Baixe Pm 2012uem - proj mec e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
Faculdade De Engenharia Departamento De Engenharia Mecânica CURSO: Engenharia Mecânica DISCIPLINA: Projecto Mecânico ANO: 4º 7ºsemestre
Cálculo de accionamento de um
transportador de placas gémeo
DISCENTE: José, José Januário.
DOCENTES: Prof. Doutor Eng° Rui Vasco Sitoe
18:51:232012-06-15T07:44:00Z
Índice
- 1 INTRODUÇAO................................................................................................... pag.
- 2 OBJECTIVOS......................................................................................................
- 3 METODOLOGIA USADA..................................................................................
- 4 DESTINO E CAMPO DE APLICAÇAO DO ACCIONAMENTO....................
- 5 DESIGNAÇÕES ABREVIATURAS E SIMBOLOS USADOS NO TRABALHO...
- 6 CÁLCULO CINEMÁTICO DO ACCIONAMENTO.........................................
- 6.1 Cálculo cinemático...............................................................................................
- 6.1.1 Cálculo de potência:.............................................................................................
- 6.1.2 Número de rotações das rodas estreladas.............................................................
- 6.1.3 Cálculo do rendimento mecânico do accionamento.............................................
- 6.1.4 Cálculo da potência requerida do motor eléctrico................................................
- 6.2 Cálculo da relação de transmissão global do accionamento................................
- 6.3 Partição da relação de transmissão.......................................................................
- 6.4 Determinação da potência sobre os veios do accionamento................................
- 6.5 Cálculo da frequência de rotação dos veios.........................................................
- 6.6 Cálculo dos torques sobre todas transmissões......................................................
- 7 CÁLCULO DE TRANSMISSÕES......................................................................
- 7.1 Cálculo das transmissões por rodas dentadas cilíndricas.....................................
- 7.1.1 Escolha dos métodos de tratamento e dos materiais das rodas............................
- 7.1.2 Determinação das tensões limite..........................................................................
- 7.1.3 Determinação do diâmetro do círculo primitivo do pinhão.................................
- 7.2 Determinação dos módulos normal e tangencial.................................................
- 7.2.1 Cálculo da distância interaxial.............................................................................
- 7.2.2 Cálculo dos valores precisos da tensão de contacto.............................................
- 7.2.3 Cálculo testador da transmissão...........................................................................
- 7.2.4 Cálculo geométrico da transmissão......................................................................
- 7.2.5 Cálculo das forças sobre o engrenamento............................................................
- 7.3 Cálculo da transmissão cónica.............................................................................
- 7.3.1 Dados iniciais.......................................................................................................
- 7.3.2 Escolha dos materiais das rodas...........................................................................
- 7.3.3 Determinação das tensões admissíveis à flexão dos dentes.................................
- 7.3.4 Determinação do módulo médio de orientação....................................................
- 7.3.5 Precisam-se os valores das tensões admissíveis...................................................
- 7.3.6 Cálculo testador da transmissão...........................................................................
- 7.4 Escolha de novos materiais para as rodas e recálculo das tensões admissíveis...
- 7.4.1 Cálculo geométrico da transmissão......................................................................
- 7.4.2 Cálculo de forças na transmissão.........................................................................
- 8 CÁLCULO PROJECTIVO DOS VEIOS............................................................
- 8.1 Determinação dos parâmetros geométricos dos escalões.....................................
- 8.1.1 Determinação dos parâmetros para o veio de entrada no redutor........................
- 8.1.2 Determinação dos parâmetros do veio de saída do redutor..................................
- 8.2 Esboço do redutor.................................................................................................
- 8.3 Esquema de cálculo dos veios do redutor............................................................
- 8.3.1 Vista espacial do redutor......................................................................................
- 8.3.2 Forças em consola................................................................................................
- 8.3.3 Cálculo dos veios.................................................................................................
- 9 CÁLCULO DOS ROLAMENTOS......................................................................
- 9.1 Resumo Teórico....................................................................................................
- 9.1.1 Capacidade de resistência à carga dinâmica........................................................
- 9.2 Cálculo do rolamento do:.....................................................................................
- 10 PROJECTO DO CORPO E DA TAMPA DO REDUTOR...................................
- 11 CÁLCULO TESTADOR DOS VEIOS DO REDUTOR....................................
- 11.1 Cálculo à fadiga....................................................................................................
- 11.1.1 Cálculo testador à fadiga do veio de entrada.......................................................
- 11.1.2 11.1.2. Cálculo testador à fadiga do veio de saída...............................................
- 11.2 Cálculo testador à carga estática..........................................................................
- 11.2.1 Cálculo testador à carga estática do veio de velocidade......................................
- 11.2.2 Cálculo testador à carga estática do veio de saída do redutor..............................
- 11.3 Cálculo testador à rigidez.....................................................................................
- 11.4 Cálculo testador à vibrações.................................................................................
- 12 CÁLCULO E ESCOLHA DE CHAVETAS.........................................................
- REDUTOR E DOS ROLAMENTOS.............................................................................. 13 DESIGNAÇÃO DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO DA TRANSMISSÃO NO
- 14 ESCOLHA E CÁLCULO DA UNIÃO DE VEIOS.............................................
- 15 CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES..............................................................
- 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................
Lista de Figuras PROJECTO DUM ACCIONAMENTO DE PLACAS GEMEO
1. INTRODUÇAO
Algumas designações ou símbolos são diferentemente usados em alguns capítulos, devendo ser considerado o caso corrente no contexto a que se aplica que por ventura estará anotada no texto em causa.
2. OBJECTIVOS
- Gerais: Munir de técnicas e práticas de projecção; Revisão de matéria estudada e sua conexão na produção de mecanismos.
- Específicos: Dimensionamento cinemático e geométrico dum transportador de placas;
3. METODOLOGIA USADA
Este Projecto é produzido com base em um esquema de accionamento pré-desenhado, com parâmetros de saída conhecidos, devendo-se dimensionar em conformidade com suas características de funcionamento, elementos constituintes, funcionalidade na disposição dos componentes.
4. DESTINO E CAMPO DE APLICAÇAO DO ACCIONAMENTO
O mecanismo em projecção é transportador de placas gémeo, que tem como destino, funcionar em indústrias de bolachas funcionais a 24h/dia, estando para o efeito de carregamento de massa para o forno e descarregamento de bolachas já toradas na linha de embalagem em forma de placa rolante (transportador por placas).
FHt – força tangencial para o cálculo da resistência das superfícies dos dentes à fadiga por contacto em N;
- Coeficiente que leva em conta a distribuição da carga entre pares em engrenamento;
- Coeficiente que tem em conta a distribuição da carga pela largura da coroa dentada. KHv – coeficiente que tem em conta a carga dinâmica que surge no engrenamento. YF – factor de forma do dente, tabelado. Zv – número correspondente de dentes se a roda fosse de dentes rectos, tirado da secção normal dos dentes da roda. Yε – coeficiente que leva em conta a sobreposição dos dentes. Yβ – coeficiente que considera a inclinação dos dentes. n – numero do grau de precisão pela norma do contacto.
- Coeficiente que considera a distribuição da carga pela largura da coroa dentada. KFv – Coeficiente que considera a carga dinâmica que surge no engrenamento.
- Distância cónica externa. Ftc – Força tangencial na cadeia. V – Velocidade linear. L – Longevidade. Zrc – Número de dente das cadeias. tc – Passo da cadeia. T – torque.
- Módulo tangencial. dw – diâmetro divisor de origem
- Espessura da parede do corpo e da tampa do redutor
- Espessura do rebordo da tampa do redutor
- Espessura dos rebordos (flanges) do corpo do redutor
- Espessura dos rebordos da tampa do redutor
- Espessura das patas do redutor
- Espessura das nervuras de reforço do redutor
- Diâmetro do parafuso do fundamento
- Largura da flange de fixação do redutor ao fundamento
- Diâmetro de fixação da tampa do redutor ao corpo
- Largura das flanges que unem o corpo à tampa na zona dos rolamentos
- Diâmetro dos parafusos de fixação da tampa do redutor ao corpo perto dos rolamentos
- Diâmetro de fixação da tampa do rolamento ao corpo
- Diâmetro dos parafusos de fixação da tampa de inspecção
- Diâmetro da rosca do bujão do redutor Y - Folga lateral entre a parede do corpo e a roda movida s (^) σ – coeficiente de segurança de resistência à fadiga por tensões de flexão s (^) τ – coeficiente de segurança à fadiga por esforços tangenciais
k – constante de rigidez do veio m – massa do veio; g – aceleração de gravidade r – é o raio
O rendimento global do accionamento é corresponde as perdas nas transmissões, uniões, e nos apoios, e é dado por: (4) Onde: nun = 0,99; ne.cil =0,98: ne.con = 0,93; n (^) rol = 0,99;
6.1...4... Cálculo da potência requerida do motor eléctrico
. (5) Escolhe-se das tabelas de motores das produções padronizadas, o mais pequeno que pode desenvolver a potência desejada, sendo neste caso, os motores que desenvolvem a potência máxima de 7,5kW, listados na tabela abaixo:
Variante Designaçãomotor doPotência kW Frequênciarotação síncrona deFrequênciarotação assíncrona de 12 4A112M2Y34A132S4Y3 7,57,5 (^30001500 ) 3 4A132M6Y3 7,5 100 970 (^4) Tabela pm: tabela de variantes de motores 4A160S8Y3 7,5 750 730
6.2.. Cálculo da relação de transmissão global do accionamento
Consoante os motores acima listados, tabela1pm, sugerem-se as seguintes relações de transmissão globais: Pela expressão ,· (6) tem-se: ; ; ;·.
6.3.. Partição da relação de transmissão
A partição da relação de transmissão visa à distribuição da relação de transmissão
global pelos elementos de transmissão do mecanismo. Para a partição da relação da
relação de transmissão pelas transmissões do accionamento, arbitra-se uma relação de transmissão, normalizada, para o escalão do redutor e depois distribui-se, o complementar para a relação de transmissão global, pelos elementos de transmissão aberta. Para o accionamento em questão, visto que se tem no redutor, o pinhão a accionar duas rodas, é
conveniente escolha de relação de transmissão não elevada para garantir a longevidade da transmissão; e portanto, arbitra-se par o redutor, a relação de transmissão de: 1ª. Tentativa 2,5; sendo portanto, a relação de transmissão da engrenagem cónica obtida pela expressão: ;· (7) Portanto, obtêm-se o quadro de relações de transmissão seguinte:
Designação Variante 1 2 3 4 Relação de transmissão globalRelação de transmissão do redutor 53,12,5 26,62,5 17,82,5 13,42, Relação de transmissão – T. cónica Tabela pm: relações de transmissão - 1a. tentativa 21,2 10,6 7,1 5,
Esta opção é válida, mas como se pode ver a relação de transmissão da engrenagem cónica útil (com base no intervalo aplicável de series de relações de transmissão por engrenamento), sugere a utilização do motor mais caro dos possíveis. Para efectivar a escolha das relações de transmissão, arbitra-se outra relação de transmissão aplicável e reduzida, com base no mesmo critério; usando a fórmula (7), para , tem-se:
Designação Variante 1 2 3 4 Relação de transmissão globalRelação de transmissão do redutor 53,1 4 26,6 4 17,8 4 13,4 4 Relação de transmissão – T. cónica Tabela pm:partições da relação de transmissão - 2a. Tentativa 13,27 6,65 4,45 3,
Para esta relação de transmissão, pode se também usar o motor da variante 3. Para efeito da escolha efectiva do motor, na primeira tentativa, tem-se a possibilidade apenas do uso do motor assíncrono de 730rpm que é o motor mais caro de todos mas em contrapartida temos as transmissões mais baratas de todas. Na 2ª tentativa, tem-se a transmissão cónica a ter uma grande relação de transmissão em relação a 1ª tentativa, tem-se o redutor relativamente grande mas, tem-se também a opção de se usar o motor menos caro que o da 1ª tentativa. A decisão mais apurada se teria no cálculo das transmissões no que concerne a longevidade, capacidade de carga e mais, mas para já, considera-se viável a utilização da segunda tentativa e, são por tanto os parâmetros cinemáticos para o accionamento:
O torque sobre o veio é dado pela expressão: (8)
- Motor eléctrico ;
- Entrada do redutor
- Saída do redutor
- Saída do accionamento
Resultados do cálculo cinemático
Tipo do motor: 4ª132S4Y3; Potência: 7,5kW; Frequência nominal: 1455 Parâmetro Veio Fórmula Valor Potência N em kW
1.Motor eléctrico N (^) 1=Nme 6, 2.Entrada do redutor 5, 3.Saída do redutor 2, 4.Saída do accionamento 2, Frequência de rotação n em rpm
1.Motor eléctrico n1=n (^) me 1455
2.Entrada do redutor 1455 3.Saída do redutor 363, 4.Saída do accionamento 54, Momento Torsor T em Nm
1.Motor eléctrico 39,
2.Entrada do redutor 39,
3.Saída do redutor 76 4.Saída do accionamento 566 Tabela pm: resultados do cálculo cinemático
7. CÁLCULO DE TRANSMISSÕES
7.1.. Cálculo das transmissões por rodas dentadas cilíndricas
Engrenagem é o mecanismo formado por duas rodas dentadas, que é o fenómeno segundo o qual as saliências dos dentes duma das rodas dentadas se introduzem nas reentrâncias da roda dentada conjugada, possibilitando a transmissão do movimento; o princípio de funcionamento deste tipo de transmissão, baseia-se no engrenamento do par de rodas dentadas de tal modo que o escorregamento seja impossibilitado. Este projecto, como pode se ver no esquema de accionamento, trata de engrenagem com dentes helicoidais, isto é, os dentes não são paralelos ao eixo de rotação, no redutor em que o pinhão está engrenado a duas rodas em simultâneo. Dados de entrada Dados do pinhão: N 1 = 5,97kW; n (^) 1= 1455rpm; T (^) 1= 39,2Nm. Dados das rodas movidas: N2= 2,9kW; u (^) 2= 353,8rpm, T2= 76Nm n = 0,98; 7.1...1... Escolha dos métodos de tratamento e dos materiais das rodas Para o pinhão, por ser duplamente engrenado, escolhe-se material e tratamento que reserve uma considerável margem de dureza entre este e as rodas movidas, sendo então melhoramento para o pinhão e para as rodas movidas. Sendo o material para o pinhão o aço 45X com dureza HB=230-280, usando-se para cálculos neste projecto HB=250; resistência mecânica σ (^) r=834Mpa e de escoamento σ (^) e=638Mpa. O material das rodas movidas é aço 40; HB=192 – 228, sendo usado para cálculos HB=200; σr =687Mpa; σe = 392Mpa. 7.1...2... (^) Determinação das tensões limite As tensões limites de contacto são dadas pela expressão: (9)
Daí que para a roda de alta velocidade, tem-se: ; E para as rodas movidas, tem-se
; Da teoria, para as condições acima, toma-se: ; Logo:
Daí que da expressão (13), de acordo com o ciclograma de carregamento, tem-se: ; Donde pela expressão (11), tem-se:
Recomenda-se como valor mínimo para KHL =1, para carga variável daí que para o presente trabalho, Adopta-se KHL1 = KHL2 =1; e portanto, tem-se: ; Portanto, da fórmula (9), tem-se . A tensão admissível determina-se pela expressão: (15) ; A tensão máxima admissível deve ser: (16)
Para os cálculos, usa-se. 7.1...3... Determinação do diâmetro do círculo primitivo do pinhão O diâmetro do círculo primitivo do pinhão é dado pela expressão: (17) Onde: Kd – coeficiente auxiliar, neste caso de dentes helicoidais K (^) d = 680 [MPa] 1/3;
- Coeficiente de diâmetro; u – relação de transmissão; u = T1H – torque sobre o pinhão em Nm; T1H =39,2Nm KHβ – coeficiente que leva em conta a irregularidade da distribuição da carga pela largura da coroa dentada, da figura12, tem-se KHβ=1, ; Usa-se dw1 = 44mm. E dimensionalmente, a roda movida fica:
7.1...4... Determinação dos módulos normal e tangencial
Da tabela19, para transmissões gerais de redutor em corpo separado com veios rígido e aperto bastante rígido; ; ; Usa-se m (^) n =1,5 (normalizado); o número de dentes é determinado pela expressão: (18) Toma-se grau de recobrimento ɛ (^) β=2, portanto’
Tem-se:
e
Daí que pela expressão (15), tem-se a tensão limite de contacto seguinte:. Verifica-se que a tensão ora calculada é menor que a usada par o cálculos preliminares, neste caso, o recálculo sugeriria uma diminuição das dimensões e portanto para este projecto os cálculos posteriores serão com base nos parâmetros ora determinados. A tensão limite à flexão é dada pela expressão: (20) Onde: (21) Por sua vez, (22); SF1 =1,65. Donde sai: ; Para a roda movida também tem-se: ; SF2 =1, KFg =1 (superfície de transição dos dentes não rectificada); KFd =1 (engrenagem sem endurecimento por deformação ou tratamento electroquímico na zona transitória dos pés dos dentes) KFc =1; carga irreversível; ; (23)
Para aços NFO=4.10 6 ; ; (24) ;
Daí que pelas expressão (21), tem-se: . Yr1 = Y (^) r2 =1,2 (melhoramento) Ys1 =Y (^) s2 =1,065 (m=1,5) KxF =1 (da1 e da2 <300mm) Pela expressão (20), tem-se:
7.1...7... Cálculo testador da transmissão O cálculo testador é feito para comprovar a resistência dos elementos de transmissão às tensões de funcionamento, que devem ser inferiores as tensões admissíveis.
- Cálculo à fadiga por contacto das superfícies de trabalho dos dentes As tensões de contacto nas superfícies de trabalho determinam-se pela expressa: (25); Onde: ZH – é o coeficiente que toma em conta as superfícies conjugadas dos dentes no pólo do engrenamento; ZH =1,746 (tabela 21); ZM – coeficiente que considera as propriedades mecânicas dos materiais das engrenagens conjugadas, dado em MPa1/2^ ; ZM=275MPa 1/2^ (aços) zɛ - coeficiente que leva em conta o comprimento total das linhas dentes em contacto;
