PROJETOS DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS

I. Introdução

Para que um produto seja competitivo é necessário prever possíveis falhas, quando um engenheiro projetista projeta um produto e/ou equipamento ele realiza cálculos para determinar o tempo de vida e se o produto trabalhará como pretendido. Falha é qualquer tipo de problema que torne a máquina incapaz de executar sua função determinada. Para isso o engenheiro deve saber bem selecionar materiais, determinar formas, estabelecer dimensões de cada peça antes de a máquina ser construída.

Existem varias falhas, mas temos como principais as seguintes:

Deformação Elástica: é uma falha que pode ocorrer quando há deformação elástica do material é suficientemente grande ao ponto de interferir no desempenho da maquina. Esta causada pelo excesso de carga ou temperatura.

Escoamento: Esta falha ocorre quando há forças suficientemente para deformar o material dúctil (plasticamente), ou seja, de um jeito que esse material não consiga voltar a sua posição original, interferindo assim no desempenho da máquina.

Indentação: é provocado por forças estáticas entre duas superfícies curvas que podem resultar em escoamento ou descontinuidades superficiais. Um exemplo bem clássico disso é os rolamentos em geral do tipo cônico que possuem uma capa para proteger as esferas, ali é muito natural se ver indentação, talvez por baixa quantidade de lubrificação já que é um tipo de rolamento que deve ser lubrificado habitualmente por não ser blindado.

Fratura Frágil: é a falha que ocorre em materiais de natureza frágil gerado pela deformação elástica quando elevada ao máximo, de modo que suas ligações estruturais se separam provocando quebras. Problemas existentes ou trincas podem conduzir a diversas falhas irreparáveis.

Fadiga: esta associada a separação imediata do material por causa de trincas ou descontinuidades, esta que se ocasionam do resultado da aplicação de uma determinada carga variável em um espaço de tempo. Um bom exemplo são as trincas elas vão aumentando vagarosamente até que em um determinado momento ela se propaga rapidamente.

Corrosão: pode ser química ou eletrolítica, e permite que o material venha adquirir fadigas ou desgastes, ocasionando assim falhas, pois o material deixa de ser um item confiável num determinado equipamento.

Desgaste: é a perda de materiais que resultam em falhas nas suas dimensões de origem, ou seja, quando ocorre esse tipo de falha num componente ele passa a ter folgas, trincas, etc. Em geral esse tipo de falha é causado por causa do atrito entre as áreas de contatos desses equipamentos, esta que ocorre naturalmente pela falta de lubrificação.

Flambagem: é em geral descrito como a falha que ocorre quando um material recebe uma força axial de compressão (pelas extremidades), e então ele cede para o lado. Exemplo: uma régua de acrílico quando colocamos a em pé e a forçamos para baixo ela cede para um dos lados, porque o material não tem corpo e resistência suficiente para suportar a força aplicada.

I. Dimensionamento de Falhas na barra.

Usaremos uma barra de aço 1020HR.

Dado:

SYP: 30000PSI;

SU: 55000PSI;

E: 30X10-6PSI;

l0: 5 in;

Cmáx: 0,0060 in ou mais;

Ø: 1,5in;

Temp:122 ºF;

Cmáx: 5in.

1. Dimensionamento da barra reta de seção circular

1.2 Deformação Elástica Induzida pela Força

Portanto não é possível ocorrer falha pela Deformação Elástica Induzida por Força.

1.3 Deformação Elástica Induzida pela Temperatura

Portanto não é possível ocorrer falha pela Deformação Elástica Induzida por Temperatura.

1.4 Escoamento

Portanto não é possível ocorrer falha por Escoamento.

1.5 Ruptura Dúctil

Portanto não é possível ocorrer falha por Ruptura Dúctil.

1.6 Fadiga

Portanto não é possível ocorrer falha por Fadiga antes dos 107 ciclos.

1.7 Cálculo para vida infinita (Fadiga).

Portanto o diâmetro escolhido é o mesmo que o deduzido no inicio destes cálculos.

II. Bibliografia:

D. Callister, William, Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais, Ed. LTC, Rio de Janeiro, Brasil, 2º Edição, 2008.

A. Collins, Jack, Projeto Mêcanico de Elementos de Máquinas, Ed. LTC, Rio de Janeiro, Brasil, 1º Edição, 2006.

No projeto foi possível visualizar duas falhas típicas: Deformação Plástica e Escoamento;

Material usado na Fabricação Aço AISI 1045.

Deformação Elástica na Viga: