Aula Prática Elementos de máquinas

Aula Prática Elementos de máquinas

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
NOME DA DISCIPLINA: ELEMENTOS DE MÁQUINAS
Unidade: U2 _MANCAIS DE CONTATO ROLANTE
Aula: A1_TIPOS DE MANCAIS
Tempo previsto de execução de aula prática: 5h
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
1. Compreender a seleção de mancais;
2. Realizar os cálculos para dimensionamento para seleção de mancais;
3. Selecionar corretamente um mancal de acordo com os cálculos realizados.
SOLUÇÃO DIGITAL
• Microsoft Excel (Software)
O Excel é um software de planilhas eletrônicas. Ou seja, é um programa que utiliza tabelas para
realizar cálculos ou apresentar dados. Com ele, é possível organizar desde o orçamento
financeiro familiar, o fluxo de caixa de uma loja de materiais de construção, calcular as horas
trabalhadas dos funcionários de uma pequena empresa, organizar os dados de vendas e diversas
outras possibilidades. Tudo isso usando fórmulas matemáticas em grades de células.
LINK:

EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
NSA
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS
Procedimento/Atividade nº 1
Atividade proposta:
Público3
Realizar o cálculo e desenvolver uma planilha eletrônica para auxiliar na seleção de um
rolamento para mancal de contato rolante.
Procedimentos para a realização da atividade:
Os catálogos dos fabricantes de rolamentos apresentam um valor denominado capacidade de
carga de catálogo, que é definida pela carga radial que causa a falha de 10% do conjunto do tipo
de rolamento avaliado durante uma vida nominal. Esta capacidade de carga também pode ser
representada como 𝑪𝟏𝟎. Assim, esta capacidade catalogada é frequentemente referida como
capacidade básica de carga, se a vida nominal dada pelo fabricante é de 𝟏𝟎𝟔
rotações. Esta
capacidade de carga deve ser vista como um valor de referência e não como a carga real a ser
suportada pelo rolamento. Ao selecionar um rolamento para uma determinada aplicação, é
necessário relacionar a carga desejada e a carga apresentada no catálogo do fabricante. Assim,
podemos elaborar uma relação entre o que desejamos no projeto e o que os catálogos de
fabricante nos oferecem.
Portanto, para realização dessa prática, você deve elaborar uma planilha eletrônica para facilitar
o cálculo da capacidade de carga.
Você deve iniciar essa prática, encontrando a capacidade de carga, manualmente, do seguinte
exemplo
Um projeto de uma máquina que possui um rotativo, onde deve ser considerado um
rolamento para um milhão de rotações com uma vida de 5000 horas, a 3000 RPM, com
carga de 5000 N, com confiabilidade de 90%, e, devido ao eixo, o diâmetro interno do
rolamento deve ser de 50 mm.
Com o cálculo manual da carga base, você deve iniciar o desenvolvimento da planilha eletrônica
para que posteriormente o mancal seja selecionado no catalogo do fabricante, como
recomendação, você pode utilizar o seguinte link: https://productselect.skf.com/
Através da equação, podemos encontrar a capacidade de carga:
𝑪𝟏𝟎 = 𝑭𝑹 = 𝑭𝒅 . (
𝑳𝑫
𝑳𝑹
)
𝟏
𝒂
= 𝑭𝑫 (
𝓵𝑫.𝒏𝑫. 𝟔𝟎
𝓵𝑹.𝒏𝑹. 𝟔𝟎)
𝟏
𝒂
Algumas considerações:
• Como não foi informado o elemento rolante, vamos considerar que ele é do tipo esfera,
portanto 𝒂 = 𝟑; (Caso fosse do tipo de rolos cilíndricos, 𝒂 =
𝟏𝟎
𝟑
)
• O termo 𝓵𝑹.𝒏𝑹. 𝟔𝟎 é igual 𝟏𝟎𝟔
;
• 𝑭𝑫, 𝓵𝑫, 𝒏𝑫, são conhecidos.
Basta substituirmos os valores na equação:
Público4
𝑪𝟏𝟎 = 𝟓 (
𝟓𝟎𝟎𝟎. 𝟑𝟎𝟎𝟎. 𝟔𝟎
𝟏𝟎𝟔
)
𝟏
𝟑
= 𝟒𝟖, 𝟐𝟕 𝒌𝑵
Observe que o valor de 5000 N foi convertido para 5 kN.
Esse resultado servirá para confrontarmos os dados da nossa planilha eletrônica, e
posteriormente selecionar o rolamento no site SKF.
Agora, vamos utilizar o Excel para construir a planilha eletrônica. Utilizaremos as células A2, A3,
A4 e A5 para indicar os parâmetros 𝑭𝑫, 𝑳𝑫, 𝒏𝑫 e 𝒂. Seus respectivos valores serão alimentados
nas células B2, B3, B4 e B5, enquanto nas células C2, C3, C4 e C5 estarão as unidades dos
parâmetros. Aqui estarão nossos dados de entrada, e eles podem ser vistos na Figura 1
Figura 1 – Dados de entrada
Fonte: o autor
Além dos dados de entrada, podemos criar uma tabela com as restrições do projeto, como largura
e diâmetros do rolamento.
Aqui, iremos utilizar as células E2, E3 e E4 para nomear esses dados que serão alimentados nas
células F2, F3 e F4 respectivamente, conforme podemos observar na Figura 2.
Público5
Figura 2 – Restrições do Projeto
Fonte: o autor
Aula Prática Elementos de máquinas
Com essas informações, podemos criar o campo onde o resultado da carga básica será
apresentado. Neste caso, usaremos a célula A9 para nomear como 𝑪𝟏𝟎, a célula B9 exibirá o
valor e a célula C9 terá a unidade.
Para que a célula B9 exiba o valor de 𝑪𝟏𝟎, é necessário criar uma formula com base na equação
que já utilizamos anteriormente e o posicionamento dos dados de entrada.
𝑪𝟏𝟎 = 𝑭𝑹 = 𝑭𝒅 . (
𝑳𝑫
𝑳𝑹
)
𝟏
𝒂
= 𝑭𝑫 (
𝓵𝑫.𝒏𝑫. 𝟔𝟎
𝓵𝑹.𝒏𝑹. 𝟔𝟎)
𝟏
𝒂
Para isso, clique na célula B9 e digite ” = 𝑩𝟐 ∗ ((𝑩𝟑 ∗ 𝑩𝟒 ∗ 𝟔𝟎)/𝟏𝟎^𝟔)^(𝟏/𝑩𝟓)”.
Público6
Figura 3 – Calculo de 𝑪𝟏𝟎
Fonte: o autor
Deste modo, podemos preencher a tabela com os valores do exemplo que já fizemos o cálculo
manualmente. Além disso, nas restrições do projeto, podemos inserir o valor do diâmetro interno
estipulado no exemplo que é de 50 mm, essa informação será útil ao selecionar o rolamento
adequado (Figura 4).
Figura 4 – Calculo com a planilha eletrônica
Público7
Fonte: o autor
No processo de seleção do rolamento, devemos acessar o site. https://productselect.skf.com/ e
ir em “Avaliar o desempenho Rolamento” (Figura 5).
Figura 5 – Avalia o desempenho do Rolamento
Fonte: o autor
Nesta aba, preencha os filtros com as restrições dimensionais (Figura 6), no nosso caso, só temos
a informação do diâmetro interno (d) que é de 50 mm. Depois, selecione o tipo de rolamento como
“Rolamento rígido de esferas”.
Figura 6 – Filtros
Público8
Fonte: o autor
Deste modo, uma lista é exibida com os rolamentos que atentem aos filtros que utilizamos. Desta
lista, devemos selecionar um rolamento que possua uma capacidade de carga básica (C) maior
do que foi encontrado pela planilha eletrônica (48,278 kN).
Na primeira lista (Figura 7), não encontramos nenhum com a capacidade que nos atenda.
Figura 7 – Lista com os rolamentos
Fonte: o autor
Já na segunda lista (Figura 8a), podemos selecionar o rolamento “310” e apertar “PRÓXIMO”,
onde é possível realizar alguns cálculos e ver as propriedades do rolamento selecionado.
Figura 8 – Seleção e cálculos do rolamento
Público9
a) Avaliação do rolamento
b) Seleção do rolamento
Público10

c) Cálculos para o rolamento
Fonte: o autor
Por tanto, para nosso exemplo, o rolamento “310” foi selecionado, ele possui as seguintes
propriedades (Figura 9). Observe que ele nos atende, inclusive com relação a velocidade (3000
RPM).
Figura 9 – Propriedades do rolamento “310”
Aula Prática Elementos de máquinas
Fonte: o autor
Assim, concluímos a elaboração da planilha eletrônica e a seleção do rolamento para o exemplo
proposto na atividade.
A elaboração desta planilha eletrônica proporciona uma ferramenta prática e eficiente para a
seleção de rolamentos, facilitando o cálculo da capacidade de carga necessária para diferentes
aplicações. Ao seguir os procedimentos descritos, você pode inserir os parâmetros do projeto e
obter rapidamente a capacidade de carga básica, permitindo uma comparação direta com os
valores fornecidos nos catálogos dos fabricantes.
Público11
Além disso, a planilha permite ajustar facilmente os dados de entrada e as restrições do projeto,
oferecendo uma grande flexibilidade na análise de diferentes cenários e condições operacionais.
Esta abordagem não apenas agiliza o processo de seleção, mas também aumenta a precisão e
a confiabilidade das escolhas feitas, garantindo que o rolamento selecionado atenda às
necessidades específicas do projeto.
Agora é com você! Encontre um rolamento para a situação a seguir:
Um projeto máquina que possui um eixo rotativo, onde deve ser considerado um rolamento
para um milhão de rotações com uma vida de 6000 horas, a 2500 RPM, com carga de 10000
N, com confiabilidade de 90%, e, devido ao eixo, o diâmetro interno do rolamento deve ser
de 60 mm e o diâmetro externo pode ter uma dimensão máxima de 150 mm.
Checklist:
• Compreender a definição e o cálculo da capacidade de carga básica;
• Cálculo Manual;
• Desenvolvimento da Planilha Eletrônica;
• Verificação dos Resultados;
• Seleção do Rolamento através do site da SKF.
• Resolução do problema proposto.
RESULTADOS
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno assimile os conceitos por trás do projeto e seleção de rolementos.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Para comprovar a realização da atividade, é necessario entregar um relatório no formato .docx
ou .pdf, contendo:
• O passo a passo descrito das etapas para solução do problema proposto;
• As imagens mostrando cada etapa da solução:
• Planilha eletrônica com os campos a serem preenchidos;
• Utilização da planilha eletrônica para encontrar a capacidade de carga;
• Filtros utilizados no site da SKF para seleção do rolamento;
• Rolamento selecionado e suas propriedades.
Público12
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
NOME DA DISCIPLINA: ELEMENTOS DE MÁQUINAS
Unidade: U4 _ELEMENTOS MECÂNICOS FLEXÍVEIS E NÃO FLEXÍVEIS
Aula: A1_CORREIAS
Tempo previsto de execução de aula prática: 5h
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
1. Compreender o dimensionamento das transmissões por correia em V;
2. Realizar os cálculos para dimensionamento de correias em V.
SOLUÇÃO DIGITAL
NSA
EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
NSA
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS
Procedimento/Atividade nº 1
Atividade proposta:
Realizar o dimensionamento de uma transmissão por correi em V.
Para o dimensionamento das transmissões por correia em V são necessários alguns dados:
• Tipo de motor;
• Potência do motor;
• Rotação do motor;
• Tipo de máquina ou equipamento;
• Rotação da máquina ou equipamento;
• Distância entre centros;
• Tempo de trabalho diário da máquina.
A potencia projetada é dada por:
Público13
Obs: A unidade de potência no Sistema Internacional (SI) é watt (W), e a relação entre a potência
em cv e W é:
𝑐𝑣 = 735,5𝑊.
Os diâmetros das polias são:
Já o comprimento das correias é obtido pela equação:
Público14
O ajuste da distância entre centros é dado por:
O comprimento de ajuste consiste no comprimento da correia que não está em contato com as
polias e é dado por:
A distância entre centros pode ser admitida na concepção do projeto. Para determiná-la
preliminarmente, utiliza-se:
Para o cálculo da capacidade de transmissão por correia (𝑷𝒑𝒄), utiliza-se:
Público15
Para encontrar o número de correias necessárias para transmissão, utiliza-se:
Enquanto a velocidade periférica da correia é:
E a velocidade periférica máxima:
Público16
Quanto aos esforços na transmissão:
O motor aciona a transmissão por meio de uma força 𝑭𝟏 (motora). Porém, em qualquer tipo de
transmissão, existem as perdas provocadas por oposição ao movimento. No caso, essas forças
resistivas englobam-se em 𝑭𝟐 (resistiva), que vai se opor ao movimento. Da soma vetorial dessas
duas forças 𝑭𝟏 e 𝑭𝟐 resulta a força tangencial (𝑭𝒕
), que é, na realidade, a força resultante
responsável pelo movimento. Para calcularmos F1 e F2, devemos utilizar as equações seguintes:
Público17
Portanto, para o projeto, considere uma furadeira de bancada que é acionada por um motor
elétrico CA, assíncrono, de indução, monofásico e com potencia 𝑷𝒎 = 𝟎, 𝟓 𝑪𝑽 (𝒂𝒑𝒓𝒐𝒙. 𝟎, 𝟑𝟕 𝒌𝑾)
e rotação 𝒏𝒎 = 𝟏𝟏𝟔𝟎 𝒓𝒑𝒎. O eixo árvore da máquina-ferramenta gira com a rotação de 300 rpm.
Além disso, considere os seguintes dados:
• Coeficiente de atrito correia-polia 𝝁 = 𝟎, 𝟐𝟓;
• Distância entre centros 𝑪 = 𝟓𝟔𝟎 𝒎𝒎;
• Serviço normal: 8-10 h/dia;
• Utilizar correia Gates Hi-Power II;
• A polia motora (menor) possui diâmetro 𝒅 = 𝟔𝟓 𝒎𝒎
Para essa transmissão, deve-se determinar:
a) O número e a referência das correias necessárias;
b) Os esforços atuantes.
Público18
As tabelas que serão utilizadas podem ser encontradas no link:
https://drive.google.com/drive/folders/1arJATjb3r48OkXhw-d0Akfp4jvbOE6FP
Ou, no capítulo 4 do livro ELEMENTOS DE MÁQUINAS do autor Sarkis Melconian disponivel em:
Minha Biblioteca
Procedimentos para a realização da atividade:
Primeiro passo: Calcular a potência projetada.
𝑃𝑝 = 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟. 𝑓𝑠
𝑃𝑝 = 0,5 . 1,3 = 0,65 𝑐𝑣
O valor de 𝑓𝑠 é retirado da tabela 4.1 a partir das informações que temos.
Público19
Segundo passo: Determinar o perfil da correia que vamos utilizar.
No caso, como nossa Potencia projetada é 0,65 cv e a rotação do eixo mais rápido é 1160 rpm,
o perfil utilizado será o perfil A.
Terceiro passo: Calcular o diâmetro das polias, o diâmetro da polia menor é igual a 65 mm,
enquanto a relação de transmissão é dada por 𝑖 =
𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑎
𝑛𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎
=
1160
300
= 3,87.
𝐷 = 𝑑. 𝑖
𝐷 = 65 . 3,87 = 251,3 𝑚𝑚
Esse diâmetro não é um valor convencional, muitas vezes, encontramos um valor variando de 5
em 5 mm, portanto, podemos utilizar uma polia de 255 mm.
Quarto passo: Calcular o comprimento da correia.
𝑙 = 2𝐶 + 1,57 (𝐷 + 𝑑) +
((𝐷 − 𝑑)
2
)
4. 𝐶
𝑙 = 2 . 560 + 1,57 . (255 + 65) +
((255 − 65)
2
)
4. 560 = 1638,5
Neste momento, devemos utilizar a tabela 4.5 para selecionar um valor próximo ao encontrado,
porem ligeiramente superior.
Público20
Assim, o valor utilizado para a correia é de 1660 mm, portanto, adotamos o perfil A-64.
Quinto passo: Ajuste da distância entre centros.
𝐶𝑎 =
𝑙𝑎 − ℎ(𝐷 − 𝑑)
2
O valor do comprimento de ajuste (𝑙𝑎):
𝑙𝑎 = 𝒍𝒄 − 1,57(𝐷 + 𝑑)
𝑙𝑎 = 𝟏660 − 1,57 (255 + 65) = 1157,6
O valor de ℎ é obtido através da tabela 4.6 e depende da relação 𝐷−𝑑
𝑙𝑎
=
255−65
1157,6
= 0,16.
Público21
Portanto, ℎ = 0,08.
Deste modo, podemos encontrar a distância ajustada entre centros (𝐶𝑎).
𝐶𝑎 =
1157,6 − 0,08(266 − 65)
2
= 571,2 𝑚𝑚
Sexto passo: encontrar a capacidade de transmissão por correia (𝑃𝑝𝑐).
𝑃𝑝𝑐 = (𝑷𝒃 + 𝑃𝑎
) . 𝑓𝑐𝑐. 𝒇𝒄𝒂𝒄
Para isso, vamos utilizar as tabelas 4.7, 4.16 e 4.17.
Público22
Para encontrar o valor de 𝑓𝑐𝑎𝑐 devemos utilizar a relação
(𝐷−𝑑)
𝐶𝑎
=
255−65
571,2
= 0,33.
Como não temos o valor de 0,33, devemos utilizar a interpolação para encontrar o fator 𝑓𝑐𝑎𝑐 que
é igual a 0,954.
𝑃𝑝𝑐 = (0,61 + 0,22) . 0,99 . 0,954
𝑃𝑝𝑐 = 0,78 𝑐𝑣
Sétimo passo: Encontrar o números de correias:
Público23
𝑛𝑐𝑜 =
𝑷𝒑
𝑷𝒄
=
𝟎, 𝟔𝟓
𝟎, 𝟕𝟖 = 0,83
Portanto, aqui, conseguimos responder a letra a), sendo o número de correia é igual a 1,
do tipo A-64.
Para responder a letra b), devemos calcular o torque do Motor, observe que 0,5 cv foi convertido
para 370 W.
𝑀𝑇 =
30 . 𝑃
𝜋 . 𝑛𝑚
=
30 . 370
𝜋 .1160 = 3,05 𝑁. 𝑚
Vamos calcular agora a força tangencial (𝐹𝑇), observe que estamos utilizando o diâmetro em
metros.
𝐹𝑇 =
2 . 𝑀𝑇
𝑑
=
2 . 3,05
0,065 = 93,71 𝑁
Já a força motriz e a força resistiva são calculadas a partir da solução do sistema:
{
𝐹1
𝐹2
= 𝑒
𝜇 . 𝛼𝑟𝑎𝑑
𝐹1 − 𝐹2 = 𝐹𝑇
Convertendo o valor de 𝛼 para 𝛼𝑟𝑎𝑑, temos 𝛼𝑟𝑎𝑑 = 2,81 𝑟𝑎𝑑.
{
𝐹1
𝐹2
= 𝑒
0,25 . 2,81
𝐹1 − 𝐹2 = 93,71
{
𝐹1
𝐹2
= 𝑒
0,7025
𝐹1 − 𝐹2 = 93,71
{
𝐹1 = 𝐹2 . 𝑒
0,7025 (1)
𝐹1 − 𝐹2 = 93,71 (2)
Substituindo (1) em (2):
2,0188𝐹2 − 𝐹2 = 93,71
1,0188𝐹2 = 93,71
𝑭𝟐 = 𝟗𝟏, 𝟗𝟗 𝑵
Deste modo, podemos substituir esse valor em (2) para encontrar o valor de 𝐹1
𝐹1 − 91,99 = 93,71
𝑭𝟏 = 𝟏𝟖𝟓, 𝟕 𝑵
Agora podemos encontrar a força resultante.
𝐹 = √(𝐹1
)
2 + (𝐹2
)
2 + 2𝐹1𝐹2𝑍|cos 𝑎|
𝐹 = √(185,7)
2 + (91,99)
2 + 2 . 185,7. 91,99 |cos(161,2)|
𝑭 = 𝟐𝟕𝟒, 𝟒𝟎 𝑵
Público24
Para verificar o seu entendimento com relação às tabelas utilizadas no dimensionamento,
responda às seguintes perguntas:
1) Considerando uma bomba centrífuga que utiliza um motor de corrente alternada (AC) com
alto torque, operando 18 horas por dia. Qual seria o seu fator de serviço?
2) Selecione um perfil de correia Hi-Power II para uma aplicação cuja Potência Projetada é
de 3,675 kW e o eixo de rotação mais rápido é de 300 rpm.
3) Ao calcular o comprimento de uma correia, foi encontrado um valor de 970 mm. Qual o
comprimento real utilizado no projeto e a referência para uma correia de perfil B?
Checklist:
• Calcular a potência projetada.
• Determinar o perfil da correia.
• Calcular o diâmetro das polias.
• Calcular o comprimento da correia.
• Ajuste entre as distâncias entre centros.
• Encontrar a capacidade de transmissão por correia.
• Encontrar o número de correias.
• Calcular os esforços atuantes.
• Responder as perguntas.
RESULTADOS
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno seja capaz de dimensionar adequadamente transmissões por correia em
V, considerando todos os parâmetros técnicos necessários.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Para comprovar a realização da atividade, é necessario entregar um relatório no formato .docx
ou .pdf, contendo:
• Todos os calculos realizados, seja manualmente ou no próprio word.
• Respostas para as perguntas 1, 2 e 3, com as indicações nos gráficos utilizados