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Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
1 - União Móvel por Parafusos
Uniões móveis são aquelas que se caracterizam pela possibilidade de separar as peças previamente unidas sem danificar o conjunto. Os parafusos são elementos muito utilizados para tal.
A união móvel por parafusos consiste num tipo de união mais prática que a união por rebites, por exemplo, sendo sua montagem e desmontagem extremamente simples.
1.1 - Algumas aplicações
Fig. 1.
2 - Histórico
Na antiguidade, o matemático grego Archytas de Tarentum (428 - 350 AC.) foi responsável pela invenção do parafuso. No 1° século AC., os parafusos de madeira foram
A Fig. 3.2.1, abaixo, apresenta uma parafuso de potência com:
Fig. 3.2.
Vamos analisar somente para o caso de levantamento da carga, já que é relevante para o projeto (Fig. 3.2.2). As forças nas direções x e y:
ΣFx=0 e ΣFy=
Fig. 3.2.
A força de atrito é aquela que está se opondo ao movimento. Assim, sendo μ o coeficiente de atrito, temos:
Desta forma, temos também:
Onde: “dc” é o diâmetro médio do colar; “μ (^) c” é o coeficiente de atrito no rolamento.
Para se determinar o torque total necessário para levantar a carga, devemos recorrer à análise das forças atuantes na porca, estas sendo mostradas como um diagrama de corpo livre, na Fig. 3.2.3.
Fig. 3.2.3: Forças atuantes na porca
Assim, o torque total necessário para levantar a carga é a soma dos torques em função de l e aquele requerido para girar o colar, ou seja:
fosco (devido à fina camada de oxidação que ser forma rapidamente quando exposto ao ar), não tóxico (quando metal), não-magnético, não cria faíscas quando exposto ao atrito. Sua densidade é cerca de um terço do aço ou cobre. É muito maleável, dúctil e apto para a mecanização e para a fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à sua camada de óxido. É o segundo material mais maleável (o ouro é o primeiro).
É um metal abundante na crosta terrestre (8,1%), mas geralmente é encontrado em rochas combinado com outros metais. Quando descoberto constatou-se que a sua remoção era difícil, o que valorizou muito seu preço, tornando-o até mais valorizado que o ouro, durante algum tempo. Até que em 1889, devido a descoberta anterior de um método simples de extração do metal, os preços do alumínio entraram em colapso.
O processo de obtenção do alumínio ocorre em duas etapas:
Obtenção da alumina pelo processo Bayer;
Eletrólise do óxido - com adição do fundente Ciolita (fluoreto artificial de alumínio, sódio e cálcio).
Todas as características citadas aliadas ao fato da estabilidade do preço do alumínio
(provocada principalmente pela sua reciclagem) explicam a grande utilização deste metal, só perdendo em quantidade para o aço.
5.1 - Utilização do Alumínio
Transporte: Como material estrutural em aviões, barcos, automóveis, tanques, blindagens e
outros.
Embalagens: Papel de alumínio, latas, tetrabriks e outras.
Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.
Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.
Transmissão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela sua grande maleabilidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão e reduzindo, desta maneira, os custos da infra-estrutura.
Como recipientes criogênicos até -200 ºC e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras
Observação: As ligas de alumínio assumem diversas formas como a Duralumínio.
Descobriu-se recentemente que ligas de gálio-alumínio em contato com água produzem uma reação química dando como resultado hidrogênio, por impedir a formação de camada protetora (passivadora) de óxido de alumínio e fazendo o alumínio se comportar similarmente a um metal alcalino como o sódio ou o potássio.Esta propriedade é pesquisada como fonte de hidrogênio para motores, em substituição aos derivados de petróleo e outros combustíveis de motores de combustão interna.
5.2 - Reciclagem do Alumínio
O processo consiste basicamente no derretimento do metal proveniente de esquadrias de janelas, componentes automotivos, eletrodomésticos, latas de bebidas, etc. Desta forma reduz-se em 95% o consumo de energia na produção do alumínio, se comparado ao processo de produção a partir da mineração da bauxita.
5.3 - Números da Reciclagem
No ano de 2005, O Brasil foi pentacampeão na reciclagem de latas de alumínio
Diminuição da quantidade de lixo nos aterros sanitários.
O meio ambiente é menos agredido.
Colaboração com o crescimento da consciência ecológica.
Estímulo da reciclagem de outros materiais.
Áreas carentes são beneficiadas com o aumento de renda.
6.3 - Políticos
Ajuda na composição do lixo urbano.
Colaboração no estabelecimento de políticas de destino de resíduos sólidos.
Adaptável a realidades de diferentes tipos e tamanhos de cidades
Fig. 6.1 – Latas de alumínio
O programa de reciclagem da lata de alumínio é, hoje, uma experiência de sucesso com grande influência social, econômica e ambiental. Somente a compra de latas de alumínio usadas injeta anualmente R$ 540 milhões na economia nacional.
Atualmente, em aproximadamente 30 dias, uma latinha de alumínio pode ser comprada no supermercado, utilizada, coletada, reciclada e voltar às prateleiras para o consumo.
Fig. 6.2 – Esquema do ciclo da lata de alumínio
Freqüentemente podemos observar em praias, festas, exposições, etc. a coleta manual das latinhas de alumínio que rende ao trabalhador R$ 0,024 / lata. Para que seja possível aumentar a renda, coletam-se mais unidades. No entanto, o espaço físico disponível à armazenagem destas durante a coleta é um fator limitador, muitas vezes são
Fig. 7.1 - Vista isométrica da prensa de lata Fig. 7.2 - Vista explodida da prensa de lata
8 – Manutenção
Este foi um ponto que mereceu atenção especial por parte da equipe. Tendo isto em vista, surgiu a seguinte questão:
Sabíamos que a rosca por onde passa o parafuso, por ser de material mais mole do que este estaria mais susceptível à falha. Ou seja, teoricamente, ela quebraria antes do que o parafuso. Portanto, se ela fosse projetada de modo a estar agregada a prensa, quando ocorresse uma eventual falha, toda a prensa ficaria inutilizada. Isto demandaria um maior tempo de manutenção, além de custos bem maiores, já que provavelmente a prensa deveria ser substituída por outra. Como resolver?
Pensamos, então, na possibilidade de projetar a rosca separada do resto da prensa por um pino. Com isso, quando a rosca quebrar, poderá ser substituída facilmente, sem maiores problemas, já que ela não vai estar fixa à prensa. Assim, não é necessário que se adquira uma nova prensa para sanar o problema: basta substituir a rosca por outra. Isto proporciona uma manutenção muito mais eficaz e rápida.
9 - Memória de Cálculo – Prensa de Latas
9.1 - Dados Iniciais
Foram escolhidos estes materiais para o parafuso (Aço SAE 1020) e porca (Bronze) em função da boa combinação de resistência ao desgaste e boa resistência à flambagem que este conjunto proporciona.
Devemos encontrar um diâmetro de raiz preliminar para o parafuso de potência, o qual servirá de base para determinarmos as dimensões da rosca que melhor se adaptam à situação. Este diâmetro pode ser estimado baseado na resistência à flambagem, já que o parafuso está sujeito à compressão. Para o comprimento equivalente, L c, igual ao comprimento do parafuso, L (consideramos a coluna como bi-apoiada), temos a seguinte equação:
Deve-se levar em conta também o fator de segurança de projeto, no caso, 1,5:
Como a força necessária para girar a manivela foi fixada em 35 lbf, podemos calcular o comprimento do “braço de alavanca”, b : Tr = F.b Logo, o comprimento da haste de acionamento do parafuso é de 3,14 pol , ou aproximadamente 8 centímetros. É importante salientar que foram obedecidos os padrões de ergonomia e o valor fixado da força necessária pra acionar a manivela está de acordo com os limites aceitáveis para um humano.
Onde re é o raio externo e^ r^ i é o raio interno (de raiz).
Para a rosca calculada anteriormente, temos:
Logo, para o n adotado, a pressão está de acordo com a norma. Para o ponto B no eixo neutro de flexão da rosca, os componentes de tensão nominal, do tipo tensão cisalhante devido à torção no parafuso são:
A tensão máxima cisalhante transversal devido à flexão da rosca é:
A tensão normal no parafuso é dada por:
Vamos aplicar agora a equação cúbica da tensão para determinarmos as tensões principais para o ponto crítico:
Substituindo os valores anteriores, temos as tensões principais:
Para o ponto crítico C na raiz da rosca, utilizando-se os valores encontrados em (9) e (11), temos, pela equação abaixo:
9.4 - Cálculos para os pinos de fixação da estrutura
Para os pinos de fixação da estrutura foi escolhido como material a liga de magnésio [AM 1004-T61]. Para o pino B, considera-se a força imposta sobre a lata para amassá-la como a força cortante produtora de cisalhamento. Calcula-se a tensão de cisalhamento de acordo com a equação abaixo:
Sabe-se que a tensão última de cisalhamento para esta liga de magnésio é 22 ksi. Portanto, o valor da tensão de cisalhamento encontrado para o pino é aceitável.
O trabalho apresentado contribuiu de forma plena para o aprofundamento da teoria aprendida em sala, pela disciplina ENG445 – Elementos de Máquinas II. Podemos colocar em prática, de maneira efetiva, principalmente o conteúdo da primeira unidade, “Morfologia de Projeto”, seguindo os passos de um projeto real, e os conhecimentos acerca de “Parafuso de Potência”, bem como todos os cálculos de dimensionamento vistos. Além de termos tido a oportunidade de exercitar outros requisitos já estudados anteriormente no curso.
É importante salientar que este é um estudo meramente acadêmico e provavelmente não se aplicaria à realidade, uma vez que se pretendia amassar apenas uma lata, o que demanda uma pequena força. Parafusos de potência são utilizados para aplicações mais robustas, onde se quer elevar ou abaixar grandes cargas, o que não é o caso. Por isso é perfeitamente plausível entender o resultado encontrado nos cálculos, onde se verificou que o diâmetro externo do parafuso seria de apenas meia polegada. Seria muito mais prático e rápido realizar esta atividade (prensar a latinha) com um sistema de alavanca, já que uma pessoa consegue facilmente amassar a lata. No entanto, como o objetivo era exercitar a criatividade dos alunos para aplicação do conteúdo de “Parafusos de Potência”, o projeto é válido.
