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SEM0104 SEM0104 -- Aula 3Aula 3
Tipos de Mecanismos: Tipos de Mecanismos: Simples e ComplexosSimples e ComplexosSimples e ComplexosSimples e Complexos
Prof. Dr. Marcelo Prof. Dr. Marcelo BeckerBeckerSEM - EESC - USP
Quantos GDLs possui o conjunto mão, ante-braço e braço?
Pergunta da Aula Passada
EESC-USP © M. Becker 2008 2/53
22 22 DoFsDoFs
Pergunta da Aula Passada
Junta Universal
Junta Rotacional
xxx xx
xx
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:No Total:
22 DoFs da mão22 DoFs da mão3 DoFs do braço2 DoFs do ante-braço
27 27 DoFsDoFs
EESC-USP © M. Becker 2008 5/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
• Lei de Grashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 6/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. TorfasonTorfason
• 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 2008 7/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. TorfasonTorfason –– Atuadores LinearesAtuadores Lineares
• Parafuso Fixo, Porca Fixa
• Cilindro Pneumático ou Hidráulico
• Pinhão - Cremalheira
EESC-USP © M. Becker 2008 8/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Ajuste FinoAjuste Fino
• Parafuso e Porca
• Engrenagens
EESC-USP © M. Becker 2008 9/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Hesitação, Pausa e ParadaHesitação, Pausa e Parada
• Came-Seguidor
EESC-USP © M. Becker 2008 10/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– CatracaCatraca
• Ratchet
EESC-USP © M. Becker 2008 11/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. TorfasonTorfason –– ContadoresContadores
• Roda de Genebra
• Ratchet
EESC-USP © M. Becker 2008 12/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. TorfasonTorfason –– OsciladoresOsciladores
• Bila-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2008 13/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Retorno RápidoRetorno Rápido
• Mecanismo de Retorno Rápido
– Caracterizam-se por possuírem 2 fases de movimento para uma dada velocidade angular constante
– Relação de tempo “ida-retorno”– 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 MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– ReversíveisReversíveis
• Permitem que a direção de rotação possa ser alterada
– Engrenagens
– 4 Barras– 4 Barras
– Etc.
EESC-USP © M. Becker 2008 15/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– AcoplamentoAcoplamento
• Junta Universal
• Correia
• Corrente
Hooke Ring and Trunnion
EESC-USP © M. Becker 2008 16/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– AcoplamentoAcoplamento
Bendix-Zeiss
Rzeppa
EESC-USP © M. Becker 2008 17/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2008 18/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2008 19/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• 4 Barras
EESC-USP © M. Becker 2008 20/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2008 21/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2008 22/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• 6 Barras
• 8 Barras
EESC-USP © M. Becker 2008 23/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de CurvasGeradores de Curvas
• 6 Barras
EESC-USP © M. Becker 2008 24/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de RetasGeradores de Retas
• Chebyshev
EESC-USP © M. Becker 2008 25/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de RetasGeradores de Retas
• Hoeckens
EESC-USP © M. Becker 2008 26/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de RetasGeradores de Retas
• Roberts
EESC-USP © M. Becker 2008 27/53
Classificação de MecanismosClassificação de MecanismosL. E.L. E. Torfason Torfason –– Geradores de RetasGeradores de Retas
• Watt
EESC-USP © M. Becker 2008 28/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
•• Lei de Lei de GrashofGrashof
• Lei de Reuleaux
• Mecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 29/53
Lei de GrashofLei 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 “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
L2L4
L1
L3
EESC-USP © M. Becker 2008 30/53
Lei de GrashofLei de GrashofEquaçãoEquação
L L4
L3Me + Ma < b1 + b2L2
L4
L1
Me + Ma < b1 + b2
Me = L2
b1 = L3
Ma = L1
b2 = L4
EESC-USP © M. Becker 2008 31/53
Lei de GrashofLei de GrashofInversões do Mecanismo 4Inversões do Mecanismo 4--BarrasBarras
Me
Crank-rocker
Crank-rocker
Me
Double-crank
Me
Double-rocker
Me
Me adjacente a MaEESC-USP © M. Becker 2008 32/53
Lei de GrashofLei de GrashofInversões do Mecanismo 4Inversões do Mecanismo 4--BarrasBarras
Me
Me oposto a MaMe
Crank-rockerMe
Double-rocker
Me
Double-crank
EESC-USP © M. Becker 2008 33/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
•• Lei de Lei de GrashofGrashof
•• Lei de Lei de ReuleauxReuleaux
• Mecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
• Mecanismos Simples
– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 34/53
Lei de ReuleauxLei de ReuleauxMontagem do Mecanismo 4Montagem do Mecanismo 4--BarrasBarras
• Franz Reuleaux
Condição para a montagem de mecanismos 4-barras
L2L4
L1
L3
L2: link motor
L1: solo
L3: link acoplador
L4: link seguidor
EESC-USP © M. Becker 2008 35/53
Lei de ReuleauxLei de ReuleauxMontagem do Mecanismo 4Montagem do Mecanismo 4--BarrasBarras
L3L2 + L3 + L4 > L1
L + L - L < LL2L4
L1
L2 + L3 - L4 < L1
L2 + L1 + L4 > L3
L2 + L1 - L4 < L3
EESC-USP © M. Becker 2008 36/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
•• Lei de Lei de GrashofGrashof
•• Lei de Lei de ReuleauxReuleaux
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples– 4 Barras
– Biela Manivela
• Mecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 37/53
Mecanismos SimplesMecanismos Simples4 Barras4 Barras
• Mecanismo Simples
• Movimento Oscilatório do
link seguidor
• 4 Barras Plano
• 4 Barras Espacial
EESC-USP © M. Becker 2008 38/53
Mecanismos SimplesMecanismos Simples4 Barras 4 Barras –– Exemplo de AplicaçãoExemplo de Aplicação
• Porta malas de veículos de passeio
EESC-USP © M. Becker 2008 39/53
Mecanismos SimplesMecanismos Simples4 Barras 4 Barras -- EquacionamentoEquacionamento
• Na Lousa
B
L2: link motor
L1: solo
L : link acoplador
L2L4
L1
L3
O2
O4
A
B
θ2θ4
θ3
γγγγ
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
EESC-USP © M. Becker 2008 40/53
Mecanismos SimplesMecanismos Simples4 Barras 4 Barras -- EquacionamentoEquacionamento
• Na Lousa
B
ABO4
L2L4
L1
L3
O2O4
A
B
θ2θ4
γγγγ
αααα
β
AO2O4
EESC-USP © M. Becker 2008 41/53
Mecanismos SimplesMecanismos Simples4 Barras4 Barras
• Significado físico dos 2 valores de γγγγ
sintan
γγγγ1
γγγγ1
cos
γγγγ1
γγγγ2
γγγγ2
EESC-USP © M. Becker 2008 42/53
Mecanismos SimplesMecanismos SimplesBielaBiela--ManivelaManivela
• Exemplos de Aplicação: Motores de Combustão Interna, Máquinas Ferramenta, Compressores, etc.
• Deslocamento do Pistão
• Velocidades
• Aceleração
ManivelaPistão
Biela
EESC-USP © M. Becker 2008 43/53
Mecanismos SimplesMecanismos SimplesBielaBiela--ManivelaManivela
• Diagrama de Corpo Livre e Equacionamento
A
Bθθθθ φφφφ
H
O2
Bθθθθ φφφφ
H
Na LousaEESC-USP © M. Becker 2008 44/53
Mecanismos SimplesMecanismos SimplesBielaBiela--ManivelaManivela
• Outras Configurações para o Biela-Manivela
Compressores
Motores
Bomba de
água Manual
Motores de Avião
Mecanismo de
Whitworth
EESC-USP © M. Becker 2008 45/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
•• Lei de Lei de GrashofGrashof
•• Lei de Lei de ReuleauxReuleaux
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples–– 4 Barras4 Barras
–– Biela ManivelaBiela Manivela
•• Mecanismos ComplexosMecanismos Complexos
• Bibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 46/53
Mecanismos ComplexosMecanismos Complexos
• União de 2 ou mais mecanismos simples
4 Barras + Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2008 47/53
Mecanismos ComplexosMecanismos Complexos
• União de 2 ou mais mecanismos simples
4 Barras + Biela-Manivela
EESC-USP © M. Becker 2008 48/53
Mecanismos ComplexosMecanismos ComplexosMecanismo ToggleMecanismo Toggle
• Sobrepujar grandes resistências com a aplicação de pequenas forças
• Aplicações:– Prensas
– Travas de Portas
O2
– Travas de Portas
– Etc.
• Barras CB e BO4 com
Mesmo comprimentoO4
A
BC
EESC-USP © M. Becker 2008 49/53
Mecanismos ComplexosMecanismos ComplexosMecanismo ToggleMecanismo Toggle
• Equacionamento
O2F = 2 tan αP
O4
A
BC
αααα αααα
P
F
P
α 0 F oo
EESC-USP © M. Becker 2008 50/53
Mecanismos ComplexosMecanismos ComplexosMecanismo ToggleMecanismo Toggle
• Exemplos de Aplicação
EESC-USP © M. Becker 2008 51/53
•• Classificação de MecanismosClassificação de Mecanismos
•• Lei de Lei de GrashofGrashof
•• Lei de Lei de ReuleauxReuleaux
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples
Sumário da AulaSumário da Aula
•• Mecanismos SimplesMecanismos Simples–– 4 Barras4 Barras
–– Biela ManivelaBiela Manivela
•• Mecanismos ComplexosMecanismos Complexos
•• Bibliografia RecomendadaBibliografia Recomendada
EESC-USP © M. Becker 2008 52/53
Bibliografia RecomendadaBibliografia 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
EESC-USP © M. Becker 2008 53/53
• MARTIN, G.H. “Cinematics and dynamics of machines”.
• NORTON, R. “Machinery dynamics”.
• Notas de Aula