fundamentos para o projeto de componentes de máquinas

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Índice CAPÍTULO 01 - INTRODUÇÃO _____________________________________ 01 1.1 - INTRODUÇÃO ____________________________________________________ 01 1.2 PROJETO CONCEITO - CADEIRA DE RODAS DE FIBRA DE CARBONO __________ 02 1.2.1 - CICLO DE DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO _______________________________ 04 1.2.2 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DE UMA CADEIRA DE RODAS DE LAZER _______ 05 1.3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A SEGURANÇA _____________________________ 08 1.4 - FATOR DE SEGURANÇA ____________________________________________ 09 1.5 - ESCOLHENDO UM FATOR DE SEGURANÇA ____________________________ 09 1.6 - CONSIDERAÇÕES ECOLÓGICAS _____________________________________ 13 1.7 - CONSIDERAÇÕES SOCIAIS __________________________________________ 14 1.8 - METODOLOGIA P/ RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE COMPONENTES MECÂNICOS ____________________________________________ 15 1.9 - UNIDADES ________________________________________________________ 16 1.10 - COMENTÁRIOS SOBRE OS PROGRAMAS COMPUTACIONAIS ____________ 18 1.11 - CONFIABILIDADE DO PROJETO MECÂNICO ___________________________ 18 1.12 - FORMULAÇÃO DO PROBLEMA DA CONFIABILIDADE ESTRUTURAL _______ 22 CAPÍTULO 02 - ANÁLISE DE TENSÕES E DEFORMAÇÕES ______________ 24 2.1 - INTRODUÇÃO _____________________________________________________ 24 2.2 - TENSÃO __________________________________________________________ 24 2.3 - TENSÕES EM MEMBROS COM CARREGAMENTO AXIAL _________________ 27 2.3.1 - CARGA AXIAL __________________________________________________________ 27 2.3.2 - CARGA AXIAL - TENSÃO DE APOIO ________________________________________ 27 2.3.3 - TENSÃO MÉDIA DE CISALHAMENTO _______________________________________ 28 2.4 - TRANSFORMAÇÃO DE TENSÃO ______________________________________ 29 2.4.1 - EQUAÇÕES PARA TRANSFORMAÇÃO DE TENSÃO PLANA _____________________ 29 2.4.2 - CÍRCULO DE MOHR ______________________________________________________ 30 2.4.3 - CONSTRUÇÃO DO CÍRCULO DE MOHR PARA TENSÕES _______________________ 32 2.4.4 - TENSÕES PRINCIPAIS PARA O ESTADO GERAL DE TENSÕES __________________ 34 2.4.5 - CÍRCULO DE MOHR PARA O ESTADO GERAL DE TENSÕES ____________________ 35 2.5 – ANÁLISE DE DEFORMAÇÃO _________________________________________ 36 2.6 - LEIS DE TENSÃO - DEFORMAÇÃO LINEAR E ENERGIA DE DEFORMAÇÃO ____________________________________________ 37 2.6.1 - COEFICIENTE DE POISSON PARA MATERIAIS ISOTRÓPICOS ___________________ 37 2.6.2 - LEI DE HOOKE PARA MATERIAIS ISOTRÓPICOS (ESTADO TRIAXIAL DE TENSÕES) _______________________________________________ 38 2.7 - EXTENSOMETRIA __________________________________________________ 39 2.7.1 - EXTENSÔMETRO ELÉTRICO (STRAIN-GAUGE) _______________________________ 40 2.7.2 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO E USO ____________________________________ 42 2.7.3 - TIPOS DE EXTENSÔMETROS ELÉTRICOS (STRAIN-GAUGES) __________________ 43 2.8 - RELAÇÕES TENSÃO - DEFORMAÇÃO _________________________________ 45 2.9 - O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS _______________________________ 45 2.9.1 - INTRODUÇÃO __________________________________________________________ 45 2.9.2 – SÍNTESE HISTÓRICA ____________________________________________________ 46 2.9.3 - O MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS _____________________________________ 48 2.9.4 - EQUAÇÕES BÁSICAS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS ________________ 50 2.10 - EXERCÍCIOS RESOLVIDOS _________________________________________ 51 2.11 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS _________________________________________ 61 CAPÍTULO 03 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS DOS MATERIAIS -CARREGAMENTO ESTÁTICO ___________________________ 63 3.1 - INTRODUÇÃO _____________________________________________________ 63 3.2 - CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS _____________________________________ 64 3.3 - TEORIAS DE FALHAS COM CARREGAMENTO ESTÁTICO _________________ 73 3.3.1 - FALHA DE MATERIAIS DÚCTEIS SOB CARGA ESTÁTICA _______________________ 74 i
3.3.2 - EXERCÍCIO RESOLVIDO _________________________________________________ 79 3.3.3 - FALHA DE MATERIAIS FRÁGEIS SOB CARGA ESTÁTICA ______________________ 80 3.4 - SELEÇÃO DE MATERIAIS ___________________________________________ 83 3.4.1 - MATERIAIS METÁLICOS _________________________________________________ 84 3.4.2 - MATERIAIS CERÂMICOS _________________________________________________ 87 3.4.3 - MATERIAIS POLIMÉRICOS _________________________________________ 88 3.5 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS __________________________________________ 91 CAPÍTULO 04 - CARREGAMENTO DINÂMICO - FADIGA E CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES ____________________________________ 103 4.1 - INTRODUÇÃO ______________________________________________________ 103 4.2 - TESTE DE FADIGA __________________________________________________ 104 4.3 - DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE RESISTÊNCIA À FADIGA _________________ 105 4.3.1 - FATORES MODIFICATIVOS ________________________________________________ 107 4.4 - LIMITE DE RESISTÊNCIA PARA VIDA FINITA ____________________________ 111 4.5 - FADIGA SOB TENSÕES FLUTUANTES _________________________________ 112 4.6 - FADIGA SOB TENSÕES COMBINADAS _________________________________ 115 4.7 - FADIGA DE CONTATO SUPERFICIAL __________________________________ 116 4.8 - GRÁFICOS P/ DETERMINAÇÃO DO FATOR DE CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES KT _______________________________________ 117 4.9 - PREVISÃO DE FADIGA COM CARGAS VARIANDO RANDOMICAMENTE __________________________________________ 119 4.10 - EXERCÍCIOS RESOLVIDOS _________________________________________ 120 4.11 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS _________________________________________ 125 CAPÍTULO 05 - EIXOS E ARVORES DE TRANSMISSÃO _________________ 129 5.1 - INTRODUÇÃO _____________________________________________________ 129 5.2 - MATERIAIS PARA EIXOS E ÁRVORES _________________________________ 129 5.3 - CARREGAMENTO ESTÁTICO ________________________________________ 131 5.3.1 - CARREGAMENTO ESTÁTICO SUJEITO À FLEXÃO, TORÇÃO E ESFORÇO AXIAL ____________________________________________________ 132 5.3.2 - CARREGAMENTO ESTÁTICO SUJEITO À FLEXÃO E TORÇÃO __________________________________________________________ 133 5.4 – EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - CARREGAMENTO ESTÁTICO SUJEITO À FLEXÃO E TORÇÃO ________________________________ 134 5.5 - DIMENSIONANDO EIXOS PELA NORMA ASME _________________________ 135 5.6 - EIXOS E ÁRVORES SUJEITOS À FADIGA ______________________________ 137 5.6.1 - CRITÉRIO DE FADIGA – GOODMAN ________________________________________ 137 5.6.2 – CRITÉRIO DE FADIGA - SODERBERG ______________________________________ 138 5.7 – EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - CRITÉRIO DE FADIGA POR SODERBERG ______________________________________________ 139 5.8 – CHAVETAS / PINOS ________________________________________________ 144 5.9 - UNIÃO DE EIXOS COM CUBOS ______________________________________ 145 5.10 - DIMENSIONAMENTO DE CHAVETAS _________________________________ 146 5.11 – EXERCÍCIOS RESOLVIDOS – CHAVETAS ____________________________ 147 5.12 - VIBRAÇÃO DE EIXOS ______________________________________________ 149 5.13 - FREQÜÊNCIA NATURAL E VELOCIDADE CRÍTICA ______________________ 151 5.14 - FREQÜÊNCIA NATURAL DE EIXOS COM DIVERSAS MASSAS ___________________________________________________ 152 5.15 – EXERCÍCIOS RESOLVIDOS – VIBRAÇÕES EM EIXOS ___________________ 155 5.16 - EIXOS ESCALONADOS ____________________________________________ 158 5.17 - VELOCIDADES CRÍTICAS DE ORDEM SUPERIOR ______________________ 161 5.18 - EIXOS ESCALONADOS ____________________________________________ 163 5.19 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS - DIMENSIONAMENTO DE EIXOS ____________ 164 CAPÍTULO 06 - LUBRIFICAÇÃO E MANCAIS DE DESLIZAMENTO ________________________________________________ 168 ii
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determinação do campo de deslocam
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Tais publicações uniram os concei
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experiência e um bom senso na aná
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l ' T = x −σ ⋅l τ = ' Tz −
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Resolução : a) Figura 35 - Soluç
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σ = 140MPa ; σ = 20MPa ; τ = −
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n ' Os valores obtidos foram os seg
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d) Componentes da tensão no elemen
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) 18,4º e 108,4º; 151,7 MPa e 13,
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previamente assinalado no corpo de
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A avaliação de tensões produzida
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As deformações elásticas são re
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e moléculas deslocados não retorn
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TENACIDADE É a medida da energia n
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Por exemplo, suponha que um materia
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Figura 15 - Distorção geométrica
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O limite de resistência ao cisalha
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Então: Condições de dimensioname
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O componente estrutural se rompe qu
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carrocerias construídas integralme
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usuário, para adquirir caracterís
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estabilidade térmica, os materiais
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TIPO DE MATERIAL CARACTERÍSTICAS C
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2. Em um fio de aço são marcados
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13. Usando os valores típicos das
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21. Uma barra de alumínio é feita
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Devido a erro de fabricação o com
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Figura 34 - Exercício resolvido 33
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15.6] As forças atuantes na correi
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4.2 - TESTE DE FADIGA O carregament
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Provoca-se um momento constante ao
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Kd = Fator devido à temperatura; K
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Dependendo do tipo de material ou d
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Figura 8 - Determinação da resist
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Outra concepção desta teoria é o
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2 ax 2 ay σ a '= σ − ( σ ax ×
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118
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é um procedimento difícil. Palmgr
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Cálculo de Kt d w 10 = = 15 Kt = 2
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K b d e ⎛ = ⎜ ⎝ d 7, 62 ⎞
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material é aço AISI 1020, laminad
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Figura 21 - Exercido proposto 12. 1
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caros e de maior sensibilidade às
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5.3.1 - CARREGAMENTO ESTÁTICO SUJE
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5.4 - EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - CARR
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Segundo a norma ASME - as máximas
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⎧ ⎪32n ⎡⎛ M d = ⎨ ⎢ ⎜
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a b u K = a. S → a = 4,51 e b = -
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Força radial no segundo par FR FT
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a b u K = a. S → a = 4,51 e b = -
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Para exemplificar os padrões de ch
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T F = d => Força na chaveta 2 d 40
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Para se determinar o raio r, pode-s
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5.14 - FREQÜÊNCIA NATURAL DE EIXO
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Para inclusão da massa do eixo nos
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Figura 15 - Aplicação de vibraç
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w w 2 n n = 774602 = 880,1 rad/s 60
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Figura 17 - Deflexões em um eixo d
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Consideremos o caso da palheta do r
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Figura 19 - Eixo e mancais 5.19 - E
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3. Um eixo S de aço AISI 1137, lam
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CAPITULO 06 - LUBRIFICAÇÃO E MANC
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Ou na unidade cgs: Ou nas unidades
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Pode-se ver o que acontece se hmin
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6.8 - MECANISMOS DA LUBRIFICAÇÃO.
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Métodos de Lubrificação dos Manc
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longitudinal da pressão. Na lubrif
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A espessura mínima de filme de ól
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π γμN f cp 2 2 = Igualando as du
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Fig.10 - Relações geométricas em
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Este grupamento de grandezas é com
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6.20 - PRINCIPIOS HIDRODINÂMICOS S
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DADOS INICIAIS DO PROGRAMA Carga: 5
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Onde o espaço é vital, como no ca
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Notando que AB, na Fig. 12, e OO’
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onde Q é a quantidade de calor rec
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f r 2 = 0, 108lb − ft / min* pol
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Um mancal de ferro fundido, suporta
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lineares periféricas médias de 60
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Fig.16 - Posição da espessura mí
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Fig.18 - Razão da vazão,conforme
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6.33 - EXERCÍCIO RESOLVIDO Um manc
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⎛ ⎜ ⎝ 1 ⎞ ⎛ 1 ⎞ ⎟. f
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C0 - capacidade de carga estática
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Sendo Lh10 = Lh duração de vida n
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Para simplificar, consta o expoente
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Ou expresso em horas: Lhna = a1. a2
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olamento parado (sem influência de
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aptidão da graxa, deverá ser apli
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Campo I: Transição para a durabil
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Especialmente as partículas com um
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mancais, é necessário um processo
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7.7 - PROCESSO DE SELEÇÃO DE ROLA
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DIMENSÕES PRINCIPAIS - SISTEMAS DE
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X Y X Y 0,3 0,22 1 0 0,56 2 0,5 0,2
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A pista do anel externo é esféric
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aço. Os rolamentos híbridos de ce
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O ângulo de contato α determina a
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Tabela 5a - Exercício resolvido 1
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extrema limpeza ηc = 1 e por conse
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Cálculo do tempo de vida: (Pág 28
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O rolamento selecionado segundo a t
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CAPÍTULO 08 - PROJETO DE PARAFUSOS
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PARAFUSOS PRISIONEIROS São parafus
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Tabela2 - Tipos de parafusos 254
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Permitem, também, movimento de pe
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i = 0,063P. A rosca métrica fina,
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Tabela 4 - Tabela de roscas no sist
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Duas tabelas a seguir mostram os va
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∑ ∑ F = P − Nsenλ − μN co
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Para parafusos de potência, a rosc
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Substituindo esses valores, tem-se:
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esistência à fadiga,em função d
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Porém o valor limite de σb é a r
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8.3.6 - EXERCÍCIOS RESOLVIDO 1. Ca
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S n = prova C. P A F t i = 5, 03 2.
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Na maioria das vezes, o tipo de car
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Os efeitos de concentração de ten
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No terceiro passo as forças de cis
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6. Os componentes de um atuador hid
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(a) Junta de topo. As chapas para j
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Inadequado Adequado Tabela 01 - Tip
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Inadequado Adequado Tabela 01 (cont
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Inadequado Adequado Tabela 01 (cont
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(a) Soldas de Topo. A equação da
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Fe = (τ1 JG)/ρ` Para obter JG rec
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9.5 - TORÇÃO NAS JUNTAS SOLDADAS
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Tabela 2 - Propriedades de Torção
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9.8 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS Tabela
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4. Qual a junta mais efetiva, a tra
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10. A viga Z é unida obliquamente
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10.2 - ENGRENAGENS CILÍNDRICAS DE
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10.2.2 - RAZÃO DE VELOCIDADES A ra
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AB - segmento de reta, com inclina
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R ⋅ M R'⋅M ' tan β = = ⋅ cos
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Mas: sen βn sen β f ≅ cosα N m
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Se o fator de recobrimento for 2 te
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Figura 12 - Componentes radial,axia
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10.4.2 - RELAÇÃO DE VELOCIDADES S
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10.4.5 - RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO
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Figura 17 - Força atuante sobre de
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conduzidos a diâmetro bastante ele
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m FP = m AC = dp/Np m NP = m NC m A
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dW + dG C = ⇒ distância entre ce
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interessante notar que uma engrenag
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Em uma forma mais geral: onde: e =
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Figura 30 - Exercício proposto 5 6
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FERRO FUNDIDO O ferro fundido é um
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A) DESGASTE POR ESCORREGAMENTO Este
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em conta os efeitos dinâmicos, ent
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2 k 2 = y recebe o nome de FATOR DE
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Para a determinação de Cv usamos
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Resolução: Mt = 3000 Kg . mm n 30
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m = 3,75 dp = m. Z = 3,75. 68 dp =
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FÓRMULA DE HERTZ: Figura 4 - Condi
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Número mínimo de dentes para evit
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11.3.6 - EXERCÍCIO RESOLVIDO - ENG
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Onde: sen β Z ⋅ Z + E C = 2 4
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2⋅ M P = d n t 2⋅ M t 2⋅ M t
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Verificação ao desgaste: P = M v
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K1 fator de serviço K2 fator de
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H B σ c adm onde g = 60 . n . hf 0
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onde o índice c se refere a coroa.
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11.6.4 - RENDIMENTO DOS PARAFUSOS S
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Figura 8 - Rendimento x Avanço. Da
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= l . cos αc = k .mn . cos αc b =
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Número de Dentes Y Número de Dent
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3. Um pinhão de aço tem um módul
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7. Com um ângulo de contato de 20
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11.7.3 - DURABILIDADE SUPERFICIAL E
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Cv Fator de qualidade (Qv) Velocida
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2. Um engrenamento é constituído
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H • Cálculo da potência transmi
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CAPITULO 12 - PROJETO DE FREIOS E E
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• Deformação por cisalhamento:
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Para decidir a respeito do projeto
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p pa senβ senβa = senβ p = pa se
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E como os momentos tem o mesmo sent
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Figura 3 - Sapata externa A notaç
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Figura 4a - Freio com pivô simétr
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Pela Figura 5 a força atuante P2
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MÓDULO DE CONTROLE Um módulo de c
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PRESSÃO UNIFORME Quando pode-se co
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12.11 - CONSIDERAÇÕES SOBRE TEMPE
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12.14 - OPERAÇÃO DE AR SUSPENSO N
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• Vigas\R1.exe - Engastada com ex
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• Indicar o fator de carregamento
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13.6 - DIMENSIONAMENTO DE PARAFUSOS
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[1] Torção em junta soldadas [2]
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Ferro Fundido AGMA-30 175 HB Ferro
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• Menu principal: [1] Banco de da
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13.14 - ROLAMENTOS DE ESFERA PARA U
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• Estabelecer um fator de seguran
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A N E X O S 432
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Tabela A-1 - Propriedades Mecânica
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Tabela A-9 - Propriedades Físicas
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Ligas de Alumínio Forjado 1100 202
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25. DUDLEY DW, Handbook of Practica
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68. SHIGLEY J. E., MISCHKE C. R., a
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112. DUDLEY DW, Handbook of Practic
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fundamentos para o projeto de componentes de máquinas

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