Universidade Federal de Uberlândia
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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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Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Mecânica

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Presentation Transcript


Universidade federal de uberl ndia faculdade de engenharia mec nica

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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  • Aplicação


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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.


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  • Exemplo: Motor em estrela


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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Vídeo – Motor 4 Tempos


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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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  • Correias


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CVT Toroidal


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  • Trens de engrenagens planetárias

    • Diferenciais de automóvel

      • - Diferencial simples

  • - Diferencial auto-blocante


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  • Redutores para aeronaves


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Redutores para aeronaves


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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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Ford Falcon – MAD MAX


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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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- Ex: Peça B => Movimento alternativo


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  • Translação curvilínea: As trajetórias são curvas idênticas e paralelas.

  • Ex: Peça 3


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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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  • Exemplo 1


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  • Exemplo 1


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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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Os triângulos PM3n e O3Pf também são semelhantes, assim:


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- Substituindo em (1) ...

Logo:

  • Existem mais de 2 triângulos semelhantes => O2Ke e O3Kf , assim:


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  • Substituindo em (2)...


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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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  • Exemplo 2


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Solução

Tem-se que:


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Mas...


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  • Dos triângulos semelhantes KPAO2 e KPBO4 têm-se:

  • Mas...


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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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