Dimensionamento de eixo para um exaustor equiaxial
Por: leo_leo_ • 6/10/2018 • Trabalho acadêmico • 1.697 Palavras (7 Páginas) • 336 Visualizações
DIMENSIONAMENTO PARA VIDA INFINITA DE EIXO DE EXAUSTOR AXIAL SUJEITO À FADIGA
Introdução
O presente texto tem como objetivo o dimensionamento de um eixo para um exaustor axial de potência igual a 1 HP através da análise de fadiga. O eixo deverá possuir um rasgo de chaveta em sua extremidade para acoplamento com a hélice, assim como um ressalto para ser realizado o encosto dos dois rolamentos. Espera-se para este eixo, uma vida de trabalho infinita.
Dados do motor:
Motor WEG - W22 IR3 IV polos
Potência: 1HP
Rotação: 1725 RPM
Torque nominal: 4,14 Nm
Torque de partida motor: 12,38 Nm
Peso do rotor: 30N
Dados da hélice:
Material: Aço AISI 1045
Massa específica: 7850 kg/m3
Peso: 11,08 N
Área: 0,0036 m2
Número de pás:6
Torque de trabalho: 3 Nm @1725 RPM
Espessura da pá(e): 0,004 m
Comprimento da pá(l): 0,15 m
Largura da pá(t): 0,04 m
Empuxo(força normal) @1725 RPM: 11 N
Massa da pá: 0,1884 kg
Tempo para atingir 1725 RPM: 2 s
Dados do eixo:
Material: Aço AISI 1045 Temperado
Massa específica: 7850 kg/m3
= 1343 MPa[pic 1]
= 842 MPa[pic 2]
Raio de arredondamento (r): 1 mm
Propriedades físicas da hélice:
Momento de inércia de 1 pá:
[pic 3]
Momento de inércia da hélice:
[pic 4]
Aceleração angular:
[pic 5]
Torque de partida:
[pic 6]
Os cálculos dos esforços no eixo foram feitos manualmente e um software de solução de esforços em vigas foi utilizado para fins de comparação. Todos os valores calculados à mão coincidiram com os calculados pelo software. Por meio do método das seções, seguem explicitados os cálculos das reações e plotados os diagramas de esforço cortante e momento fletor.
[pic 7]
[pic 8][pic 9]
[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]
[pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18][pic 19]
Com os gráficos, será possível identificar as seções do eixo que estão sendo mais solicitadas para o dimensionamento deste sob fadiga.
Cálculo do limite de resistência a fadiga (NORTON, 2007):
[pic 20]
Como o critério de falha escolhido é o de Von Mises, é necessário um fator de carregamento (NORTON, 2007):
1[pic 21]
Espera-se que o tamanho do eixo esteja entre 8 mm e 250 mm, portanto, o fator de tamanho será (NORTON, 2007):
[pic 22]
Neste ponto, nota-se que para encontrar o valor do fator de tamanho, precisamos do diâmetro do eixo, o qual não possuímos até então, para se descobrir o valor do diâmetro, o cálculo passará por um processo iterativo explicitado adiante.
A superfície do eixo possuirá polimento retificado, logo (NORTON, 2007):
0,9[pic 23]
A temperatura de operação é próxima da temperatura ambiente, portanto (NORTON, 2007):
1[pic 24]
Espera-se uma confiabilidade de 99,9%, logo, o fator de confiabilidade será de (NORTON, 2007):
0,753[pic 25]
O limite de resistência a fadiga corrigido será (NORTON, 2007):
[pic 26]
Para os pontos de concentração de tensão, serão definidas algumas constantes tabeladas (NORTON, 2007):
Constante de Neuber:
para ()[pic 27][pic 28]
Relação entre os diâmetros:
[pic 29]
A sensibilidade ao entalhe é dada por:
= 0,9823[pic 30]
Para um eixo com rebaixo sob carga de flexão, temos as seguintes constantes:
A = 0,9588
b = -0,2332
E ainda, os seguintes coeficientes de concentração de tensão:
(estático)[pic 31]
= 1 + q( - 1) (dinâmico)[pic 32][pic 33]
Para um eixo com rebaixo sob carga de torção, temos as seguintes constantes:
A = 0,8552
b = -0,2351
E ainda, os seguintes coeficientes de concentração de tensão:
(estático)[pic 34]
= 1 + q( - 1) (dinâmico)[pic 35][pic 36]
Os pontos onde ocorre mudança no diâmetro da seção e o momento fletor máximo, foram tomados como possíveis pontos críticos, assim como também no rasgo de chaveta.
No mancal 1, temos um possível ponto crítico:
Momento fletor:
M = 0,6648 Nm (referente ao diagrama de momento fletor)
Torque máximo na seção analisada:
Nm[pic 37]
Tensão de flexão:
[pic 38]
Tensão de torção:
[pic 39]
Tensão de flexão com concentração de tensão:
[pic 40]
Tensão de torção com concentração de tensão:
[pic 41]
No mancal 2, temos outro possível ponto crítico, que será analisado a seguir:
Momento fletor:
M = 0 Nm (referente ao diagrama de momento fletor)
Torque máximo na seção analisada:
Nm (referente ao diagrama de momento fletor)[pic 42]
Tensão de flexão:
MPa[pic 43]
Tensão de torção:
MPa[pic 44]
Tensão de flexão com concentração de tensão:
MPa[pic 45]
...