ATPS ELEMENTOS DE MÁQUINA

CENTRO UNIVERSITÁRIO ANHAGUERA DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Mecânica

ELEMENTOS DE MÁQUINAS I

Rafael F. Pulido – RA 3251573355 Fernando Vanilto – RA 1094160807 Denis Marin – RA 2164257375 Roberto André de Lima – RA 3276572630

Prof. Thiago M. B. Vicente

São Paulo, Novembro 2012.

2 ELEMENTOS DE MÁQUINA I

Sumário CONCEITO ........................................................................................................................................ 4 DADOS PARA VALOR DE CARGA ................................................................................................... 5 DESGASTE ........................................................................................................................................ 6 FLAMBAGEM ................................................................................................................................... 7 CORROSÃO ...................................................................................................................................... 8 FADIGA .......................................................................................................................................... 10 FRATURA FRÁGIL ........................................................................................................................... 11 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA ............................................................................................................... 12 INDENTAÇÃO ................................................................................................................................. 13 MODOS DE FALHA PREDOMINANTES EM GUINDASTES ........................................................ 14 MATERIAL UTILIZADO NO EIXO DO MOITÃO ........................................................................... 14 FALHA NO EIXO DO MOITÃO ........................................................................................................ 14 MANCAL CONCEITO ........................................................................................................................ 15 MANCAIS DE DESLIZAMENTO ...................................................................................................... 16 Principais características. .................................................................................................................. 16 Características quanto à sua vida útil. ............................................................................................... 16 Falhas nos Mancais de Deslizamento................................................................................................ 17 Vantagens e desvantagens nos mancais de Deslizamento................................................................. 17 MANCAIS DE ROLAMENTO ............................................................................................................ 18 Principais Características. ................................................................................................................. 18 De esferas ...................................................................................................................................... 18 De rolos ......................................................................................................................................... 19 De agulhas ..................................................................................................................................... 19 Características quanto à sua vida útil. ............................................................................................... 19 Falhas nos Mancais de Rolamento. ................................................................................................... 20 Desgaste ........................................................................................................................................ 20 Fadiga ............................................................................................................................................ 20 Falhas mecânicas ........................................................................................................................... 20 Vantagens e desvantagens nos mancais de Deslizamento................................................................. 20 FUNÇÃO CARACTERÍSTICA DE ALGUNS MANCAIS DE ROLAMENTO ................................ 21


Rolamento fixo de uma carreira ........................................................................................................ 21 Rolamentos de contato angular de uma carreira de esferas ............................................................... 21 Rolamento de rolo cilíndrico ............................................................................................................. 21 Rolamento axial de esfera ................................................................................................................. 21 Rolamento de Agulha ........................................................................................................................ 21 Rolamentos de Proteção .................................................................................................................... 21 DEFINIÇÃO DO TIPO DE MANCAL PARA O PROJETO .............................................................. 22 TIPOS DE GUINDASTES ................................................................................................................... 23 Guindaste móvel................................................................................................................................ 23 Guindaste telescópico........................................................................................................................ 23 Guindaste Articulado ........................................................................................................................ 23 Guindaste sobre esteira...................................................................................................................... 24 Guindaste Torre ................................................................................................................................. 24 Guindaste Pórtico ou Guindaste de container ................................................................................... 25 Guindaste Aéreo ................................................................................................................................ 26 MEMORIAL DE CÁLCULO ............................................................................................................... 27 Dimensionamento do eixo do Moitão ............................................................................................... 27 Dimensionamento do Mancal de deslizamento ................................................................................. 28 Dimensionamento do gancho ............................................................................................................ 28 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................. 29

Índice de Ilustrações Figura 1 ..................................................................................................................................... 23 Figura 2 ..................................................................................................................................... 23 Figura 3 ..................................................................................................................................... 24 Figura 4 ..................................................................................................................................... 24 Figura 5 ..................................................................................................................................... 25 Figura 6 ..................................................................................................................................... 26 Figura 7 ..................................................................................................................................... 26 Figura 8 – Análise de Tensão ................................................................................................... 27 Figura 9 – Análise de deformação ............................................................................................ 27 Figura 10 ................................................................................................................................... 28


CONCEITO Todo componente ou elemento mecânico e projetado para resistir aos esforços decorrentes das condições normais de operação. De tal maneira que ele e projetado para uma determinada vida sob certas condições normais de uso. Se estas condições de uso reais forem mais severas do que as de projeto, o componente poderá falhar. Esta falha pode ser por aumento de suas dimensões (escoamento, fluência) ou pela ruptura (fratura e fadiga). Por exemplo, um componente projetado para ser usado em um ambiente não corrosivo, poderá falhar se for usado em um ambiente corrosivo, mesmo submetido aos mesmos esforços nos dois ambientes. Também deve ser ressaltado que a todo material apresenta um limite de escoamento, abaixo do qual ele não escoa e consequentemente não falha. Porem, um componente mecânico submetido a esforços dinâmicos (que fariam com o tempo) poderá falhar com esforços menores do que o necessário para escoar. O tipo de fratura que ocorre em um dado material depende da temperatura. A fratura consiste na separação do material em duas ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática ou dinâmica a temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material. Na fratura frágil não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material. Os materiais com estrutura do tipo CCC e HC apresentam fratura frágil.


DADOS PARA VALOR DE CARGA 325157335(5) 109416080(7) 216425737(5) 327657263(0) 5 + 7 + 5 = 1(7) Valor para carga 3500 lbf ou 15,57 KN


DESGASTE O desgaste de componentes mecanicos pode ocorrer de cinco modos diferentes: desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por corrosao, erosao e fadiga superficial. Tambem deve ser visto que a fadiga sob corrosao e a corrosao por microabrasao constituem se encaixam em mais de um modo ou em nenhum deles. A falha por desgaste e um processo gradual que pode ser reparado em alguns casos, mas inevitavelmente, todo sistema mecanico que falhe por ruptura ou obsolescencia falhara por desgaste. Desgaste adesivo

O desgaste adesivo ocorre quando duas superficie limpas, isto e sem a presenca de contaminantes, estao em contato devido a uma carga de tal modo que algumas das asperezas em contato tenderao a aderir umas as outras devido a forca de atracao entre os atomos das superfícies destes materiais. Se ocorrer movimento de deslizamento entre elas, as asperezas destas superfícies tendem a se quebrar e estes micro pedacos aderem a uma das superficies e as particulas que não aderirem causarao riscos nas superficies. O desgaste adesivo esta estreitamente ligado ao fenomeno da compatibilidade metalurgica. De tal modo que os materiais metalurgicamente compativeis nao apresentam facilidade de deslizarem um sobre o outro, devido a sua aderencia mutua. Desgaste abrasivo

O desgaste abrasivo e a remocao de material mais mole por um mais duro na presenca de movimento relativo, geralmente de deslizamento. Ele se da a partir da acao de particulas duras abrasivas pressionadas e deslizando umas sobre as outras e sobre as superficies em contato. O desgaste abrasivo pode ser de dois corpos, quando uma superficie dura e rugosa desliza sobre uma superficie de menor dureza, produzindo ranhuras, e de tres corpos, quando as particulas duras são livres para rolar e deslizar entre as duas superficies. As particulas do material abrasivo sao tipicamente pequenas, duras e possuem extremidades afiadas. As mais utilizadas sao os graos de areia, particulas de metal ou oxido que atacam uma superficie de metal. A dureza relativa das particulas abrasiva influencia a taxa de desgaste. O desgaste produzido por uma particula abrasiva pode ser classificado como controlado e nao controlado. Sao exemplos de materiais abrasivo: diamante, alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), Silica (SiO2) e vidro (silicato). Sao exemplos de materiais resistentes a a abrasao: Ferro fundido branco com alto teor de cromo, aco ferramenta, Aco cementado e aco normalizado. Sao exemplos de desgaste abrasivo de dois corpos: usinagem, retificacao, lapidacao e esmerilhamento. Ja de tres corpos: polimento e a decapagem em tambor rotativo.


Desgaste corrosivo

A corrosao ocorre em ambientes normais em quase todos os materiais, com exceção daqueles denominados de nobres. Grande parte dos metais reage com o oxigenio para formar óxidos Ligas de ferro, ao reagirem com oxigenio formam um filme de oxido que poroso que se quebra com facilidade expondo o metal de base ao contato com o oxigenio Ja as ligas de aluminio, forma-se uma camada de oxido que protege o metal do contato com o oxigênio O desgaste corrosivo ocorre devido a quebra da camada da superficie devido ao movimento de deslizamento, expondo o metal ao ambiente corrosivo que o envolve, fazendo com que o produto desta reacao seja removido da superficie com a continuidade do movimento. O desgaste corrosivo pode ser controlado pela presenca de lubrificante. Deve ser lembrado que os produtos removidos da superficie podem acarretar outros desgastes, por exemplo, o desgaste abrasivo, uma vez que o produto da corrosao seja duro e abrasivo. Alguns produtos produzidos pelas reacoes metalicas (como fosfato, sulfetos e cloretos) apresentam uma dureza menor do que o material do nucleo e ainda nao sao frageis. Eles são utilizados em sistemas onde o processo dominante e o desgaste por adesao como contaminantes beneficos. Os lubrificantes indicados para contatos com pressoes elevadas (EP – extreme pressure) contem aditivos compostos de cloro, enxofre e outros agentes reativos, que sao capazes de formar estes cloretos, fosfatos e sulfetos para evitar o desgaste por adesao rapido as custas de um desgaste por corrosao mais lento.

FLAMBAGEM

Alguns tipos de esforços tendem a provocar instabilidades físicas nos elementos que os suportam. Na Figura 1.1 (a) temos a representação de uma barra reta, sem esforços externos atuantes. Na realidade, o "reto" geométrico não existe na prática e podemos considerar a barra ligeiramente curva, conforme representação, de forma exagerada, em (b) da mesma figura. Se um esforço de tração é aplicado como em (c) da figura, a tendência é uma redução da curvatura, ou seja, uma aproximação com a reta ideal e, com o aumento da força, a falha ocorre apenas pelo escoamento (plastificação) ou ruptura do material.

Fig 1.1

Se a barra é comprimida como em (d) da figura, as forças atuantes tendem a aumentar a curvatura original. Isso não significa que qualquer valor da força de compressão provoca esse aumento. A prática e a teoria demonstram que existe um limite acima do qual a essa falha, denominada flambagem, ocorre.


Tal limite depende do material e das características geométricas da barra. Em outras palavras, podemos dizer que a flambagem de uma barra comprimida é a sua perda de estabilidade pela aplicação de um esforço de compressão acima de um valor crítico. Essa instabilidade ocorre devido a pequenas curvaturas como vimos e também a outros desvios, como assimetrias, excentricidades,desalinhamentos,etc. Em muitos casos as tensões que provocam a flambagem são inferiores às tensões máximas de compressão dos materiais. Assim, a sua análise é importante no caso de elementos esbeltos de máquinas e de estruturas. Para as últimas, colunas são em geral as partes mais susceptíveis à flambagem.

CORROSÃO Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com seu meio. Corrosão é a transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica com o meio Corrosão Geral: É a corrosão que se desenvolve em toda superfície ocasionando perda uniforme da espessura para potencializar a resistência a esse tipo de corrosão, sugere-se o aumento dos teores de Cr (Cromo), Ni (Níquel) e Mo (Molibdênio), além da adição de Cu (Cobre). Corrosão em Frestas: É um ataque localizado e ocorre em recessos, em cavidades, frestas e outros espaços onde se acumula um agente corrosivo. Adições de Cr, Mo e N (Nitrogênio) aumentam a resistência à corrosão. Corrosão Localizada / Pite / Alveolar: É caracterizada por um ataque localizado em uma área limitada, apresentando uma perfuração importante, enquanto as regiões vizinhas permanecem inatacadas. Os casos mais comuns desse tipo de corrosão ocorre em peças metálicas imersas em água do mar. Adições de Cr, Mo e N aumentam a resistência à corrosão. Corrosão sob tensão Fraturante (CSTF): Caracteriza-se com a associação de três fatores: tensões residuais no material, meio contendo cloretos e temperaturas acima de 60ºC. A CSTF se evidência pelo aparecimento de trincas radiais que se propagam com rapidez. No combate a essa corrosão utiliza-se materiais com alto teor de Ni, como é o caso dos aço inoxidáveis Duplex.


Corrosão Intergranular / Intercristalina: É causada pela precipitação de carbonetos de Cromo nos sinais visíveis na superfície. Essa forma de corrosão representa um grande perigo, pois pode progredir consideravelmente sem ser notada. Para evitar esse tipo de corrosão é indicado o uso de ligas “L”, pois apresentam extra-baixos teores de C (abaixo de 0,035%) ou ainda a utilização de materiais estabilizados ao Ti (Titânio), Nb (Nióbio) ou Ta (Tantálio).

Corrosão Galvânica: Ocorre quando há o encontro de dois metais que apresentam diferentes potenciais elétricos. Esses contatos de diferentes metais deve ser evitado.

Corrosão Erosão: Ocorre quando o metal é submetido a um meio corrosivo e um processo de desgaste mecânico. Nesse caso, a película passiva se encontra continuamente sob efeito corrosivo e abrasivo simultaneamente. Os aços inoxidáveis Duplex são resistentes a esse tipo de corrosão. Fonte www.lami.pucpr.br


FADIGA Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais sujeitos à tensão que varia no tempo. A falha pode ocorrer a níveis de tensão substancialmente mais baixos do que o limite de resistência do material. É responsável por » 90% de todas as falhas de metais, afetando também polímeros e cerâmicas. Ocorre subitamente e sem aviso prévio. A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca deformação plástica. Fatores que afetam a vida de fadiga. Nível médio de tensão Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida. Efeitos de superfície A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se origina na superfície do material. Isto implica que as condições da superfície afetam fortemente a vida de fadiga. Projeto da superfície: evitando cantos vivos. Tratamento da superfície: Eliminar arranhões ou marcas através de polimento. Tratar a superfície para gerar camadas mais duras (carbonetação) e que geram tensões compressivas que compensam parcialmente a tensão externa. Fonte www.lami.pucpr.br


FRATURA FRÁGIL O teste de impacto é o mais antigo entre os ensaios mecânicos. Sua principal origem se deve aos navios, usados na Segunda Guerra Mundial, que apresentavam rachaduras catastróficas, tanto em alto mar quanto nos cais. Devido a estes danos, muitas pesquisas em torno de métodos que fossem capaz de medir as condições adequadas para o funcionamento ideal dos materiais foram desenvolvidas. Estes eventos ocorreram mais intensamente nos meses de inverno, mostrando que o aço doce utilizado nas estruturas tornava-se frágil em condições especiais. A possibilidade de falha nas soldas foi aventada também como causa possível dos colapsos. Além do caso dos navios, falhas por fratura frágil podem também ocorrer em reservatórios pressurizados, pontes e dutos. A fratura frágil é aquela em que não existe a deformação plástica e ocorre a partir da formação e propagação de uma trinca. Os dois principais métodos de ensaio de impacto são Charpy e Izod. Ambos usam o o pêndulo como máquina para fazer os testes. Tendências mais modernas apontam para os testes de impacto com o uso de torres de queda, capazes de produzir maiores velocidades, adequando os testes ao desenvolvimento de novos materiais. Este tipo de ensaio é denominado Teste da queda de peso ou Drop Weight. Fonte www.lami.pucpr.br


DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

Quando se aplica um esforço mecânico, o seu efeito sobre o material ocorre em 3 etapas: Deformação elástica, Deformação plástica, Ruptura. Na deformação elástica não há ruptura das ligações químicas, apenas um alongamento dessas, pela presença de uma força adicional que se soma as forças eletrostáticas existentes que estão em equilíbrio no material. Assim quando se aplica um esforço externo os átomos se deslocam de suas posições iniciais, porém ao cessar esse esforço eles retornam as suas posições de origem. Logo a deformação elástica é retornável e pode ser repetida indefinidas vezes sem alterar a resistência nem as propriedades do material . Na fase elástica a deformação é proporcional ao esforço aplicado. A constante de proporcionalidade chama-se Módulo de Elasticidade (E) E= σ/ε. Esse módulo é uma característica do material, sendo proporcional á energia das ligações químicas entre seus átomos. Tungstênio Tf= 3500ºC E= 39900 Kgf/mm² Ferro e aço Tf=1536ºC E= 21.000 Kgf/mm² Alumínio Tf=660 ºC E= 7000 Kgf/mm² Quando a tensão for do tipo de cisalhamento usa-se o modulo de cisalhamento G= τ/ γ onde τ é a tensão de cisalhamento e γ é a deformação de cisalhamento E e G se relacionam pela expressão: E=2G(1+ν). Sempre que se aumenta elasticamente um material em uma dimensão ele se reduz nas demais. A variável que indica esse percentual de variação se chama coeficiente de Poisson. Esse valor está em geral entre 0,25 e 0,35 para os metais ν=- ε lateral /ε direto. Desta forma a deformação elástica é sempre maior no sentido da força que nas direções perpendiculares.


INDENTAÇÃO

Os ensaios de indentação Vickers têm sido amplamente utilizados para a determinação da dureza superficial em diferentes materiais. Devido à sua grande versatilidade, numerosos trabalhos estão sendo desenvolvidos neste campo, estudando-se novas metodologias e aplicações para estes ensaios. Recentes trabalhos propõem a utilização dos ensaios de indentação como uma ferramenta capaz de avaliar características mecânicas como o módulo de Young (E), a tenacidade à fratura (KIC) e uma possível curva de fluxo do comportamento elasto-plástico destes materiais. Entretanto, a implementação destas metodologias para a avaliação das propriedades mecânicas e os seus resultados obtidos ainda ocasionam dúvidas no meio científico. Estas dúvidas são mais intensas quando se pretende avaliar a tenacidade à fratura de carbonetos de tungstênio com cobalto que, apesar de serem considerados materiais frágeis, apresentam um certo comportamento dúctil. Estes materiais são utilizados na fabricação de ferramentas de corte, as quais exigem uma grande dureza superficial aliada a grandes resistências à compressão e ao desgaste. Devido a estas características mecânicas peculiares, estes carbonetos são difíceis de serem avaliados através dos ensaios mecânicos convencionais. Por isso, numerosos trabalhos utilizando testes não convencionais têm sido desenvolvidos para determinar suas propriedades mecânicas e, dentre estes, os ensaios Vickers têm se destacado. Contudo, esta técnica de indentação apresenta algumas limitações e complicações, principalmente na avaliação da tenacidade à fratura, das quais se destaca a diversidade de equações experimentais encontradas na literatura que utilizam dois possíveis modelos para prever os mecanismos de nucleação e propagação de trincas. Em função destas limitações na análise dos ensaios experimentais Vickers e das diferentes equações semi-empíricas encontradas na literatura para avaliação da tenacidade à fratura do WC-Co, o uso de uma técnica numérica capaz de avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo do ensaio Vickers pode auxiliar em uma interpretação mais segura deste ensaio. Na última década, esta metodologia começou a ser estudada através de modelos discretos de elementos finitos para avaliar o comportamento de diferentes materiais sob ensaio de indentação. Porém, esta técnica também tem apresentado problemas, principalmente devido às limitações computacionais e à dificuldade na implementação de critérios que sejam capazes de identificar os locais de nucleação e propagação de trincas e o tipo de trinca formada. Fonte http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10633/


MODOS DE FALHA PREDOMINANTES EM GUINDASTES As falhas predominantes nos Guindastes são: Deformação elástica, onde se a carga for muito maior a carga suportada ele passa para o processo plástico podendo até se romper. Desgaste do tipo corrosivo, que ocorre em ambientes normais em quase todos os materiais. Flambagem, onde os esforços tendem a provocar instabilidades físicas nos elementos que os

suportam.

MATERIAL UTILIZADO NO EIXO DO MOITÃO Para o o eixo de sustentação do moitão definimos que iremos utilizar o aço ABNT 1020 LQ= 201Mpa

FALHA NO EIXO DO MOITÃO As falhas mais prováveis que podem ocorrer no eixo do Moitão são, fratura por cisalhamento, torção e desgaste por atrito.


MANCAL CONCEITO Mancal é um suporte de apoio de eixos e rolamentos que são elementos girantes de máquinas. Os mancais classificam-se em duas categorias: Mancais de deslizamento e Mancais de rolamento. O mancal pode ser definido como suporte ou guia em que se apoia o eixo. O funcionamento das maquinas modernas depende, principalmente, do funcionamento perfeito dos mancais nelas existentes. A falha dos mancais sejam eles deslizamento ou de rolamento, é motivo suficiente para fazer as maquinas pararem de funcionar, causando prejuízos para a produção.


MANCAIS DE DESLIZAMENTO São constituídos de uma bucha fixada num suporte, são usados em maquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, por que a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito. O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos ocos que envolvem os eixos, são feitos de materiais macios como o bronze e ligas de metais leves.

Principais características. A principal função dos mancais de deslizamento, existentes em máquinas e equipamentos, é servir de apoio e guia para os eixos girantes. Os mancais de deslizamento são elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito. Tais forças surgem devido à rotação dos eixos que exercem cargas nos alojamentos dos mancais que os contém.

Características quanto à sua vida útil. Para aumentar a sua vida útil alguns parâmetros de construção devem ser observados: Os materiais de construção dos mancais de deslizamento deverão ser bem selecionados e apropriados a partir da concepção do projeto de fabricação. O projeto de fabricação deverá prever as facilidades para os trabalhos de manutenção e reposição, considerando as principais funções dos mancais de deslizamento que são apoiar e guiar os eixos. Sendo elementos de máquinas sujeitos às forças de atrito, os mancais de deslizamento deverão apresentar um sistema de lubrificação eficiente. Lembremos que as forças de atrito geram desgastes e calor e, no caso dos mancais de deslizamento, opõem-se, também, ao deslocamento dos eixos. É importante que o projeto de construção dos mancais de deslizamento contemple a facilidade de desmontagem e troca de equipamentos, bem como a compatibilidade entre o dimensionamento dos mancais com as cargas que os sujeitarão. Na construção de mancais de deslizamento, o projeto deverá levar em conta, além das funções próprias desses elementos, o meio ambiente no qual eles trabalharão. Normalmente, o ambiente no qual os mancais de deslizamento trabalham é cheio de poeira e outros resíduos ou impurezas.


Falhas nos Mancais de Deslizamento. Os mancais de deslizamento se desgastam por abrasão devido a falhas de lubrificação que permitem o contado direto com a superfície da bucha ou por partículas estranhas que se encontram entre as duas superfícies. A prevenção através de revestimentos aumenta a vida útil dessas peças em mais de 400%.

Vantagens e desvantagens nos mancais de Deslizamento. VANTAGENS São simples de montar e desmontar. Adaptam-se facilmente às circunstâncias. Apresentam formatos de construção variados

DESVANTAGENS Produzem altas temperaturas em serviço. Provocam desgastes em buchas e eixos devido às deficiências de lubrificação. Provocam perda de rendimento devido ao atrito. Não permitem desalinhamentos. Exigem constantes lubrificações.


MANCAIS DE ROLAMENTO Quando necessitamos de mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado, são classificados em função dos seus elementos rolantes (rolamentos de esfera, de rolo e de agulha).

Principais Características. Os eixos das máquinas, geralmente, funcionam assentados em apoios. Quando um eixo gira dentro de um furo produz-se, entre a superfície do eixo e a superfície do furo, um fenômeno chamado atrito de escorregamento. Quando é necessário reduzir ainda mais o atrito de escorregamento, utilizamos outro elemento de máquina, chamado rolamento. Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em consequência do atrito. São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas.

De esferas - os corpos rolantes são esferas. Apropriados para rotações mais elevadas.


De rolos - os corpos rolantes são formados de cilindros, rolos cônicos ou barriletes. Esses rolamentos suportam cargas maiores e devem ser usados em velocidades menores.

De agulhas - os corpos rolantes são de pequeno diâmetro e grande comprimento. São recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado.

Características quanto à sua vida útil. Na troca de rolamentos, deve-se tomar muito cuidado, verificando sua procedência e seu código correto. Antes da instalação é preciso verificar os catálogos dos fabricantes e das máquinas, seguindo as especificações recomendadas. Na montagem devem ser tomados os seguintes cuidados: Verificar se as dimensões do eixo e do cubo estão corretas; Usar o lubrificante recomendado pelo fabricante; Remover rebarbas; No caso de reaproveitamento do rolamento, deve-se laválo e lubrificá-lo para evitar oxidação; Não usar estopa nas operações de limpeza; Trabalhar em ambiente livre de pó e umidade.


Falhas nos Mancais de Rolamento.

Desgaste Pode ser causada por deficiência de lubrificação, presença de partículas abrasivas, oxidação, desgaste por patinação, desgaste por brinelamento:

Fadiga A origem desta está no deslocamento da peca, ao girar em falso.

Falhas mecânicas O brinelamento é caracterizado por depressões correspondentes aos roletes ou esferas nas pistas do rolamento. Resulta de aplicação da pré-carga, sem girar o rolamento, ou da prensagem do rolamento com excessos de interferência. Goivagem é defeito semelhante ao anterior, mas provocado por partículas estranhas que ficam prensadas pelo rolete ou esfera nas pistas. Sulcamento é provocado pela batida de uma ferramenta qualquer sobre a pista rolante. Queima por corrente elétrica é geralmente provocada pela passagem de corrente elétrica durante a soldagem. As rachaduras e fraturas resultam geralmente de aperto excessivo do anel ou cone sobre o eixo. O engripamento pode ocorrer devido a lubrificante muito espesso ou viscoso. Pode acontecer também por eliminação de folga nos roletes ou esferas por aperto excessivo.

Vantagens e desvantagens nos mancais de Deslizamento. VANTAGENS Menor atrito e aquecimento. Baixa exigência de lubrificação. Intercambialidade internacional. Não há desgaste do eixo. Pequeno aumento da folga durante a vida útil.

DESVANTAGENS Maior sensibilidade aos choques. Maiores custos de fabricação. Tolerância pequena para carcaça e alojamento de eixo. Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento. Ocupa maior espaço radial.


FUNÇÃO CARACTERÍSTICA DE ALGUNS MANCAIS DE ROLAMENTO Os rolamentos podem ser de vários tipos: fixo de uma carreira de esferas, de contato angular de uma carreira de esferas, auto compensador de esferas, de rolo cilíndrico, auto compensador de uma carreira de rolos, de duas carreiras de rolo, de rolos cônicos, axial de esferas, axial auto compensador de rolos, de agulha e com proteção.

Rolamento fixo de uma carreira É o mais comum dos rolamentos, suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais são apropriadas para rotações mais elevadas, sua capacidade de ajustagem é limitada.

Rolamentos de contato angular de uma carreira de esferas Admite cargas axiais somente em um sentido e deve sempre ser montado contra outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário.

Rolamento de rolo cilíndrico É apropriado para cargas radiais elevadas, o que facilita a montagem e desmontagem.

Rolamento axial de esfera Ambos os tipos de rolamentos axiais de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, mas não podem ser submetidos a cargas radiais. Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a atuação permanente de uma carga axial mínima.

Rolamento de Agulha Possui uma seção transversal muito fina em comparação com os rolamentos de rolos comuns, utilizados especialmente quando o espaço radial é limitado.

Rolamentos de Proteção São assim chamados os rolamentos que, em função das características de trabalho, precisam ser protegidos ou vedados. A vedação é feita por placas.


DEFINIÇÃO DO TIPO DE MANCAL PARA O PROJETO Devido ao projeto do guindaste, onde no “Moitão” será aplicada uma carga bastante elevada e com baixa velocidade, optamos por usar Mancais de Deslizamento.


TIPOS DE GUINDASTES Guindaste móvel O tipo mais básico de guindaste móvel consiste de um guindaste com lança telescópica montada em uma plataforma móvel - seja no transporte rodoviário, ferroviário ou por água.

Figura 1

Guindaste telescópico Guindaste telescópico tem uma lança (boom) que consiste em uma série de tubos montados um dentro do outro. Um mecanismo hidráulico ou outro mecanismo de força estende ou retrai os tubos para aumentar ou diminuir o comprimento total da lança. Estes tipos de lanças são frequentemente utilizados para projetos de construção a curto prazo, instalar outdoors, trabalhos de resgate, levantamento de barcos dentro e fora da água, entre outros. A compacidade relativa das lanças telescópicas faz delas adaptáveis a muitas aplicações móveis. Observe que, enquanto guindastes telescópicos não são automaticamente guindastes móveis, muitos deles são. Estes guindastes são freqüentemente montados sobre caminhões (Truckmounted crane).

Figura 2

Guindaste Articulado Um guindaste articulado é um braço articulado hidráulico montado sobre um caminhão ou trailer, e é usado para carga / descarga de um veículo. As numerosas articulações (juntas) podem ser dobradas em um pequeno espaço quando o guindaste não estiver em uso. Uma ou mais das juntas pode ser telescópicas. Muitas vezes, o guindaste terá um grau de automação e será capaz de descarregar ou arrumar-se sem instrução de um operador.


Diferentemente da maioria dos guindastes, o operador deve movimentar-se ao redor do veículo para ser capaz de ver a carga. Guindastes modernos podem ser equipados com um sistema de controle portátil por cabo ou rádio para completar as alavancas de controle hidráulico do guindaste.

Figura 3

Guindaste sobre esteira Um guindaste sobre esteira é um guindaste montado sobre um chassi com um conjunto de faixas (também chamados de esteira) que proporcionam estabilidade e mobilidade. Guindastes de esteira variam em capacidade de elevação de cerca de 40 a 3.500 toneladas. Guindastes de esteira têm vantagens e desvantagens, dependendo da sua utilização. Sua principal vantagem é que eles podem se movimentar no local e realizar cada movimento com pouco set-up (ajustes), uma vez que o guindaste está estável em suas trilhas, sem retranca. Além disso, ele é capaz de viajar com a carga. A principal desvantagem é que eles são muito pesados e não pode ser facilmente transportado de um local de trabalho para outro, sem despesas significativas. Normalmente, um guindaste de esteira de grande porte deve ser desmontado e movido por caminhões, vagões ferroviários ou navios à sua localização próxima.

Figura 4

Guindaste Torre Guindastes de torre são uma forma moderna de equilíbrio do guindaste, que consistem das mesmas partes básicas. Fixo ao solo em uma laje de concreto (e às vezes ligadas aos lados de estruturas). Guindastes de torre muitas vezes dão a melhor combinação de altura e capacidade de elevação e são utilizados na construção de edifícios altos.


A base é anexada ao mastro que dá ao guindaste sua altura. Além disso, o mastro é conectado à unidade de giro (engrenagem e motor) que permite que o guindaste rode. No topo da unidade de giro há três partes principais que são: a lança horizontal longa (braço de trabalho), menor contra-lança e a cabine do operador. A lança horizontal longa é a parte do guindaste que transporta a carga. A contra-lança carrega um contrapeso, geralmente de blocos de concreto, enquanto o braço de trabalho suspende a carga do e para o centro do guindaste torre. O operador de guindaste ou se senta em uma cabine no alto da torre, ou controla o guindaste por controle remoto via rádio a partir do solo. No primeiro caso, a cabine do operador é mais usualmente localizada na parte superior da torre anexa turntable (parte que gira), mas pode ser montado sobre o braço, ou parcialmente dentro da torre. O gancho de elevação é operado pelo operador de guindaste usando motores elétricos para manipular os cabos de corda de aço (wire rope cables) através de um sistema de roldanas. O gancho está localizado no braço longo horizontal para levantar a carga, que contém também o seu motor. Para que seja pego e soltado a carga, o operador trabalha geralmente em conjunto com um agente regulador – que sinaliza (conhecido como 'dogger', 'rigger' ou 'Swamper'). Eles estao geralmente em contato via rádio, e sempre usam sinais de mão. O rigger ou Dogger dirige o cronograma de elevações para o guindaste, e é responsável pela segurança do equipamento e das cargas. Um guindaste de torre é geralmente montado por um guindaste telescópico com lança de grande alcance.

Figura 5

Guindaste Pórtico ou Guindaste de container Um guindaste de pórtico tem um guindaste e uma casa de máquinas fixas ou em um carrinho(trolley) que corre horizontalmente ao longo dos trilhos, geralmente instalados em um único feixe (mono-viga) ou duas vigas (viga-dupla). O quadro do guindaste é apoiado em um sistema de pórtico com vigas e rodas que correm no trilho do pórtico, geralmente perpendicular à direção de viagem do carrinho (trolley). Estes guindastes existem em todos os tamanhos e alguns podem movimentar cargas muito pesadas (exemplo: capacidade máxima de içamento de 1000 t), particularmente os exemplos extremamentes grandes usados em estaleiros, instalações industriais e carga e descarga de containers.


Figura 6

Guindaste Aéreo Também conhecido como “guindaste suspenso”, é uma ponte rolante que funciona muito semelhante a um guindaste de pórtico, mas ao invés do movimento do guindaste inteiro, apenas o guincho e o carrinho se move em uma direção ao longo de um ou dois feixes fixos, geralmente montados ao longo de paredes laterais ou em colunas elevadas na área de montagem da fábrica. Alguns desses guindastes podem erguer cargas muito pesadas.

Figura 7


MEMORIAL DE CÁLCULO Consta neste memorial, dimensionamento de eixo de moitão, dimensionamento de mancal, dimensionamento do gancho.

Dimensionamento do eixo do Moitão LQ=210 Mpa ; F= 15,57 KN ou 3500 lbf ɾ=210/2 = 105 Mpa ɾ= F/A A= F/ɾ A= 15570/105 A=148,29 mm² = 13,74mm

Figura 8 – Análise de Tensão

Figura 9 – Análise de deformação


Dimensionamento do Mancal de deslizamento Dados: Mancal tipo radial Largura = 120 cm Diâmetro = 5 cm Força = 10000 kgf

Para o mancal de deslizamento iremos utilizar no eixo ferro e na bucha ferro fundido com superfícies não perfeitamente alisadas.

Dimensionamento do gancho Proporção em função de: a=7/5√P P = 2000 a 2000 r12 b 500 r13 r1 2400 r14 c 200 d1 e 1160 d2 r2 200 d3 r3 1600 i r4 2000 j f 4000 k r5 2120 l r6 1600 m r7 4180 d4 r8 2300 d5 r9 1250 n r10 240 o r11 1000 p g 1820 q h 840 s Dmensões em mm

Kg 340 1940 2660 1160 1000 928 1214 300 500 714 1600 714 642 1142 2000 1072 358 1666

Figura 10


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Apostila Telecurso 2000 – Curso Profissionalizante de Mecânica – Editora Globo. PROVENZA, Francesco – Projetista de Máquinas 71ª Ed. 1996 – Editora F. Provenza PROVENZA, Francesco – Desenhista de Máquinas 46ª Ed. 1991 – Editora F. Provenza

Sites http://www.guindastes.com/artigos/content/tipos-de-guindastes http://www.hidraupark.com.br http://tnf.com.br/guindastes.php

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