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Tipos de Mecanismos: Simples e Complexos
SEM0104 - Aula 3 Tipos de Mecanismos: Simples e Complexos Prof. Dr. Marcelo Becker SEM - EESC - USP Pergunta da Aula Passada Quantos GDLs possui o conjunto mão, ante-braço e braço? EESC-USP © M. Becker 2008 2/53 Pergunta da Aula Passada 22 DoFs x x x x x x x Junta Universal Junta Rotacional EESC-USP © M. Becker 2008 3/53 Pergunta da Aula Passada 3 GDL 2 GDL EESC-USP © M. Becker 2008 4/53 Pergunta da Aula Passada No Total: 22 DoFs da mão 3 DoFs do braço 2 DoFs do ante-braço 27 DoFs EESC-USP © M. Becker 2008 5/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 6/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason • Feita pelo tipo de transformação de movimento (262 Classes) • 12 Classes Principais: • Atuadores Lineares • Ajuste Fino • Hesitação, Pausa e Parada • Posicionamento • Catraca • Contadores EESC-USP © M. Becker 2008 • Osciladores • Retorno Rápido • Reversíveis • Acoplamento • Geradores de Curvas • Geradores de Retas 7/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Atuadores Lineares • Parafuso Fixo, Porca Fixa • Cilindro Pneumático ou Hidráulico • Pinhão - Cremalheira EESC-USP © M. Becker 2008 8/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Ajuste Fino • Parafuso e Porca • Engrenagens EESC-USP © M. Becker 2008 9/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Hesitação, Pausa e Parada • Came-Seguidor EESC-USP © M. Becker 2008 10/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Catraca • Ratchet EESC-USP © M. Becker 2008 11/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Contadores • Roda de Genebra • Ratchet EESC-USP © M. Becker 2008 12/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Osciladores • Bila-Manivela EESC-USP © M. Becker 2008 13/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Retorno Rápido • Mecanismo de Retorno Rápido – Caracterizam-se por possuírem 2 fases de movimento para uma dada velocidade angular constante – Relação de tempo “ida-retorno” – Podem ser constituídos apenas por uma biela manivela ou por mecanismos mais complexos. EESC-USP © M. Becker 2008 14/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Reversíveis • Permitem que a direção de rotação possa ser alterada – Engrenagens – 4 Barras – Etc. EESC-USP © M. Becker 2008 15/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Acoplamento • Junta Universal • Correia • Corrente Hooke EESC-USP © M. Becker 2008 Ring and Trunnion 16/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Acoplamento Bendix-Zeiss Rzeppa EESC-USP © M. Becker 2008 17/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • 4 Barras EESC-USP © M. Becker 2008 18/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • 4 Barras EESC-USP © M. Becker 2008 19/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • 4 Barras EESC-USP © M. Becker 2008 20/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • Biela-Manivela EESC-USP © M. Becker 2008 21/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • Biela-Manivela EESC-USP © M. Becker 2008 22/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • 6 Barras • 8 Barras EESC-USP © M. Becker 2008 23/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Curvas • 6 Barras EESC-USP © M. Becker 2008 24/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Retas • Chebyshev EESC-USP © M. Becker 2008 25/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Retas • Hoeckens EESC-USP © M. Becker 2008 26/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Retas • Roberts EESC-USP © M. Becker 2008 27/53 Classificação de Mecanismos L. E. Torfason – Geradores de Retas • Watt EESC-USP © M. Becker 2008 28/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 29/53 Lei de Grashof • Franz Grashof Condição para rotação completa da barra motriz de mecanismo 4-barras “A soma da menor e da maior barra de um mecanismo 4-barras não pode ser maior que a soma das 2 outras barras” L3 L4 L2 L1 EESC-USP Me = L2 Ma = L1 b1 = L3 b2 = L4 © M. Becker 2008 30/53 Lei de Grashof Equação L3 L4 L2 L1 EESC-USP Me + Ma < b1 + b2 Me = L2 Ma = L1 b1 = L3 b2 = L4 © M. Becker 2008 31/53 Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 44-Barras Me Me Crank-rocker Me Me Double-rocker Crank-rocker EESC-USP Me adjacente a Ma © M. Becker 2008 Double-crank 32/53 Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 44-Barras Me Me Me Crank-rocker Double-rocker Double-crank Me Me oposto a Ma EESC-USP © M. Becker 2008 33/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 34/53 Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 44-Barras • Franz Reuleaux Condição para a montagem de mecanismos 4-barras L3 L4 L2 L1 EESC-USP L2: link motor L1: solo L3: link acoplador L4: link seguidor © M. Becker 2008 35/53 Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 44-Barras L3 L4 L2 L1 EESC-USP L2 + L3 + L4 > L1 L2 + L3 - L4 < L1 L2 + L1 + L4 > L3 L2 + L1 - L4 < L3 © M. Becker 2008 36/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 37/53 Mecanismos Simples 4 Barras • Mecanismo Simples • Movimento Oscilatório do link seguidor • 4 Barras Plano • 4 Barras Espacial EESC-USP © M. Becker 2008 38/53 Mecanismos Simples 4 Barras – Exemplo de Aplicação • Porta malas de veículos de passeio EESC-USP © M. Becker 2008 39/53 Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento • Na Lousa L2 O2 L3 A θ2 θ3 B γ L4 θ4 L1 EESC-USP O4 © M. Becker 2008 L2: link motor L1: solo L3: link acoplador L4: link seguidor θ2: âng. da barra motriz θ4: âng. da barra seguidora θ3: âng. da barra acopladora γ: âng. de transmissão 40/53 Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento • Na Lousa ABO4 L2 B L3 A γ α θ4 θ2 O2 L4 L1 EESC-USP AO2O4 β O4 © M. Becker 2008 41/53 Mecanismos Simples 4 Barras • Significado físico dos 2 valores de γ γ1 sin tan γ1 cos γ2 γ2 EESC-USP © M. Becker 2008 42/53 Mecanismos Simples Biela--Manivela Biela • Exemplos de Aplicação: Motores de Combustão Interna, Máquinas Ferramenta, Compressores, etc. Biela • Deslocamento do Pistão Pistão Manivela • Velocidades • Aceleração EESC-USP © M. Becker 2008 43/53 Mecanismos Simples Biela--Manivela Biela • Diagrama de Corpo Livre e Equacionamento A H φ θ B O2 Na Lousa EESC-USP © M. Becker 2008 44/53 Mecanismos Simples Biela--Manivela Biela • Outras Configurações para o BielaManivela Compressores Motores EESC-USP Bomba de água Manual © M. Becker 2008 Motores de Avião Mecanismo de Whitworth 45/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 46/53 Mecanismos Complexos • União de 2 ou mais mecanismos simples 4 Barras + Biela-Manivela EESC-USP © M. Becker 2008 47/53 Mecanismos Complexos • União de 2 ou mais mecanismos simples 4 Barras + Biela-Manivela EESC-USP © M. Becker 2008 48/53 Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle • Sobrepujar grandes resistências com a aplicação de pequenas forças • Aplicações: O2 – Prensas – Travas de Portas – Etc. • Barras CB e BO4 com Mesmo comprimento C EESC-USP © M. Becker 2008 A B O4 49/53 Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle • Equacionamento O2 F = 2 tan α P α 0 F A oo F P C B α EESC-USP © M. Becker 2008 O4 α 50/53 Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle • Exemplos de Aplicação EESC-USP © M. Becker 2008 51/53 Sumário da Aula • Classificação de Mecanismos • Lei de Grashof • Lei de Reuleaux • Mecanismos Simples – 4 Barras – Biela Manivela • Mecanismos Complexos • Bibliografia Recomendada EESC-USP © M. Becker 2008 52/53 Bibliografia Recomendada • Shigley, JE. e Uicker, JJ., 1995, “Theory of Machines and Mechanisms”. • MABIE, H.H., OCVIRK, F.W. “Mecanismos e dinâmica das máquinas”. • MARTIN, G.H. “Cinematics and dynamics of machines”. • NORTON, R. “Machinery dynamics”. • Notas de Aula EESC-USP © M. Becker 2008 53/53
