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Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica

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Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica Fundamentos De Dinâmica De Veículos. GEM15-Dinâmica de Máquinas. Professor: Marcelo Braga dos Santos. Capitulo 1. Conceitos de Cinemática e Dinâmica Aplicados às Máquinas.

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Presentation Transcript
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Universidade Federal de Uberlândia

Faculdade de Engenharia Mecânica

Fundamentos De Dinâmica De Veículos

GEM15-Dinâmica de Máquinas

Professor: Marcelo Braga dos Santos

capitulo 1
Capitulo 1

Conceitos de Cinemática e Dinâmica Aplicados às Máquinas

1 introdu o cinem tica e din mica de m quinas e componentes
1- Introdução à Cinemática e Dinâmica de Máquinas e Componentes

1.1- Considerações

  • Importância do estudo dos mecanismos => Presença nas máquinas;
  • Mecanismo => É um conjunto de elementos de máquinas ligados de forma a produzir um movimento específico;
  • Máquina => Um (ou mais) mecanismo(s) que transmite(m) força de uma fonte de potência a uma resistência a ser superada;
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Projeto de uma máquina
  • Cinemática:

- Posição velocidade e aceleração;

- Função do sistema => Obtenção do movimento correto.

  • Dinâmica:

- Cinemática + forças (geradas ou fornecidas) envolvidas no funcionamento;

- Inércia e potência.

  • Resistência:

- Esforços => Integridade do sistema;

- Dimensionamento e seleção de materiais.

  • Modernamente: CAD => Multicorpos (otimização)

=> FEM (otimização)

1 2 tipos de mecanismos
1.2- Tipos de Mecanismos
  • Sistemas articulados
  • Cursor – biela - manivela;

*Peça 1 => Suporte ou base => Bloco;

*Peça 2 => Manivela => Virabrequim;

*Peça 3 => Biela => Biela;

*Peça 4 => Cursor => Pistão.

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Came/Seguidor
  • Came => Elemento mecânico usado para acionar um seguidor;
  • O acionamento é feito por meio de contato direto;
  • Mecanismo compacto;
  • Aparece em muitas máquinas;
  • Aplicação:
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Exemplo 1: Forma típica

(came de disco com seguidor

radial de face plana)

- Came + seguidor;

- Velocidade constante;

- Elevação => Excêntrico;

- Retorno => Gravidade, mola, came => Velocidade;

- Eixo comando de válvulas de motores.

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Exemplo 2: Came tridimensional

- Movimento do seguidor => Rotação e movimento Axial;

- Comando de válvulas variável.

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Exemplo 3: Came de retorno comandado

- Comando de válvulas desmodrômico => DUCATTI;

- Retorno forçado => Não permite flutuação;

- Precisão e desgaste afetam o funcionamento.

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Engrenagens
  • Elemento mecânico dentado;
  • Muito usadas para transmitir movimento angular;
  • Projetadas para proporcionar razão de velocidade constante;
  • Contato direto dos dentes;
  • Algumas configurações possíveis (exemplos).
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Trens de engrenagens
  • Necessário quando a redução desejada é grande.
  • Divisão da redução:

- Necessidade cinemática;

- Restrição construtiva.

1 4 defini es importantes
1.4 – Definições importantes
  • Ciclo do movimento
  • Partindo da posição inicial;
  • Passagem por todas as posições intermediárias;
  • Retorno à posição inicial.
  • Período: Tempo necessário para completar um ciclo.
  • Fase: Posições relativas de um mecanismo em um determinado instante.
  • Pares de elementos:

- Forma geométrica pela qual as peças de um mecanismo são articuladas;

- Conexões.

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Peça:

- Corpo rígido que possui 2 ou mais conexões;

- Função: Transmitir força e movimento às demais peças.

1 5 atualidade do estudo e exemplos de aplica es pr ticas
1.5- Atualidade do estudo e exemplos de aplicações práticas
  • Máquinas modernas => Mecanismos clássicos
  • Engrenagens => Câmbio de Fórmula 1
  • Câmbio automático / hidramático
  • Sistema articulados
  • Mecanismo de 4 barras => Motor alternativo de combustão interna;
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Correias

  • Uno selecta

- 45 HP e 9Kgfm

  • Nissan CVT
  • - Motor 2.0 e 20Kgfm
  • Mini-Baja UFU
  • - 10 HP
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Trens de engrenagens planetárias

    • Diferenciais de automóvel
      • - Diferencial simples
  • - Diferencial auto-blocante
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Honda VTEC

- Comando de válvulas variável;

- Atua na admissão e escape simultaneamente;

- Altera o tempo de permanência e cruzamento das válvulas;

- Usado nos motores de Fórmula 1 .

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Rotores de câmara
  • Motor Wankel

- Figura => Funcionamento do motor Wankel;

- Proporciona elevada potência com um volume reduzido;

- Principal problema: Estanqueidade e durabilidade dos vedadores;

- Exemplos...

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- Exemplo 2: Mazda RX7 => Potência específica de 196 CV/l

- Ótimo desempenho e durabilidade elevada;

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Compressor de lóbulos ou compressor Roots

- Sobrealimentação de motores (MAD MAX);

- Acionamento mecânico (correia, corrente ou engrenagens);

- Baixa pressão associada a elevada vazão (Blower ou soprador).

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Compressor de espiral

- Sobrealimentação de motores;

- Acionamento mecânico;

- Ex:. Volkswagen Corrado.

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Compressor de parafuso

- Principais usos => Compressor de ar ou sobre alimentação de motores;

- Proporciona alta pressão e elevada vazão;

- Extremamente confiável para uso contínuo;

- Ex. 1: Hospital de clínicas da UFU;

- Ex.2: Mercedes-Benz 230 Kompressor (Classe C, SLK ou CLK);

- 2.3 Kompressor => 193CV;

- 2.8 Aspirado => 197 CV.

1 3 tipos de movimentos
1.3- Tipos de Movimentos
  • Movimento plano
  • Translação: Quando uma reta pertencente ao corpo permanece sempre paralela a si mesma.
  • Translação retilínea: Todos os pontos do corpo tem trajetórias retas paralelas.
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Rotação: Cada ponto do corpo rígido permanece a uma distância constante de um eixo fixo normal ao plano do movimento.
  • Oscilação: Rotação alternada de um ângulo determinado.
  • Translação e rotação combinados:

- Exemplo:

-Peça 2 => Rotação

- Peça 4 => Oscilação

- Peça 3 => Translação e rotação combinadas

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Movimento helicoidal
    • Rotação em torno de um eixo fixo;
    • Translação paralela a este eixo;
    • Exemplo: Porca sendo atarraxada em um parafuso.
  • Movimento esférico
    • Todos os pontos do corpo giram em torno de um ponto fixo;
    • Distância deste ponto é mantida constante;
    • Exemplo: Terminal de direção de automóveis.
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Cadeia cinemática
  • Conjunto de peças ligadas por articulações;
  • Ausência de movimento relativo => Estrutura;
  • Cadeia restrita => Movimento relativo entre as peças é único;
  • Cadeia restrita + Peça fixa = Mecanismo.
  • Inversão de um mecanismo
  • Alteração da peça fixa;
  • Movimento relativo entre peças permanece inalterado;
  • Movimentos absolutos diferentes.
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Transmissão de movimento
  • Contato direto => Ex: Came/seguidor e dentes de engrenagens;
  • Por elemento intermediário => Ex: Biela;
  • Através de uma ligação flexível => Ex: Correia, corrente ou cabo.
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Consideremos o dispositivo no qual tem-se: Came 2 e Seguidor 3
  • Contato no ponto P
  • A came 2 gira no sentido horário
  • Considerando P sobre a peça 2 => Vetor velocidade tangencial =>

PM2 O2P

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NN’ => Normal comum passando por P => Linha de ação (ou transmissão) da força

TT’ => Tangente comum

A velocidade PM2 pode ser decomposta em:

- PN => Ao longo da normal comum

- Pt2 => Ao longo da tangente comum

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Uma vez que existe contato:

PN (considerando P na peça 2) = PN (considerando P na peça 3)

  • Conhecendo PN e o raio O3P pode-se determinar o vetor velocidade tangencial

PM3 O3P

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Conhecido PM3 pode-se obter a velocidade de rotação do seguidor:

Cálculo da velocidade de deslizamento: Neste caso observa-se que: Pt2 e Pt3 tem direção contrária, logo

Velocidade deslizamento= /Pt2 / +/Pt3 / = Pt2 + Pt3 ( se eles tivessem a mesma direção seria a diferença)

V= ω.R

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Se o ponto de contato estiver sobre a linha de centros:

- PM2 ePM3 serão iguais => mesma direção => Velocidade de deslizamento = 0

- Condição para que haja rolamento puro => Ponto de contato permaneça sobre a linha de centros

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Para o mecanismo em questão:

- Combinação de rolamento e deslizamento

- Rolamento puro => P sobre a linha de centros => Não é possível pela configuração física do problema, proporção das peças

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De outra maneira....

e

Ao dividir uma equação pela outra =>

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Traçando duas retas perpendiculares à normal comum N’N e passando por O2 e O3, obtém-se O2e e O3f
  • Os triângulos PM2N e O2Pe são semelhantes, portanto:
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- Substituindo em (1) ...

Logo:

  • Existem mais de 2 triângulos semelhantes => O2Ke e O3Kf , assim:
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Conclusão
  • Para superfícies curvas em contato direto, as velocidades angulares são inversamente proporcionais aos segmentos determinados na linha de centro por sua interseção com a normal comum (linha de ação da força).
  • Para haver uma razão de velocidade angular constante, a normal comum deve cruzar a linha de centros em um ponto fixo.
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Exemplo 2
  • Provar que, para o mecanismo mostrado a velocidade angular da peça conduzida e condutora são inversamente proporcionais aos seguimentos determinados na linha de centro por sua interseção com a linha de transmissão.
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Solução

Tem-se que:

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Substituindo (4) em (2) :
  • Substituindo (3) em (5) :
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Exemplo 3

Provar que, para as polias mostradas as velocidades angulares das polias são inversamente proporcionais ao segmento determinado na linha de centro por sua interseção com a linha de transmissão.

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Solução
  • Dos triângulos semelhantes O2T2 K e O4T4 K têm-se:
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Conclusão: As velocidades angulares das polias são inversamente proporcionais ao segmento determinado na linha de centro por sua interseção com a linha de transmissão.

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