente lado do acionamento. 1 INTRODUÇÃO 8 1. Acoplamentos Flexíveis • Outro diferencial dos acoplamentos flexíveis mais modernos do mercado é a redução de emissão de ruídos para o meio ambiente. Com o avanço da tecnologia, os novos componentes proporcionam uma eficiência maior na redução dos ruídos a partir do isolamento de vibrações e de choques entre o motor e a máquina. • São utilizados em motores elétricos devido carga pulsante e outras aplicações com vibração, rotações médias e altas. Geralmente lado do acionamento. 1 INTRODUÇÃO 9 1. Acoplamentos Rígidos Onde são Utilizados? Em situações específicas que garantem condições ideais de funcionamento para manter sincronismo. Rotações médias para baixas e geralmente lado da máquina. São muito comuns nas indústrias. Podem ser usados em transmissão mecânica. É possível encontrá-los, mais especificamente, em: bombas; motores; máquinas de embalagens; agitadores; correias transportadoras; elevadores de caneca; entre tantos outros maquinários. Acoplamento rígido com Flanges Parafusadas 1 INTRODUÇÃO 10 1. Acoplamentos Rígidos Quais suas vantagens? - São de baixo custo, especialmente quando comparados a outros tipos de acoplamentos. Versáteis na instalação, tornando-os uma opção prática em determinadas configurações Quais suas Aplicações? - São recomendados quando: - Os eixos estão perfeitamente alinhados - As bases são rígidas e resistentes à torção. 1 INTRODUÇÃO 11 1. Acoplamentos Rígidos Quais são as limitações e riscos? Não toleram desalinhamentos, mesmo que pequenos. - O desalinhamento pode causar: ❖ Ovalização dos furos dos parafusos fixadores. ❖ Quebra dos parafusos prisioneiros, em função de: - Folga no alojamento. - Movimento ou seja solavancos no acionamento por correia, que por usa vez podem gerar cisalhamento imediato dos componentes 1 INTRODUÇÃO 12 1. Acoplamento Hidráulico ou Hidrodinâmico Vasta aplicação industrial. Utilizados em altas potências e partida com alta carga. Ex: transportadores, extração mineral, processamento mineral, indústrias químicas, alimentícias, máquinas que possuam grande inércia de partida. 1 INTRODUÇÃO 13 Juntas cardans - Dispositivos mecânicos que transmitem torque e rotação entre eixos, permitindo que o movimento seja transmitido mesmo com variações de Ângulo e altura. Possui uma ampla gama de aplicações em equipamentos e máquinas operatrizes, gráficas, alimentícias, têxteis, químicas, etc. Fabricado em aço carbono ou inox conforme DIN 808, pode ser fornecido com sistema de rolamentos de agulhas (3500 RPM máx.), ou com mancal deslizante (1600 RPM máx.). Aplicações em diversas áreas como: Indústria Mecânica, Autopeças, Linha Branca, Alimentícia, Química, Gráfica, Papel, Celulose, etc... 1 INTRODUÇÃO 14 O eixo cardan é composto de dois eixos tubulares: um primário, centrado à fonte motriz, e outro secundário, centrado ao eixo de tração. As suas extremidades contam com articulações denominadas Juntas Móveis Universais, que podem possuir rolamentos, mancais deslizante, e proteção de borracha apenas nas articulações para acompanhar o movimento unilateral dos mesmos. Critério de seleção de acoplamentos - 1°Tipo 15 • Flexível – usado em motores elétricos devido carga pulsante e outras aplicações com vibração, rotações médias e altas. Geralmente lado do acionamento. Acoplamento flexível de correia acoplamento flexível de bucha Acoplamento flexível de garra Critério de seleção de acoplamentos - 1°Tipo 16 • Rígido – manter sincronismo. Rotações médias para baixas. Geralmente lado da máquina. Critério de seleção de acoplamentos - 2° Torque Nominal 17 ❑ O mesmo acoplamento pode ter várias aplicações. Os equipamentos apresentam oscilações de torques em ciclos, aplicação severa com mesma potência requerem componente mais robusto. ❑ O torque catalogado para seleção é ampliado por Fator de Serviço FS Obtido em tabelas de fabricantes Critério de seleção de acoplamentos - 3° Medida do Furo Interno e Rotação Limite 18 ❑ acoplamento tem uma faixa de dimensões a que o os furos podem ser usinados para encaixe nos eixos ❑ Ao selecionar, confirmar se poderá ser usinado para as respectivas sedes. ❑ O catálogo mostra dimensões mínimas e máximas do furo Acoplamentos de engrenagem aplicados na vertical, otimizados para suportar cargas axiais Exercícios 19 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional A) Utilize o catalogo de acoplamento da Vulkan Drive Tech e especifique o acoplamento para entrada do redutor(montado no motor) B) Elaborar esboços dos flanges indicando dimensões Exercícios 20 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional SOLUÇÃO A) Utilize o catalogo de acoplamento da Vulkan Drive Tech e especifique o acoplamento para entrada do redutor (montado no motor) Na seleção de um acoplamento é imprescindível considerar o torque da máquina acionadora e o grau de irregularidade do sistema, como também a magnitude das massas a serem aceleradas. Para a determinação do tamanho apropriado é necessário considerar o fator de serviço. Esse será multiplicados pelo torque nominal da máquina acionadora. Exercícios 21 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional Exercícios 22 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional SOLUÇÃO Meq = 9550x11,033 X 1,9 1750 Meq = 114,40 𝑁.𝑚 Exercícios 23 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional SOLUÇÃO Meq = 9550x11,033 X 1,9 1750 Meq = 114,40 𝑁.𝑚 Exercícios 24 Um guincho opera com motor 15 CV, 1750 rpm, eixo ø 38 x 80 mm. Sabe se que o redutor acoplado ao motor tem eixo de entrada ø 42mm, saída ø 85mm 75 rpm. A situação de trabalho do guincho é irregular e médias massas serão aceleradas e com possível carga de impacto adicional Formas / Designs Exercícios 25 Meq = 114,40 𝑁.𝑚 CONTINUAÇÃO ACOPLAMENTOS MECÂNICOS – ASSUNTO CHAVETAS Curso em Engenharia Mecânica Prof. Dr. Gilmar Cordeiro da Silva 1 INTRODUÇÃO 2 1 - O que são chavetas? Chavetas são peças mecânicas que prendem eixos a outros componentes, permitindo que transmitam torque e velocidade. São usadas em eixos de motores elétricos, eixos de saída, engrenagens, polias e rodas dentadas. 1 INTRODUÇÃO 3 2 - Quais as principais características de uma chaveta I. São normalmente feitas de aço; II. São usinadas para encaixar no rebaixo do eixo e do componente de transmissão; III. O rebaixo deve ter a mesma geometria que a chaveta; IV. As dimensões devem ser calculadas para garantir um ajuste preciso e seguro 1 INTRODUÇÃO 4 3 - Quais as vantagens do uso de chaveta • Impedir a rotação relativa entre dois componentes; • Garantir que ambos permaneçam unidos durante a força centrífuga; • Permitir que eixos tenham movimento axial relativo com o componente de transmissão 1 INTRODUÇÃO 5 4 – Quais os principais tipos de chavetas? As chavetas estão disponíveis em vários formatos. Cada uma tem suas características e vantagens próprias. Dependem de qual aplicação terão. . • Essa chaveta tem o nome de seu inventor, William Woodruff. Devido a seu formato, ela também tem o nome de chaveta meia lua. • O lado circular se encaixa no eixo e o lado reto na peça acoplada a ele. • O formato da chaveta Woodruff reduz a concentração de tensões no rasgo feito no eixo. Dessa forma, é vantagem para eixos que operam em alta velocidade. • Como há uma certa liberdade para a chaveta meia lua ficar inclinada no rasgo do eixo, seu uso se dá muito em eixos cônicos, que tem um perfil inclinado. 1 INTRODUÇÃO 6 4 – Quais os principais tipos de chavetas? As chavetas estão disponíveis em vários formatos. Cada uma tem suas características e vantagens próprias. Dependem de qual aplicação terão. As chavetas paralelas recebem este nome por terem todas as faces paralelas. A face frontal pode ser quadrada (usado para eixos menores) ou retangular. Esse é o tipo de chaveta mais comum. Ela transmite a rotação pelo contato direto de suas faces com as faces dos rasgos de chaveta. Além disso, a fixação pode ser reforçada com a adição de parafusos ou pinos. . 1 INTRODUÇÃO 7 4 – Quais os principais tipos de chavetas? As chavetas estão disponíveis em vários formatos. Cada uma tem suas características e vantagens próprias. Dependem de qual aplicação terão. Essa chaveta tem o formato de cunha e apresenta uma inclinação ao longo de sua seção longitudinal. • Assim, quanto mais fundo ela se encaixa no rasgo, maior será a força de contato entre ela, o eixo e a peça movida. • A chaveta de cunha encaixada dispensa parafusos de fixação. No entanto, se a força for excessiva, ela pode deslocar o centro de giro do eixo em relação ao centro da peça movida, desalinhando o conjunto. • Ela pode ter uma cabeça na ponta que serve para apoiar ferramentas durante sua desmontagem. . Chavetas de cunha encaixada 1 INTRODUÇÃO 8 4 – Quais os principais tipos de chavetas? As chavetas estão disponíveis em vários formatos. Cada uma tem suas características e vantagens próprias. Dependem de qual aplicação terão. As chavetas tangenciais recebem esse nome porque os rasgos são usinados tangencialmente nos eixos. • Sua aplicação se dá em transmissões com torques altos. Um lado dessa chaveta fica encostada na lateral do rasgo, como no caso das chavetas paralelas. O outro lado tem liberdade para deslizar sobre o eixo. • Por isso, essas chavetas são usadas em dupla, com ângulos que variam entre 90º e 180º. • Este tipo pode ter a seção transversal quadrada ou retangular. Já a longitudinal pode ter lados paralelos ou em ângulo (cunha). NORMAS PARA CHAVETAS - NORMA DIN 6888 9 https://www.solidprize.com.br/2011/09/tabela-de-rasgo-de-chaveta-conforme.html NORMAS PARA CHAVETAS - NORMA DIN 6888 10 https://www.solidprize.com.br/2011/09/tabela-de-rasgo-de-chaveta-conforme.html NORMAS PARA CHAVETAS - NORMA DIN 6885/1 11 https://www.solidprize.com.br/2011/09/tabela-de-rasgo-de-chaveta-conforme.html DIMENSIONAMENTO CHAVETAS 12 No seu dimensionamento deve-se levar em consideração os seguintes parâmetros: - o material da chaveta; - as dimensões da seção transversal; - o ângulo de chanfro; - as tensões atuantes; - o comprimento da chaveta. Considerando a montagem árvore/chaveta/cubo, a força F, atuante na chaveta, é definida em função do momento aplicado. DIMENSIONAMENTO CHAVETAS 13 Quando uma chaveta está em funcionamento, o cubo faz pressão sobre a sua metade superior de um lado e a árvore sobre a sua metade inferior do outro lado, resultando num conjugado que vai atuar tendendo a virar a chaveta na sua sede. DIMENSIONAMENTO CHAVETAS 14 Quando uma chaveta está em funcionamento, o cubo faz pressão sobre a sua metade superior de um lado e a árvore sobre a sua metade inferior do outro lado, resultando num conjugado que vai atuar tendendo a virar a chaveta na sua sede. Uma análise de tensões convencional, mostra claramente o esmagamento superficial nas seções (t/2 x L) e cisalhamento na seção (b x L) DIMENSIONAMENTO CHAVETAS 15 As tensões admissíveis para o cisalhamento e para o esmagamento superficial (compressão) são determinadas em função do limite de escoamento do material onde Ssy = 0,577Sy, de acordo com o critério de energia de distorção e o coeficiente de segurança de estar limitado entre 1,5da chaveta devem respeitar a relação 1,25D