Este livro destina-se àqueles que desenvolvem estudos ou formação em projeto mecânico e servirá como referência para engenheiros mecânicos no exercício da profissão. Supõe-se que os leitores tenham tido cursos básicos de Mecânica ou área afins. No entanto, os primeiros capítulos servem para rever e estender esses conceitos básicos. Os restantes tratam da aplicação desses conceitos fundamentais ao projeto mecânico, com enfâse nos sistemas de transmissão de potência. Aí incluem-se itens como a organização e metodologia no projeto de um órgão mecânico; o dimensionamento e verificação de componentes de sistemas de transmissão de potência; a definição da arquitetura dos mecanismos e procedimentos práticos e de bom senso para o projeto mecânico, que são complementados por tabelas técnicas que dão suporte aos exercícios proposto e resolvidos detalhadamente. Apresenta-se o anteprojeto de um sistema de transmissão de potência, desde o caderno de encargos funcional até à solução final, apresentada sob a forma de desenho técnico. Para muitos alunos, os conteúdos deste livro irão permitir uma primeira experiência na abordagem de problemas de engenharia de nível profissional. Complementarmente são apresentadas propostas didáticas de casos de estudo para o projeto de mecanismos de transmissão de potência.
1. Projeto de órgãos mecânicos
1.1. O que é um projeto
1.2. Princípios gerais do projeto
1.3. Organização do projeto
1.4. Desenvolvimento do Conceito
1.4.1. Identificação dos requisitos dos clientes
1.4.2. Estabelecer as especificações técnicas objetivo
1.4.3. Geração, seleção e teste do conceito
1.5. Desenho para fabrico no projeto de um órgão mecânico
1.5.1. Princípios do desenho para fabrico
1.5.2. Estimativa de custos de produção
1.5.3. Redução de custos de fabrico
2. Noções gerais para projeto mecânico
2.1. Movimento circular
2.1.1. Velocidade angular, Período, Frequência e Rotação
2.1.2. Velocidade periférica ou tangencial
2.1.3. Aceleração centrípeta, força centrípeta e força centrifuga
2.1.4. Relação de transmissão
2.1.5. Sistema biela-manivela
2.1.6. Sistema manivela-corrediça
2.1.7. Escalonamento das velocidades de rotação
2.1.8. Trens de engrenagens epicicloidais
2.2. Momento, Trabalho-Energia, Potência e Rendimento
2.2.1. Momento
2.2.2. Trabalho-Energia
2.2.3. Potência
2.2.4. Rendimento
2.3. Resistência dos materiais
2.3.1. Relação tensão-deformação
2.3.2. Pressão de contacto (Hertz)
2.3.3. Tração e Compressão
2.3.4. Corte
2.3.5. Flexão
2.3.6. Torção
2.3.7. Cargas combinadas
2.3.8. Círculo de Mohr e Tensões Principais
2.3.9 . Critérios de resistência
2.3.10. Fadiga
2.3.11. Encurvadura
3. Sistemas de transmissão de potência
3.1. Correias
3.1.1. Introdução
3.1.2. Correias planas
3.1.3. Correias trapezoidais
3.2. Correntes
3.2.1. Introdução
3.2.2. Cinemática
3.2.3. Rendimento da transmissão
3.2.4. Exercício
3.3. Engrenagens
3.3.1. Introdução
3.3.2. Redutores ou multiplicadores
3.3.3. Caixas de velocidades
4. Dimensionamento de sistemas de transmissão
4.1. Engrenagens de eixos paralelos
4.1.1. Dentado reto
4.1.1.1. Considerações geométricas e de qualidade
4.1.1.2. Dimensionamento dentado reto
4.1.2. Dentado helicoidal
4.1.2.1. Considerações geométricas
4.1.2.2. Dimensionamento dentado helicoidal
4.1.3. Exercícios
4.1.3.1. Exercício 1
4.1.3.2. Exercício 2
4.2. Engrenagens de eixos concorrentes
4.2.1. Considerações geométricas
4.2.2. Dimensionamento dentado reto
4.2.3. Exercício
4.3. Engrenagem roda de coroa e parafuso sem-fim
4.3.1. Considerações geométricas
4.3.2. Dimensionamento roda parafuso sem-fim
4.3.3. Rendimento e potência dissipada
4.3.4. Exercício
4.4. Correias
4.4.1. Considerações gerais
4.4.2. Vibração da correia
4.4.3. Dimensionamento de correias
4.4.4. Exercícios
4.4.4.1. Exercício 1
4.4.4.1. Exercício 2
4.5. Correntes
4.5.1. Considerações gerais
4.5.2. Dimensionamento de correntes
4.5.3. Exercício
5. Rolamentos e chumaceiras
5.1. Rolamentos
5.1.1. Introdução
5.1.2. Classificação dos rolamentos
5.1.3. Tipos de rolamentos
5.1.3.1. Esferas
5.1.3.2. Rolos
5.1.3.3. Agulhas
5.1.4. Diagramas de instalação de rolamentos
5.1.4.1. Instalação fixo-livre
5.1.4.2. Instalação de rolamentos de contacto angular com
regulação de pré-carga
5.1.4.3. Aspetos construtivos
5.1.5. Dimensionamento do rolamento
5.1.5.1. Capacidade de carga estática (Co)
5.1.5.2. Capacidade de carga dinâmica (C)
5.1.6. Fatores de carga (X0, Y0, X, Y)
5.1.7. Vida útil do rolamento
5.1.8. Exercícios
5.1.8.1. Exercício 1
5.1.8.2. Exercício 2
5.2. Chumaceiras
5.2.1. Introdução
5.2.2. Dimensionamento de chumaceiras
5.2.3. Potência dissipada e caudal de lubrificante
5.2.4. Exercícios
5.2.4.1. Exercício 1
5.2.4.2. Exercício 2
6. Elementos de ligação, guiamento e força
6.1. Chavetas e veios estriados
6.1.1. Chavetas
6.1.2. Veios-estriados
6.1.3. Exercícios
6.1.3.1. Exercício 1
6.1.3.2. Exercício 2
6.2. Acoplamento por pressão veio-cubo
6.2.1. Introdução
6.2.2. Dimensionamento
6.2.3. Exercício6.3. Guia de corrediça
6.3.1. Introdução
6.3.2. Dimensionamento
6.3.3. Exercício
6.4. Embraiagens
6.4.1. Introdução
6.4.2. Dimensionamento
6.4.3. Exercício
6.5. Molas
6.5.1. Introdução
6.5.2. Dimensionamento
6.5.3. Exercício
6.6. Resistência ao rolamento
6.6.1. Introdução
6.6.2. Cálculo da resistência ao rolamento
6.6.3. Exercício
6.7. Ligações aparafusadas
6.7.1. Introdução
6.7.2. Pré-carga e binário de aperto
6.7.3. Seleção parafuso, segundo norma VDI 2230
6.7.4. Método para cálculo do binário de aperto
6.7.5. Cálculo da pressão de esmagamento da cabeça
6.7.6. Exercícios
6.7.6.1. Exercício 1
6.7.6.1. Exercício 2
6.8. Ligação por cabos
6.8.1. Introdução
6.8.2. Resistência e dimensionamento dos cabos
6.8.3. Exercício
6.9. Acoplamentos
6.9.1. Introdução
6.9.2. Tipos e seleção de acoplamentos
6.9.3. Exercício
7. Veios de transmissão
7.1. Conceitos gerais
7.1.1. Introdução
7.1.2. Parâmetros de dimensionamento e verificação
7.2. Cálculo à cedência
7.2.1. Introdução
7.2.2. Diâmetro mínimo da secção do veio
7.2.3. Verificação da tensão limite de cedência
7.3. Cálculo à rigidez
7.3.1. Introdução
7.3.2. Flecha e rotação
7.3.2.1. Veio de secção uniforme
7.3.2.2. Veio encastrado com carga de flexão e momento
concentrado
7.3.2.3. Veio de secção escalonada - 3 diâmetros
7.3.2.4. Flecha e rotação em estado tridimensional de forças
7.3.3. Exercícios
7.3.3.1. Exercício 1
7.3.3.2. Exercício 2
7.3.3.3. Exercício 3
7.3.3.4. Exercício 4
7.4. Cálculo à Fadiga
7.4.1. Introdução
7.4.2. Critério de verificação à fadiga
7.4.3. Tensão limite de fadiga corrigida
7.4.4. Fatores de concentração de tensão
7.4.5. Exercícios
7.4.5.1. Exercício 1
7.4.5.2. Exercício 2
8. Cárter de mecanismos
8.1. Arquitetura
8.1.1. Introdução
8.1.2. Tipos de arquiteturas
8.1.3. Acessibilidade para montagem e manutenção
8.1.4. Exemplos de estruturas de cárter de mecanismos
8.2. Dimensões
8.2.1. Introdução
8.2.2. Espessura mínima de parede
8.2.3. Dimensões indicativas
8.3. Lubrificação
8.3.1. Introdução
8.3.2. Lubrificação com massa lubrificante
8.3.3. Lubrificação com óleo
8.4. Vedação
8.4.1. Introdução
8.4.2. Vedação dinâmica com folga
8.4.3. Vedação dinâmica com contacto
8.4.4. Vedação estática
8.4.5. Exemplos de vedação
9. Procedimentos para projeto
9.1. Caixas de velocidades
9.1.1. Veículos
9.1.1.1. Potência consumida
9.1.1.2. Potência disponível, inclinação de estrada e
aceleração
9.1.1.3. Determinação dos “rapports”
9.1.1.4. Caixas de comando manual
9.1.1.5. Considerações construtivas
9.1.2. Máquinas ferramentas
9.1.2.1. Número de velocidades e razão de progressão
9.1.2.2. Relações de transmissão nos grupos redutores
9.1.2.3. Disposição de cadeias cinemáticas
9.2. Redutores
9.2.1. Introdução
9.2.2. Redutor de eixos paralelos
9.2.3. Redutor de eixos concorrentes
9.2.4. Redutor de eixos parafuso sem-fim e roda tangent
10. Anteprojeto
10.1. Introdução
10.2. Caderno de encargos do mecanismo
10.3. Cálculo do número de dentes
10.3.1. Relações de transmissão
10.3.2. Verificação das velocidades de saída
10.4. Dimensionamento das rodas
10.4.1. Determinação do módulo das engrenagens
10.4.2. Cálculos para a correção de dentado com variação de
entre-eixo
10.4.3. Cálculos para a correção de dentado para eliminação
de interferência de corte
10.4.4. Características finais das engrenagens
10.5. Dimensionamento dos rolamentos
10.5.1. Nomenclatura
10.5.2. Cálculo das forças nos veios
10.5.3. Cálculo das reações nos apoios
10.5.4. Cálculo das capacidades de carga dos rolamentos
10.5.5. Seleção dos rolamentos
10.6. Verificação das chavetas
10.7. Verificação à rigidez dos veios
10.8. Verificação à fadiga dos veios
10.8.1. Diagramas de momentos fletores
10.8.2. Materiais usados nos veios
10.8.3. Critério de verificação à fadiga
10.8.4. Pontos críticos dos veios e coeficientes de segurança
10.9. Lubrificação
10.10. Lista de componentes
10.11. Desenho de conjunto
11. Casos de estudo propostos
António Completo
Professor Auxiliar com Agregação da Universidade de Aveiro, lecionando nas áreas do Projeto Mecânico, Desenho Técnico, Comando Numérico Computorizado e Biomecânica. É Investigador no Centro de Tecnologia Mecânica e Automação (TEMA) da Universidade de Aveiro, tendo coordenado como Investigador Responsável vários projetos de investigação e de cooperação. Desempenhou funções de Chefe de Projeto e Chefe de Serviço na Direção de Engenharia da Renault Cacia S.A.
Francisco Q. de Melo
Professor Associado da Universidade de Aveiro (2002-presente) e (antigo docente do Dep. de Engenharia Mecânica da FEUP desde 1976 até 2002. Experiência profissional na área do projeto mecânico na ADIRA S.A. (Porto) – Máquinas Ferramenta para a indústria de conformação de chapa (1976-1979), como colaborador da FEUP, e na FASE, Estudos e Projetos S.A. (Porto) na área do projeto mecânico e estrutural entre 1979 a
1983, tendo depois ficado em dedicação exclusiva na FEUP até 2002.