Elementos De Máquinas 2009

Centro de Formação Profissional de Barbacena

Elementos de Máquinas

BARBACENA 2008

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração Richard Corrêa Esteves Júnior Unidade Operacional Centro de Formação Profissional de Barbacena

Sumário Introdução _______________________________________________ 5 Elementos de fixação _______________________________________ 5 Rebites __________________________________________________ 6 Pinos, cavilhas e cupilhas ___________________________________ 14 Parafusos, porcas e arruelas_________________________________ 15 Roscas __________________________________________________ 24 Anéis elásticos e chavetas ___________________________________ 29 Elementos elásticos ________________________________________ 34 Elementos de transmissão ___________________________________ 38 Eixos e árvores ___________________________________________ 40 Polias e correias __________________________________________ 42 Correntes ________________________________________________ 48 Cabos de aço _____________________________________________ 54 Engrenagens _____________________________________________ 57 Acoplamentos_____________________________________________ 73 Elementos de vedação ______________________________________ 77 Apêndice: exercícios _______________________________________ 84 Apêndice: curiosidades _____________________________________ 105

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “ Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet- é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada ! Gerência de Educação e Tecnologia

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Introdução Podemos comparar os elementos de máquinas como os diversos órgãos que formam o corpo humano, cada um com sua função a fim de permitir o perfeito funcionamento do conjunto. Se um destes elementos funcionar mal, todo o resto é comprometido. A função da matéria elementos de máquinas é dar a você, futuro técnico em mecânica, conhecimentos a cerca dos principais componentes de máquinas em geral, capacitando-o a identificar as suas funções, materiais de fabricação e principais características. Fonte: www.cunolatina.com.br

Nesta apostila dividiremos os elementos de máquinas em 4 grandes grupos, são eles: − Elementos de Fixação; − Elementos elásticos; − Elementos de transmissão; − Elementos de vedação. Elementos de Fixação Nos próximos capítulos vamos estudar os principais elementos de fixação: rebites, pinos, cavilhas, cupilhas ou contrapinos, parafusos, porcas, arruelas, anéis elásticos e chavetas.

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Para unir corretamente os componentes de uma máquina é necessário conhecer todos os elementos de fixação, saber suas características e aplicações. Cada elemento foi projetado para um tipo de esforço e desempenhar uma função dentro do conjunto mecânico. Na fixação da tela de proteção de uma máquina por exemplo é possível usarmos rebites, enquanto que para prender uma ferramenta de corte no torno o melhor é utilizar alguns parafusos. A união possibilitada pelo rebite e pela solda é um exemplo de união permanente. Este tipo de união recebe este nome porque somente poderá ser desfeita se o elemento que está proporcionando a união for destruído, assim, a tela de proteção da máquina acima citada só poderá ser retirada se os rebites que estão proporcionando a união forem destruídos. Existe um outro tipo de união que recebe o nome de união móvel. Nesta modalidade as peças unidas poderão ser separadas a qualquer momento com facilidade, sem danificar nenhum elemento da montagem. É o caso da ferramenta presa ao torno citada anteriormente que precisará ser solta várias vezes durante a vida útil da máquina.

Rebites Se a intenção for unir dois elementos que não podem receber influência do calor uma boa opção é o rebite. O rebite proporciona uma fixação permanente com boa resistência a vibração e às forças mais comuns que agem sobre os elementos de união (cisalhamento e tração), se a rebitagem for bem executada. Ele podem realizar desde uniões simples como o cabo de uma faca como chapas complexas de caldeiras, navios e aviões. O rebite é um elemento de fixação mecânica com corpo cilíndrico e cabeça de formato variado. Uma cabeça sempre vem pronta de fábrica e a outra é confeccionada pelo mecânico afim de possibilitar a fixação. Os rebites geralmente são fabricados de materiais macios como alumínio, cobre, latão ou aço doce. Mas também podem ser fabricados aço meio-duro ou aço inoxidável dependendo das solicitações mecânicas. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Tipos de rebites A tabela a seguir mostra os principais tipos de rebites: Tipos de rebites

Formato da cabeça

Aplicações

Cabeça redonda

Largamente utilizados devido à resistência que oferecem.

Cabeça escareada

Empregadas em uniões que não admitem saliências. Nestes rebites o ângulo do escareado pode ser 60º, 90º ou 120º

Cabeça cilíndrica

Indicados para uniões que admitem pequenas saliências.

Além dos rebites mencionados na tabela acima ainda existem os rebites de repuxo, também conhecido como “rebites pop”, Sua aplicação é freqüente quando se necessita realizar uniões com rapidez, simplicidade e economia.

Os “rebites pop” são fabricados de aço-carbono, aço-inoxidável, alumínio, cobre e metal monel (liga de cobre e níquel). Todas as medidas do rebite são calculadas e fabricadas em proporção ao diâmetro de seu corpo. Isto é feito afim de facilitar os cálculos de dimensionamento que o engenheiro deve fazer na hora de calcular a resistência do rebite aos esforços de trabalho.

Rebite de cabeça redonda

Rebite de cabeça escareada

Rebite de cabeça cilíndrica

Para especificar, ou seja, identificar um rebite é necessário saber de quatro características: material de fabricação, tipo de cabeça, comprimento útil e diâmetro do corpo. O comprimento útil do rebite é aquele que será utilizado propriamente na união. Nos rebites de cabeça cilíndrica e redonda ele equivale ao comprimento do rebite excluindo a cabeça. Nos rebites de cabeça escareada, o comprimento útil é todo o comprimento do rebite, inclusive a cabeça.

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Cálculos Antes de conhecermos as maneiras de realizar a rebitagem, é necessário saber que existem muitos cálculos a resolver para podermos identificar os rebites a serem usados. • Diâmetro do rebite (d): o diâmetro do rebite é calculado para que ele suporte os esforços mecânicos durante o seu trabalho. Na prática, este diâmetro é calculado em função da espessura da menor chapa (<S) através da fórmula seguinte: d = 1,5× < S

• Diâmetro do furo ( d f ): o furo onde o rebite vai ser encaixado deve ser pouco maior que o diâmetro do corpo do rebite ( d ), assim, podemos utilizar a seguinte fórmula:

d f = d × 1,06

• Sobra necessária (Z): Existe uma fração do corpo do rebite que será gasta na fabricação da segunda cabeça do elemento de fixação, a esta fração damos o nome de sobra necessária. Observe nos desenhos abaixo que existe uma fórmula para calcular esta sobra necessária e que ela varia de acordo com a cabeça do rebite:

Z = d × 1,25

Z = d × 0,8

Z = d × 1,32

• Comprimento útil do rebite (L): Para saber qual deve ser o comprimento útil do rebite basta somar à sobra necessária a espessura das duas chapas (S): L=Z +S Processos de rebitagem Para que o rebite se comporte bem durante sua vida útil é necessário que o processo de rebitagem seja bem executado. É possível realizar este tipo de união permanente através de dois processos: o processo manual e o processo mecânico.

• Processo manual: consiste em aplicar pancadas, com um “martelo de bola”, bem distribuídas ao redor da extremidade onde irá ser formada a segunda cabeça do rebite. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Para este processo utilizamos, além do martelo de bola, alguns acessórios: o estampo (tem um furo em formato de semi-esfera), o contra-estampo (tem um furo de formato semi-esférico onde se encaixa perfeitamente a cabeça já pronta do rebite) e o repuxador (tem um furo paralelo por onde passa livre o corpo do rebite), todos os três são fabricados de aço e temperados. A rebitagem manual é simples de ser realizada e o primeiro passo é prender o contra-estampo em uma morsa, pois ele servirá de apoio para a cabeça já pronta do rebite. Nesta etapa é necessário garantir que uma chapa fique bem junta a outra, para isto é utilizado o repuxador. Rebarbas remanescentes da furação devem ser eliminadas antes da união das duas chapas pois são prejudiciais à fixação. Deve-se tomar cuidados com os golpes que serão aplicados com o repuxador para que ele não marque a chapa, prejudicando o acabamento final. Após as chapas serem prensadas pelo repuxador, pode-se iniciar o “boleamento” da segunda cabeça do rebite aplicando sempre golpes bem distribuídos ao redor do corpo do rebite. Se os golpes forem aplicados em apenas uma região da cabeça do rebite ela ficará torta e o rebite não desempenha a função de rebitagem corretamente. Quando a nova cabeça do rebite estiver formada e bem apoiada nas chapas pode-se passar para a fase de acabamento. Mesmo com muita habilibidade do mecânico não é possível dar um acabamento perfeito à cabeça do rebite que acaba de ser boleada. Então é necessário utilizar o estampo que, graças ao furo semi-esférico em uma das extremidades, consegue deixar a nova cabeça do rebite lisa e sem as marcas das pancadas recebidas do martelo. Mais uma vez é preciso tomar cuidado para não marcar as chapas devido à pancadas excessivas. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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O objetivo da rebitagem é conseguir fazer esta segunda cabeça do rebite igual à primeira, que já estava pronta de fábrica, se isto for alcançado o processo foi realizado com sucesso.

• Processo mecânico: o processo mecânico é feito por meio de martelo pneumático ou de rebitadeiras pneumáticas e hidráulicas. O martelo pneumático é ligado a um compressor de ar por tubos flexíveis e funciona por meio de um pistão ou êmbolo que impulsiona a ferramenta existente na sua extremidade . Essa ferramenta é o estampo, que dá a forma à cabeça do rebite e pode ser trocado, dependendo da necessidade.

A rebitadeira pode ser pneumática ou hidráulica e geralmente tem a forma de um “C”. Estas máquinas apresentam dois apoios, nos quais existe um estampo e um contra-estampo.

A vantagem da rebitadeira em razão do martelo rebitador está no fato de que as rebitadeiras são silenciosas e fazem a nova cabeça do rebite ficar mais homogenia, uma vez que trabalham com pressão contínua sobre o material, ao contrário dos marteletes, que trabalham aplicando golpes sucessivos aos rebites. Entretanto as rebitadeiras são máquinas grandes e pesadas e por isso não podem ser usadas em qualquer situação. Tanto a rebitagem manual quanto a rebitagem à máquina podem ser realizadas a quente e a frio. A rebitagem a quente é indicada para rebites que têm diâmetro maior que 6,35mm, se for realizada manualmente, ou acima de 10mm, se for realizada à máquina. Os rebites podem ser aquecidos em fornos apropriados ou com maçarico, sendo os primeiros mais recomendados porque garantem um aquecimento mais uniforme. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Tipos de rebitagem De acordo com a finalidade que vai ser dada às peças que serão rebitadas é possível classificar a rebitagem em três grupos:

• Rebitagem de recobrimento: neste tipo de rebitagem as chapas apenas são sobrepostas. É destinada apenas a suportar esforços e são aplicadas, por exemplo, em vigas e estruturas metálicas.

• Rebitagem de recobrimento simples: nesta forma de união as chapas são alinhadas e sobre elas uma terceira chapa faz a vedação do espaço existente. É destinada a suportar esforços e permitir vedação. São indicadas para construção de elementos que vão conduzir ou armazenar gases e líquidos. • Rebitagem de recobrimento duplo: nesta rebitagem as chapas também alinhadas e são vedados os espaços, tanto superior quanto inferior por outras duas chapas. Este tipo de rebitagem é usado para que haja perfeita vedação, sendo indicada para armazenar fluidos sob pressão ou elementos que não possam apresentar vazamento, como gases inflamáveis, por exemplo.

Defeitos na rebitagem Existem defeitos que podem afetar a resistência, a vedação ou até mesmo a estética da rebitagem. A maioria destes defeitos só será percebida quando o rebite tiver sendo exigido no trabalho, o que poderia causar problemas sérios com manutenções desnecessárias. Observe uma relação discriminando os principais defeitos nos rebites para que sejam prevenidos:

• Furos fora de centro: como o rebite é fabricado com material macio, ele se deforma para preencher o espaço interno nos furos. A união acaba ficando fragilizada e o rebite pode se romper com facilidade.

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• Chapas mal encostadas: Existe espaço vazio entre as duas chapas devido à má utilização das ferramentas de rebitagem ou ao mal preparo das chapas. O rebite, então, deforma-se para preencher o espaço vazio e tem sua resistência diminuída.

• Diâmetro do furo muito grande: Se o diâmetro da broca não for escolhido adequadamente, o furo fica muito grande e o rebite não fica alojado de maneira correta dentro do furo. Sua capacidade de manter as peças unidas cai consideravelmente.

• Rebitagem descentralizada: Ocorre quando, durante o processo de rebitagem, aplica-se pancadas somente em uma região do rebite. Quando isto ocorre o rebite pode se soltar com facilidade, além do aspecto visual que fica prejudicado.

• Mal uso das ferramentas: O rebite que recebe muitas pancadas do martelo fica com aspecto desagradável e, às vezes, aparecem rachaduras.

• Comprimento do corpo inadequado: Quando não é feito o cálculo do comprimento do rebite adequadamente, ele tem a sua segunda cabeça maior ou menor do que o tamanho ideal. Além do acabamento da rebitagem ficar prejudicado, a cabeça menor enfraquece a união.

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Eliminação dos defeitos Para eliminar os defeitos de rebitagem descritos anteriormente, a única solução é destruir o rebite e realizar a união novamente. Em geral, quando se quer desfazer uma união feita com rebite, é necessário eliminar uma das cabeças, isto pode ser feito com talhadeira, com lima, com esmerilhadeira ou com a furadeira.

• Utilizando talhadeira: Quando formos utilizar a talhadeira, pode-se partir a cabeça do rebite ao meio para diminuir o esforço sobre a talhadeira.

A seguir faz-se a retirada da cabeça com golpes laterais.

A cabeça do rebite também pode ser extraída inteira aplicando-se golpes laterais com a talhadeira.

Depois de eliminada a cabeça do rebite deve-se usar um saca-pinos para retirar o rebite do furo.

• Eliminação com esmerilhadeira: A função da esmerilhadeira é simplesmente desgastar a segunda cabeça do rebite. Depois de feito isto, com a ajuda de um saca-pinos faz-se a retirada do rebite.

• Eliminação com furadeira: O rebite ainda pode ser eliminado utilizando uma broca com diâmetro ligeiramente menor que o diâmetro do corpo do rebite.

• Eliminação com lima: Ainda pode ser usada a lima para desgastar a segunda cabeça do rebite. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Pinos, cavilhas e cupilhas. Estes elementos têm a função de fixar e alinhar componentes de máquinas.

Existem vários tipos de pino, mas em geral, são empregados em peças que estarão sujeitas à vibração e onde é necessário algum tipo de movimento das peças estão sendo unidas. Observe os principais tipos de pinos e suas aplicações descritas na tabela abaixo: Tipo

Aplicação

Pino cilíndrico

Exige um furo com tolerâncias rigorosas. É empregado quando se quer movimento de rotação em torno de seu eixo e existem forças cortantes.

Pino cônico

Excelente ação de centragem.

Pino cônico com haste roscada Pino elástico ou pino tubular partido

Possui um corpo roscado em uma das extremidades que auxilia da montagem ou desmontagem. Pode ser montado em furos sem acabamento e ovalizados, apresentando boa resistência.

Pino guia

Serve para alinhar e posicionar elementos durante montagens.

A cavilha é uma peça cilíndrica, fabricada de aço carbono temperado, em cuja superfície externa recebe alguns entalhes que têm a função de enterrar-se dentro dos elementos que estão sendo unidos para não permitir movimento. Os furos onde a cavilha é montada não necessitam de acabamento com alargador. As cavilhas também podem ser chamadas de pinos estriados, pinos entalhados, pinos ranhurados ou rebites entalhados. Veja a seguir a representação dos principais tipos de cavilhas:

Para especificar pinos e cavilhas é preciso saber seu diâmetro nominal, seu comprimento e função. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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As cupilhas, que também são chamadas de contra-pinos, constituem-se de um arame de secção semicircular, com uma pequena cabeça em uma das extremidades e duas pernas de tamanhos desiguais na outra extremidade.

Sua função é travar outros elementos de máquinas como porcas, parafusos e pinos.

Parafusos, porcas e arruelas Estes elementos têm vital importância na união e fixação dos mais diversos componentes de máquinas. Como já vimos no início da apostila eles proporcionam uniões móveis, pois podem ser desfeitas a qualquer momento.

• Parafusos São elementos de máquinas que têm o corpo cilíndrico com saliências de perfil variado que se desenvolvem em forma de hélice ao seu redor e são chamadas de filetes. Ao conjunto de filetes damos o nome de rosca.

Os parafusos se diferenciam pela forma da rosca, da cabeça e da haste.

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Em geral, os parafusos são fabricados em aço de baixo e médio teor de carbono, por meio de forjamento ou usinagem, além disso, podem ser fabricados de aço de alta resistência à tração, aço-liga, aço inoxidável, latão e outros metais ou ligas não-ferrosas. Em alguns casos, os parafusos são protegidos contra a corrosão por meio de galvanização ou cromagem. Os parafusos forjados são opacos e os usinados, brilhantes. As roscas podem ser cortadas ou laminadas. Os parafusos são classificados em quatro grandes grupos pela função que exercem: − Parafusos passantes: Estes parafusos atravessam de lado a lado as peças a serem unidas, passando livremente pelos furos. Eles sempre vêm acompanhados de porcas e muitas vezes vêm acompanhados também de contraporcas e arruelas.

− Parafusos não-passantes: São parafusos que não utilizam porcas. O papel de porca é desempenhado pelo furo roscado existente na própria peça a ser unida.

− Parafusos de pressão: Estes parafusos servem principalmente para posicionar elementos mecânicos. As suas pontas exercem pressão contra a peça a ser fixada. Estes parafusos podem ter cabeça ou não.

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− Parafusos prisioneiros: são parafusos sem cabeça com rosca em ambas as extremidades, sendo recomendados nas situações que exigem montagens e desmontagens freqüentes. Em tais situações, o uso de outros tipos de parafusos acaba danificando a rosca dos furos. As roscas dos parafusos prisioneiros podem ter passos diferentes ou sentidos opostos, isto é, um horário e o outro anti-horário. Para fixarmos o prisioneiro no furo da máquina, utilizamos uma ferramenta especial. Caso não haja esta ferramenta, improvisa-se um apoio com duas porcas travadas numa das extremidades do prisioneiro. Após a fixação do prisioneiro pela outra extremidade, retiram-se as porcas. A segunda peça é apertada mediante uma porca e arruela, aplicadas à extremidade livre do prisioneiro. O parafuso prisioneiro permanece no lugar quando as peças são desmontadas.

Os parafusos ainda recebem outra classificação de acordo com o formato da cabeça. A cabeça do é a parte do parafuso que vai ser acionada para permitir o seu aperto e desaperto, assim ela influi diretamente no torque que será aplicado ao elemento.

− Parafuso com cabeça sextavada: é o tipo mais comum de parafuso. Ele é empregado em uniões em que se necessita de um forte aperto da chave de boca ou estrias.

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Parafusos de cabeça sextavada

− Parafuso com sextavado interno (Allen): também possibilita boa força de aperto e ainda com a facilidade de possibilitar o aperto em locais de difícil acesso devido à falta de espaço. Estes parafusos são fabricados em aço e tratados termicamente para aumentar sua resistência à torção.

Estes parafusos podem ter cabeça, ou não. Quando têm cabeça, geralmente, existe um rebaixo na peça que está sendo unida para alojar a cabeça do parafuso.

Parafusos Allen com cabeça

Os parafusos Allen sem cabeça são utilizados para travar elementos de máquinas, por isso eles têm a ponta fabricada em diversos formatos.

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− Parafuso com fenda: Este tipo de parafuso é muito empregado em uniões que não estão expostas a grandes esforços. Podem ser fabricados em aço, aço inoxidável, cobre, latão, etc. Existem vários tipos de parafuso com fenda, observe um resumo no quadro a seguir:

Cabeça escareada com fenda

Cabeça redonda com fenda

Cabeça cilíndrica boleada com fenda

Cabeça escareada boleada com fenda

Rosca soberba com cabeça escareada com fenda

Rosca soberba com cabeça redonda com fenda

• Porcas As porcas podem ter perfis esternos variados, mas têm como característica comum a existência de um furo roscado que serve para atarraxá-la ao parafuso.

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Algumas porcas podem ser utilizadas para transmitir movimentos, como exemplo temos um macaco representado abaixo.

Algumas porcas precisam ser apertadas e desapertadas rapidamente, enquanto outras precisam de altos torques. Assim, elas são classificadas de acordo com seu perfil externo em:

− Porcas de aperto manual: São atarraxadas e desatarraxadas sem auxílio de ferramentas. Entre estas porcas podemos destacar a porca recartilhada e a porca borboleta.

Veja algumas aplicações destas porcas logo abaixo:

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Para montagens em locais de difícil acesso, podemos utilizar as chamadas porcas rápidas.

Porca rápida

Porca rápida dobrada

− Porcas com acionamento à ferramenta: são porcas que necessitam de ferramentas próprias para serem apertadas ou desapertadas. A vantagem deste tipo de porca é que a força de aperto alcançada é alta, facilitando seu emprego em máquinas sujeitas à vibração. Os modelos sextavado e quadrado são um bom exemplo de porcas que necessitam de ferramentas adequadas para serem apertadas, seu formato permite que a chave de estrias (no caso da porca sextavada) ou a chave de boca tenham contato suficiente com a porca para garantir um bom torque na hora do aperto.

Existem algumas variações das porcas sextavadas, como, por exemplo, a porca cega. Neste tipo de porca, uma das extremidades é encoberta, ocultando a cabeça do parafuso. A porca cega pode ser fabricada de aço ou latão, e geralmente é cromada, o que possibilita bom acabamento.

A porca castelo é uma porca sextavada com seis entalhes radiais, coincidentes dois a dois, que se alinham com um furo no parafuso, de modo que uma cupilha possa ser passada para travar a porca.

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As porcas sujeitas a cargas de impacto e vibração apresentam tendência a afrouxar, o que pode causar danos às máquinas. Um dos meios de travar uma porca é através do aperto de outra porca contra a primeira. Por medida de economia utiliza-se uma porca mais fina (chamamos de contra-porca), e para sua travação são necessárias duas chaves de boca.

• Arruelas Onde quer que exista algum tipo de união, seja em máquinas ou em veículos automotivos, existe o perigo de se produzir, em virtude das vibrações, um afrouxamento imprevisto no aperto do parafuso. Para evitar esse inconveniente utilizamos um elemento de máquina chamado arruela.

A maioria das arruelas é fabricada em aço, mas o latão também é empregado; neste caso, são utilizadas com porcas e parafusos de latão. As arruelas de cobre, alumínio, fibra e couro são extensivamente usadas na vedação de fluidos. Além de evitar o afrouxamento do conjunto parafuso-porca, as arruelas servem basicamente para: − proteger a superfície das peças; − evitar deformações nas superfícies de contato; − suprimir folgas axiais (isto é, no sentido do eixo) na montagem das peças; − evitar desgaste da cabeça do parafuso ou da porca.

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A arruela é fabricada em formato propício a desempenhar determinadas funções, sendo assim, existe uma classificação que é dada à estes elementos de fixação de acordo com sua aplicação:

− Arruela lisa: A arruela lisa (ou plana) geralmente é feita de aço e é usada sob uma porca para evitar danos à superfície e distribuir a força do aperto. As arruelas de qualidade inferior, mais baratas, são furadas a partir de chapas brutas, mas as de melhor qualidade são usinadas e têm a borda chanfrada como acabamento.

Arruela lisa chanfrada

Arruela lisa prensada

− Arruela de pressão: A arruela de pressão consiste em uma ou mais espiras de mola helicoidal, feita de aço de mola de seção retangular. Quando a porca é apertada, a arruela se comprime, gerando uma grande força de atrito entre a porca e a superfície. Essa força é auxiliada por pontas aguçadas na arruela que penetram nas superfícies, proporcionando uma travação positiva.

Esta arruela é utilizada na montagem de conjuntos mecânicos, submetidos a grandes esforços e grandes vibrações e em equipamentos que sofrem variação de temperatura (automóveis, prensas etc.).

− Arruela serrilhada: A arruela estrelada (ou arruela serrilhada) é fabricada de aço mola e consiste em um disco anelar provido de dentes ao longo do diâmetro interno ou diâmetro externo. Os dentes são torcidos e formam pontas aguçadas. Quando a porca é apertada, os dentes se aplainam penetrando nas superfícies da porca e da peça em contato.

− Arruela de travamento com orelha: Utiliza-se esta arruela dobrando-se a orelha sobre um canto vivo da peça. Em seguida, dobra-se uma aba da orelha envolvendo um dos lados chanfrado do conjunto porca/parafuso.

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− Arruela para perfilados: É uma arruela muito utilizada em montagens que envolvem cantoneiras ou perfis em ângulo. Devido ao seu formato de fabricação, este tipo de arruela compensa os ângulos e deixa perfeitamente paralelas as superfícies a serem parafusadas.

Roscas Como já vimos anteriormente a rosca está presente nos parafusos (rosca externa) e nas porcas (rosca interna). A rosca é formada por filetes que podem ter formatos variados e se desenvolvem em forma de hélice ao redor do corpo do parafuso. As roscas servem algumas vezes para realizar fixações e outras para permitir movimentos como na morsa de bancada. A principal característica que vai determinar a finalidade do parafuso é o formato do filete. A mandíbula da morsa se desloca graças ao atarraxamento do parafuso à uma porca existente no conjunto. Os principais tipos de perfis de rosca estão descritos na tabela a seguir com suas respectivas aplicações:

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As roscas nem sempre são usadas para promover fixações, muitas vezes elas também são usadas para transmitir movimentos. Das roscas destacadas na tabela da página anterior, a única que não se presta ao trabalho de transmitir movimentos é a rosca triangular. Os dois tipos mais utilizados para transmitir movimentos são as roscas quadrada e trapezoidal, embora a rosca redonda e dente-de-serra também sejam utilizadas algumas vezes.

A rosca dente-de-serra é utilizada no macaco mecânico utilizado no carro, como o esforço que o equipamento sofre durante o trabalho é apenas de suportar o peso do carro, este perfil de rosca atende com satisfação.

A rosca quadrada é utilizada para mover o mordente da morça e em alguns dispositivos de máquinas operatrizes. O perfil de rosca trapezoidal resiste a grandes esforços e é empregada na construção de fusos e porcas, os quais transmitem movimento a alguns componentes de máquinas-ferramenta como, por exemplo, torno, plaina e fresadora.

Existe ainda uma rosca especial chamada rosca de perfil misto. Esta rosca é muito utilizada na construção de conjuntos fuso e porca com esferas recirculantes. Os fusos de esferas são elementos de transmissão de alta eficiência, transformando movimento de rotação em movimento linear e viceversa, por meio de transmissão por esferas.

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Dependendo da inclinação dos filetes em relação ao eixo do parafuso, as roscas ainda podem ser direita e esquerda. Portanto, as roscas podem ter dois sentidos: à direita ou à esquerda. Na rosca direita, o filete sobe da direita para a esquerda, conforme a figura.

Na rosca esquerda, o filete sobe da esquerda para a direita, conforme a figura.

Independentemente do perfil do filete da rosca, da sua aplicação ou sentido de inclinação dos filetes, as roscas recebem uma nomenclatura básica que é dada aos seus elementos. Estudaremos a nomenclatura referente a uma rosca de perfil triangular, uma vez que é o tipo de rosca mais comum. Observe estas nomenclaturas no desenho abaixo:

A rosca triangular obedece a normas de construção que fazem variar o ângulo do filete α e a sua unidade de medida. Estes dados mudam de acordo com os sistemas de rosca, que são três: o sistema métrico, o sistema whitworth e o sistema americano. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Observe quais são as diferenças entre os três sistemas: Sistema de rosca

Ângulo do filete (α)

Medidas

Passo

Métrico

60º

mm

mm

Whitworth

55º

pol

Fios por polegada

Americano

60º

pol

Fios por polegada

Crista e raiz do filete

Apesar de serem mudanças sutis de um sistema para outro, estas pequenas diferenças impedem que um parafuso de rosca métrica trabalhe em conjunto com uma porca de rosca whitworth. Uma vez que os três sistemas são diferentes, a maneira de calcular cada componente da rosca muda de acordo com o sistema. Logo abaixo temos as fórmulas necessárias para projetar as roscas nos três sistemas: − Sistema métrico ISO normal e sistema métrico ISO fina NBR 9527

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Observação: Nos três sistemas que estudaremos existem as roscas normais e as roscas finas, isto quer dizer que num determinado comprimento da rosca fina, existe maior número de filetes do que no mesmo comprimento da rosca normal. Assim, ela permite melhor fixação, evitando afrouxamento do parafuso, em caso de vibração de máquinas. As fórmulas para cálculos de roscas finas e normais são as mesmas, variando apenas o passo. Ex) veículos.

− Sistema Whitworth normal (BSW) e whitworth fino (BSF)

− Sistema Americano normal e sistema Americano fino

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Você deve ter notado que todos os cálculos são feitos em função do passo e do diâmetro nominal, que são as duas medidas principais de uma rosca. Para descobrir o passo de uma rosca podemos utilizar um paquímetro, uma escala ou um pente de roscas.

Anéis elásticos e chavetas O anel elástico é um elemento fabricado de aço mola com formato circular incompleto. Durante o trabalho, sempre em um eixo ou furo, ele se aloja em um canal, fabricado de acordo com normas próprias, destinando-se a limitar ou impedir o deslocamento axial das peças. Pode também ser chamado de anel de retenção, anel de trava ou anel de segurança.

Existem vários tipos de anéis elásticos, os quais estão relacionados a seguir: Norma

Desenho

Aplicação

DIN 471

Trabalhos externos – em eixos com diâmetro de 4 a 1000mm

DIN 472

Trabalhos internos – em furos com diâmetro de 9,5 a 1000mm

DIN 6799

Trabalhos externos – para eixos com diâmetro entre 8 e 24mm

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Na utilização dos anéis, alguns pontos importantes devem ser observados: − A dureza do anel deve ser adequada aos elementos que trabalham com ele.

− Se o anel apresentar alguma falha, pode ser devido a defeitos de fabricação ou condições de operação. − As condições de operação são caracterizadas por meio de vibrações, impacto, flexão, alta temperatura ou atrito excessivo. − A igualdade de pressão em volta da canaleta assegura aderência e resistência. − O anel nunca deve estar solto, mas alojado no fundo da canaleta, com certa pressão. − A superfície do anel deve estar livre de rebarbas, fissuras e oxidações. − Em aplicações sujeitas à corrosão, os anéis devem receber tratamento anticorrosivo adequado. − Dimensionamento correto do anel e do alojamento é indispensável para que ele execute suas funções com eficácia. − Nunca substituir um anel normalizado por um “equivalente”, feito de chapa ou arame sem critérios. − Utilizar ferramentas adequadas para evitar que o anel fique torto ou receba esforços exagerados. Para que esses anéis não sejam montados de forma incorreta, é necessário o uso de ferramentas adequadas, no caso, alicates. Vejamos alguns tipos de alicate:

É chaveta é um elemento de máquina com corpo prismático que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e tipo de movimento que deve transmitir. É construída normalmente de aço.

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A união por chaveta é um tipo de união desmontável, que permite aos eixos transmitirem seus movimentos a outros órgãos, tais como engrenagens e polias.

As chavetas recebem uma classificação de acordo com seu formato e suas aplicações:

− Chavetas de cunha Recebe este nome porque tem o formato de cunha, com uma das faces inclinada para facilitar a sua montagem e desmontagem e a união das peças. É empregada para unir elementos de máquinas que devem girar. Pode ter uma cabeça para facilitar sua montagem e desmontagem. Sua inclinação é de 1:100, o que permite um ajuste firme entre as partes.

O princípio da transmissão é pela força de atrito entre as faces da chaveta e o fundo do rasgo dos elementos, devendo haver uma pequena folga nas laterais.

Havendo folga entre os diâmetros da árvore e do elemento movido, a inclinação da chaveta provocará na montagem uma determinada excentricidade, não sendo portanto aconselhado o seu emprego em montagens precisas ou de alta rotação.

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A figura seguir mostra a maneira correta de sacar uma chaveta de cunha com cabeça:

− Chaveta encaixada É a chaveta mais comum e sua forma corresponde ao tipo mais simples de chaveta de cunha. Para facilitar seu emprego, o rasgo da árvore é sempre mais comprido que a chaveta.

− Chaveta meia-cana Sua base é côncava (com o mesmo raio do eixo). Sua inclinação é de 1:100, com ou sem cabeça. Não é necessário rasgo na árvore, pois transmite o movimento por efeito do atrito, de forma que, quando o esforço no elemento conduzido é muito grande, a chaveta desliza sobre a árvore.

− Chaveta plana É similar à chaveta encaixada, tendo, porém, no lugar de um rasgo na árvore, um rebaixo plano. Sua inclinação é de 1:100 com ou sem cabeça. Seu emprego é reduzido, pois serve somente para a transmissão de pequenas forças.

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− Chaveta embutida ou paralela O rasgo para seu alojamento no eixo possui o mesmo comprimento da chaveta. As chavetas embutidas nunca têm cabeça e sua precisão de ajuste é nas laterais, havendo uma pequena folga entre o ponto mais alto da chaveta e o fundo do rasgo elemento conduzido.

A transmissão do movimento e das forças é feita pelo ajuste de suas faces laterais com as do rasgo da chaveta. A chaveta paralela varia quanto à forma de seus extremos (retos ou arredondados) e quanto à quantidade de elementos de fixação à árvore. Pelo fato de a chaveta paralela proporcionar um ajuste preciso na árvore não ocorre excentricidade, podendo, então, ser utilizada para rotações mais elevadas. É bastante usada nos casos em que o elemento conduzido é móvel.

− Chaveta tangencial É formada por um par de cunhas com inclinação de 1:60 a 1:100 em cada rasgo. São sempre utilizadas duas chavetas e os rasgos são posicionados a 120º. A designação tangencial é devido a sua posição em relação ao eixo. Por isso, e pelo posicionamento (uma contra a outra), é muito comum o seu emprego para transmissão de grandes forças, e nos casos em que o sentido de rotação se alterna.

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− Chaveta de disco ou meia-lua (tipo woodruff) Tem formato de meio círculo. É comumente empregada em eixos cônicos por facilitar a montagem e se adaptar à conicidade do fundo do rasgo do elemento externo.

Elementos elásticos Os motoristas de uma empresa de transportes discutiram com o gerente um problema que vinham enfrentando. De tanto transportarem carga em excesso, as molas dos caminhões vinham perdendo, cada vez mais, sua elasticidade. Com isso, as carrocerias ficavam muito baixas, o que significava possíveis riscos de estragos dos caminhões e de sua apreensão por policiais rodoviários. O gerente, que já estava preocupado com o problema, convenceu o empresário a trocar as molas dos caminhões e a reduzir a quantidade da carga transportada. As molas, como você pode ver nesse problema, têm função muito importante. Peças fixadas entre si com elementos elásticos podem ser deslocadas sem sofrerem alterações. Assim, as molas são muito usadas como componentes de fixação elástica. Elas sofrem deformação quando recebem a ação de alguma força, mas voltam ao estado normal, ou seja, ao repouso, quando a força é cessada. As uniões elásticas são usadas para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para tornar possível o retorno de um componente mecânico à sua posição primitiva. Além disso, as molas são usadas, principalmente, nos casos de armazenamento de energia, distribuição de cargas, limitação de vazão, preservação de junções ou contatos, observe estas aplicações das molas:

−

Armazenamento de energia

Nesse caso, as molas são utilizadas para acionar mecanismos de relógios, de brinquedos, de retrocesso das válvulas de descarga e aparelhos de controle.

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−

Limitação de vazão

As molas regulam a vazão de água em válvulas e registros e a vazão de gás em bujões ou outros recipientes.

−

Amortecimento de choques

As molas amortecem choques em suspensão e pára-choques de veículos, em acoplamento de eixos e na proteção de instrumentos delicados ou sensíveis.

−

Distribuição de cargas

As molas distribuem cargas em estofamentos de poltronas, colchões, estrados de camas e veículos em que, por meio de molas, a carga pode ser distribuída pelas rodas.

−

Preservação de junções ou contatos

Nesse caso, a função das molas é a de preservar peças articuladas, alavancas de contato, vedações, etc. que estejam em movimento ou sujeitas a desgastes. Ainda, as molas têm a função especial de manter o carvão de um coletor sob pressão.

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• Tipos de molas Os diversos tipos de molas podem ser classificados quanto à sua forma geométrica ou segundo o modo como resistem aos esforços. Quanto ao esforço que suportam, as molas podem ser de tração, de compressão ou de torção.

Quanto à forma geométrica, as molas podem ser:

− Molas helicoidais A mola helicoidal é a mais usada em mecânica. Em geral, ela é feita de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica. A barra de aço pode ter seção retangular, circular ou quadrada. Em geral, a mola helicoidal é enrolada à direita. Quando a mola helicoidal for enrolada à esquerda, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho.

As molas helicoidais podem funcionar por compressão, por tração ou por torção. A mola helicoidal de compressão é formada por espirais. Quando esta mola é comprimida por alguma força, o espaço entre as espiras diminui, tornando menor o comprimento da mola.

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A mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das espiras. Os ganchos são também chamados de olhais. Para a mola helicoidal de tração desempenhar sua função, deve ser esticada, aumentando seu comprimento. Em estado de repouso, ela volta ao seu comprimento normal.

A mola helicoidal de torção tem dois braços de alavancas, além das espiras.

Agora veja exemplos de molas helicoidais cônicas e suas aplicações em utensílios diversos.

Note que a mola que fixa as hastes do alicate é bicônica. Algumas molas padronizadas são produzidas por fabricantes específicos e encontram-se nos estoques dos almoxarifados. Outras são executadas de acordo com as especificações do projeto, segundo medidas proporcionais padronizadas. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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A seleção de uma mola depende das respectivas formas e solicitações mecânicas. Para poder ler e interpretar os desenhos técnicos de molas diversas, é necessário conhecer suas características.

− Molas planas As molas planas são feitas de material plano ou em fita, elas podem ser chamadas simples, prato, feixe de molas e espiral.

Elementos de Transmissão Eletrodomésticos, carros, aviões e navios são apenas alguns exemplos de máquinas que necessitam transformar o movimento produzido pelo motor em trabalho. São os elementos de transmissão de movimentos que captam o giro do motor do automóvel e através de eixos, acoplamentos, engrenagens, polias e correias transmitem o movimento até as rodas fazendo o carro andar. Assim sendo podemos definir um sistema de transmissão de um máquina como a parte responsável por transmitir potência e movimento à outros componentes do conjunto. Na máquina de lavar representada abaixo, por exemplo, a correia transmite o movimento que esta sendo gerado pelo motor elétrico até o tambor que lava as roupas.

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Os sistemas de transmissão podem apenas transmitir a rotação (geralmente reduzem, por isso são chamados de redutores) ou permitir uma variação de rotações como, por exemplo, a caixa de marchas de um automóvel. Existem três maneiras de variar as rotações: através de engrenagens, polias e correias e rodas de atrito. Abaixo temos a ilustração de um variador de rpm que utiliza engrenagens, trata-se da caixa de marchas de um carro.

Seja qual for o elemento que está sendo empregado na transmissão, ele sempre estará montado em um eixo ou estará transmitindo movimento para um. Observando os elementos de transmissão podemos classificá-los claramente em dois grupos: elementos que transmitem movimento por forma e elementos que transmitem movimentos por atrito. Na transmissão por forma, os elementos se encaixam, ou seja, eles têm saliências e rasgos que trabalham em conjunto para transmitir movimento, sendo esta a maneira de transmissão mais eficiente e mais utilizada.

A transmissão por atrito possibilita uma boa centralização das peças ligadas aos eixos. Entretanto, não possibilita transmissão de grandes esforços quanto os transmitidos pela forma.

Esses elementos constituem-se de dois anéis cônicos apertados entre si e que atuam ao mesmo tempo sobre o eixo e o cubo. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Os principais elementos de transmissão serão o alvo do nosso estudo neste capítulo que trata dos elementos de transmissão de movimentos. Eixos e árvores Assim como o homem tem a sua coluna como uma das partes mais importantes do corpo, as máquinas têm os eixos e árvores, que seriam a coluna vertebral das máquinas, também de muita importância Os eixos e as árvores podem ser fixos ou giratórios e sustentam os elementos de máquina. No caso dos eixos fixos, os elementos (engrenagens com buchas, polias sobre rolamentos e volantes) é que giram. Quando se trata de eixo-árvore giratório, o eixo se movimenta juntamente com seus elementos ou independentemente deles como, por exemplo, eixos de afiadores (esmeris), rodas de trole (trilhos), eixos de máquinas-ferramenta, eixos sobre mancais. Os eixos e árvores são fabricados em aço ou ligas de aço, pois os materiais metálicos apresentam melhores propriedades mecânicas do que os outros materiais. Os eixos podem receber banho de cromo para resistirem melhor à oxidação ou serem fabricados em ligas a base de níquel ou manganês para ter dureza aumentada. Quando os eixos e árvores têm finalidades específicas podem ser fabricados em cobre, alumínio ou latão. Quanto ao tipo, os eixos podem ser roscados, ranhurados, estriados, maciços, vazados, flexíveis, cônicos, cujas características estão descritas a seguir.

− Eixos maciços A maioria dos eixos maciços tem seção transversal circular maciça, com degraus ou apoios para ajuste das peças montadas sobre eles. A extremidade do eixo é chanfrada para evitar rebarbas. As arestas são arredondadas para aliviar a concentração de esforços.

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− Eixos vazados Normalmente, as máquinas-ferramenta possuem o eixo-árvore vazado para facilitar a fixação de peças mais longas para a usinagem. Temos ainda os eixos vazados empregados nos motores de avião, por serem mais leves.

− Eixos cônicos Os eixos cônicos devem ser ajustados a um componente que possua um furo de encaixe cônico. A parte que se ajusta tem um formato cônico e é firmemente presa por uma porca. Uma chaveta é utilizada para evitar a rotação relativa.

− Eixos roscados Esse tipo de eixo é composto de rebaixos e furos roscados, o que permite sua utilização como elemento de transmissão e também como eixo prolongador utilizado na fixação de rebolos para retificação interna e de ferramentas para usinagem de furos.

− Eixos árvore-ranhurados Esse tipo de eixo apresenta uma série de ranhuras longitudinais em torno de sua circunferência. Essas ranhuras engrenam-se com os sulcos correspondentes de peças que serão montadas no eixo. Os eixos ranhurados são utilizados para transmitir grande força.

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− Eixos-árvore estriados Assim como os eixos cônicos, como chavetas, caracterizam-se por garantir uma boa concentricidade com boa fixação, os eixos-árvore estriados também são utilizados para evitar rotação relativa em barras de direção de automóveis e alavancas de máquinas.

− Eixos-árvore flexíveis Consistem em uma série de camadas de arame de aço enroladas alternadamente em sentidos opostos e apertadas fortemente. O conjunto é protegido por um tubo flexível e a união com o motor é feita mediante uma braçadeira especial com uma rosca. São eixos empregados para transmitir movimento a ferramentas portáteis (roda de afiar), e adequados a forças não muito grandes e altas velocidades (cabo de velocímetro).

Polias e correias As polias e correias são elementos inseparáveis para conseguirem realizar a transmissão mecânica. As polias ficam montadas nos eixos do motor e da máquina movida e a correia capta o movimento de uma e transmite para a outra.

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Podemos definir uma polia como um corpo cilíndrico, movimentadas pela rotação do eixo do motor e pela correia.

Na transmissão por polias e correias, a polia que transmite movimento e força é chamada polia motora ou condutora. A polia que recebe movimento e força é a polia movida ou conduzida. Uma polia é constituída de uma coroa ou face, na qual se enrola a correia. A face é ligada a um cubo de roda mediante disco ou braços. Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual a correia se assenta (face). Elas podem ser planas ou trapezoidais. As polias planas podem apresentar dois formatos na sua superfície de contato. Essa superfície pode ser plana ou abaulada.

A polia plana conserva melhor as correias, e a polia com superfície abaulada guia melhor as correias. As polias apresentam braços a partir de 200 mm de diâmetro. Abaixo desse valor, a coroa é ligada ao cubo por meio de discos.

A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a correia se assenta apresenta a forma de trapézio. As polias trapezoidais devem ser providas de canaletes (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada.

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Essas dimensões são obtidas a partir de consultas em tabelas. Vamos ver um exemplo que pode explicar como consultar tabela. Imaginemos que se vai executar um projeto de fabricação de polia, cujo diâmetro é de 250 mm, perfil padrão da correia C e ângulo do canal de 34º. Como determinar as demais dimensões da polia? Com os dados conhecidos, consultamos a tabela e vamos encontrar essas dimensões: Perfil padrão da correia: C Y: 4 mm Diâmetro externo da polia: 250 mm Z: 3 mm Ângulo do canal: 34º H: 22 mm T: 15,25 mm K: 9,5 mm S: 25,5 mm U = R: 1,5 mm W: 22,5 mm X: 8,25 mm

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Além das polias para correias planas e trapezoidais, existem as polias para cabos de aço, para correntes, polias (ou rodas) de atrito, polias para correias redondas e para correias dentadas. Algumas vezes, as palavras roda e polia são utilizadas como sinônimos.

No quadro abaixo, observe, com atenção, alguns exemplos de polias e, ao lado, a forma como são representadas em desenho técnico.

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Os materiais que se empregam para a construção das polias são ferro fundido (o mais utilizado), aços, ligas leves e materiais sintéticos. A superfície da polia não deve apresentar porosidade, pois, do contrário, a correia irá se desgastar rapidamente. As correias mais usadas são planas e as trapezoidais. A correia em “V” ou trapezoidal é inteiriça, fabricada com seção transversal em forma de trapézio. É feita de borracha revestida de lona e é formada no seu interior por cordonéis vulcanizados para suportar as forças de tração.

O emprego da correia trapezoidal ou em “V” é preferível ao da correia plana porque: − praticamente não apresenta deslizamento; − permite o uso de polias bem próximas; − elimina os ruídos e os choques, típicos das correias emendadas (planas). Existem vários perfis padronizados de correias trapezoidais.

Outra correia utilizada é a correia dentada, para casos em que não se pode ter nenhum deslizamento, como no comando de válvulas do automóvel.

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Os materiais empregados para fabricação das correias são couro; materiais fibrosos e sintéticos (à base de algodão, pêlo de camelo, viscose e náilon) e material combinado (couro e sintéticos). A maneira como a correia é colocada determina o sentido de rotação das polias. Assim, temos:

− sentido direto de rotação - a correia fica reta e as polias têm o mesmo sentido de rotação;

− sentido de rotação inverso - a correia fica cruzada e o sentido de rotação das polias inverte-se;

− transmissão de rotação entre eixos não paralelos.

Para ajustar as correias nas polias, mantendo tensão correta, utiliza-se o esticador de correia.

Os diâmetros das polias interferem diretamente no número de rotações que sai do motor e chega até o eixo movido, a esta proporção entre diâmetros e rotações damos o nome de relação de transmissão. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Na transmissão por polias e correias, para que o funcionamento seja perfeito, é necessário obedecer alguns limites em relação ao diâmetro das polias e o número de voltas pela unidade de tempo. Costumamos usar a letra i para representar a relação de transmissão. Ela é a relação entre o número de voltas das polias (n) numa unidade de tempo e os seus diâmetros.

A relação de transmissão pode ser calculada pela fórmula abaixo: n d i= 1 = 2 n2 d1 Onde: d1 = diâmetro da polia menor d2 = diâmetro da polia maior n1= número de rotações por minuto (rpm) da polia menor n2 = número de rotações por minuto (rpm) da polia maior Na transmissão por correia plana, a relação de transmissão (i) não deve ser maior do que 6 (seis), e na transmissão por correia trapezoidal esse valor não deve ser maior do que 10 (dez). Correntes Assim como as polias e correias, as correntes também transmitem força e movimento entre eixos distantes. Enquanto as polias e correias transmitem movimento pelo atrito, as correntes transmitem movimento por forma, assim, elas conseguem transmitir maiores forças, porém com velocidades reduzidas.

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A transmissão ocorre por meio do acoplamento dos elos da corrente com os dentes da engrenagem. A junção desses elementos gera uma pequena oscilação durante o movimento.

O rendimento da transmissão de força e de movimento vai depender diretamente da posição das engrenagens e do sentido da rotação. Favorável

Desfavorável

Muito desfavorável

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Com engrenagem de apoio

Embora as correntes sejam mais indicadas para rotações baixas, algumas apresentam características construtivas que permitem o emprego em altas rotações, outras apresentam características construtivas que facilitam a manutenção. Assim, a seguir, classificamos as correntes de acordo com a maneira como são construídas.

− Correntes de rolo Estas correntes são fabricadas em aço temperado e são constituídas de pinos, talas (ou placas) externa e interna, buchas remanchadas na tala interna e rolos que ficam sobre as buchas.

De acordo com as solicitações que receberam as correntes, elas podem ser de rolo simples, duplo e triplo.

Corrente de rolo simples

Corrente de rolo dupla

Corrente de rolo tripla

Essas correntes são utilizadas em casos em que é necessária a aplicação de grandes esforços para baixa velocidade como, por exemplo, em esteiras transportadoras ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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O fechamento das correntes de rolo pode ser feito por cupilhas ou travas elásticas, conforme o caso.

Fechamento com cupilha

Fechamento com trava

− Correntes de bucha Essa corrente não tem rolo. Por isso, os pinos e as buchas são feitos com diâmetros maiores, o que confere mais resistência a esse tipo de corrente do que à corrente de rolo. Entretanto, a corrente de bucha se desgasta mais rapidamente e provoca mais ruído.

Algumas situações determinam a utilização de dispositivos especiais para reduzir essa oscilação, aumentando, conseqüentemente, a velocidade de transmissão. Veja alguns casos: → Grandes choques periódicos - devido à velocidade tangencial, ocorre intensa oscilação que pode ser reduzida por amortecedores especiais.

Transmissão de corrente com amortecedor de oscilações através de guias de borracha.

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→ Grandes distâncias – quando é grande a distância entre os eixos de transmissão, a corrente fica “com barriga”. Esse problema pode ser reduzido por meio de apoios ou guias.

Guia para diminuir a “barriga” devido a grande distância entre eixos.

→ Grandes folgas - usa-se um dispositivo chamado esticador ou tensor quando existe uma folga excessiva na corrente. O esticador ajuda a melhorar o contato das engrenagens com a corrente.

− Corrente de dentes Nessa corrente, cada pino possui várias talas, colocadas uma ao lado da outra. Assim, é possível construir correntes bem largas e resistentes. Esta corrente apresenta pouco ruído durante o funcionamento e é indicada para altas rotações.

Corrente de dente com guia interna e articulações basculantes. Os dois pinos articulados hachurados estão fixos à torção no grupo de talas no meio da figura, em cima, e os dois pinos pontilhados fixos à torção no grupo de talas ao lado, à esquerda.

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− Corrente de articulação desmontável Esse tipo de corrente é usado em veículos para trabalho pesado, como em máquinas agrícolas, com pequena velocidade tangencial. Seus elos são fundidos na forma de corrente e os pinos são feitos de aço.

Corrente de articulação descartável

Corrente com pino de aço

− Corrente de aço redondo Utilizadas para o transporte de carga, são próprias para velocidade baixa e grande capacidade de carga.

A dimensão das correntes e engrenagens é indicada nas Normas DIN. Essas normas especificam a resistência dos materiais de que é feito cada um dos elementos: talas, eixos, buchas, rolos etc.

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Cabos de aço Um cabo de aço é um conjunto de arames de aço, reunidos num feixe helicoidal, construindo uma corda de metal que pode resistir aos esforços de tração, mas que apresenta uma flexibilidade adequada. O cabo de aço é formado por três elementos básicos. Apesar do número reduzido de elementos, eles apresentam complexibilidade e configurações variáveis, havendo cabos com usos e características bem definidas. Os três elementos básicos de um cabo de aço normal são:

Os arames são os elementos básicos dos cabos de aço. Na construção dos cabos é feito o torcimento dos arames ao redor de um arame central, em uma ou mais camadas, formando a denominada perna. As pernas são torcidas ao redor de um outro elemento central, que recebe a denominação de alma, constituindo, assim, o cabo. O modo mais simples e comum de representar um cabo de aço é a através da sua secção transversal.

Os cabos são muito empregados em equipamentos de transporte e na elevação de cargas, como em elevadores, escavadeiras, pontes rolantes.

Existe uma medida importante dos cabos de aço que é o passo. Como os cabos são produzidos em mais de uma operação, o passo da alma fica diferente do passo das pernas, esta diferença causa atrito excessivo e pode desgastar o cabo mais rapidamente.

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Características como a resistência à fadiga e a resistência à abrasão dependem diretamente do desenho das pernas. Via de regra, um cabo que tem pernas feitas com pouca quantidade de arames grandes terá maior resistência à abrasão e menor resistência à fadiga. Ao contrário, um cabo do mesmo tamanho, porém construído com pernas com muitos arames pequenos, será menos resistente ao atrito e mais resistente à fadiga. As distribuições básicas dos arames nas pernas estão exibidas a seguir:

− Distribuição normal O exemplo mais comum de cabos com distribuição normal é a perna de sete fios. Tem um arame central e seis fios do mesmo diâmetro ao redor do arame central.

− Distribuição Seale As camadas de arames são alternadas em fios grossos e finos, adquirindo grande resistência à abrasão.

− Distribuição Filler Caracteriza-se por ter fios mais finos ocupando os espaços existentes entre os arames mais grossos. Este tipo de perna é utilizado quando são necessários cabos com uma seção transversal metálica maior e boa resistência ao esmagamento.

− Distribuição Warrington Caracteriza-se por ter fios de diâmetros diferentes alternados em uma mesma camada. Os cabos fabricados desta maneira apresentam boa resistência ao desgaste e à fadiga. Todos os cabos de aço são enrolados em torno de um corpo central chamado de alma. A principal função da alma dos cabos de aço é fornecer apoio para as pernas. Elas tornam possível que o cabo mantenha o formato redondo e que as pernas fiquem posicionadas no local correto durante a operação. A escolha da alma do cabo terá efeito no desempenho do cabo durante seu trabalho. As almas mais comuns são as chamadas almas de fibra. Existem dois tipos de almas de fibra: alma de fibras sintéticas (polipropileno) e almas de fibras naturais (sisal). ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Se lubrificada de modo conveniente durante o processo de fabricação, a alma de fibra fornece ao cabo a lubrificação adequada contra o desgaste produzido pelo atrito interno e proteção contra o ataque dos agentes corrosivos. Em decorrência das grandes pressões que as pernas exercem sobre a alma, torna-se necessário, em certos casos, que ela seja do tipo metálico e não de fibra, evitando, desse modo, as deformações por compressão. Também esse tipo de alma é utilizado quando o cabo deve trabalhar num ambiente submetido a altas temperaturas que poderiam deteriorar as almas de fibra. Existem, também, dois tipos de almas de aço: alma de aço de uma perna e alma de aço de cabo independente. A alma de uma perna de aço é usada é usada somente nos casos de diâmetro até 6mm ou nos cabos não rotativos. A maioria dos cabos denominados “com alma de aço” têm uma alma de cabo independente. Existe uma nomenclatura básica que é dada aos cabos de aço para facilitar sua identificação. Esta nomenclatura faz referência aos seguintes aspectos: − à quantidade de pernas; − à quantidade (exata ou nominal) de arames em cada perna; − uma letra ou palavra indicando o tipo de construção; − uma designação de alma, qualitativa ou quantitativa. Essa nomenclatura simples é extremamente prática e encontra-se padronizada internacionalmente para os cabos convencionais de seis pernas. Também é útil e amplamente usada pelo mercado para outros tipos de cabos. Nos cabos com fabricação mais moderna pode ser utilizada uma designação semelhante, entretanto, torna-se necessário incluir alguma informação adicional. Veja a seguir alguns exemplos de nomenclaturas: Ex)

Como já vimos os cabos de aço são fabricados através de torções sucessivas dos arames em torno da alma e dos arames centrais. Pois existem duas considerações relacionadas com a torção do cabo. A primeira delas diz respeito, especificamente, ao sentido de torção, ou seja, se o cabo está constituído por uma hélice para a direita ou para esquerda. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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A segunda consideração é uma descrição da posição relativa dos arames na perna e a disposição das pernas no cabo. Na denominada torção “regular”, os arames estão torcidos no sentido oposto ao da perna no cabo. Na denominação “Lang”, os arames, a respeito das pernas, e as pernas, a respeito do cabo, apresentam o mesmo sentido de torção. Os cabos de torção Lang apresentam uma maior resistência à abrasão, mas têm várias limitações para o seu uso, principalmente uma forte tendência a destorcerem, sendo necessário trabalhar sempre com cargas guiadas ( que não possam girar). As novas construções especiais de cabos fazem que esse tipo de torção seja cada vez menos utilizado. Exceto em algumas instalações, os cabos de torção regular direita são o padrão mundialmente aceito.

Os cabos de aço podem ser fabricados por um processo especial chamado de pré-formação. A pré-formação é uma das fases do processo de encordoamento e a sua função é dar às pernas a forma helicoidal que terão no cabo acabado. O processo de préformação facilita o manuseio e melhora a resistência ao dobramento. A qualidade superior do cabo pré-formado decorre do fato de os cabos e os arames estarem em posição de repouso no cabo, reduzindo as tensões internas. Atualmente o processo de préformação é quase um padrão na fabricação dos cabos. Com relação à fixação, os cabos de aço são presos em sua extremidade por meio de ganchos ou laços. Os laços são formados pelo trançamento do próprio cabo. Os ganchos são acrescentados ao cabo.

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Para se especificar um cabo é preciso saber, além da distribuição dos fios e do tipo de alma, do seu diâmetro. A maneira correta de se medir o diâmetro de um cabo é através do seu diâmetro maior como mostrado no desenho abaixo.

Engrenagens Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro.

Observe as partes de uma engrenagem:

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De acordo com o tamanho da engrenagem, seu corpo pode ter furos ou braços para aliviar seu peso. Algumas engrenagens podem não ter o cubo central ou rasgo de chaveta. Observe os desenhos abaixo:

Corpo em forma de disco com furo central

Corpo em forma de disco com cubo e furo central

Corpo com 4 furos, cubo e furo central

Corpo com braços, cubo e furo central

Os dentes são um dos elementos mais importantes das engrenagens. Observe, no detalhe, as partes principais do dente de engrenagem.

Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem.

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As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa e a menor chama-se pinhão.

Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel, bronze fosforoso, alumínio, náilon. Existem vários tipos de engrenagem, que são escolhidos de acordo com sua função. Os principais tipos são:

− Engrenagens cilíndricas As engrenagens cilíndricas têm a forma de cilindro e podem ter dentes retos ou helicoidais (inclinados). Os dentes retos são paralelos entre si e paralelos ao eixo da engrenagem. Estas engrenagens transmitem rotação entre eixos paralelos. Observe duas engrenagens cilíndricas com dentes retos:

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Os dentes helicoidais são paralelos entre si, mas oblíquos em relação ao eixo da engrenagem. As engrenagens de dentes helicoidais podem transmitir movimento entre eixos paralelos ou não paralelos, sua principal vantagem em relação à engrenagem de dentes retos está no fato de ela permitir uma transmissão mais suave com menor ruído. Veja a representação de engrenagens com dentes helicoidais:

As engrenagens com dentes helicoidais são usadas em sistemas mecânicos, como caixas de câmbio e redutores de velocidade, que exigem alta velocidade e baixo ruído.

− Engrenagens cônicas As engrenagens cônicas são usadas para transmitir movimentos entre eixos perpendiculares. Elas têm o corpo em forma de tronco de cone e podem ter dentes retos ou helicoidais.

Observe alguns exemplos de emprego de engrenagens cônicas com dentes retos.

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− Coroa e parafuso com rosca sem-fim Existe uma engrenagem especial que é usada sempre que se necessita de grande redução de velocidade, trata-se do parafuso com rosca sem-fim. Ela sempre trabalha em conjunto com uma engrenagem cilíndrica de dentes helicoidais que possui uma concavidade em sua face para possibilitar o engrenamento.

Veja um exemplo do emprego de coroa para rosca sem-fim.

Repare que no engrenamento por coroa e rosca sem-fim, a transmissão de movimento e força se dá entre eixos não coplanares.

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Existe uma característica do parafuso com rosca sem-fim que influi diretamente na relação de transmissão, é o número de entradas deste parafuso. Se o parafuso tiver apenas uma entrada, a cada volta ele fará avançar apenas um dente da coroa, se ele tiver quatro entradas, a cada volta ele fará avançar quatro dentes da coroa. Existe uma fórmula para fazer este cálculo que está representada a seguir.

Nc =

Np × Ne Zc

Onde: Nc= rpm da coroa Np= rpm do parafuso Ne= número de entradas do parafuso Zc= número de dentes da coroa Observação: Para fazer o cálculo da relação de transmissão para as demais engrenagens devemos levar em consideração apenas as rotações e os números de dentes das engrenagens. Este cálculo pode ser feito utilizando a seguinte fórmula: n z i= 1 = 2 n 2 z1 Onde: n1= rpm do eixo motor n2= rpm do eixo movido z1= número de dentes do eixo motor z2= número de dentes do eixo movido

− Cremalheira A cremalheira é uma barra provida de dentes, destinada a engrenar uma roda dentada. Com esse sistema, pode-se transformar movimento de rotação em movimento retilíneo e vice-versa.

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As engrenagens são representadas, nos desenhos técnicos, de maneira normalizada. Como regra geral, a engrenagem é representada como uma peça sólida, sem dentes. Apenas um elemento da engrenagem, o diâmetro primitivo, é indicado por meio de uma linha estreita de traços e pontos, como mostra o desenho.

Na fabricação de engrenagens, o perfil dos dentes é padronizado. Os dentes são usinados por ferramentas chamadas fresas. A escolha da fresa depende da altura da cabeça e do número de dentes da engrenagem. Por isso, não há interesse em representar os dentes nos desenhos. Quando, excepcionalmente, for necessário representar um ou dois dentes, eles devem ser desenhados com linha contínua larga.

Entretanto, nas representações em corte, os dentes atingidos no sentido longitudinal devem ser desenhados. Nesses casos, os dentes são representados com omissão de corte, isto é, sem hachura. Observe os dentes representados nas vistas laterais, em meio-corte, das engrenagens a seguir.

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Na parte em corte da vista lateral, a raiz do dente aparece representada pela linha contínua larga. Caso seja necessário representar a raiz do dente da engrenagem em uma vista sem corte, deve-se usar a linha contínua estreita, como no desenho seguinte.

Quando, na vista lateral da engrenagem, aparecem representadas três linhas estreitas paralelas, essas linhas indicam a direção de inclinação dos dentes helicoidais.

As mesmas regras para a representação de engrenagens valem para a representação de pares de engrenagens ou para as representações em desenhos de conjuntos. Quando o engrenamento acontece no mesmo plano, nenhuma das engrenagens encobre a outra. Observe no desenho da engrenagem helicoidal côncava e da rosca sem-fim que todas as linhas normalizadas são representadas.

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O mesmo acontece no engrenamento das engrenagens cilíndricas a seguir.

Quando uma das engrenagens está localizada em frente da outra, no desenho técnico, é omitida a parte da engrenagem que está encoberta. As duas engrenagens cônicas, representadas a seguir, encontram-se nessa situação. Note que, nesse exemplo, o pinhão encobre parcialmente a coroa. Apenas o diâmetro primitivo da coroa é representado integralmente.

Para interpretar desenhos técnicos de engrenagens, é preciso conhecer bem suas características. Analise cuidadosamente o desenho a seguir e veja o significado das letras sobre as linhas da engrenagem.

As características dos dentes da engrenagem são:

− e (espessura) - é a medida do arco limitada pelo dente, sobre a circunferência primitiva (determinada pelo diâmetro primitivo); ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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− v (vão) - é o vazio que fica entre dois dentes consecutivos também delimitados por um arco do diâmetro primitivo; − P (passo) - é a soma dos arcos da espessura e do vão (P = e + v P = e + v P = e + v P = e + v P = e + v); − a (cabeça) - é a parte do dente que fica entre a circunferência primitiva e a circunferência externa da engrenagem; − b (pé) - é a parte do dente que fica entre a circunferência primitiva e a circunferência interna (ou raiz); − h (altura) - corresponde à soma da altura da cabeça mais a altura do pé do dente. Observe, no próximo desenho, mais algumas características da engrenagem cilíndrica com dentes retos.

As características da engrenagem cilíndrica com dentes retos são:

− De: diâmetro externo − Dp: diâmetro primitivo − Di: diâmetro interno − M: módulo − Z: número de dentes − L: largura da engrenagem O módulo corresponde à altura da cabeça do dente (M = a) e serve de base para calcular as demais dimensões dos dentes. É com base no módulo e no número de dentes que o fresador escolhe a ferramenta para usinar os dentes da engrenagem. Mais tarde, a verificação da peça executada também é feita em função dessas características.

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Nas figuras a seguir estão mostrados, em escala natural, alguns perfis de dentes no sistema módulo, para se ter idéia das dimensões deles. O sistema módulo é a relação entre o diâmetro primitivo, em milímetros, e o número de dentes.

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Além das características que já conhecemos, a engrenagem cônica com dentes retos possui outras características que são mostradas no desenho a seguir.

As características da engrenagem cônica são:

− ae: ângulo externo − ap: ângulo primitivo − ai: ângulo interno − ac: ângulo do cone complementar − l: largura do dente Na engrenagem cilíndrica de dentes retos, aparecem várias características novas, a primeira é o ângulo de inclinação da hélice (β), que podemos observar no desenho abaixo.

β

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Além disso, esta engrenagem tem mais duas características, o passo normal (Pn) e o passo circular (Pc).

Para identificar a relação entre o passo normal (Pn), o passo circular (Pc) e o ângulo de inclinação da hélice (β), retiramos da figura acima um triangulo retângulo existente e, através da relação dos senos e cossenos, obtemos as fórmulas seguintes:

cos β =

Pn Pc

Como Pn = Mn.π e Pc = Mf .π Substituindo temos: Mn cos β = Mf

O diâmetro primitivo (Dp) da engrenagem helicoidal é calculado pela divisão do comprimento da circunferência primitiva por π (3,14).

Dp =

Cp

π

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O comprimento da circunferência primitiva (Cp) é igual ao número de dentes (Z) multiplicado pelo passo circular (Pc).

Cp = Z .Pc Através da relação existente entre o diâmetro primitivo e o comprimento da circunferência primitiva, temos mais duas fórmulas representadas logo a seguir:

Dp = Mf .Z

Dp =

Mn.Z cos β

O diâmetro externo (De) de duas engrenagens que esteja trabalhando em conjunto é calculado somando o diâmetro primitivo a dois módulos normais. De = Dp + 2 · Mn

Outro dado importante da engrenagem helicoidal á a altura do pé do dente (b), a fórmula que será usada neste cálculo depende do ângulo de pressão da engrenagem (θ). Observe na figura seguinte a localização do ângulo de pressão na engrenagem.

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Os ângulos de pressão mais comuns usados na construção de engrenagens são 14º30', 15º e 20º. Para θ = 14º30' e 15º, usa-se a fórmula b = 1,17 · Mn Para θ = 20º, usa-se b = 1,25 · Mn Observando a figura ao lado podemos deduzir que a fórmula para o cálculo do diâmetro interno (Di) como sendo: Di = Dp - 2b ou Di = Dp - 2,50 . Mn (para θ = 20º) e Di = Dp - 2,34 · Mn (para θ = 14º30' ou 15º) Observando ainda a figura acima, é fácil perceber que a altura do dente (h) é soma da medida do pé (b) com a medida da cabeça (a). h=a+b h = 2,25 · Mn (para θ = 20º) h = 2,17 · Mn (θ = 14º30' e 15º) Para completar, vamos analisar as características da engrenagem helicoidal para rosca sem-fim.

As características dessa engrenagem, que não se encontram nas anteriores, são:

− Dm: diâmetro máximo da engrenagem − ach: ângulo de chanfro − rc: raio da superfície côncava ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Acoplamento A fonte de movimento de uma máquina industrial é, geralmente, um motor elétrico. Como seria impossível fazer um único eixo para o motor e a máquina movida, existe o acoplamento. Podemos definir, então, o acoplamento como sendo um conjunto mecânico empregado na transmissão de movimento de rotação entre duas árvores ou eixos-árvore.

Existe uma enorme variedade de aplicações para os acoplamentos, assim podemos classificá-los de acordo com suas características construtivas e seu emprego. Alguns acoplamentos precisam apenas transmitir o movimento de um eixo para o outro, estes são chamados de acoplamentos fixos. Há um grupo de acoplamentos que, além de transmitir o movimento, precisa compensar eventuais desalinhamentos, estes são os acoplamentos elásticos. Existe ainda um terceiro grupo, que são os acoplamentos móveis, que podem atuar como embreagens, às vezes transmitindo o movimento e outras não transmitindo e deixando o motor funcionando em vazio. Vamos, então, dividir os acoplamentos nestas três classes para estudar suas características construtivas:

• Acoplamentos fixos Estes acoplamentos servem para unir árvores de tal maneira que funcionem como se fossem uma única peça, alinhando as árvores de forma precisa. Por motivo de segurança, os acoplamentos devem ser construídos de modo que não apresentem nenhuma saliência. Vamos conhecer alguns tipos de acoplamentos fixos: − Acoplamento rígido com flanges parafusados: esse tipo de acoplamento é utilizado quando se pretende conectar árvores, e é próprio para a transmissão de grande potência em baixa velocidade.

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− Acoplamento com luva de compressão ou de aperto: esse tipo de luva facilita a manutenção de máquinas e equipamentos, com a vantagem de não interferir no posicionamento das árvores, podendo ser montado e removido sem problemas de alinhamento.

− Acoplamentos elásticos Esses elementos tornam mais suave a transmissão do movimento em árvores que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre as árvores.

Estes acoplamentos permitem a compensação de até 6 graus de ângulo de torção e deslocamento angular axial. Veja a seguir os principais tipos de acoplamentos elásticos:

− Acoplamento elástico de pinos: os elementos transmissores são pinos de aço com mangas de borracha.

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− Acoplamento altamente elástico: os discos de acoplamento são unidos perifericamente por uma ligação de borracha apertada por anéis de pressão. Esse acoplamento permite o jogo longitudinal de eixos.

Dentre as vantagens deste tipo de elemento de transmissão podemos destacar a possibilidade de absorver desalinhamentos axiais (eixos distantes), radiais (eixos fora de centro) como desvios angulares (eixos inclinados). Além disso, são de fácil montagem e desmontagem, o que facilita a manutenção, e na hora da partida da máquina ele se torce um pouco suavizando os esforços do conjunto na hora da saída da inércia.

− Acoplamento elástico de garras: são destinados a interligação de eixos para absorver desalinhamentos axiais, radiais e angulares, além de amortecer choques e vibrações prejudiciais aos elementos de máquinas. Estes Acoplamentos tem a grande vantagem na facilidade de instalação e manutenção.

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− Acoplamento elástico de fita de aço: consiste de dois cubos providos de flanges ranhurados, nos quais está montada uma grade elástica que liga os cubos. O conjunto está alojado em duas tampas e todo o espaço interno é preenchido com graxa. Apesar de esse acoplamento ser flexível, as árvores devem estar bem alinhadas no ato de sua instalação para que não provoquem vibrações excessivas em serviço.

Desalinhamentos angulares, radiais (paralelo) e axiais nos eixos conectados são compensados através do movimento na grade elástica nas ranhuras internas, sem afetar a capacidade de transmissão de torque.

− Acoplamento de dentes arqueados: os dentes possuem a forma ligeiramente curvada no sentido axial, o que permite até 3 graus de desalinhamento angular. O anel dentado (peça transmissora do movimento) possui duas carreiras de dentes que são separadas por uma saliência central.

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− Acoplamentos móveis São empregados para permitir o jogo longitudinal das árvores. Esses acoplamentos transmitem força e movimento somente quando acionados, isto é, obedecem a um comando. Geralmente, esses acoplamentos são usados em aventais e caixas de engrenagens de máquinas-ferramenta convencionais.

Elementos de vedação Podemos definir vedação como o processo usado para impedir a passagem de líquidos, gases e sólidos particulados (pó) de um meio para outro. Por exemplo, consideremos uma garrafa de refrigerante lacrada. A tampinha em si não é capaz de vedar a garrafa. É necessário um elemento contraposto entre a tampinha e a garrafa de refrigerante impedindo a passagem do refrigerante para o exterior e não permitindo que substâncias existentes no exterior entrem na garrafa. Os elementos de vedação atuam de maneira diversificada e são específicos para cada tipo de atuação. É importante que o material do vedador seja compatível com o produto a ser vedado, para que não ocorra uma reação química entre eles, pois poderá ocorrer vazamento e contaminação do produto. Um vazamento, em termos industriais, pode parar uma máquina e causar contaminações do produto que, consequentemente, deixará de ser comercializado, resultando em prejuízo à empresa. Os materiais usados como elementos de vedação são:

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− Juntas de Papelão: são empregadas em partes estáticas de máquinas ou equipamentos como, por exemplo, nas tampas de caixas de engrenagens. Esse tipo de junta pode ser comprada pronta ou confeccionada conforme o formato da peça que vai utiliza-la.

− Juntas Metálicas: são destinadas á vedação de equipamentos que operam com altas pressões e altas temperaturas. São geralmente fabricadas em aço de baixo teor de carbono, em alumínio, cobre ou chumbo. São normalmente aplicadas em flanges de grande aperto ou de aperto limitado.

− Juntas de Borracha: são vedações empregadas em partes estáticas, muito usadas em equipamentos, flanges etc. Podem ser fabricadas com materiais em forma de manta e ter uma camada interna de lona (borracha lonada) ou materiais com outro formato.

− Juntas de Teflon: material empregado na vedação de produtos como óleo, ar e água. As juntas de teflon suportam temperaturas de até 260°C.

− Juntas de Amianto: material empregado na vedação de fornos e outros equipamentos. O amianto suporta elevadas temperaturas e ataques químicos de muitos produtos corrosivos.

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− Juntas de Cortiça: material empregado em vedações estáticas de produtos como óleo, ar e água submetidos a baixas pressões. As juntas de cortiça são muito utilizadas nas vedações de tampas de cárter, em caixas de engrenagens, etc.

− Anéis de Borracha: são vedadores usados em partes estáticas ou dinâmicas de máquinas ou equipamentos. Estes vedadores podem ser comprados nas dimensões e perfis padronizados ou confeccionados colando-se, com adesivo apropriado, as pontas de um fio de borracha com secção redonda, quadrada ou retangular. A vantagem do anel padronizado é que nele não existe a linha de colagem, que pode ocasionar vazamento, estes anéis são comumente chamados de O’ring. Os anéis de borracha ou anéis da linha O’ ring são bastante utilizados em vedações dinâmicas de cilindros hidráulicos e pneumáticos que operam à baixa velocidade.

− Retentores: o vedador de lábio, também conhecido pelo nome de retentor, é composto essencialmente por uma membrana elastomérica em forma de lábio e uma parte estrutural metálica semelhante a uma mola que permite sua fixação na posição correta de trabalho.

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A função primordial de um retentor é reter óleo, graxa e outros produtos que devem ser mantidos no interior de uma máquina ou equipamento. O retentor é sempre aplicado entre duas peças que executam movimentos relativos entre si, suportando variações de temperatura. A vedação por retentores se dá através da interferência do lábio sobre o eixo. Esta condição de trabalho provoca atrito e a conseqüente geração de calor na área de contato, o que tende a causar a degeneração do material do retentor, levando o lábio de vedação ao desgaste. Em muitas ocasiões provoca o desgaste no eixo na região de contanto com o retentor. A diminuição do atrito é conseguida com a escolha correta do material elastomérico.

− Gaxetas: são elementos mecânicos utilizados para vedar a passagem de um fluxo de fluido de um local para o outro, de forma total ou parcial, que fogem à capacidade de vedação dos o'rings. Os materiais usados na fabricação de gaxetas são: algodão, juta, asbesto (amianto), náilon, teflon, borracha, alumínio, latão e cobre. A esses materiais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone, grafite, mica etc. A função desses outros materiais que são aglutinados às gaxetas é torná-las auto-lubrificadas.

Em algumas situações, o fluxo de fluido não deve ser totalmente vedado, pois é necessária uma passagem mínima de fluido com a finalidade de auxiliar a lubrificação entre o eixo rotativo e a própria gaxeta. A este tipo de trabalho dá-se o nome o nome de restringimento. O restringimento é aplicado, por exemplo, quando se trabalha com bomba centrífuga de alta velocidade. Nesse tipo de bomba, o calor gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo é muito elevado e, sendo elevado, exige uma saída controlada de fluido para minimizar o provável desgaste. A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam alojados vários anéis de gaxeta, pressionados por uma peça chamada sobreposta. A função dessa peça é manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo, sob pressão conveniente para o trabalho. A seguir mostramos gaxetas alojadas entre um eixo e um mancal e a sobreposta.

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A escolha da gaxeta adequada a cada tipo de trabalho deve ser feita com base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. No entanto, os seguintes dados deverão ser levados em consideração: o Material utilizado na confecção da gaxeta; o Dimensões da caixa de gaxeta; o Fluido líquido ou gasoso bombeado pela máquina; o Temperatura e pressão dentro da caixa de gaxeta; o Tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo); o Material utilizado na construção do eixo ou da haste; o Ciclos de trabalho da máquina; o Condições especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de trabalho (submerso ou não); meio (ácido, básico, salino) a que se encontra exposta.

− Selo Mecânico: é um vedador de pressão que utiliza princípios hidráulicos para reter fluidos. A vedação exercida pelo selo mecânico se processa em dois momentos: a vedação principal e a secundária.

A vedação principal é feita num plano perpendicular ao eixo por meio do contanto deslizante entre as faces altamente polidas de duas peças, geralmente chamadas de sede e anel de selagem. A sede é estacionária e fica conectada numa parte sobreposta. O anel de selagem é fixado ao eixo e gira com ele. Para que as faces do anel de selagem e da sede permaneçam sempre em contato e pressionadas, utilizam-se molas helicoidais conectadas ao anel de selagem.

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A vedação secundária, aplicada à sede e ao anel de selagem, pode ser feita por meio de vários anéis com perfis diferentes, tais como: junta, anel o’ring, anel “V”, cunha, fole etc.

Os selos mecânicos são utilizados com vantagens em relação às gaxetas, pois não permitem vazamentos e podem trabalhar sob grandes velocidades e em temperaturas e pressões elevadas, sem apresentarem desgastes consideráveis. Eles permitem a vedação de produtos tóxicos e inflamáveis. Além disso, algumas outras vantagens do selo mecânico estão descritas a seguir:

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o Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedação reduzindo, conseqüentemente, a perda de potência. o Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha. o A vazão ou fuga do produto em operação é mínima ou imperceptível. o Permite operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis com segurança. o Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexão normais do eixo rotativo. O selo mecânico é usado em equipamentos de grande importância como bombas de transporte em refinarias de petróleo; bombas de lama bruta nos tratamentos de água e esgoto; bombas de submersão em construções; bobas de fábricas de bebidas; em usinas termoelétricas e nucleares.

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Apêndice: Exercícios Elementos de fixação 1) A união de peças é feita com elementos de máquinas de: a) ( ) transmissão; b) ( ) fixação; c) ( ) vedação. 2) Rebites, cavilhas, pinos são elementos de máquinas de: a) ( ) transmissão; b) ( ) articulação; c) ( ) fixação. 3) Uma fixação com elementos de máquinas pode ser: a) ( ) móvel ou permanente; b) ( ) móvel ou articulada; c) ( ) fixa ou permanente. 4) Numa união permanente você usa: a) ( ) pino ou chaveta; b) ( ) solda ou rebite;

c) ( ) porca ou arruela.

5)

Defina o que é união permanente e união móvel? Dê exemplos.

6)

Nomeie os elementos de fixação representados abaixo:

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Rebites 1) Quando se deseja uma união permanente, em que as peças não sejam modificadas devido ao calor, deve-se usar: a) ( ) solda; b) ( ) parafuso; c) ( ) rebite; d) ( ) chaveta. 2) a) ( b) ( c) ( d) (

As principais ferramentas usadas em rebitagem são: ) estampo, contra-estampo, repuxador; ) estampo, alicate, repuxador; ) estampo, repuxador, morsa; ) estampo, contra-estampo, solda.

3) Com relação aos defeitos na rebitagem, numere a segunda coluna de acordo com a primeira.

a) ( ) chapas mal encostadas. ( ) diâmetro do furo muito grande. b) ( ) rebitagem descentralizada. ( ) mal uso das ferramentas durante o processo de rebitagem. ( ) comprimento do corpo do rebite insuficiente. c)

d)

e) 4) Calcular o diâmetro do rebite para unir duas chapas de aço: uma com espessura de 3mm e outra com espessura de 6mm.

5) Qual deve ser o diâmetro do furo que vai receber um rebite de 5/16” de diâmetro?

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6) Calcular o comprimento útil de um rebite de cabeça redonda com diâmetro de 1/4” para rebitar duas chapas: uma com 3/16” de espessura e outra com 1/4".

7) a) ( b) ( c) (

Os principais tipos de rebitagem são: ) recobrimento simples e duplo; ) recobrimento, recobrimento simples e duplo; ) recobrimento, recobrimento simples e paralelo.

8) a) ( b) ( c) (

Na rebitagem de recobrimento, as chapas são: ) sobrepostas e fundidas; ) sobrepostas e marteladas; ) sobrepostas e rebitadas.

9) a) ( b) ( c) (

Na vedação de chaminés usa-se o seguinte tipo de rebitagem: ) recobrimento; ) recobrimento duplo; ) recobrimento simples.

Pinos, cavilhas e cupilhas 1)

Qual a finalidade dos pinos, cavilhas e cupilhas?

2) a) ( b) ( c) ( d) (

Para alinhar ou fixar elementos de máquina, usa-se: ) chaveta ) contrapiso ) pino ) n.r.a.

3) a) ( b) ( c) ( d) (

A fixação do pino estriado é feita em furo executado por meio de: ) broca ) martelo ) solda ) n.r.a.

4) Para fazer o travamento de elementos de máquinas como parafusos e porcas usa-se: a) ( ) pino cônico b) ( ) cavilha lisa c) ( ) cupilha d) ( ) n.r.a.

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5) A

Analise os desenhos abaixo: B

C

As colunas acima representam: a) ( ) A processos de remoção de rebites; B processo de rebitagem manual; C pinos e cavilhas. b) ( ) A processos de rebitagem à máquina; B processo de remoção dos rebites; C pinos e cavilhas. c) ( ) A processos de rebitagem manual; B pinos e cavilhas; C processo de remoção de rebites. d) ( ) A processos de rebitagem manual; B processo de remoção de rebites; C pinos e cavilhas.

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Parafusos, porcas e arruelas 1)

2)

O que é “passo” de um parafuso?

O parafuso é um elemento de fixação que une peças de modo: a) ( ) pemanente b) ( ) temporário c) ( ) articulado d) ( ) provisório

3)

Nomeie os parafusos abaixo:

4)

Os parafuso Allen são feitos de: a) ( ) alumínio b) ( ) aço temperado c) ( ) aço d) ( ) latão

5)

Onde são usados os parafusos com rosca soberba?

6) A função da porca é: a) ( ) Fixar e não transmitir movimentos. b) ( ) Fixar e também transmitir movimentos. 7) As porcas podem ter diversos perfis externos, cite três: ________________________________________________________________ ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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8) Marque V para verdadeiro e F para falso - As porcas para transmissão de movimentos podem ter roscas com perfil: a) ( ) quadrado; b) ( ) triangular; c) ( ) trapezoidal; d) ( ) redondo. 9) a) ( b) ( c) ( d) (

A porca usada para aperto manual é a: ) porca redonda; ) porca borboleta; ) porca de trava; ) porca rebitada.

10) Quando queremos evitar afrouxamento de um parafuso ou de uma porca usamos: a) ( ) chaveta; b) ( ) pino; c) ( ) arruela; 11) Para melhorar o aspecto do conjunto e distribuir igualmente o aperto, usamos o seguinte tipo de arruela: a) ( ) lisa; b) ( ) cônica; c) ( ) perfilada. 12) As arruelas de pressão são elementos de trava muito utilizados nos casos em que exigem: a) ( ) Pequenos esforços e grandes vibrações. b) ( ) Grandes esforços e pequenas vibrações. c) ( ) Grandes esforços e grandes vibrações. 13) A arruela que oferece maior segurança contra o afrouxamento de um parafuso é: a) ( ) arruela de travamento com orelha; b) ( ) arruela lisa; c) ( ) arruela ondulada. 14) a) ( b) ( c) (

As arruelas para perfilados são utilizadas no seguinte caso: ) Equipamento com acabamento externo de chapa fina. ) Montagem com cantoneiras e perfis em ângulos. ) Equipamento sujeito a grandes vibrações e variações de temperatura.

15) Qual a representação que mostra a fixação de duas chapas por parafuso, porca e arruela.

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Roscas 1)

Qual é o sistema de rosca mais usado no Brasil? a) ( ) rosca ABNT b) ( ) rosca whitworth c) ( ) rosca americana d) ( ) rosca métrica

2) Complete o quadro abaixo com os desenhos dos filetes, o nome dos perfis da rosca ou exemplos de aplicação, conforme os espaços em branco da tabela.

3)

Em fusos de máquinas usam-se rosca com filetes de perfil: a) ( ) trapezoidal b) ( ) dente de serra c) ( ) mista d) ( ) triangular

4)

Quanto ao sentido as roscas podem ser: a) ( ) plana ou inclinada b) ( ) reta ou vertical c) ( ) à direita ou à esquerda d) ( ) interna ou externa

5) Calcular o diâmetro menor de um parafuso para uma rosca de diâmetro externo de 10mm e passo de 1,5mm.

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6)

Nomeie as partes do parafuso e porca abaixo: P= α= d= d1 = D= D1 = h= f= c=

7) Calcular o diâmetro efetivo de um parafuso com rosca métrica normal, cujo diâmetro é de 12mm e o passo é de 1,75mm.

8) Calcule o diâmetro menor de uma rosca métrica normal, a saber: diâmetro externo: 6 mm e passo: 1 mm

9) Calcule o diâmetro médio de um parafuso com rosca métrica normal, a saber: diâmetro externo: 8 mm e passo: 1,25 mm

10) Calcule a folga (f) de uma rosca métrica normal de um parafuso cujo diâmetro maior (d) é de 10 mm e o passo (p) é de 1,5 mm.

11) Calcular o diâmetro maior de uma porca com rosca métrica normal cujo diâmetro maior do parafuso é de 16 mm e o passo é de 2 mm.

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12) Calcule o diâmetro menor de uma porca com rosca métrica normal cujo diâmetro maior do parafuso é de 18 mm e o passo é de 2,5 mm.

13) Calcule a altura do filete de um parafuso com rosca métrica normal com diâmetro maior de 20 mm e o passo de 2,5 mm.

14) Calcule o diâmetro menor de um parafuso (d1), sabendo que o diâmetro maior é de 12 mm e o passo é de 1 mm.

15) Calcular diâmetro de uma broca para abrir o furo a ser roscado com rosca métrica, sabendo que o diâmetro maior do parafuso é de 8mm e o passo é de 1 mm.

16) Calcule o passo em mm de um parafuso com rosca whitworth, sabendo-se que a rosca tem 18 fios por polegada.

17) Calcule a altura de filete (he) de uma rosca whitworth, sabendo que a rosca tem 20 filetes por polegada.

18) Calcule o raio de arredondamento da raiz do filete do parafuso de uma rosca whitworth com 12 fios por polegada.

19) Calcule o diâmetro menor do parafuso com rosca whitworth, cujo diâmetro é de 1/4" (6,35 mm) e que tem 26 fios por polegada.

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20) Calcule o diâmetro efetivo de parafuso (diâmetro médio) com rosca whitworth, cujo diâmetro externo é de 1" (25,4 mm) e que tem 8 fios por polegada.

Anéis elásticos e chavetas 1) a) ( b) ( c) ( d) (

A principal função do anel elástico é: ) Aumentar movimento axial. ) Evitar deslocamentos axiais. ) Ajudar as fixações. ) Evitar deslocamentos transversais.

2) Para fabricar um anel elástico usa-se o seguinte tipo de aço: a) ( ) carbono; b) ( ) mola; c) ( ) 1010-1020; d) ( ) cromo-vanádio. 3) a) ( b) ( c) ( d) (

Para a escolha correta de anéis elásticos, deve-se levar em conta: ) Pouca variedade de anéis. ) Padronização de algumas medidas. ) Tabelas de padronização com todas as medidas. ) Fábricas que determinam as medidas.

4) Para o uso correto dos anéis elásticos, a ferramenta adequada é: a) ( ) chave de fenda; b) ( ) chave cachimbo; c) ( ) alicate especial; d) ( ) alicate universal. 5) a) ( b) ( c) ( d) (

A função da chaveta é: ) ligar dois elementos mecânicos; ) fixar com parafuso; ) a mesma da arruela; ) deslizar no eixo.

6) A chaveta que não precisa de rasgo no eixo é: a) ( ) paralela; b) ( ) tangencial; c) ( ) longitudinal; d) ( ) meia-cana. 7) Quando o elemento de máquina faz movimento rotativo e retilíneo alternativo, deve-se usar a chaveta: a) ( ) plana; b) ( ) tangencial; c) ( ) transversal; d) ( ) woodruff. 8) As chavetas colocadas na extensão do eixo são: a) ( ) longitudinais; b) ( ) transversais duplas; c) ( ) verticais; d) ( ) transversais 9) A chaveta sem inclinação em que o ajuste é feito nas faces laterais denomina-se: a) ( ) cunha; b) ( ) meia-cana; c) ( ) paralela; d) ( ) plana. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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10) a) ( b) ( c) ( d) (

Para escolher o ajuste da chaveta, deve-se levar em conta, principalmente: ) o formato da chaveta; ) as características do trabalho; ) o material da chaveta; ) o material do eixo.

11) Qual a representação correta que mostra o eixo com chaveta meia-lua.

Elementos elásticos 1) As molas podem ser confeccionadas com os seguintes materiais: ( ) aço, madeira, acrílico; ( ) aço, madeira, borracha; ( ) aço, madeira, cobre; 2) As molas de lâminas (feixe de molas) são usadas em: ( ) relógios; ( ) automóveis; ( ) estofamentos. 3) Os materiais para se confeccionar molas devem apresentar alto limite de : ( ) rigidez; ( ) elasticidade; ( ) densidade. 4) As principais solicitações mecânicas das molas são: ( ) compressão, tração, pressão; ( ) flexão, torção, compressão; ( ) flexão, torção, retenção. Eixos e árvores 1) a) ( b) ( c) ( d) (

O eixo que transmite movimento ou energia e suporta esforços chama-se: ) árvore ou espiga; ) eixo vazado ou árvore; ) eixo-árvore ou árvore; ) eixo ou espiga.

2) Os elementos de máquina são sustentados por: a) ( ) espigas; b) ( ) morsa; c) ( ) barras; d) ( ) eixos. 3) a) ( b) ( c) ( d) (

Para usinar peças longas são usadas máquinas-ferramenta com: ) eixo-árvore vazado; ) eixo-árvore maciço; ) eixo vazado; ) eixo maciço.

4) a) ( b) ( c) ( d) (

Os eixos podem ser: ) flexíveis ou giratórios; ) imóveis ou fixos; ) fixos ou giratórios; ) fixos ou oscilantes. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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5) a) ( b) ( c) ( d) (

Os eixos e árvores podem ser fabricados em: ) cobre, alumínio, latão, elástico; ) chumbo, alumínio, latão, aço; ) chumbo, aço, plástico, ferro; ) aço, cobre, alumínio, latão.

Polias e correias 1) a) ( b) ( c) ( d) (

As polias e correias transmitem: ) impulso e força; ) calor e vibração; ) força e atrito; ) força e rotação.

2) a) ( b) ( c) ( d) (

A transmissão por correias exige: ) força de tração; ) força de atrito; ) velocidade tangencial; ) velocidade.

3) a) ( b) ( c) ( d) (

As correias mais comuns são: ) planas e trapezoidais; ) planas e paralelas; ) trapezoidais e paralelas; ) paralelas e prismáticas.

4) a) ( b) ( c) ( d) (

As correias podem ser feitas de: ) metal, couro, cerâmica; ) couro, borracha, madeira; ) borracha, couro, tecido; ) metal, couro, plástico.

5) A correia em “V” ou trapezoidal inteiriça é fabricada na forma de: a) ( ) quadrado; b) ( ) trapézio; c) ( ) losango; d) ( ) prisma. 6) Um motor que possui uma polia de 160mm de diâmetro desenvolve 900rpm e move um eixo de transmissão cuja polia tem 300mm de diâmetro. Calcule a rotação do eixo.

7) Uma polia tem 10cm de diâmetro. Sabendo que a polia movida tem 30cm de diâmetro e desenvolve 1200rpm, calcule o número de rpm que a polia movida desenvolve.

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8) Se a polia motora gira a 240rpm e tem 50cm de diâmetro, qual será o diâmetro da polia movida se ela desenvolver uma rotação de 600rpm?

9) No sistema de transmissão por quatro polias representado abaixo, o eixo motor desenvolve 1000rpm. Os diâmetros das polias medem: D1= 150mm,D2= 300mm, D3= 80mm e D4=400mm. Determine a rpm final do sistema.

Correntes 1) a) ( b) ( c) ( d) (

As correntes têm a função de transmitir: ) força e rotação; ) rotação no sentido horário; ) velocidade tangencial; ) rotação e atrito.

2) a) ( b) ( c) ( d) (

Nas transmissões por correntes, as engrenagens e a corrente devem estar: ) em planos cruzados; ) em planos diferentes e paralelos; ) no mesmo plano; ) em planos cruzados e paralelos.

3) a) ( b) ( c) ( d) (

As transmissões por correntes são indicadas para: ) grandes velocidades e pequenas forças; ) pequenas velocidades e grandes forças; ) grandes velocidades e grandes forças; ) força e velocidade reduzida.

4) a) ( b) ( c) ( d) (

As correntes podem ser fechadas por: ) rebitagem dos pinos; ) soldagem dos pinos; ) cupilhas ou travas elásticas; ) parafusos e arruelas.

5) a) ( b) ( c) ( d) (

As correntes de bucha diferem das de rolos pela ausência de: ) talas e eixos; ) talas e buchas; ) rolos e talas; ) rolos e parafusos.

6) a) ( b) ( c) ( d) (

As correntes desmontáveis são utilizadas em situações de: ) pequenas velocidades e trabalho pesado; ) pequenas velocidades e trabalho leve; ) altas velocidades e trabalho pesado; ) média velocidade e trabalho normal. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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7) A corrente para transporte de carga é a de: a) ( ) rolos; b) ( ) aço redondo; c) ( ) buchas;

d) ( ) pinos.

Cabos de aço 1) Os cabos suportam o seguinte tipo de esforço: a) ( ) compressão; b) ( ) flexão; c) ( ) tração. 2) a) ( b) ( c) (

O cabo de aço constitui-se de: ) alma, perna, arame e arame central; ) alma, braço, arame e arame central; ) corpo, braço, arame e arame central.

3) a) ( b) ( c) (

A alma dos cabos de aço pode ser de: ) aço ou alumínio; ) fibras artificiais ou alumínio; ) aço ou fibras artificiais.

4) a) ( b) ( c) (

O tipo de torção dos cabos pode ser da seguinte forma: ) “X” ou paralelo; ) cruz ou paralelo; ) cruz ou perpendicular.

5) Medimos o cabo de aço com base na medida da circunferência do: a) ( ) cabo; b) ( ) arame; c) ( ) enchimento. Engrenagens 1)

Escreva o nome das engrenagens representadas abaixo:

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2) As engrenagens ........................... servem para transmitir movimento entre eixos paralelos. (cônicas, cilíndricas) 3) As engrenagens ...................... são usadas para eixos não coplanares. (helicoidais, cilíndricas) 4) Observe a ilustração da engrenagem e escreva V em frente à(s) frase(s) verdadeira(s) e F em frente à(s) frase(s) falsa(s).

a) ( ) A engrenagem representada é cilíndrica com dentes retos. b) ( ) O corpo da engrenagem representada tem a forma de disco. 5) Analise a representação cotada dos dentes de engrenagem a seguir e responda às questões.

a) Qual é a medida do passo da engrenagem? ______________________________________________________ b) O que representa a cota 600? ______________________________________________________ c) Qual a medida da altura do dente? ______________________________________________________ ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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6)

Escreva as cotas pedidas:

a) diâmetro externo: _____________________ b) diâmetro primitivo: ____________________ c) diâmetro interno: _____________________ d) largura: _____________________________ e) módulo: ____________________________ f) número de dentes: ____________________ 7)

Escreva as cotas pedidas:

a) ângulo externo: ______________________ b) ângulo primitivo: ______________________ c) ângulo interno:________________________ d) ângulo do cone complementar:___________ e) largura do dente: ______________________

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8)

Analise o desenho e complete as frases:

a) O diâmetro máximo da engrenagem é __________________ b) A cota 60º refere-se ao ______________________________ c) O raio da superfície côncava é ________________________ 9) Analise com um X a representação de engrenagem onde a raiz do dente aparece representada.

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10) Analise o desenho do par de engrenagens e depois escreva V para as afirmações verdadeiras e F para as afirmações falsas. a) ( ) O engrenamento representado no desenho mostra duas engrenagens cônicas com dentes retos. b) ( ) A coroa e o pinhão estão engrenados formando ângulo de 90º. c) ( ) Parte da coroa não está representada no desenho porque está encoberta pelo pinhão. 11) Analise o desenho técnico e escreva as cotas pedidas nas linhas indicadas.

a) diâmetro externo: __________________________________ b) diâmetro primitivo:__________________________________ c) diâmetro interno: ___________________________________ d) largura da engrenagem: _____________________________ e) módulo: __________________________________________ f) número de dentes: __________________________________ 12) Calcular o módulo normal (Mn), o diâmetro primitivo (Dp) e o ângulo de inclinação da hélice (β) de uma engrenagem helicoidal, sabendo que o diâmetro externo medido é De1 = 206,54 mm e tem 56 dentes, o diâmetro externo da engrenagem acoplada é De2 = 125,26 mm e a distância entre os centros é d=160,4 mm.

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13) Calcular o módulo frontal (Mf), o passo normal (Pn) e o passo circular (Pc) da engrenagem do exercício anterior.

14) Calcular uma engrenagem helicoidal com 32 dentes, Mn = 3, ângulo de inclinação da hélice β = 19º30' e ângulo de pressão θ = 20º.

15) Calcular uma engrenagem helicoidal com 44 dentes, Mn = 3, ângulo de inclinação da hélice β = 30º e ângulo de pressão θ = 15º.

Acoplamentos 1) a) ( b) ( c) ( d) (

Os acoplamentos se classificam em: ) elásticos, móveis, rígidos; ) fixos, elásticos, móveis; ) permanentes, fixos, elásticos; ) rígidos, elásticos, permanentes.

2) a) ( b) ( c) ( d) (

Os acoplamentos elásticos têm a função de: ) acelerar a transmissão de movimentos; ) suavizar a transmissão de movimentos; ) reduzir a transmissão de movimentos; ) eliminar a transmissão de movimentos.

3) Para transmitir jogo longitudinal de eixos, usa-se o seguinte acoplamento: a) ( ) elástico; b) ( ) móvel; c) ( ) perflex; d) ( ) rígido. 4) Para manter eixos rigidamente conectados por meio de uma luva rasgada longitudinalmente e chaveta comum a ambos os eixos, usa-se o seguinte acoplamento: a) ( ) rígido por luvas parafusadas; b) ( ) de discos ou pratos; c) ( ) de dentes arqueados; d) ( ) junta universal de velocidade constante.

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Elementos de vedação 1) Para impedir saída de fluido de ambientes fechados e a poluição desses ambientes, são usados elementos de: a) ( ) fixação; b) ( ) transmissão; c) ( ) apoio; d) ( ) vedação. 2) a) ( b) ( c) ( d) (

A vedação torna-se mais difícil quando: ) o ambiente estiver frio; ) a pressão estiver baixa; ) o ambiente estiver com alta temperatura e alta pressão; ) os fluidos estiverem em estado líquido.

3) Assinale V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas. a) ( ) A vedação só impede a passagem de líquidos de um meio para outro. b) ( ) O material de um vedador deve ser compatível com o produto a ser vedado. c) ( ) Juntas de borracha; anéis de borracha; juntas de amianto e de teflon são exemplos de elementos de vedação. d) ( ) Em tampas de cárter utilizam-se juntas de cortiça como material de vedação. e) ( ) Juntas de papelão são vedadores que podem operar em ambientes de alta pressão e temperatura. f) ( ) Os retentores também são conhecidos por vedadores de boca. 4) a) ( b) ( c) ( d) ( e) (

Juntas de papelão são empregadas nas: ) vedações de fornos; ) vedações de equipamentos de alta pressão e temperatura; ) partes estáticas de máquinas ou equipamentos; ) partes rotativas de máquinas; ) engrenagens cilíndricas e mancais de deslizamento.

5) Um tipo de junta que pode ser usada na vedação de equipamento que opera sob altas pressões e elevadas temperaturas é a de: a) ( ) cortiça; b) ( ) papelão; c) ( ) teflon; d) ( ) cobre; e) ( ) amianto. 6) a) ( b) ( c) ( d) ( e) (

A principal função de um retentor é: ) evitar a folga no eixo; ) melhorar as condições de rotação do eixo; ) impedir a lubrificação de um eixo; ) estabilizar a temperatura de trabalho e eliminar o atrito; ) reter óleo, graxa e outros fluidos no interior da máquina.

7) Responda. a) Quais materiais podem ser utilizados para fabricar gaxetas?

b) Para que servem as gaxetas?

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c) Qual é a função da peça conhecida pelo nome de sobreposta?

d) De que forma as gaxetas se apresentam no comércio?

8) Complete: a) O selo mecânico é um vedador de ...................... que utiliza princípios ........................... para reter fluidos. b) A vedação ................... é feita num plano perpendicular ao eixo por meio do contato deslizante entre as faces altamente ...................... de duas peças, geralmente chamadas de sede e anel de selagem.

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Apêndice: Curiosidades A história dos rebites Os mais antigos utensílios feitos pelo homem foram encontrandos, em 1902, pelo pesquisador Richard Leaky em Koobi Fora, no Quênia (África). Estes instrumentos datavam de cerca de 3 milhões de anos atrás. Antes de aprender a minerar e fundir metais, o homem utilizava materiais encontrados na natureza: a pederneira (pedra de isqueiro) e a obsidiana (pedra vulcânica) foram os primeiros materiais utilizados para a confecção de instrumentos de corte. Por volta de 6500 a.C. a habilidade de extrair metais como cobre, chumbo e ouro possibilitaram trabalhos a frio, cujo resultado foram facas mais afiadas e duráveis para a caça. Estas facas já possuíam espécies de cabos presos ao corpo cortante através de rebites feitos de cobre e chumbo, este é o mais antigo registro que se tem notícia do uso de um rebite como conhecemos hoje. Uma pesquisa feita pelo Museu dos Óculos Gioconda Giannini, de São Paulo, informa que a primeira referência histórica oriental sobre a existência dos óculos aparece nos textos do filósofo chinês Confúcio, 500 anos antes de Cristo. Durante séculos serviram apenas como acessórios aos nobres chineses ou eram usados apenas como objetos para discriminar as pessoas do povo e os portadores de doenças mentais. O conceito sobre o uso de lentes, porém, mudou na Roma dos Césares. O imperador Nero descobriu as lentes coloridas para proteger da luz do sol, por acaso, ao usar uma lâmina de vidro verde sobre os olhos numa apresentação nas arenas romanas. A óptica só apareceria por volta do século IX da era cristã. O primeiro par de ferros com aros grandes, unidos por rebite, foi descoberto na Alemanha em 1270. As primeiras peças eram pesadas e desconfortáveis. No século 15, os pince-nez, sem haste e ajustável na ponta do nariz, e os lornhons, com haste lateral para ficar seguro sobre os olhos, eram moda. Os modelos com hastes fixas sobre as orelhas foram criados no século XVII, mas não abalaram a fama do pince-nez e do lornhon, modelos usados até a década de 20, quando foram substituídos pelo estilo numont com aros superiores ou inferiores, finos e leves. Há ainda a história da construção do primeiro edifício de estrutura metálica do Brasil, um exemplo de pioneirismo e arrojo tecnológico. Foram usados mastros, tirfors, alavancas e cordas. 0 equipamento mais evoluído foi o compressor de ar comprimido e os marteletes de rebitagem (toda a estrutura foi montada com rebites, aliás como rebitados foram as composições das vigas, colunas e demais elementos estruturais na fabricação).

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A Torre Eiffel, localizada em Paris, é o monumento mais visitado do mundo, recebendo cerca de seis milhões de turistas por ano. Apelidada carinhosamente de Dama de Ferro pelo povo francês, a torre de 324 metros de altura (de entre os quais cinco foram adicionados no final de 2000, graças a uma nova antena de rádio) pesa 10.100 toneladas distribuídas em três andares. O monumento, construído por Gustave Eiffel, foi inaugurado em 31 de março de 1889 como a principal atração da Exposição Universal de Paris. Nessa época, era considerada a mais alta construção do mundo e sustentava no topo uma bandeira francesa de doze metros. A Torre Eiffel, em Paris, tem 2,5 milhões de rebites.

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Tabela com especificações

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A História do Parafuso Apesar do parafuso rosqueado datar do século XV, o parafuso nãorosqueado é bem mais antigo. Documentos mostram que parafusos nãorosqueados serviram na época romana como pivôs para portas e como cunha (uma barra com um furo no qual uma cunha era colocada para que o parafuso não fosse movido). Os romanos parecem ter sido também os primeiros a desenvolver o prego para madeira, feitos de bronze e até prata. Sua rosca era afilada a mão ou consistia de um fio enrolado em volta de uma haste e soldado. Aparentemente esta invenção desapareceu com o Império Romano, já que o primeiro documento impresso de parafusos consta num livro do começo do século XV. Mais tarde, no mesmo século , Johann Gutenberg incluiu parafusos entre os fixadores na sua impressora. A tempo os relojoeiros também dependiam de parafusos. Os cadernos de Leonardo da Vinci, do século XV e começo do XVI, incluem vários desenhos de máquinas cortadoras de parafusos mas a primeira máquina real para este propósito foi inventada em 1568 por Jacques Besson, um matemático Francês. Pelos fins do século XVII, parafusos já eram componentes comuns nas armas de fogo. Com estes progressos, o parafuso sem rosca e o conceito de rosca estavam à mão, mas a porca viria mais tarde, assim como a idéia de colocar rosca e a porca no parafuso. A primeira referência impressa de porca rosqueada apareceu no fim do século XVI e começo do século XVII. Como os primeiros parafusos, as primeiras porcas eram feitas à mão, sendo extremamente grosseiras. Aparentemente no início do século XVII porcas eram colocadas nos parafusos da época, que tinham lados retos e uma ponta cega. Um livro de 1611 menciona em inglês "a porca para um parafuso". Mas para a rosca da porca combinar com a do parafuso era uma questão de sorte, quando dava certo a porca e o parafuso eram deixados juntos até serem instalados numa máquina ou numa construção. Pode-se supor que foi só com a Revolução industrial que as porcas e parafusos tornaram-se comuns entre os fixadores. Se numa época tão abrangente pode ter havido "um início", este foi com a invenção da máquina a vapor em 1765 por James Watt. Ficou claro aos fabricantes de máquinas na época que fixadores rosqueados eram cruciais para um eficiente desempenho mecânico, para fácil montagem e para assegurar operações de responsabilidade. Várias invenções bem conhecidas da época dependiam extensivamente de fixadores rosqueados. Entre eles estava a maquina de tecer de James Hargreaves e o descaroçador de algodão de Eli Whitney. Foi Whitney que mostrou em 1801 o caminho para o próximo conceito fundamental: a intercambialidade das partes. Naquele ano, ele se apresentou a um grupo de oficiais em Washigton que incluía o presidente e o vice Jefferson. Ele empilhou várias partes idênticas que constituíam uma mosqueta e pegando uma peça de cada pilha, montou rapidamente em mosqueta completa. A idéia foi tão bem aceita que logo foi fator importante do sucesso de várias outras invenções, entre elas a pistola de mão de Samuel Colt, o martelo hidráulico de James Nasmith e a máquina de costura de Elias House. Um problema que persistia até o século XIX era a falta de uniformidade do rosqueamento de porcas e parafusos. Até o fim do século XVIII a técnica padrão para formas de roscas largas era a colocação de uma matriz ou de um instrumento de corte contra um parafuso quente sem rosca. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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Roscas menores eram cortadas por um torno mais primitivo. Geralmente o instrumento cortante tinha que ser mantido contra o "blank" pelo operador, o que significava ser virtualmente impossível obter roscas uniformes. Por volta de 1800 o torno mecânico foi aperfeiçoado com deslizadores e com conjunto de engrenagens de tal forma que a rosca do parafuso de chumbo podia ser reproduzida com boa acuridade, mas ainda não havia um sistema para adequar o número de fios de rosca com diâmetro do parafuso. Nesta época Nasmyth declarava: "Todos os parafusos e suas porcas correspondentes precisam ser marcadas como pertencentes em ao outro. Qualquer mistura traz grandes complicações e despesas, como também ineficiência e confusão especialmente quando partes de uma máquina complexa precisam ser desmontadas para conserto". O homem que alterou esta situação foi o inventor inglês Henry Maudeslay. Em 1800, ele construiu o primeiro equipamento que possibilitava o operador fazer parafusos com qualquer passo* e diâmetro. *(passo é a distância da crista de um fio de rosca até a crista do próximo fio). O maior diâmetro é medido da crista de um fio de rosca até a correspondente crista do lado oposto do parafuso. O menor diâmetro é medido desde o vale entre duas roscas até o correspondente vale do lado oposto. Seu contemporâneo Charles Holtzapffel escreveu no seu trabalho de cinco volumes sobre Manipulação Mecânica entre 1980 e 1810 Maudslay "efetuou uma mudança quase total do antigo e imperfeito sistema de produzir parafusos para um modo moderno exato e científico, agora generalizado entre os engenheiros". O equipamento de corte de parafusos serviu por vários anos como método principal na produção de fixadores rosqueados. Hoje a técnica padrão é a de rolar roscas, mantendo as matrizes rosqueadas contra o parafuso ainda sem rosca ("blank") e gira-lo. A principal diferença é que o torno corta a rosca, removendo o material do "blank", enquanto as matrizes rolantes formatam a superfície do "blank" sem perda de material. Por volta da metade do século XIV, Willian Ward, de Fort Chester (NY), desenvolveu as máquinas para o forjamento a quente de porcas e parafusos. Neste processo a matéria prima é aquecida até uns 870ºC, dependendo do material, e alimentada as matrizes de forma. Mais tarde Ward desenvolveu as máquinas para realizar o mesmo serviço a frio. O processo é bastante semelhante, com a exceção de que o aço não é aquecido. As matrizes precisam ser fortes e a máquina que os sustenta deve ser capaz de exercer forças poderosas. Um produto formado a frio pode ser feito com tolerâncias dimensionais menores do que a quente e é mais forte. Forjamento a frio é atualmente o método básico para a produção em massa de porcas e parafusos. No fim do século XIX a produção em massa de fixadores foi gradualmente convertida da usinagem da matéria prima para o forjamento contínuo a frio de rolos de aço. Um tarugo é transferido através de uma série de matrizes e emerge como parafuso "blank" no qual a rosca é rolada para terminar a operação. O forjamento contínuo a frio é o processo pelo qual a maioria das porcas e parafusos são feitos hoje.

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A capacidade de fazer roscas uniformes não foi suficiente para garantir a uniformidade, visto que cada fabricante preferia ter seu próprio padrão. Era necessário definir padrões nacionais e internacionais. Na Inglaterra o próprio passo significativo neste sentido ocorreu em 1841, quando Joseph Whitworth apresentou ao Instituto dos engenheiros civis seu trabalho "Um sistema uniforme de roscas de parafusos". Whitworth propôs que para parafusos de certas dimensões as roscas deveriam ser iguais em passo, profundidade e forma. Ele recomendou um ângulo de 55 graus entre um lado do fio de rosca e outro. O número de fios por polegada deveria ser especificado para cada diâmetro de parafuso. A rosca devia ser arredondada na crista e no vale em 1/6 de profundidade. Em 1881 o sistema de Whitworth já tinha sido adotado como padrão britânico. Nos EUA o movimento para padronização começou em 1864. William Sellers, um montador de ferramentas de máquinas na Filadélfia, persuadiu o Instituto Franklin daquela cidade a reunir um comitê que procuraria estabelecer padrões nacionais. Sellers tinha várias objeções ao sistema de Whitworth. Dizendo que o ângulo de corte de 55 graus era difícil de aferir, argumentava que 60 graus era o ideal e que resultaria em roscas mais resistentes. Ele também achava que o padrão de arredondamento da rosca de Whitworth resultava num encaixe incerto entre parafuso e porca resultando roscas mais frágeis, ele propôs roscas com cristas e vales planos. O Instituto Franklin acabou por adotar o sistema Sellers recomendando-o como padrão nacional onde roscas de parafusos devem ser feitos de lados planos com ângulo entre eles de 60 graus, tendo uma superfície plana no topo e no fundo igual a 1/8 do passo. Pelo fim do século o sistema de Sellers já era padrão para os EUA e boa parte da Europa. A incompatibilidade dos sistemas Whitworth e Sellres trouxe dificuldades nas 1ª e 2ª Guerras mundiais, quando as forças armadas americanas e britânicas precisavam de peças intercambiáveis. Desde 1918 e continuando até 1948, os dois países os dois países estudaram as formas para reconciliar os sistemas. Numa conferencia em Washington em 1948, os EUA, Canadá e Grã-Bretanha adotaram o sistema unificado que incorpora aspectos do sistema Whitworth e Sellers. O papel principal na padronização das roscas de parafusos em polegada foi do Instituto Industrial de Fixadores, constituído pelos maiores produtores de fixadores da América do Norte. No mesmo ano a Organização Internacional para a Padronização (ISO) iniciou um trabalho para estabelecer um sistema padrão de rosca de parafuso que pudesse ser aplicado mundialmente. Quando o trabalho terminou em 1964 e foi adotado numa conferência internacional em Nova Deli, consistia em dois sistemas: O sistema ISO polegada (ISO Inch Screw Thread System) o mesmo que sistema unificado e o sistema ISO métrico (ISO Metric Screw Thread System), que era uma nova fórmula para substituir os diversos sistemas métricos nacionais. Com base no argumento de que os fixadores feitos de acordo com o sistema métrico eram inferiores aos feitos de acordo com a norma ISO polegada, o Instituto de Fixadores Industriais recomendou em 1970 que um sistema métrico mais aperfeiçoado fosse desenvolvido. Em 1971 o grupo propôs o Sistema Métrico Ótimo (Optimum Metric Fastener System). Entre outras coisas, o plano previa um perfil baseado no formato que tornou-se padrão para fixadores aeroespaciais e fixadores com melhor resistência à fadiga. A proposta levou a um ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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sistema similar que agora é o padrão métrico internacional:o sistema ANSI/ISO (ANSI: American National Standards Institute). Várias outras organizações se preocupam com padrões de fixadores, freqüentemente especificando quais são os fixadores padronizados mais apropriados para uma determinada indústria. Nos EUA essas organizações incluem a American Society for Testing and Materials (ASTM), a American National Standards Institute (ANSI), a Society of Automotive Engeneers e outros. Tomados em conjunto, suas atividades incluem por volta de 8000 padrões para fixadores, que cobrem assuntos como: material, configuração, dimensões, tolerâncias e características mecânicas. Se forem incluídos os fixadores especiais, os diversos acabamentos e revestimentos superficiais junto de todas as combinações de diâmetros e comprimentos, o total de itens na área de fixadores supera os dois milhões. Fonte de pesquisa: ITF: Instituto Tecnológico de Fixação Tabela tipos de parafuso

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Chavetas

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Características das molas Mola de compressão

Mola de tração

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Mola cônica de seção circular

Mola cônica de seção retangular

Mola helicoidal de torção

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Historia do cabo de aço Os cabos assim como outras invenções, já eram conhecidas em tempos remotos, nas escavações feitas em Nínive, foram encontrados arames de ouro que por suas formas presume-se tratar de cordões. Nas escavações de Pompéia, foi encontrado um cabo de Bronze de 4,5 metros de comprimento, composto de três cordões de 19 fios. Na Índia e China, foram utilizados cabos primitivos de fibras vegetais, para cruzar rios, menciona-se ainda que 1500 anos a.C. os chineses já utilizavam cordões de arame. No ano de 1500 Leonardo da Vinci, mencionou um monta-cargas de cabos de arames de ferro. Os arames pela primeira vez foram recozidos, com o objetivo de diminuir a dureza e trabalhar melhor a frio. Já no ano de 1644, os cabos são utilizados para levantamento de cargas nas construções de fortalezas. Em 1818 na Alemanha, foram empregados cabos para levantar grandes cargas em trabalhos de mineração, doze anos depois na Inglaterra, iniciava-se a fabricação de cabos de arames para exploração de minérios. Nessa época começa a evolução rápida dos cabos de arame. Na Alemanha foi utilizado com êxito em um poço de mina, um cabo com 18 mm de diâmetro, 600 metros de comprimento, composto por 3 cordões de 4 arames, de 4,5 mm de diâmetro, e com resistência de 40 Kgf/mm2. Já em 1840 aparecem os cabos de 6 cordões (pernas) com alma têxtil e também com torções definidas. Em 1854 o inglês James Horsfall, fabricou arames patenteados. O processo consiste em passar os arames em um forno de alta temperatura (1050 ºC aproximadamente) e esfriar rapidamente em banho de chumbo fundido (480 ºC aproximadamente). Este processo deu origem a uma estrutura cristalina especial, que permitiu trefilar-se bitolas finas, obtendo-se excelentes características de resistência e flexibilidade. A forma primitiva de fabricação dos cabos em instalações de cablear a mão, impedia o seu rápido aperfeiçoamento, em 1860 na Alemanha aparecia a primeira cableadora mecânica, mas só em 1880 essas máquinas apareciam no mercado e a indústria de cabos iniciava sua fase de crescimento. A partir daí, utiliza-se cada vez mais arames de aço com resistência de 80, 120, e 200 Kgf/mm2, podendo-se hoje produzir arames com até 300 Kgf/mm2 que são utilizados nas indústrias aeronáuticas e de instrumentos musicais. Com a melhoria da qualidade dos arames, aumentou-se também a segurança dos cabos. Uma das primeiras instalações de grande porte com cabos de aço para transporte de pessoas é o conhecido BONDINHO DO PÃO DE AÇÚCAR da cidade do Rio de Janeiro, construído em 1913 e em funcionamento até hoje (sem acidentes). Mediante a utilização de cabos de aço, consegue-se instalações de pouco espaço com possibilidades de levantar grandes cargas de forma econômica.

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Engrenagem na antiquidade O Mecanismo de Anticitera Kentaro Mori Este texto foi publicado na revista 'Mistério' n.2 Por que os gregos antigos não desenvolveram uma revolução industrial? Este é um dos mais intrigantes enigmas da História, uma vez que sabemos que eles alcançaram altos graus de sofisticação em ciências como a matemática e a astronomia. Um dos exemplos mais citados do avanço da ciência grega antiga é a estimativa da circunferência da Terra por Erastótenes em torno de 200 AC. Aliando a engenhosa medida de sombras com conhecimentos matemáticos, seu erro foi de apenas algumas centenas de quilômetros. Uma das teorias que explicaria a falha dos gregos antigos sugere que embora houvesse grandes gênios eles não existiam em número suficiente para sustentar uma revolução científica e tecnológica. Ou talvez eles não fossem desejosos de aplicar suas grandes abstrações no mundo real, quem sabe por um desprezo ao trabalho manual em uma sociedade escravagista com ampla mãode-obra. A teoria pareceria razoável, não fosse pela descoberta no início do século XX do mais complexo instrumento tecnológico da Antigüidade conhecido até hoje: o mecanismo de Anticitera. Este artefato isolado, como uma espécie de pedra de Rosetta da ciência e tecnologia, permite que tenhamos acesso a toda uma história que não pensávamos que realmente existia. Arqueologia Subaquática A descoberta do notável mecanismo começa em 1900. O mergulhador Elias Stadiatos teve uma surpresa e tanto: a uma profundidade de pouco mais de 40 metros no mar próximo da pequena ilha grega de Anticitera, ele viu o que descreveu aterrorizado ao seu capitão como “um monte de mulheres nuas e mortas”. O que Stadiatos tinha visto devia ser na verdade estátuas de bronze, apenas parte do magnífico tesouro que permanecera perdido por quase dois mil anos quando um navio mercante grego afundara nas águas da região. O mais valioso artefato recuperado deste carregamento passou inicialmente despercebido. Quando retirado das águas, seria algo como uma caixa de madeira carcomida, do tamanho aproximado de uma caixa de sapatos. Devido às condições precárias, o objeto logo se desfez em pedaços, mas por outro lado isto permitiu que percebessem algumas engrenagens agora expostas, e o artefato passou a ser conhecido como o mecanismo de Anticitera. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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As inscrições em grego permitiram datá-lo de forma aproximada, e tal datação coincide com a dos outros objetos encontrados nos destroços do navio. O mecanismo de Anticitera foi construído e afundou nas águas do Mediterrâneo por volta do século I A.C. Pensou-se que seria um astrolábio (antigo instrumento astronômico, hoje em dia obsoleto, que teve muita importância na astronomia, principalmente na astronomia náutica, quando os astros visíveis no céu constituíam o principal referencial dos primeiros grandes navegadores), contudo havia os que argumentavam com razão que as inscrições eram complicadas demais para um mecanismo assim. Ao mesmo tempo, havia os que diziam que os gregos do século I AC não podiam construir nem mesmo um astrolábio. Passariam-se mais cinco décadas até que o trabalho de restauração do mecanismo de Anticitera chegasse a um ponto em que poderia receber maior atenção, o que foi feito de forma quase heróica pelo físico e historiador de ciência Derek de Solla Price. Estudos pioneiros Em 1951 Derek Price foi ao Museu Nacional em Atenas analisar por si mesmo o mecanismo. Ele estava familiar com a construção de astrolábios medievais, e uma longa jornada de pesquisas começaria. Em sua primeira publicação sobre o tema em 1955, Price situa o mecanismo de Anticitera como precursor de todos relógios mecânicos. Logo depois, em um fascinante artigo na revista Scientific American de junho de 1959, ele chama a atenção do mundo científico a diversos aspectos do mecanismo, apontando que devia ser um computador astronômico a partir das inscrições com referências ao zodíaco, corpos celestes e aos meses do ano. Estes mostradores são singulares por apresentar claras marcações periódicas, e se inferirmos a existência de ponteiros móveis, isto estabelece o mecanismo de Anticitera como o mais antigo instrumento cientificamente graduado que conhecemos. Todas as mais de trinta engrenagens componentes do mecanismo original aparentam ter sido cortadas da mesma chapa de bronze com uma pequena quantidade de latão, com dentes simples compostos de triângulos com ângulo de 60 graus em todas e, portanto, intercambiáveis. A partir das engrenagens, Price conjeturou que o giro de uma engrenagem motriz agora perdida movimentava todas as outras levando ponteiros a indicar o movimento de corpos celestes ao longo do tempo. O mecanismo seria assim uma espécie de simulador capaz de indicar posições celestes em qualquer data, bastando girar uma manivela para frente ou para trás. Este giro poderia ser mesmo automatizado, representando o céu junto com um relógio de água.

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A hipótese era tão ousada que se chegou a propor que o artefato teria adentrado no meio dos destroços do navio em um período medieval. De fato, por tudo que sabemos, o mecanismo de Anticitera está mais de mil anos à frente de seu tempo. Mecanismos conhecidos com grau de sofisticação similares só viriam a surgir depois do século XIII ou ainda depois. Mas novamente, uma série de evidências indica com segurança que ele data do século I AC. A hipótese é sem dúvida extraordinária, mas é acompanhada de uma série de evidências extraordinárias. A Decodificação de Price Mais de vinte anos depois de iniciar seu trabalho, tendo por base fotografias recentes de raios-X e raios gama do objeto, Price publicaria seu trabalho final sobre o mecanismo. Em Gears from the Greeks (1974) ele atinge a meta de decodificá-lo, propondo como funcionava originalmente. Segundo a reconstrução conjetural de Price, o mecanismo de Anticitera era um arranjo de engrenagens criadas e dispostas para indicar as posições do Sol e da Lua de acordo com o calendário. A reconstrução revela aspectos incríveis. No lado científico, construir o mecanismo de Anticitera envolveu trabalhar a partir de uma série de tabelas astronômicas com precisão admirável para povos que observavam o céu sem telescópios, tabelas essas que os gregos devem ter herdado dos babilônios. Observando tais tabelas, os ciclos astronômicos se fazem mais claros. O mecanismo de Anticitera incorporaria a razão astronômica de 254/19, o que é uma aproximação excelente do valor real, irracional, com erro aproximado de apenas uma parte em 86.000. Várias explicações podem ser imaginadas para que os gregos antigos tenham chegado a tal valor, mas a mais econômica – sem recorrer a seres extraterrestres ou descendentes da Atlântida – sugere que ao observar e mesmo compilar tabelas astronômicas eles possam ter percebido o ciclo de 19 anos de equinócios, solstícios e fases da Lua. Dezenove anos equivalem a aproximadamente 235 ciclos de fases da Lua, que por sua vez equivalem a 235+19=254 revoluções da Lua em relação às estrelas, sendo a adição derivada do fato de que há uma revolução a mais por ano enquanto a Lua gira conosco ao redor do Sol.

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Aplicar a razão de 254/19 com engrenagens não é tarefa fácil, e aqui entra o notável aspecto tecnológico do mecanismo. Com engrenagens simples de eixo fixo, por mais complexos os arranjos que possamos criar, ficamos limitados a multiplicações e divisões de números. Para efetuar adição ou subtração em nosso pequeno computador mecânico, precisamos de um enorme avanço tecnológico: a engrenagem diferencial. O uso moderno mais cotidiano da engrenagem diferencial é nos automóveis, onde ela permite que as rodas de cada lado do carro girem a velocidades diferentes, com uma distribuição proporcional da tração do eixo. Um diferencial é, basicamente, uma engrenagem de eixo móvel capaz de girar livremente entre duas outras. O movimento do eixo móvel é equivalente à metade do movimento somado das duas engrenagens em questão. Esta engrenagem diferencial teria sido inventada pelo inglês James Starley, em 1877. Segundo Price, o mecanismo de Anticitera incorpora de forma engenhosa uma engrenagem diferencial, e é este seu aspecto tecnológico mais notável. Há relatos lendários chineses falando sobre uma “carruagem apontando ao Sul” usada em batalhas em 1000 AC ou mesmo antes. Seria um dispositivo de navegação que movido com cuidado, sempre apontava ao Sul a partir do movimento diferenciado de suas duas rodas. Tal carruagem incorporaria um diferencial, contudo evidências diretas de tal mecanismo datam apenas de 300 DC em diante. Desta forma, o diferencial do mecanismo de Anticitera também é o mais antigo diferencial conhecido de forma segura. Tanto científica quanto tecnologicamente, o mecanismo de Anticitera se revela fantástico e singular. Especulação Como devemos entender a singularidade ímpar deste mecanismo aparentemente mil anos à frente de seu tempo? Price já sugerira que ele é o “progenitor venerável de toda nossa pletora presente de instrumentos científicos”. No Renascimento os fabricantes de instrumentos científicos evoluíram dos relojoeiros, e a tradição de relojoaria advém de uma tradição de construção de modelos astronômicos mecânicos – sendo o mecanismo de Anticitera o mais antigo exemplo. De alguma forma o conhecimento sobre esta linhagem importante de modelos mecânicos foi tragicamente perdido, mas os frutos da tradição em si mantiveram uma continuidade da Grécia Antiga ao mundo moderno, sendo os árabes uma ponte crucial.

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A especulação é maior quanto ao uso do mecanismo simulador dos movimentos celestes. Seria um uso mais utilitário, quem sabe um auxílio na educação de jovens sobre astronomia ou seria mais um brinquedo de demonstração ou decoração em grandes monumentos ou para entreter os mais abastados? O professor Christopher Zeeman faz sugestões curiosas sobre o mecanismo de Anticitera. Segundo ele, primeiro os astrônomos babilônicos observaram os movimentos celestes como vistos da Terra. Depois, os matemáticos gregos criaram notações e cálculos para descrever tais movimentos. Vieram então os engenheiros gregos, que criaram modelos mecânicos para reproduzir esses movimentos, sendo o mecanismo de Anticitera um exemplo. Com o auxílio de tais modelos, os estudantes aprenderam astronomia até culminar em Ptolomeu, que por volta de 150DC teria interpretado a mecânica celeste como uma reprodução literal desses mecanismos – propondo esferas celestes girando ao redor da Terra. Os planetários mecânicos podem ter influenciado o pensamento humano por mais de 1000 anos, e o que era um simples simulador do céu como visto da Terra teria dado a sólida noção de que nosso planeta realmente estava no centro do Universo, e esferas celestes giravam ao seu redor movido por uma complexa engenharia oculta criada por Deus. O fato é que a mera existência do mecanismo de Anticitera torna plausível toda uma série de aparelhos descritos nos poucos manuscritos que restaram da Antigüidade e que do contrário pensaríamos ser completamente fantasiosos. Seria realmente mera lenda que Arquimedes teria repelido uma frota de navios utilizando espelhos concêntricos? Em Rodes, Filo de Bizâncio encontrou e descreveu um políbolo, uma catapulta “metralhadora” capaz de atirar em série sem necessidade de recarregamento constante, o que deve ter sido um aparelho consideravelmente complexo e se torna agora mais real que lendário. De forma ilustrativa, podemos encontrar uma referência crucial em relação ao mecanismo de Anticitera. Em 79 AC, o orador e político romano Marco Túlio Cícero foi também a Rodes, provável cidade onde o mecanismo de Anticitera foi construído, e descreveu em De natura deorum II: “Suponha que um viajante leve a Cítia ou Bretanha o planetário recentemente construído por nosso amigo Posseidônio, que a cada revolução reproduz os mesmo movimentos que têm lugar nos céus a cada dia e noite o Sol, a Lua e os cinco planetas. Irá qualquer nativo duvidar que este planetário era o trabalho de um ser racional?” A descrição de Cícero pareceria fantasia, mas agora indica a existência muito plausível de uma tradição de construção de planetários em Rodes. Reavaliação e a persistência do enigma Pouco antes de sua morte, Derek Price notou com tristeza que o mecanismo de Anticitera teria afundado duas vezes: a primeira há dois mil anos, e então depois da publicação de seu trabalho final em 1975. O mundo acadêmico deu pouca atenção ao tema, a despeito da importância seminal do artefato evidenciada por ele. De forma irônica, felizmente estudos recentes e idéias novas vêm sendo propostas, mas ainda que sempre reconheçam a relevância do trabalho de Price, começam justamente por reavaliá-lo. ____________________________________________________________ Curso Técnico Mecânica

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A reconstrução conjetural de Price não dá função para algumas engrenagens, e a estimativa de dentes para diversas peças é feita para se ajustar à pré-concepção de que o mecanismo representava os movimentos do Sol e da Lua, com um diferencial. Uma das maiores engrenagens do mecanismo não encontra muito uso. Alterando tais estimativas, é possível propor reconstruções capazes de exibir os movimentos do Sol, Lua e alguns outros planetas dos cinco conhecidos pelos gregos antigos. Especula-se que o planetário descrito por Cícero, e criado por Posseidônio, poderia ser o próprio mecanismo de Anticitera. E, por fim, o próprio diferencial é colocado em questão. Todos esses estudos dependem agora de novas radiografias do mecanismo com tecnologias de última geração para seguirem adiante e quem sabe revisar de forma profunda o trabalho pioneiro de Derek Price. O mecanismo de Anticitera pode ter sido parte de um sistema maior, capaz de exibir os movimentos de todos corpos celestes. Sua função pode ter sido mais astrológica que astronômica – o que não seria surpresa ou um grande dissabor para os cientistas, uma vez que as origens da astronomia estão inegavelmente nas superstições da astrologia. O que sabemos com razoável certeza é que o mecanismo de Anticitera continua um artefato singular para a história da ciência e tecnologia, com complexidade notável em pelo menos trinta engrenagens dispostas de forma cuidadosa em uma pequena caixa, com mostradores graduados de forma comparável a um relógio científico moderno. Em seu artigo para a Scientific American, Price termina escrevendo que é um pouco assustador saber que pouco antes do declínio de sua grande civilização os gregos antigos chegaram tão perto de nossa era, não só em sua ciência, como em sua tecnologia. Isto não só permanece motivo de preocupação frente ao futuro de nossa civilização, como ainda é um verdadeiro enigma. Engrenagem no futuro Novo processo produz engrenagens e rodas dentadas mais leves e baratas Da redação 4/04/2005 (Site www.inovacaotecnologica.com.br) Dentes de metal e um corpo feito de plástico ou de alumínio poroso - esta poderá ser a constituição básica das engrenagens do futuro em um grande número de aplicações na indústria e na mecânica em geral. Elas são mais leves, mais silenciosas e mais baratas de se fabricar do que as rodas dentadas atuais, feitas inteiramente de aço. Embora façam parte da estrutura de praticamente todas as máquinas, a produção de rodas dentadas ainda hoje segue um processo demorado e caro: uma fresa deve desgastar um cilindro metálico, construindo os dentes um por um.

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Agora engenheiros do Instituto Fraunhofer, Alemanha, desenvolveram uma nova geração de rodas dentadas que utilizam os mesmos dentes metálicos - mais resistentes - montados sobre um corpo de plástico ou alumínio. Os dentes podem ser construídos de forma separada, em processos mais rápidos e eficientes e, a seguir, montados sobre a estrutura de sustentação. A idéia não é nova: há cerca de um século atrás, quando ainda não havia máquinas automatizadas, capazes de produzir engrenagens de corpo único, com alta precisão, os engenheiros utilizavam um corpo de madeira, sobre o qual eram montados os dentes metálicos. O que os cientistas fizeram foi substituir a madeira por materiais muito mais resistentes. Outra possibilidade de estrutura de sustentação criada pelos engenheiros alemães consiste na montagem dos dentes sobre aço fabricado em bobinas. Os dentes são montados a intervalos regulares sobre a folha de aço. Como ela é flexível, após montados os dentes, ela é cortada e tem suas extremidades unidas; seu interior é então preenchido com plástico ou alumínio, dando a rigidez necessária à peça. Em qualquer uma das alternativas, as rodas dentadas resultantes são mais simples de se fabricar e mais leves, podendo ser utilizadas mesmo em aplicações como a indústria aeroespacial. Como o material de sustentação absorve vibrações, o funcionamento de equipamentos com as engrenagens fabricadas segundo o novo processo é mais silencioso.

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Referências Bibliográficas Telecurso 2000. Catálogo técnico: Acoplamentos Altamente elásticos “Puma” Catálogo “cabo de aço” IPH do Brasil “Noções Básicas de Elementos de Máquinas” Companhia Siderúrgica de Tubarão

Sites: www.gesipa.com.br www.thomastecnica.com.br www.3dcontentcentral.com www.trit.com.br www.fhixofix.com.br www.chavetas.com.br www.copec-rolamentosecorreias.com.br www.acotrans.com.br www.rexnord.com.br www.transmitec.com.br www.acrocabo.com.br www.cabodeaco.hpg.com.br www.iphdobrasil.com.br http://carros.hsw.uol.com.br/engrenagens.htm www.casadasengrenagens.com.br www.inovacaotecnologica.com.br www.acoplatec.com.br www.ameridrive.com.br www.funcke.com.br www.acoplamentosmetalflex.com.br www.flender.com.br www.ktr.com www.acoplamentos.com www.sabo.com.br www.liderbrasil.com.br www.inpacom.com.br www.soparafusos.com.br

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