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Projetos de Mecanismos (PMN)

Prof. Dr. Engª Waldemar Bonventi Jr.

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Tópicos1. Introdução. Descrição e classificação geral dos

mecanismos.2.Configurações. Graus de liberdade. Mecanismos

básicos.3.Análise cinemática dos mecanismos.4.Análise dinâmica dos mecanismos.5.Perfis conjugados (camos e engrenagens).6.Síntese dos mecanismos.7.Projeto de mecanismos articulados.8.Introdução aos mecanismos tridimensionais.

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Bibliografia● SHIGLEY, J.E. Cinemática dos Mecanismos e

Dinâmica das Máquinas, Edgard Blucher, 1970● DENAVIT, J., HARTENBERGER, R.S. Kinematic

Synthesis of Linkages, McGraw-Hill, 1964. ● SCLATER, N.; CHIRONIS, N. Mechanisms and

Mechanical Devices Sourcebook, 3rd ed., McGraw-Hill Professional, 2001.

● MADUREIRA, O., VON LANGENDONCK, C.T. Introdução aos Mecanismos de Camos, Grêmio Politécnico DLP-USP, 1970.

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AvaliaçãoMp = (P1 + P2)/2

Mf = (0,8 Mp + 0,2 T)

Se Mf > 5,0 aprovadoSe Mf < 5,0 fazer P3E a nova média é calculada comoMp = (P1 + P2+ P3)/3M

f = (0,8 Mp + 0,2 T)

SendoMf – Média final

P1 – 1ª Prova

P2 – 2ª Prova

P3 – 3ª ProvaT – Média dos trabalhos em sala de aula, laboratório e extra-

classe.

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Introdução● Os projetos de engenharia consistem na

criação de planos de máquinas, estruturas, sistemas ou idealização de processos, para realizarem funções bem definidas.

● Um projeto mecânico é o conjunto de operações necessárias para realizar a construção ou montagem de uma máquina, dispositivo ou processo.– Concepção e disposição de peças que satisfaçam

determinado objetivo.– Definição da geometria, material, fabricação e

montagem.

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Introdução● Um projeto compõe-se das seguintes etapas:

1.Reconhecer e constatar sua necessidade.2.Estudo de soluções possíveis e seleção de uma,

que será estudada com mais detalhes.3.Delinear o anteprojeto da máquina, estrutura,

sistema ou processo selecionado. Definir as especificações.

4.Dimensionar todos os componentes e preparar os desenhos e espeficicações mais detalhadas.

● Fases iniciais: criativas.● Fases finais: decisões encadeadas.

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Introdução● Definir primeiramente “o

que” será criado.– Criação => “arte”

● No projeto, o conjunto e a disposição das peças consistirá normalmente de um ou mais mecanismos.

● Para a escolha destes mecanismos, o projetista deve conhecer o maior número possível deles.

● Bom senso + ensaios + experiência.

● Outros fatores:– Atrito, desgaste e

aquecimento– Utilidade– Custo– Segurança– Ruído– Aparência– Versatilidade– Controle– Resistência e rigidez– Lubrificação– ...

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Introdução1. Arranjo cinemático2. Estudo das forças

externas e internasnem todas as acelerações são conhecidas, pois as massas das partes móveis ainda estão indefinidas

3. Projetos dos elementos de máquinas utilizados

complementar estudo da fase 2.

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Introdução● Mecanismo: conjunto de elementos de

máquinas interligados para produzir um movimento específico.– Êmbolo + biela + manivela de um motor ou

compressor– Engrenagens acopladas (“trem de engrenagens”)– Duas polias ligadas por uma correia “V”

● Deve ser projetado:– Geometria deve atender as características dos

movimentos desejados– Requisitos de espaço

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Introdução● Análise cinemática: métodos usados para

equacionar o movimento dos mecanismos● Síntese cinemática: configuração final de um

mecanismo que produz os movimentos preestabelecidos

● Cinemática: estudo do movimento independentemente das forças que o originaram– Posição, geometria, deslocamento, rotação,

velocidade, aceleração

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Introdução● Exemplo: motor ou compressor

– Que relação existe entre o movimento do êmbolo e a árvore de manivelas?

– Qual a velocidade de deslizamento entre as superfícies lubrificadas do êmbolo e do cilindro, para as várias posições do êmbolo?

– Qual a direção e o módulo da aceleração do êmbolo e de que forma variam durante um ciclo completo?

– Que trajetória descreve o centro de gravidade da biela?

– Que diferenças há entre os movimentos de um motor de curso longo e curto?

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Sistemas de classificação de mecanismos● Funcional

– Considera o mecanismo completo (“caixa-preta”)– Tais caixas-pretas podem ser subdivididas em outras

=> cada uma com sua função– Sistema = coleção de mecanismos

● Estrutural– Considera a natureza das partes = movimento relativo

entre elas. Conexão entre partes.– Transformação de movimentos entre seus

componentes de entrada e de saída = forma de interligação: rolamentos, deslizamentos, barras, conectores flexíveis, ganchos, ressaltos, ...

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Classificação de acordo com o mecanismo● Alavanca de Bell● Engrenagem de desvio

(bevel gear)● Camo (came)● Cardã● Manivela● Manivela deslizante● Engrenagens● Mecanismo intermitente de

Genebra

● Alavanca● Conexões vinculadas● Pistão● Polias● Pinhão e cremalheira● Catraca● Movimento recíproco● Coroa-parafuso

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Alavanca de Bell

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Engrenagem de desvio(bevel gear)● Inclinação do eixo de rotação e velocidade

angular (pela proporção entre dentes)

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Camo (came)

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Cardã

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Manivela

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Manivela deslizante

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Engrenagens

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Mecanismo intermitente de Genebra

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Alavanca

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Alavancas

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Vínculos, conexões

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Pistão

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Polias

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Pinhão e cremalheira

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Catraca

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Movimento recíproco

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Retorno rápido

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Coroa-parafuso

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Mecanismos compostosescape de relógio

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Mecanismos compostos

Máquina de Stirling

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Máquina de Stirling (2)

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Catapulta “Trebuchet”

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Máquina a vapor

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Máquina a vapor de Mamod

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Classificação de acordo com o mecanismo● Geradores de movimento retilíneo

– Watt– Scott-Russell– Peaucelier– Tchebicheff– Trem de engrenagens epicíclicas

● Conversão movimento linear <-> rotação– Manivelas– Balancim de Scotch– Movimento linear intermitente

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Watt

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Scott-Russell

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Peaucellier

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Tchebicheff

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Junta de Scotch

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Intermitente linear

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Retorno rápido de Whitworth

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Classificação de acordo com o mecanismo● Conexão de quatro

barras– Arraste– Manivela + oscilação– Oscilação dupla– Gerador de funções

● Escapes– Genebra (Geneva)– De relógio

● Mistos– Retorno rápido de

braço oscilante– Retorno rápido de

Whitworth– Zíper– Pinhão e cremalheira

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Conexões de quatro barrasBarra de arraste

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Conexões de quatro barrasManivela oscilante

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Conexões de quatro barrasManivela dupla

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Gerador de função quadrática

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Cremalheira e pinhãomostrando a curva involuta e o contato linear

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Classificação de acordo com o movimento

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Conversões de movimentos● Linear p/ rotativo: cremalheira e pinhão● Transformação linear: polia, alavanca● Transformação direcional: alavanca de sinos● Oscilatório p/ recíproco: biela, camo● Oscilatório p/ rotativo: biela● Oscilatório p/ intermitente: catraca● Oscilatório p/ irregular: camo● Recíproco p/ rotativo: pistão● Recíproco p/ oscilatório: vínculos (homem + martelo)● Recíproco p/ intermitente: catraca● Recíproco reflexivo: alavanca, polia● Rotativo p/ linear: roda● Rotativo p/ recíproco: pistão, cardã● Rotativo p/ oscilatório: biela, retorno rápido● Rotativo p/ intermitente: Genebra● Rotativo p/ irregular: camo● Irregular: esta parte do mecanismo não é usada como motora● Intermitente: o elemento que realiza o movimento é usado como final

da transmissão do movimento