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SEM0104 - Aula 3
Tipos de Mecanismos:
Simples e Complexos
Prof. Dr. Marcelo Becker SEM - EESC - USP
Quantos GDLs possui o conjunto mão,
ante-braço e braço?
Pergunta da Aula Passada
EESC-USP © M. Becker 2012 2/53
Junta Universal
Junta Rotacional
x
22 DoFs
x
x x x x x
Pergunta da Aula Passada
EESC-USP © M. Becker 2012 3/53
Pergunta da Aula Passada
3 GDL
2 GDL
EESC-USP © M. Becker 2012 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 2012 5/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 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
• Osciladores
• Retorno Rápido
• Reversíveis
• Acoplamento
• Geradores de Curvas
• Geradores de Retas
EESC-USP © M. Becker 2012 7/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Atuadores Lineares
• Parafuso Fixo, Porca Fixa
• Cilindro Pneumático ou Hidráulico
• Pinhão - Cremalheira
EESC-USP © M. Becker 2012 8/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Ajuste Fino
• Parafuso e Porca
• Engrenagens
EESC-USP © M. Becker 2012 9/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Hesitação, Pausa e Parada
• Came-Seguidor
EESC-USP © M. Becker 2012 10/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Catraca
• Ratchet
EESC-USP © M. Becker 2012 11/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Contadores
• Roda de
Genebra
• Ratchet
EESC-USP © M. Becker 2012 12/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Osciladores
• Bila-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2012 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 2012 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 2012 15/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Acoplamento
• Junta Universal
• Correia
• Corrente
Hooke Ring and Trunnion
EESC-USP © M. Becker 2012 16/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Acoplamento
Bendix-Zeiss
Rzeppa
EESC-USP © M. Becker 2012 17/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2012 18/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2012 19/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2012 20/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2012 21/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2012 22/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 6 Barras
• 8 Barras
EESC-USP © M. Becker 2012 23/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Curvas
• 6 Barras
EESC-USP © M. Becker 2012 24/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Retas
• Chebyshev
EESC-USP © M. Becker 2012 25/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Retas
• Hoeckens
EESC-USP © M. Becker 2012 26/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Retas
• Roberts
EESC-USP © M. Becker 2012 27/53
Classificação de Mecanismos
L. E. Torfason – Geradores de Retas
• Watt
EESC-USP © M. Becker 2012 28/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 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”
Me = L2
b1 = L3
Ma = L1
b2 = L4
L2 L4
L1
L3
EESC-USP © M. Becker 2012 30/53
Lei de Grashof Equação
L2 L4
L1
L3 Me + Ma < b1 + b2
Me = L2
b1 = L3
Ma = L1
b2 = L4
EESC-USP © M. Becker 2012 31/53
Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 4-Barras
Crank-rocker
Me
Crank-rocker
Me
Double-crank
Me
Double-rocker
Me
Me adjacente a Ma EESC-USP © M. Becker 2012 32/53
Lei de Grashof Inversões do Mecanismo 4-Barras
Me oposto a Ma
Me
Me
Crank-rocker Me
Double-rocker
Me
Double-crank
EESC-USP © M. Becker 2012 33/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 34/53
Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 4-Barras
• Franz Reuleaux
Condição para a montagem de
mecanismos 4-barras
L2 L4
L1
L3
L2: link motor
L1: solo
L3: link acoplador
L4: link seguidor
EESC-USP © M. Becker 2012 35/53
Lei de Reuleaux Montagem do Mecanismo 4-Barras
L2 L4
L1
L3 L2 + L3 + L4 > L1
L2 + L3 - L4 < L1
L2 + L1 + L4 > L3
L2 + L1 - L4 < L3
EESC-USP © M. Becker 2012 36/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 37/53
Mecanismos Simples 4 Barras
• Mecanismo Simples
• Movimento Oscilatório do
link seguidor
• 4 Barras Plano
• 4 Barras Espacial
EESC-USP © M. Becker 2012 38/53
Mecanismos Simples 4 Barras – Exemplo de Aplicação
• Porta malas de veículos de passeio
EESC-USP © M. Becker 2012 39/53
Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento
• Na Lousa
L2 L4
L1
L3
O2
O4
A
B
2 4
3
L2: link motor
L1: solo
L3: link acoplador
L4: link seguidor
2: âng. da barra motriz
4: âng. da barra seguidora
3: âng. da barra acopladora
: âng. de transmissão
EESC-USP © M. Becker 2012 40/53
Mecanismos Simples 4 Barras - Equacionamento
• Na Lousa
L2 L4
L1
L3
O2 O4
A
B
2 4
ABO4
AO2O4
EESC-USP © M. Becker 2012 41/53
Mecanismos Simples 4 Barras
• Significado físico dos 2 valores de
cos
sin tan
1
2
1
2
EESC-USP © M. Becker 2012 42/53
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Exemplos de Aplicação: Motores de
Combustão Interna, Máquinas Ferramenta,
Compressores, etc.
• Deslocamento do Pistão
• Velocidades
• Aceleração
Manivela Pistão
Biela
EESC-USP © M. Becker 2012 43/53
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Diagrama de Corpo Livre e
Equacionamento
O2
A
B
H
Na Lousa EESC-USP © M. Becker 2012 44/53
Mecanismos Simples Biela-Manivela
• Outras Configurações para o Biela-
Manivela
Compressores
Motores
Bomba de
água Manual
Motores de Avião
Mecanismo de
Whitworth
EESC-USP © M. Becker 2012 45/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 46/53
Mecanismos Complexos
• União de 2 ou mais mecanismos simples
4 Barras + Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2012 47/53
Mecanismos Complexos
• União de 2 ou mais mecanismos simples
4 Barras + Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2012 48/53
Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle
• Sobrepujar grandes resistências com a aplicação de pequenas forças
• Aplicações: – Prensas
– Travas de Portas
– Etc.
• Barras CB e BO4 com
Mesmo comprimento
O2
O4
A
B C
EESC-USP © M. Becker 2012 49/53
Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle
• Equacionamento
O2
O4
A
B C
P
F
F = 2 tan P
F o o
EESC-USP © M. Becker 2012 50/53
Mecanismos Complexos Mecanismo Toggle
• Exemplos de Aplicação
EESC-USP © M. Becker 2012 51/53
• Classificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
Sumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2012 52/53
Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2012 53/53
• 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