ENSINO PRESENCIAL COM SUPORTE EAD ENGENHARIA DE MECATRÔNICA
TCM MESA COORDENADA
ANDRÉ GOMES - 210052012 GUILHERME BRUNELLI – 230442012 GUILHERME PASCHOAL - 208252012
Eng. Msc Marcus Valério Professor Orientador Sergio Fernandes Marcos Pinson
Guarulhos 2012
Trabalho de Conclusão de módulo.
__________________________________ André Gomes __________________________________ Guilherme Paschoal ___________________________________ Guilherme Brunelli
________________________________ Orientador acadêmico
Guarulhos 2012
Dedicatória.
Dedicamos esse trabalho aos nossos familiares, aos alunos e professores .
Agradecimentos.
Agradecemos primeiramente a Deus, aos nossos familiares por ter nos apoiado e aos nossos professores por ter dado cada apoio e ajuda necessária.
Sumário Trabalho de Conclusão de módulo..................................................................... ..2 __________________________________..........................................................2 André Gomes................................................................................................ ........ 2 __________________________________..........................................................2 Guilherme Paschoal..............................................................................................2 ___________________________________........................................................2 Guilherme Brunelli........................................................................ ........................ 2 Dedicatória........4
Dedicamos esse trabalho aos nossos familiares,................................................ 4 aos alunos e professores .................................................................................... 4. Sumário ................................................................................................................. 5 CAPÍTULO 1.......................................................................................... ............... 7 INTRODUÇÃO.............................................................................................. ........ 7 CAPÍTULO 2.......................................................................................... ............... 8 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................................................. ...........8 2.1 SISTEMAS DE COORDENADAS CARTESIANAS........................................8 2.2 MOTORES ELÉTRICOS............................................................. ...................8 2.2.1 MOTOR DC ........................................................................ .........................8 2.2.2 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA (DC) ...........................................9 2.2.3 MOTOR COM REDUÇÃO................................................................ ...........9 2.3 TRANSMISSÃO......................................................................................... ...10 2.3.1 CORREIA LISA ........................................................................................ ..10 2.3.2 CORREIA DENTADA (SÍNCRONAS).......................................................10 2.3.4 CORREIA PLANA.................................................................................... ..11 2.3.5 POLIA.........................................................................................................11 Figura 2.3.5 Polia........................................................................................... .....12 2.4 ESFORÇOS MECÂNICOS...................................................................... .....12 2.4.1 MANCAIS DE APOIO DESLIZANTE.........................................................12 2.5 CHAVE H-H.............................................................................. .................... 13 2.7 BATERIA...................................................................................................... 1. 3 CAPÍTULO 3........................................................................................ ............... 14 DESENVOLVIMENTO .................................................................................. 14
3.1 PROJETO MECÂNICO......................................................................... 14 3.2CALCULO DE DIMENCIONAMENTO DOS MOTORES ............................15
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO Este projeto apresenta a proposta de desenvolvimento de uma mesa com coordenadas XZ confeccionada em alumínio, cujo objetivo consiste em deslocar uma peça (bloco) de formato prismático através de uma trajetória suspensa e ao termino deste percurso depositar a mesma em uma base encaixada de forma precisa. A peça prismática será desenvolvida em bloco de alumínio, sendo considerada a projeção de um encaixe para gancho com livre escolha e forma, levando em consideração apenas seu peso, dimensionamento, equilíbrio e demais possibilidades que influenciaram no desempenho da função dessa peça. A competição se baseia no deslocamento dessa peça (bloco) de referência que foi citada acima em uma trajetória que pode ocorrer de forma livre e aleatória, de acordo com o plano traçado por cada equipe. Vence a competição quem realizar esta ação de forma perfeita em um menor período de tempo. A mesa XZ é a associação harmoniosa de vários componentes elétricos e mecânicos de alta confiabilidade e precisão. Pode receber variados nomes como mesa de coordenadas, mesa cartesiana, mesa posicionadora, pick & place etc. Esta variedade explica em parte à extensa gama de aplicações que podemos destinar a esse produto nos diversos setores da indústria, dentro as quais podemos citar os tornos mecânicos, máquinas CNC, cabeçotes de leitura, mesa xz para torneamento em ângulo que é ideal para peças que necessitem de chanfros em ângulos específicos, furadeira radial, retíficas, plainas e fresas por possuírem movimento através de eixos coordenados etc. A busca crescente por flexibilidade, rapidez e exatidão de fabricação para alcançar metas de qualidade e competitividade industrial, atinge principalmente os sistemas de posicionamento. E assim as mesas xz entraram no mercado de trabalho fazendo parte de diversos tipos de máquinas-ferramentas, tendo como função executar o posicionamento adequado conforme a necessidade. A mesa proposta nesse projeto consiste em um sólido prismático de 500 x 500 x 300 mm, confeccionada em estrutura modular de alumínio ref. Hyspex 74300 fixada por parafuso Allen M5, com mancais de deslizamento por atrito, ou seja, sem o auxílio de guias e fusos.
CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 SISTEMAS DE COORDENADAS CARTESIANAS Quando se posiciona um ponto nada mais está se fazendo do que atribuindo coordenadas ao mesmo. Estas coordenadas por sua vez deverão estar referenciadas a um sistema de coordenadas. Existem diversos sistemas de coordenadas, alguns amplamente empregados em disciplinas como geometria e trigonometria, por exemplo. Estes sistemas normalmente representam um ponto no espaço bidimensional ou tridimensional. No espaço bidimensional, um sistema bastante utilizado é o sistema de coordenadas retangulares ou cartesiano. Este é um sistema de eixos ortogonais no plano, constituído de duas retas orientadas X e Y, perpendiculares entre si. A origem deste sistema é o cruzamento dos eixos X e Y.
2.2 MOTORES ELÉTRICOS Existem muitos tipos de motores elétricos, projetados de acordo com a aplicação. Por exemplo: os motores dos relógios elétricos que devem trabalhar com velocidade constante, já os motores de arranque dos automóveis precisam desenvolver um torque substancial mesmo quando o eixo está imóvel, e os motores dos secadores de cabelo precisam ser leves e capazes de funcionar em várias velocidades. Por isso, os motores elétricos são de muita importância no cotidiano de nossas vidas, envolvendo desde trabalhos domésticos, como um liquidificador, até motores de grandes indústrias.
2.2.1 MOTOR DC É conhecido por seu controle preciso de velocidade e por seu ajuste fino, portanto, largamente utilizados em aplicações que exigem tais características. O funcionamento básico do motor DC está fundamentado na Força de Lorentz aplicada em uma carga em movimento dentro de um campo magnético. Este conceito se baseia em uma espira de corrente inserida num campo magnético criado por um ímã permanente, em que há uma corrente criada por uma bateria (fonte DC), onde a simples passagem desta corrente faz com que apareçam duas forças de sentidos contrários, aplicadas uma em cada lado da espira. Estas forças criam um torque que, obviamente, faz a espira girar, transformando a energia elétrica da corrente em energia cinética num eixo acoplado às espiras. A direção da rotação depende da polaridade da bateria e da direção das linhas de campo magnético criadas pelo ímã.
Figura 2.1 Motor DC.
Existem diversos tipos de motores DC, tais como os de ímã permanente, sem escovas ou ainda de relutância variável. Os mais comuns (e baratos), que podem ser encontrados numa enorme faixa de tamanhos e tensões de trabalho, são os que fazem uso de escovas. Neles, conforme mostra a figura 2.2, um conjunto de bobinas gira, apresentando sua corrente comutada por escovas que invertem o sentido da corrente a cada meia volta de modo a manter o movimento.
Figura 2.2 Motor Dc em corte.
Estes motores possuem um rendimento razoável quando usados em projetos de Robótica e Mecatrônica, sendo por este motivo os preferidos de muitos projetistas.
2.2.2 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA (DC) São conhecidos por seu controle preciso de velocidade. São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, como por exemplo, alimentação por bateria.
2.2.3 MOTOR COM REDUÇÃO Os motores com redução são desenvolvidos para satisfazer exigências multiuso, em aplicações como manuseio de materiais, máquinas embaladoras e automação. A competição acirrada em um mercado global significa que os fabricantes precisam encontrar
maneiras de obter processos de desenvolvimento e produção eficientes em termos de custos, ao mesmo tempo em que continuam a aprimorar o desempenho técnico.
2.3 TRANSMISSÃO A transferência de potência de um órgão motor para um órgão movido é feita por intermédio de um conjunto de componentes designados por transmissão. As transmissões mecânicas mais comuns na transmissão de movimento circular são as uniões de veios, rodas de atrito, correias, correntes, cabos e engrenagens. Os fatores que determinam a escolha do tipo de transmissão se enfatizam nas condições de funcionamento – velocidade e potência (existem limites para cada tipo de transmissão; na posição relativa dos veios motor e movido; nas dimensões globais; nas condições ambientais (umidade, temperatura, ambientes abrasivos etc.); na precisão do movimento transmitido; na facilidade de manutenção (possibilidade de inspeção, acessos, etc.); na vida da transmissão; ruído de funcionamento e custo. As correias são elementos de máquina que transmitem rotação entre eixos através de polias, que são peças cilíndricas movimentadas pela rotação dos eixos. Na transmissão é possível executar a rotação das polias na mesa direção ou sentido inverso, dependendo da montagem da correia. É possível também transmitir movimento em eixos não paralelos. Para o bom desenvolvimento e análise de uma transmissão é importante saber a potência a transmitir, a velocidade de rotação do veio do motor, a relação de transmissão pretendida e a distância entre veios. Deve-se selecionar o tipo de correia a utilizar, comprimento permitido e saber qual o diâmetro das polias.
2.3.1 CORREIA LISA Consiste em uma correia para transmitir rotação (movimento) entre polias sem muita precisão, já que pode ocorrer deslizamento entre a polia e a correia. É usada em transmissão de furadeira de bancada.
Figura 2.3 Correia Lisa
2.3.2 CORREIA DENTADA (SÍNCRONAS) Para se eliminar totalmente o risco de deslizamento, utilizam-se as correias dentadas como no caso do comando de
válvulas nos automóveis. Possuem como características próprias boa precisão na transmissão do movimento, aplicação em menores distâncias entre eixos e/ou maiores relações de transmissão, possuem também melhor capacidade para maiores velocidades, porém em termos de absorver choques a capacidade é menor. São ideais para tarefas que exigem menores esforços nos apoios dos veios por não necessitarem de pré-tensionamento. Tem como desvantagem menor duração que as outras dos outros tipos devido a fadiga na raiz dos dentes. Em relação a aplicações este tipo de correia é mais usado nas máquinas ferramentas, máquinas texteis, industria automóvel, bombas e compressores, ventiladores, equipamento doméstico, máquinas impressoras, etc.
Figura 2.3.2 Correia Dentada
2.3.3 CORREIA EM “V” São escolhidas correias desse tipo quando se quer evitar deslizamento, utilizar polias bem próximas, eliminar ruídos e choques (típicos de correias plainas).
2.3.4 CORREIA PLANA As correias planas podem ser fabricadas sem-fim (com emenda) ou sem emenda de acordo com o perímetro desejado e com os materiais adequados às condições de funcionamento requeridas.
2.3.5 POLIA A definição se dá através de um disco que pode girar em torno de um eixo que passa por seu centro. Além disso, na periferia desse disco existe um sulco, denominado gola , dentro da qual trabalha uma correia de transmissão de movimento . As polias, quanto ao modo de operação, classificam-se em fixas e móveis . Nas fixas os mancais de seus eixos permanecem em repouso em relação ao suporte onde foram
fixados. Nas móveis tais mancais se movimentam juntamente com a carga que está sendo deslocada pela máquina. Na polia fixa a potência P é igual à resistência Q. Na polia móvel a potência P é a metade da resistência Q. Na polia fixa, numa das extremidades da corda aplica-se a força motriz F (aplicada, potente) e na outra, a resistência R . Na móvel, uma das extremidades da corda é presa a um suporte fixo e na outra se aplica a força motriz F --- a resistência R é aplicada no eixo da polia. A polia é utilizada, sobretudo para facilitar a elevação de um fardo, tornar mais fácil o esforço de tração ou assegurar uma transmissão de movimento. É constituída de três partes: o eixo, os braços e a calha, existindo polias maciças que não tem braços. O perfil da calha varia de acordo com a correia que pode ser plana, cilíndrica, trapezoidal ou uma corrente.
Figura 2.3.5 Polia
2.4 ESFORÇOS MECÂNICOS Os corpos apresentam rugosidades na sua superfície, o que dificulta o movimento dos mesmos quando se deslocam um sobre os outros. Mesmo quando as suas superfícies parecem perfeitamente lisas, a nível microscópico é possível observar algumas rugosidades. Originamse assim as forças de atrito que ocorrem entre as superfícies de contacto entre os corpos, que geram desgastes prejudiciais ao mecanismo.
2.4.1 MANCAIS DE APOIO DESLIZANTE Um mancal é um dispositivo que fica em uma base de montagem fixa que sustenta o eixo e permite que ele gire. Os mancais evitam que o eixo do motor faça movimentos axiais (movimentos ao longo do eixo) ou radiais (movimentos laterais ao eixo). Os mancais de deslizamento, também conhecidos como mancais de escorregamento ou de buchas de deslizamento, foram os primeiros tipos de mancais utilizados pelo homem. Caracterizam-se por apresentarem um elevado atrito entre os componentes com movimento relativo. Por outro lado, os mesmos apresentam elevada precisão de giro, podendo encontrar aplicações muito específicas em máquinas-ferramenta. Em geral esse tipo de mancal é mais utilizado em máquinas simples, ou em dispositivos de precisão, onde as velocidades relativas e as temperaturas sejam baixas. Davidson (1972) os subdivide de acordo
com a forma de contato entre as superfícies em deslizamento. Podemos ter mancais de deslizamento radiais, axiais, mancais de deslizamento com geometria cônica, com eixo esférico e pivotados, entre outros..
Figura 2.4.1 Mancal
2.5 CHAVE H-H É utilizada em circuitos elétricos para ligar e desligar equipamentos, sendo também utilizadas como inversor de rotação em circuitos de corrente continua.
Figura 2.5 Chave H-H 3 posições
2.7 BATERIA Utilizadas como fontes de alimentação em circuitos elétricos de corrente continua. Ex: automóveis,motocicletas,celulares e etc.
Figura 2.6 Bateria 12 v
CAPÍTULO 3 DESENVOLVIMENTO
3.1 PROJETO MECÂNICO A
equipe
reuniu-se
conforme
o
cronograma para dar continuidade ao desenvolvimento do projeto, que, a partir da estrutura , resta fazer as adaptações para o acionamento, e instalação do circuito.Vamos efetuar este trabalho de acordo com as recomendações de nosso instrutor, mas com algumas ressalvas. Conforme as perspectivas da montagem recomendada. O nosso desafio é trabalhar em forma conjunta com os recursos naturais sem envolver muitas tecnologias, mas sim envolver idéias do grupo para efetuarmos o nosso projeto com excelência. A mesa proposta nesse projeto consiste em um sólido prismático de 500 x 500 x 300 mm, confeccionada em estrutura modular de alumínio ref. Hyspex 74300 fixada por parafuso Allen M5, com mancais de deslizamento por atrito, ou seja, sem o auxílio de guias e fusos.
Figura 3.1 Estrutura Vamos
analisar
as
hipóteses
do
funcionamento elétrico e tivemos uma conversa e decidimos usar dois motores DC ligados a duas chaves H-H de duas posições, tendo como fonte de alimentação uma bateria. A garra escolhida por enquanto será um freio de bicicleta, mas estamos analisando para comprar uma garra mecânica de alumínio pronta.
As chaves utilizadas no projeto é a chave H-H de duas posições que uma delas tem a finalidade de movimentar a garra com movimento vertical e a outra para o acionamento dos motores. O Sistema de transmissão da nossa mesa será feita com duas polias, tendo uma correia e mancais de guias deslizantes, e efetuaremos desenvolvimento técnico através de desenho técnico. Mas a sua forma externa na parte da elevação na área horizontal, no entanto não vai ter alterações na forma de encaixe das peças na parte inferior da mesa coordenada, estamos analisando.
3.2CALCULO DE DIMENCIONAMENTO DOS MOTORES 3.3.1Movimento Horizontal Percorrer 400 mm, em 4s. Polia de raio de 20 mm.
Vm =
∆ s ∆t
→ Vm =
0,4 4
→ Vm =
V = W ⋅ R → 0,1 = w p⋅ 0,0 2 → w p =
W = 2π ⋅ F → 5 ⋅ 2π F → F =
0,1m / s
0,1
→
0,02 5
=
2π
w p = 5rad / s
0,79 Hz
Movimento Vertical Levantar 100 g, em 4s. Altura de 300 mm. T = m ⋅ g T = 0,1 ⋅ 9,81 T = 0,981 Vm =
∆ s ∆t
→ Vm =
0,3 4
→ Vm =
0,075m / s
Pm = F ⋅ Vm → Pm = 0,981 ⋅ 0,075 → Pm = 0,073w
mt =
30 P
n
π
→
0,1 =
30 ⋅ 0,073 π ⋅
n
→
n
=
2,19 0,1π
→
n
=
7 rpm
REFERÊNCIAS Disponível em: http://eletronicatotal.cjb.net/ ; Disponível em: http://www.racml.com.br/ ; Disponível em: http://educacao.uol.com.br/fisica/forca-de-atrito-entenda-o-que-sao-atrito-estatico-e-atritocinetico.jhgm; Disponível em: http://www.festo.com/INetDomino/br/pt/73; Disponívelem: http://www.skf.com/portal/skf/home/industries?contentId=513593; Disponível em: http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/590 ; PARKER TRAINING, Tecnologia Eletro pneumática Industrial, 2001, Apostila M1002- 2BR; LOBOSCO, ORLANDO SILVIO & DIAS, JOSÉ LUIZ P. DA COSTA; Seleção e Aplicação de motores Elétricos, 2004, Editora Marrom Books; GAJSKI, DANIEL D.; Principles of Digital Designer, 1997, Editor Prentice-Hall; TAUB, HERBERT; Circuitos Digitais e Microprocessadores, 1984, Editora McGraw- Hill; LUIZ VILLAR FORBELLONE; Lógica de Programação André, 2002, Prentice-Hall; GERALDO CARVALHO; Máquinas Elétricas - Teoria e Ensaios, 2008, Editora Erica;MALVINO, ALBERT PAUL, Eletrônica Volume 1, 2009, Editora McGraw-Hill; COEL, Catalogo Coel Controles Elétricos LTDA, 2007, Edição BT615.00024;
