Mecanismos e Dinâmica das Máquinas • Período Letivo:
• Curso:
•
2o. Semestre/2014
Engenharia Mecânica
Aula: Revisão: Introdução e Revisão de Estática
Nome: Professor: Luís Henrique Fagundes
Introdução
Os projetos projetos de engenharia consistem na criação de planos de máquinas, estruturas, sistemas ou idealização de processos, para realizarem realizarem funções bem definidas.
Um projeto mecânico é o conjunto de operações necessárias para realizar realizar a construção ou montagem de uma máquina, dispositivo ou processo. – Concepção e disposição de peças que satisfaçam determinado objetivo. – Definição da geometria, material, fabricação e montagem.
Introdução
Os projetos projetos de engenharia consistem na criação de planos de máquinas, estruturas, sistemas ou idealização de processos, para realizarem realizarem funções bem definidas.
Um projeto mecânico é o conjunto de operações necessárias para realizar realizar a construção ou montagem de uma máquina, dispositivo ou processo. – Concepção e disposição de peças que satisfaçam determinado objetivo. – Definição da geometria, material, fabricação e montagem.
Introdução Um projeto compõe-se das seguintes etapas: 1.Reconhecer e constatar constatar sua necessidade. 2.Estudo de soluções possíveis e seleção de uma, que será estudada com mais detalhes.
3.Delinear o anteprojeto da máquina, estrutura, sistema ou processo selecionado. Definir as especificações. 4.Dimensionar todos os componentes e preparar os desenhos e especificações mais detalhadas. Fases iniciais: criativas.
Fases finais: decisões encadeadas.
Introdução
Definir primeiramente “o que” será criado.
– Criação => “arte”
No projeto, o conjunto e a disposição das peças consistirá normalmente de um ou mais mecanismos. Para a escolha destes mecanismos, o projetista deve conhecer o maior número possível deles.
Bom senso + ensaios + experiência.
Introdução Outros fatores: – Atrito, desgaste e aquecimento – Utilidade – Custo – Segurança – Ruído – Aparência – Versatilidade – Controle – Resistência e rigidez – Lubrificação
Introdução
1.Arranjo cinemático 2.Estudo das forças externas e internas
nem todas as acelerações são conhecidas, pois as massas das partes móveis ainda estão indefinidas
3.Projetos dos elementos de máquinas utilizados
Introdução Mecanismo: conjunto de elementos de máquinas interligados para produzir um
movimento específico. – Êmbolo + biela + manivela de um motor ou compressor – Engrenagens acopladas (“trem de engrenagens”) – Duas polias ligadas por uma correia “V”
Deve ser projetado: – Geometria deve atender as características dos movimentos desejados – Requisitos de espaço Análise cinemática: métodos usados para equacionar o movimento dos mecanismos Síntese cinemática: configuração final de um mecanismo que produz os movimentos
preestabelecidos Cinemática: estudo do movimento independentemente das forças que o originaram
Posição, geometria, deslocamento, rotação, velocidade, aceleração
Introdução Exemplo: motor ou compressor – Que relação existe entre o movimento do êmbolo e a árvore de
manivelas? – Qual a velocidade de deslizamento entre as superfícies lubrificadas do
êmbolo e do cilindro, para as várias posições do êmbolo? – Qual a direção e o módulo da aceleração do êmbolo e de que forma
variam durante um ciclo completo? – Que trajetória descreve o centro de gravidade da biela? – Que diferenças há entre os movimentos de um motor de curso longo e
curto?
Introdução Máquina:
Def.1: Conjunto de mecanismos destinados a transmitir força de uma fonte de potência contra uma resistência a ser superada.
Def. 2: em geral, servem para transformar movimentos e energias de diversos tipos. Essa transformação executa-se por intermédio de numerosos mecanismos, como componentes integrantes das máquinas.
Conceitos Cinemática A Cinemática, como matéria principal da Teoria dos Mecanismos, trata das propriedades do movimento geométrico dos corpos rígidos, caracterizados pela
mudança relativa de posição, sem nada indagar das origens que o causa, portanto, sem fazer referências às massas e forças. A Síntese Cinemática, ou Síntese Dimensional, considera a determinação da geometria básica das partes constituintes de um mecanismo, necessária para a realização de uma transmissão ou transformação específica de movimento.
Conceitos Então, a Cinemática possui 02 derivações: Análise Cinemática
Síntese Cinemática Síntese de tipo
- Síntese de número - Síntese Dimensional
Premissa de rigidez A premissa ou hipótese de absoluta rigidez de um corpo define que a distância entre duas quaisquer de suas partículas seja constante durante o movimento. Este conceito ideal de rigidez significa uma grande simplificação no projeto
dos mecanismos, porém, não é sempre aceitável. Em alguns casos de altas velocidades, as características deformáveis dos membros do mecanismo terão que ser examinados e refletidos no projeto.
Conceitos Deslocamentos O deslocamento representa a mudança de posição, independentemente do
caminho percorrido. Define-se deslocamentos lineares e angulares, este último como mudança angular na posição de uma linha.
Ciclo, Período e Fase do Movimento Quando as diversas partes de um mecanismos partem de uma posição
inicial, descrevem um movimento intermediário, retornando então à posição inicial para reiniciar a mesma transformação cinemática. O mecanismo realizou um ciclo durante um tempo denominado período,
após adquirir várias posições instantâneas relativas denominadas fases.
Sistemas de classificação de mecanismos Funcional – Considera o mecanismo completo (“caixa-preta”) – Tais caixas-pretas podem ser subdivididas em outras => cada uma com sua
função – Sistema = coleção de mecanismos
Estrutural – Considera a natureza das partes = movimento relativo entre elas. Conexão
entre partes. – Transformação de movimentos entre seus componentes de entrada e de
saída = forma de interligação: rolamentos, deslizamentos, barras, conectores flexíveis, ganchos, ressaltos, ...
Classificação de acordo com o mecanismo
Alavanca de Bell
Conexões vinculadas
Engrenagem de desvio (bevel gear)
Pistão
Came
Polias
Cardã
Pinhão e cremalheira
Manivela
Catraca
Manivela deslizante
Movimento recíproco
Engrenagens
Coroa-parafuso
Mecanismo intermitente de Genebra Alavanca
Classificação de acordo com o mecanismo Geradores de movimento retilíneo – Watt – Scott-Russell – Peaucelier – Tchebicheff – Trem de engrenagens epicíclicas
Conversão movimento linear <-> rotação – Manivelas – Balancim de Scotch – Movimento linear intermitente
Classificação de acordo com o mecanismo Conexão de quatro barras – Arraste – Manivela + oscilação – Oscilação dupla – Gerador de funções
Escapes – Genebra (Geneva) – De relógio
Mistos – Retorno rápido de braço oscilante – Retorno rápido de Whitworth – Zíper
Conversões de movimentos Linear p/ rotativo: cremalheira e pinhão Transformação linear: polia, alavanca Transformação direcional: alavanca de sinos Oscilatório p/ recíproco: biela, came Oscilatório p/ rotativo: biela Oscilatório p/ intermitente: catraca Oscilatório p/ irregular: came Recíproco p/ rotativo: pistão Recíproco p/ oscilatório: vínculos (homem + martelo) Recíproco p/ intermitente: catraca Recíproco reflexivo: alavanca, polia Rotativo p/ linear: roda Rotativo p/ recíproco: pistão, cardã Rotativo p/ oscilatório: biela, retorno rápido Rotativo p/ intermitente: Genebra Rotativo p/ irregular: came Irregular : esta parte do mecanismo não é usada como motora Intermitente: o elemento que realiza o movimento é usado como final da transmissão do movimento
Revisão de estática Duas ou mais forças constituem um sistema de forças, sendo que cada uma delas é chamada de componente. Todo sistema de forças pode ser substituído por uma única força chamada resultante, que produz o mesmo efeito das componentes. Quando as forças agem numa mesma linha de ação são chamadas de coincidentes. A resultante destas forças terá a mesma linha de ação das componentes, com intensidade e sentido igual a soma algébrica das componentes.
Exemplos:
Revisão de estática
Revisão de estática
Equilíbrio estático e análise das estruturas Condições de Equilíbrio: •
(1) a soma vetorial das forças que atuam sobre o corpo deve ser zero.
•
(2) a resultante dos torques de todas as forças que atuam sobre um corpo, calculadas em relação a um eixo (qualquer), deve ser zero.
•
Torque ou momento de força: é o produto de uma força F pela distância L a um ponto d o eixo:
T = F·L O torque mede a tendência da força F de provocar uma rotação em torno de um eixo. A segunda condição de equilíbrio corresponde à ausência de qualquer tendência à rotação. Unidades: Torque: 1 N·m
Equilíbrio estático e análise das estruturas Momento num corpo em equilíbrio No caso de ponto material, basta garantir que o corpo não translade, estará garantindo que o corpo está equilíbrio. No caso de uma barra ou ponte (corpos extensos) teremos que garantir que o corpo não rotacione também. A grandeza física que relaciona força e rotação num ponto é chamada de momento ou torque.
Definimos Momento em relação a um ponto material, no caso o ponto A, o produto da força aplicada a um corpo pela distância desta força até o ponto de referência.
Equilíbrio estático e análise das estruturas
Equilíbrio estático e análise das estruturas
Para garantirmos que um corpo permaneça em equilíbrio estático teremos que impor condições que não permita sua rotação e que suas forças aplicadas , tanto na vertical como na horizontal, sejam nulas, ou seja:
EXERCÍCIOS
EXERCÍCIOS Um sinaleiro de 125 N de peso está pendurado por um cabo preso a outros dois cabos como indicado na figura. Encontre a tensão dos três cabos
EXERCÍCIOS Uma lanterna, de massa 10 kg, está presa por um sistema de suspensão constituído por uma corrente e uma haste, apoiadas na parede. A inclinação entre a corrente e a haste horizontal é de 45 o.Considerando a lanterna em equilíbrio, determine a força que a corrente e a haste suportam.
EXERCÍCIOS Calcule o momento resultante em relação ao ponto O, em cada um dos itens abaixo:
EXERCÍCIOS Uma prancha de comprimento L = 3 m e massa M = 2 kg está apoiada nas plataformas de duas balanças como mostra a figura. Um corpo de massa m = 6 kg está sobre a prancha à distância x1 = 2.5 m da extremidade esquerda e à distância x2 da extremidade direita. Determine as leituras F1 e F2 das balanças.
