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δ pp = deflexão devido ao peso próprio, [mm];

L = comprimento do perfil, [m]; E = módulo de elasticidade, [pa]; I = momento de inércia, [m4].

ߜ௉௉= 5ݔ233,37ݔ1,520 ସ

384ݔ200ݔ10ଽݔ2800ݔ10ି଼

ߜ௉௉= 0,0027݉ ݉

Deflexao devido a carga: ߜ௖௔௥௚௔= ி.௅ య ସ଼.ா.ூ (3.15) onde: F = força; [N]; L = comprimento do perfil, [m]; E = módulo de elasticidade, [pa]; I = momento de inércia, [m4].

ߜ௖௔௥௚௔= 19620ݔ1,520 ଷ

48ݔ200ݔ10ଽݔ2800ݔ10ି଼

ߜଶ= 0,256݉ ݉

De acordo com norma NBR 8400, sabemos que a soma dessas deflexões não pode ultrapassar 5 mm. Substituindo os valores obtidos na equação abaixo:

ߜ்௢௧௔௟= ߜ௣௣+ߜ௖௔௥௚௔ (3.16)

ߜ்௢௧௔௟= 0,259݉ ݉

Logo,

ߜ்௢௧௔௟< 5݉ ݉

3.5 HASTES

Para o projeto das hastes de sustentação optou-se pela utilização de barras chatas da fabricante GERDAU. O pefil escolhido, levando em conta as cargas solicitantes e as instruções da NBR 8400, foi a barra chata 3” x 1 ½” de 15,19kg/m, de acordo com a Tabela 3.8.

Tabela 3.8 - Seleção do perfil para as Hastes

Fonte: Cátalogo GERDAU de barras e perfis

O comprimento das hastes é de 1,6m, tal dimensão visa atender as alturas de trabalho da mesa juntamente com as solicitações de carga. Outro fator importante para o valor de 1,6m foi a redução de carga no pistão, pois foi possível trabalhar com ângulos maiores. Essa escolha força a utilização de barras mais robustas, entretanto possibilita um pistão menor, ao comparar os custos foi a melhor solução.

A Figura 3.13 mostra de forma clara a relação entre o ângulo de trabalho,entre haste e base, e as cargas sustentadas pelo pistão, embasando o critério de dimensionamento das hastes. Sendo 18,21º o ângulo de maior solicitação, consequentemente é o ponto mais baixo de atuação da mesa, a 0,50m do solo. Tal gráfico é revisitado no capítulo 4, por sua grande importância no dimensionamento e seleção do pistão pneumático.

Figura 3.13 - Relação entre força no pistão e ângulo de trabalho da mesa Fonte: Os Autores (2019), Software Microsoft Excel

A Tabela 3.9 resume as propriedades do material escolhido, tais informações são utilizadas nos cálculos de solicitação de esforços demonstrados no decorrer deste capítulo:

Tabela 3.9 - Propriedades da barra chata 3" x 1 1/2" utilizada nas hastes

Estrutura Massa distribuída [kg/m] Módulo de Resistência (Wx) [m³] Área Transversal (At) [mm²] Momento de Inércia (Iy) [m4] Haste 15,19 3,68x10-5 2903,22 3,51x10-7

Fonte: Catálogo GERDAU (2019)

Cada lado da mesa é composto por dois pares de hastes tesouras, completando um total de 4 conjuntos. Já que os lados suportam a mesma carga, só se faz necessário a análise de um deles. Seguindo a mesma lógica, podemos dividir a carga do lado escolhido entre os 2

conjuntos de hastes que o compõem. Logo, é feita a análise de uma haste em cada diagonal de todo o conjunto, o que é representativo para todas as outras. Conforme a Figura 3.14, as hastes ACE e A’C’E’ são iguais e estão na mesma diagonal.

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 Ax (N ) θ (Graus)

Figura 3.14 - Haste ACE

Fonte: Os Autores (2019) – Modelo construído no software SolidWorks® 3.5.1 Análise de carga na haste ACE e diagonalmente similares

A haste ACE forma a diagonal que é fixa nas partes superior e inferior, onde recebe a força do pistão pneumático. A carga a qual está solicitada é a total deste lado da mesa (F=19620N, sendo F a força peso da carga atuando sobre o equipamento) dividida por 4, totalizando 4905N.

Figura 3.15 - Diagrama de Forças - Haste ACE

Fonte: Os Autores (2019) – Modelo construído no software SolidWorks®

Considerando os esforços do diagrama de corpo livre da Figura 3.15 chegamos as equações demonstradas a seguir:

∑ ܨ௑ = 0 → ܥ௑ − ܧ௑ = 0 → ܥ௑ = ܧ௑ (3.18)

∑ ܯ஼ = 0 → ൫ܮݏ݁݊(ߠ)൯ܧ௑+ ܮ(cos(ߠ))ܧ௒− ൫2ܮܿ݋ݏ(ߠ)൯ቀிቁ= 0 (3.20)

ܥ௑ = ܧ௑ = ቀிቁቀୡ୭ୱ(ఏ)௦௘௡(ఏ)

ܥ௒ = ܧ௒ = ቀிቁ (3.21)

Agora, podemos decompor as forças considerando o ângulo θ de maior solicitação (consequentemente o menor ângulo, θ=18,21º). Assim, obtém-se os esforços demonstrados na Figura 3.16 a seguir:

Figura 3.16 - Diagrama de Forças Resultantes - Haste ACE Fonte: Os Autores (2019) – Modelo construído no software SolidWorks®

Lembrando que o valor de F já foi encontrado, sendo F=19620N. Assim podemos calcular os valores das cargas atuando sobre a haste e, utilizando o software FTOOL®, demonstrar os diagramas de normal, cortante e momento fletor.

Figura 3.17 - Esforços devido a carga nas hastes ACE e A’C’E’ Fonte: Software FTOOL

Figura 3.18 - Diagrama de força cortante devido a carga nas hastes ACE e A’C’E’ Fonte: Software FTOOL

Figura 3.19 - Diagrama de força normal devido a carga nas hastes ACE e A’C’E’ FONTE: Software FTOOL

Figura 3.20 - Diagrama de momento fletor devido a carga nas hastes ACE e A’C’E’ FONTE: Software FTOOL

O diagrama de corpo livre na haste BCD segue a mesma lógica da haste ACE, invertendo apenas a direção da diagonal e consequentemente o lado das conexões. A carga atuante também será considerada como F/4.

Os esforços atuantes sobre a haste são conforme a Figura 3.21 a seguir:

Figura 3.21 - Diagrama de Forças - Haste BCD

Fonte: Os Autores (2019) – Modelo construído no software SolidWorks®

Logo, as equações a seguir são aplicáveis:

∑ ܨ௑ ൌ Ͳ ՜ ܥ௑ ൌ ܦ௑ ՜ ܦ௑ ൌ ቀிቁቀ௦௘௡(ఏ)ୡ୭ୱ(ఏ)ቁ (3.22)

Agora, decompondo as forças em relação a θ obtém-se o diagrama de forças conforme a Figura 3.22 a seguir.

Figura 3.22 - Diagrama de Forças Resultantes - Haste BCD Fonte: Os Autores (2019) – Modelo construído no software SolidWorks®

Utilizando o valor de F=19620N e o ângulo de maior solcitação de carga θ=18,21º obtemos a configuração de forcas de acordo com a Figura 3.23.

Figura 3.23- Esforços devido a carga na haste BCD Fonte: Os Autores (2019), software FTOOL®

Na sequência é demonstrado os diagramas de momento fletor, cortante e normal devido a carga na haste BCD.

Figura 3.24- Diagrama de força normal devido a carga na haste BCD Fonte: Os Autores (2019), software FTOOL®

Figura 3.25- Diagrama de força cortante devido a carga na haste BCD Fonte: Os Autores (2019), software FTOOL®

Figura 3.26- Momento fletor devido a carga na haste BCD Fonte: Os Autores (2019), software FTOOL®

3.5.3 Cálculo das tensões normais e cisalhantes máximas devido à carga nas hastes Como os valores obtidos dos diagramas de momento fletor, normal e cortante obtidos nas seções 3.5.1 e 3.5.2 são de mesma magnitude, porém em direções opostas, foi considerado que todas as hastes têm solicitações iguais em módulo, logo, só se faz necessária a análise de uma delas, sendo a haste CDE a selecionada como representativa.

3.5.3.1 Tensão normal total na haste ACE e similares

 Tensão normal devido a força normal a haste (

σ

N)

ߪே =ி.ே = ଶଽ଴ଷ,ଶଶ௠ ௠ଵହଷସ଴ே మ= 5,28ܯ ܲܽ (3.24)

onde:

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