Curso: Tecnologia de Soldagem Cálculo e Projetos de Elementos de Máquinas (CPEM) Projeto: Elevador de Caçamba
Professor: Benedito Cesar Ferraz abril de 2015
Claiton Ernandes RA 11105708 Isaque Toledo RA 12111862 Magaiver Antonio RA 12109372 William Akira RA 12109597
Sumário
1. Dimensionamento da Caçamba .............................................................................. 4 1.1 Cálculo do Volume ............................................................................................. 4 1.2 Cálculo do peso da caçamba .......................... ............. .......................... ........................... .......................... ........................ ............ 5 1.3 Determinação da carga total (Q) .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .................... ....... 6 2. Escolha do cabo de aço .......................................................................................... 6 3. Definição do tambor ................................................................................................ 6 4. Cálculo da potência efetiva (Ne) ............................................................................. 7 4.1 Cálculo da velocidade de elevação .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ................ ... 7 5. Cálculo dos rendimentos ......................................................................................... 8 6. Cálculo da potência necessária ou consumida ............. .......................... ............. ........................... ................ .. 8 7. Cálculo de rotação do tambor ................................................................................. 8 8. Escolha do motor .................................................................................................... 8 9. Cálculo da redução total .......................... ............. .......................... .......................... ........................... ........................... ........................ ........... 9 10. Escolha do redutor ................................................................................................ 9 10.1 Fator de serviço ............................................................................................... 9 10.2 Determinação da potência nominal .......................... ............. .......................... ........................... ......................... ........... 10 10.3 Verificação da potência térmica ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .................. ..... 10 11. Cálculo da transmissão por correia ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .................. ..... 10 11.1 Determinar a potência projetada. ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ................ ... 10 11.2 Perfil da correia .............................................................................................. 11 11.3 Diâmetro da polia motora .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ............... 11 11.4 Diâmetro da polia movida .............................................................................. 11 11.5 Comprimento das correias ............................................................................. 12 11.6 Ajuste da distância entre centros ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ................ ... 12 11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia ................. .................... ............. ....... 12 11.8 Números de correias necessárias para transmissão .......................... ............ ......................... ........... 13 11.9 Ajuste do Perfil da correia .............................................................................. 14 11.9.1 Potência projetada. ................................................................................. 14 11.9.2 Perfil da correia ....................................................................................... 14 11.9.3 Diâmetro da polia motora .......................... ............ ........................... .......................... ......................... .................... ........ 14 11.9.4 Diâmetro da polia movida .......................... ............ ........................... .......................... ......................... .................... ........ 14 11.9.5 Comprimento das correias ...................................................................... 15 11.9.6 Ajuste da distância entre centros ......................... .......................... ............. ...................... ......... 15 2
11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia .............................. 15 11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão ............................... 16 15. Cálculo do comprimento do tambor ..................................................................... 17 16. Cálculo do eixo .................................................................................................... 18 16.1 Dimensionamento do eixo .............................................................................. 18 16.2 Cálculo das reações de apoio ........................................................................ 21 16.3 Cálculo da força cortante ............................................................................... 22 16.4 Cálculo do momento Fletor ............................................................................ 23 16.5 Diâmetro do eixo ............................................................................................ 25 16.5.1 Potência consumida ................................................................................ 25 16.5.2 Momento torsor ....................................................................................... 25 16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo .................................................................... 25 17. Cálculo da chaveta .............................................................................................. 27 17.1 Peso total ....................................................................................................... 27 17.2 Torque............................................................................................................ 27 17.3 Tensões admissíveis ...................................................................................... 27 17.3 Verificando compressão ................................................................................. 28 17.4 Verificando cisalhamento ............................................................................... 28 17.5 Comprimento mínimo da chaveta .................................................................. 28 18. Anexos
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Projeto Elevador de caçamba 1. Dimensionamento da Caçamba
Cosseno α= cateto adjacente/ hipotenusa
Seno α = cateto oposto/ hipotenusa
1.1 Cálculo do Volume
123-
4
1.2 Cálculo do peso da caçamba
Chapas laterais
Chapa do fundo
Chapa da frente
Chapa de trás
Portanto
Assim,
Obs.: Utilizando para fabricação da caçamba, chapas de 1/8” (3mm) onde o peso do
material é de 24 kg/m 2. E sabendo-se que o peso da caçamba não poderá ultrapassar 15% do peso do material. Peso do material
Assim, 15% do
5
1.3 Determinação da carga total (Q)
2. Escolha do cabo de aço
Conforme a página 89 do catálogo CIMAF, onde especifica o cabo de aço de acordo com a utilização (elevador de obra), o cabo escolhido foi 6x25 Filler, com alma de aço (AACI), torção regular, polido, pré-formado, EIPS. Usando o fator de segurança, do livro (pág.268) para elevadores de baixa velocidade (carga) é de 8 à 10. Assim,
Como utilizaremos 2 cabos,
Assim, na tabela da página 61 o diâmetro do cabo é: 6x25 Filler de 9,5mm ou 3/8”. 3. Definição do tambor
Conforme página 27 do catálogo CIMAF. O diâmetro do tambor para o cabo de aço 6x25 Filler, recomendado é de 39 vezes o diâmetro do cabo, e o mínimo é de 26 vezes o diâmetro do cabo.
6
Portanto,
Assim, o diâmetro escolhido foi de 323 mm, pois esse é o diâmetro de um tubo comercializado pelo fornecedor. 4. Cálculo da potência efetiva (Ne)
Ne= Potência efetiva Q= Carga total a ser levantada (kg) V = Velocidade de elevação (m/s)
4.1 Cálculo da velocidade de elevação
Obs.: Tempo de ciclo =
7
5. Cálculo dos rendimentos
Rolamentos (ƞ= 0,99%) Acoplamentos (ƞ = 0,97%) Correia/Polia (ƞ = 0,97%) Tambor/Cabo (ƞ = 0,95%) Redutor (ƞ =0,95%)
6. Cálculo da potência necessária ou consumida
Potência Efetiva = 15 cv ou 11Kw. Rendimento do sistema = 0,80%
7. Cálculo de rotação do tambor
8. Escolha do motor
Conforme o catálogo de motores da Weg, o escolhido foi Motor Trifásico Alto Rendimento Plus. (páginas A-3 e B-5)
Carcaça: 160M
Potência: 20cv ou 15Kw
Rotação: 1765RPM 8
IV Polos à 60Hz
Tensões: 220/380/440V
Grau de proteção: IP55
Isolamento: Classe F
Fator de serviço: 1,15
9. Cálculo da redução total
Motor = 1765 rpm Rotação do tambor = 29,56 rpm Relação transmissão por correia = i c ≤ 3
10. Escolha do redutor
Motor = 1765 rpm Relação transmissão por correia = i c ≤ 3 Assim,
O redutor escolhido foi E 16 3 26 P 19 0 0 0 L, do catálogo Helimax. Itot RPM ENTRADA RPM SAÍDA TAMANHO 20
600
30
16
10.1 Fator de serviço
Conforme página 8 do catálogo de redutor helimax e a tabela da página 9, obtem-se: Fs = 1,25 9
10.2 Determinação da potência nominal
10.3 Verificação da potência térmica
Onde:
Pc = 14 Kw PT = Potência térmica admissível. PTG = Potência térmica natural (página 18) fa = Fator temperatura ambiente tabela 1 (página 7) fb = Fator de duração de operação tabela 1 (página7) fc = Fator ambiente tabela 1 (página7) ft = máxima temperatura do óleo tabela1 (página 7)
Condição (I):
Portanto, essa aplicação não necessita de sistema complementar de refrigeração. 11. Cálculo da transmissão por correia
Conforme o catálogo de correias Gates.Perfil de correia Hi-Power II. 11.1 Determinar a potência projetada.
Onde, HP =Potência do motor (HP) 10
fs = Fator de serviço (Tabela 1) O fator de serviço levando em consideração o serviço normal de 8 – 10 horas por dia é 1,2 (Tabela 1 página 1).
11.2 Perfil da correia
Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é B. 11.3 Diâmetro da polia motora
É determinado em função da potência do motor e da RPM mais rápida.
De acordo com a tabela 3 (página 3), o diâmetro mínimo em polegadas é de 4,6 ’’.
Na tabela 14 (página 12) indica os diâmetros padronizados, então utilizaremos o diâmetro de 120 mm. 11.4 Diâmetro da polia movida
11
11.5 Comprimento das correias
(Entre centros de C=500 mm)
Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)
11.6 Ajuste da distância entre centros
Tabela 6 (página 6)
Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,12.
11.7 Capacidade de transmissão de potência por correia
hpb: Potência básica (tabela14, página 12) hpa: Potência adicional (tabela 14) Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6) 12
Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)
Por meio da tabela 9, define-se a correção do arco de contato “Fg”.
0,40
Arco de contato de polia
Fator “G”
Menor (graus) 157
0,94
0,46
153 24’
0,934
0,50
151
0,93
Portanto, o fator “Fg” é 0,934.
Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por correias.
11.8 Números de correias necessárias para transmissão
Portanto, vamos utilizar 5 correias B-53 Gate Hi Power II.
13
11.9 Ajuste do Perfil da correia
Mediante o excesso de correias calculadas no item acima, optou-se por mudar o perfil da correia para diminuir a quantidades das mesmas.
11.9.1 Potência projetada.
11.9.2 Perfil da correia
Para diminuirmos as quantidades de correias, optamos por utilizar outro perfil de correia.
Portanto, de acordo com o gráfico 2 (página 2), o perfil da correia é C. 11.9.3 Diâmetro da polia motora
O diâmetro da polia calculada é de 120 mm, mas para podermos utilizar o perfil C da correia, o diâmetro mínimo recomendado é dado na tabela 15 (página 13), que será de 180 mm. 11.9.4 Diâmetro da polia movida
14
11.9.5 Comprimento das correias
(Entre centros de C=500 mm)
Obs.: O comprimento exato é definido pela tabela 5 (página 5)
11.9.6 Ajuste da distância entre centros
Tabela 6 (página 6)
Fator de correção entre centros pela tabela 6 é h=0,165.
11.9.7 Capacidade de transmissão de potência por correia
hpb: Potência básica (tabela14, página 12) hpa: Potência adicional (tabela 14) Fc: Fator de correção de comprimento (Tabela 8, página 6) 15
Fg: Fator de correção de arco de contato (tabela 9, página 7)
Por meio da tabela 9, define- se a correção do arco de contato “Fg”.
0,50
Arco de contato de polia
Fator “G”
Menor (graus) 151
0,91
0,65
148
0,90
0,70
145
0,89
Portanto, o fator “Fg” é 0,9.
Com base nos valores encontrados, determina-se a capacidade de transmissão por correias.
11.9.8 Números de correias necessárias para transmissão
Portanto, vamos utilizar 3 correias C-85 Gate Hi Power II.
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15. Cálculo do comprimento do tambor
D – Diâmetro primitivo do tambor (mm) d – Diâmetro do cabo (mm) l – comprimento do cabo a ser armazenado (curso) (mm) l0 – comprimento de uma volta de cabo enrolado (mm) lu – Comprimento útil ranhurado do tambor (mm) lt – Comprimento total do tambor (mm) nt – Número total de espiras (-) nu – Número de espiras úteis (-) t – Passo das ranhuras do tambor (mm) Fórmulas:
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D = 323 d = 9,5 ou 3/8”
l = 11,026 m
t = 12 mm (escolhido conforme tabela abaixo) Valores de “t” e” f” tabela abaixo (t=12 e f =80) Valor “j” estipulado ½” (12,7)
16. Cálculo do eixo 16.1 Dimensionamento do eixo
Dados:
Acoplamento: Catalogo V- Flex
Comprimento: 85 mm Diâmetro máximo: 97 mm Peso: 24,5 kg 18
Mancal: NSK
Comprimento: 155 mm Diâmetro do eixo: 60 – 100 mm Peso: 18 kg Tambor:
Comprimento: 354 mm Diâmetro: 323 mm Peso:
Obs.: O peso do tubo por metro é dado pelo fabricante. Flange:
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Peso total dos dois tambores:
Peso:
Caçamba + carga:
Eixo:
Comprimento:
1- Mancal – 155 mm 2- Espaçamento entre os elementos – 50 mm 3- Acoplamento – 85 mm 4- Tambores – 354 mm 5- Espaçamento entre tambores – 875 mm Comprimento total – 2128 mm Peso:
Peso total para o cálculo do eixo:
20
Obs.: A massa de um kilograma à superfície da terra tem um peso de aproximadamente 9,807 Newtons. 1kg = 9,8N. Portanto,
16.2 Cálculo das reações de apoio
21
Gráfico das reações de apoio:
16.3 Cálculo da força cortante
22
Gráfico das forças cortantes:
16.4 Cálculo do momento Fletor
X
M1
0
0
0,559 6,956 kN
X
M2
0,559 6,956 kN 1,434 6,469 kN
23
X
M3
1,434 6,469 kN 1,915 -0,05 kN
X
M4
1,915 -0,05 kN 2,128 0,00 kN
Gráfico dos momentos fletores:
24
16.5 Diâmetro do eixo
Dados: 1) Potência efetiva = 15 cv ou 11 kw 2) Rendimentos:
Par de rolamentos: ƞ = 0,99%
Acoplamento: ƞ = 0,97%
Tambor/ cabo: ƞ = 0,95%
3) Rotação do tambor = 29,56 rpm 4) Momento fletor = 6956 Nm
16.5.1 Potência consumida
16.5.2 Momento torsor
16.5.3 Cálculo do diâmetro do eixo
O material para a fabricação do eixo será o SAE 1045
Limite de escoamento: 310 MPa
Limite de resistência: 570 MPa
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Tensão admissível
Fator de segurança retirado da tabela 11.1 da (página 149) eixos e árvores.
Devido ao rasgo da chaveta temos:
Diâmetro do eixo
Portanto, o diâmetro do eixo deverá ser de no mínimo 120 mm nos pontos críticos de flexão, e podendo ser escalonado nos pontos de menor f lexão.
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17. Cálculo da chaveta
17.1 Peso total
Caçamba + carga, temos:
Transformando kilogramas para Newton, temos:
Força transmitida por cada tambor, temos:
Diâmetro do tambor
17.2 Torque
17.3 Tensões admissíveis
O material para a fabricação da chaveta será o SAE 1030. Com b=40mm, h=22mm e t1= 12mm.
Limite de escoamento: 260 MPa 27
17.3 Verificando compressão
17.4 Verificando cisalhamento
17.5 Comprimento mínimo da chaveta
Portanto, a especificação da chaveta, temos: DIN 6885 Aço SAE 1030 40 x 22 x 30
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