Aula PMecanismos - 01 pptx

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855Z - Projeto de Mecanismos
Aula 1
Engenharia de Controle e Automação
Elaborado por: Prof. Paulo Rodi (ano 2020/2)
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Informações gerais
Prof. Paulo Rodi (paulo.rodi@docente.unip.br)
Ø Carga horária semanal: 3 hora-aula (teoria: semanas pares; 
prática: semanas ímpares).
Ø Objetivo da disciplina: promover conhecimentos de métodos 
de análise e de projeto (síntese) de mecanismos. Revisar 
conceitos de estática e de dinâmica de corpos rígidos e 
aplicar na análise de mecanismos articulados planos. 
Desenvolver o projeto prático de mecanismos planos.
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Informações gerais
Conteúdo:
• Introdução aos mecanismos tridimensionais
• Introdução aos manipuladores robóticos
• Análise dinâmica de mecanismos planos
• Análise estática de mecanismos de barras articuladas
• Análise dinâmica; forças de inércia; forças generalizadas
• Projeto de mecanismos de barras articuladas
• Projeto de mecanismos auxiliado por computador
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Informações gerais
Avaliações:
Conforme o calendário oficial UNIP
- NP1 na 3ª./4ª. Semana de Setembro/20
- NP2 na 2ª./3ª. Semana de Novembro/20
- Sub / Exame
Notas:
NP = P (0 a 8) + Exercs. Práticos (0 a 2)
Sub / Exame: notas das provas
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Informações gerais
Bibliografia:
Norton, R. L. – Cinemática e Dinâmica dos Mecanismos, 
McGraw Hill, NY, 2010 – AMGH, Porto Alegre, 2011.
FLORES, PAULO; CLARO, J. C. PIMENTA; Cinemática de 
Mecanismos, Livraria Almedina, Lisboa, 2007.
MABIE, HAMILTON H.– Mechanisms and Dynamic Analysis of 
Machines – Prentice Hall. – New York - 2000.
SANTOS, ILMAR F. - Dinâmica de Sistemas Mecânicos –
Makron Books – São Paulo – 2000.
UICKER Jr, J. J.; PENNOCK, G. R.; SHIGLEY, J. E.. Theory of 
machines and mechanisms. 3.ed. N.Y.: Oxford University Press, 
2003.
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Introdução 
q Síntese de mecanismos: execução de movimento desejado.
q Análise de mecanismos: comportamento dinâmico de corpos 
rígidos.
Observa-se que na metodologia de projeto, a síntese precede à 
análise do mecanismo.
q Cinemática: estudo do movimento, desconsidera as forças 
que o causaram.
q Cinética: estudo das forças e torques de sistemas em 
movimento. Contém o estudo da dinâmica dos mecanismos 
(F = m.a).
Não são fisicamente separáveis, apenas didaticamente.
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Introdução 
F = m.a
(a massa m normalmente não se altera no tempo)
Por meio de integração sucessiva, essa expressão permite 
calcular a velocidade e a posição em cada instante.
Forças inerciais + Forças externas → tensões mecânicas 
nos componentes
(m.a) (Fext)
σtrab < σadm (que é função da temperatura)
Objetivo de projeto:
Obs.: no processo de projeto, definições feitas a priori (síntese) podem 
levar a uma solução pobre ou inadequada em termos de desempenho.
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Introdução 
Mecanismo: dispositivo que transforma um movimento 
qualquer (ex., rotação de um eixo) em um padrão desejado 
(ex., movimento linear ou curvo pré estabelecido).
Máquinas: compostas por mecanismos que são projetados 
para fornecer forças significativas e transmitir potências 
também significativas.
Exemplos:
Mecanismos (movimento) → guarda-chuva, articulador de 
porta
Máquina (movimento + energia) → robô, câmbio automotivo, 
trator
Saiba mais, lendo a “Breve história da cinemática“ em Norton (pp. 25-26).
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Introdução 
Não se consegue analisar questões de tensões mecânicas em 
componentes de um dado mecanismo, até que a sua configuração 
cinemática (síntese) esteja definida.
1. Passo: definir a cinemática (síntese)
2. Passo: analisar a dinâmica (forças, tensões)
Logo, o projeto do mecanismo inicia-se com a criatividade para a 
invenção, segundo a necessidade estabelecida, objetivo e 
especificações, seguindo-se com as fases da análise, seleção da 
melhor solução, projeto detalhado, prototipagem, testes de 
validação e produção.
Saiba mais, lendo a “A metodologia de um projeto“ em Norton (pp. 28-34).
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Introdução 
A criatividade para a invenção, pode ser desenvolvida por meio de 
pesquisa de soluções já existentes.
Sites úteis para consultas:
Ø machinedesign.com (revista de projeto)
Ø motionsystemdesign.com (revista de projetos de sistemas 
móveis)
Ø howstuffworks.com (informações sobre dispositivos de 
engenharia)
Ø iel.ucdavis.edu/design (UCLA com aplicações de softwares 
para animar mecanismos)
Ø kmodd1.library.cornell.edu (modelos mecânicos para ensino de 
princípios cinemáticos)
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Introdução 
Alguns exemplos interessantes de mecanismos 2D e 3D:
(fonte: canal YouTube King Mechanical)
- Robô de 5 barras paralelas:
https://youtu.be/OOWDeVVcwew
- Mecanismos automotivos:
https://youtu.be/414dLxtntsA
- Posicionadores de janelas:
https://youtu.be/eL-J0G0maIM
- Controlador de junta Hooke:
https://youtu.be/ee3jidkQpCY
2D 3D
- Mancal de eixo virtual de giro:
https://youtu.be/vbq8-SuZLRQ
- Controlador de junta esférica com 
2 GL:
https://youtu.be/DWrm6IKrfps
- Diversos mecanismos:
https://youtu.be/ffgf93XRG_8
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Fundamentos da cinemática
Graus de mobilidade (GL) ou Mobilidade (M): número de 
parâmetros independentes (medidas) necessários para definir 
uma única posição no espaço, em qualquer instante de tempo 
(com base em uma estrutura de referência).
3GL (corpo rígido em 
movimento plano): x, y, θ
6GL (corpo rígido em 
movimento qualquer no 
espaço): x, y, z, θ, λ, ρ
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Fundamentos da cinemática
Tipos de movimento de corpo rígido.
• Rotação (pura) em torno de um ponto (2D) ou eixo (3D) que é 
fixo no sistema referencial. Todos os outros pontos do corpo 
descrevem arcos ao redor do centro de giro (ponto ou eixo) e 
sua posição é definida apenas pela sua orientação angular.
• Translação pura de todos os pontos em trajetórias paralelas 
(retilíneas ou curvilíneas), sem variação angular de uma linha 
de referência traçada no corpo, mas apenas da sua posição 
linear.
• Complexo, combinação de rotação e translação, com os 
pontos do corpo se movendo em rotação em relação a um 
centro instantâneo, que muda de localização a cada instante.
Obs.: translação e rotação são movimentos independentes do 
corpo, dados pelos termos de posicionamento x, y, z, θ, λ, ρ.
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Fundamentos da cinemática
Elos, juntas e cadeias cinemáticas.
• Elo é (assumindo) um corpo rígido com pelo menos dois nós,
que são pontos para se anexar aos outros elos para formar um 
mecanismo.
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Fundamentos da cinemática
Elos, juntas e cadeias cinemáticas.
• Junta é a conexão entre 2 ou mais elos (em seus nós) que 
permite o mesmo movimento, ou movimento potencial, entre os 
elos conectados. Também é chamada de par cinemático.
São classificadas de diversas maneiras:
1. Pelo tipo de contato entre os elementos: ponto, linha, 
superfície.
2. Pelo número de GL permitidos na junta.
3. Pelo tipo de fechamento físico da junta: forma (ranhura-
seguidor de came); força (mola-válvula de motor).
4. Pelo número de elos da junta (ordem da junta).
Obs.: Ordem da Junta = nr. elos -1 (importante para determinar o NGL de uma 
montagem).
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Fundamentos da cinemática
Conforme Reuleaux (1963), juntas são classificadas como
§ Par inferior: superfícies em contato (junta pinada, junta 
prismática)
§ Par superior: linha ou ponto em contato (junta pinada, porém 
com folga, contato se dá em linha)
A vantagem de pares inferiores é a melhor retenção de 
lubrificação entre os componentes (maior vida útil).
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Fundamentos da cinemática
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Diagramas cinemáticos
Forma simplificada para representar os componentes de um mecanismo.
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Diagramas cinemáticos
A correta representaçãodo diagrama desse exemplo, nos auxiliará na 
determinação do NGL desse mecanismo.
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Até a próxima !