Desenhos e identificação de peças do sistema mecânico

As peças que compõem o sistema mecânico foram identificadas como sendo as peças do protótipo que estão diretamente relacionadas com o movimento quando acionadas pelo sistema eletromotriz. Entre estas peças estão os conjuntos de martelos, rolamentos lineares e radiais, polias e correia.

O item 4 da lista referente à Figura 8, descreve o conjunto de peças que compõe os martelos. Os martelos devem executar movimentos repetitivos e sequenciais de ascensão e queda correspondente a 40 mm. A energia do impacto dos martelos liberada sobre a superfície de um sistema piso-teto de uma edificação provoca a excitação por meio de vibração dos elementos construtivos circunvizinhos à área de emissão de impactos. Uma parcela da energia de vibração é transmitida pelos elementos construtivos e propagada como ruído aéreo no ambiente receptor. O ruído aéreo decorrente dos impactos produzidos pelos martelos no sistema piso-teto pode então ser medido e avaliado para classificar o desempenho acústico da edificação com relação a ruído de impactos.

Cinco martelos são montados de maneira que suas massas totais individuais devam ser de quinhentos gramas. Conforme representado na Figura 13, no sistema de martelos, cada martelo (1) possui conectado ao seu corpo dois eixos de percurso (3). A guia de elevação (2) é fixada às guias de percurso e esta é fixada por parafuso sobre o topo do corpo do martelo. Durante o movimento, a guia de elevação é impulsionada para cima pelos rolamentos das hastes de elevação.

Os dois eixos de percurso são de aço temperado e durante o movimento de ascensão e queda, deslizam por duas guias de rolamentos lineares que estão inseridas e fixadas perpendicularmente na base média.

As guias de rolamentos lineares têm como objetivo conduzir o martelo durante sua elevação e queda com mínimo desvio do ângulo normal ou atrito lateral que provoque perda de velocidade durante a sua elevação ou queda, conforme orienta a norma ISO 140-7 (1998).

Figura 13. O corpo do martelo (1) montado com a guia de elevação (2) e dois eixos-guia (3)

Fonte: Autor

A guia (2) apresentada nas Figuras 13 e 14, conduz a elevação sendo acionada por 2 rolamentos alternadamente, descrevendo um movimento de ascensão e queda

duas vezes por segundo. O rolamento percorre a superfície recortada na guia de elevação conduzindo o martelo ao seu ponto máximo vertical, 40 mm. da superfície, para ser solto executando queda livre e percutir na superfície do piso.

O desenho da guia de elevação na Figura 14 especifica as dimensões desta peça que inicialmente foi confeccionada em alumínio e posteriormente refeita em bronze para adequar a massa total do martelo às especificações da norma.

Figura 14. Ilustração com dimensões da guia de elevação, peça componente do martelo.

Fonte: Autor

Por ser um componente que sofre impacto e atrito com os rolamentos da guia de acionamento, a guia de elevação do martelo tende a gerar ruído aéreo indesejável para a aplicação prática da máquina. Prevendo este problema, foi necessário observar o comportamento na interação das peças durante o funcionamento do protótipo proposto

por este trabalho com o propósito de especificar a aplicação de um material resiliente entre as duas superfícies para absorver parte do impacto gerador do ruído.

Dentre os diversos tipos de materiais resilientes disponíveis no mercado, foram escolhidos para teste de aplicação os absorvedores de impacto em feltro têxtil, EVA expandido, borracha de silicone e borracha natural em manta. O material que apresentou melhor performance para a aplicação na guia de elevação foi a manta de 3 mm em borracha, recortada e colada para adaptação aos contornos da guia, conforme ilustrado pela Figura 15, item (B). Tal aplicação tornou notória a redução do ruído aéreo produzido pelo protótipo durante seu funcionamento. A borracha de silicone, moldada como batente foi utilizada na parte inferior da placa média, posicionada acima dos martelos para absorver impactos eventuais dos martelos sobre os rolamentos lineares por transporte ou manuseio que retire a máquina da sua posição normal de trabalho, conforme indicado no item (A) da Figura 15.

Fonte: Autor

O conjunto montado de cada martelo fabricado sob as especificações estabelecidas nesta pesquisa foi entregue para conferência de conformidade. Foram conferidas as massas individuais de cada martelo e o diâmetro cada um dos corpos dos cinco martelos, sendo utilizado nestas medições uma balança digital e um paquímetro digital. Na Tabela 3 são demonstradas as medidas da massa individual de cada conjunto

de martelo. Os valores apresentados pela usinagem das peças foram verificadas em balança digital e outros instrumentos pertencentes aos laboratórios da FEC-UNICAMP. Na Tabela 4 são apresentados os resultados das medidas das dimensões dos diâmetros.

Tabela 3. Medida da massa do conjunto de cada martelo pertencente ao protótipo.

Medida das massas em gramas (g)

Martelos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 média Desvio Padrão A 502,44 502,44 502,43 502,43 502,44 501,60 502,44 502,43 502,44 502,43 502,35 0,26 B 501,56 501,55 501,56 501,56 501,56 501,56 501,57 501,56 501,56 501,56 501,56 0,00 C 502,41 502,40 502,41 502,41 502,41 502,41 502,41 502,40 502,40 502,41 502,41 0,00 D 501,87 499,44 499,44 502,00 501,17 499,44 501,17 499,44 502,03 501,87 500,79 1,20 E 499,85 499,84 499,84 499,85 499,84 499,84 499,85 499,85 499,85 499,85 499,85 0,01

Tabela 4. Medida do diâmetro da superfície de impacto de cada um dos martelos.

Medida do diâmetro da superficie de impacto (mm)

Martelos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 média Desvio Padrão A 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 29,9 30,0 0,04 B 30,0 30,0 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 30,0 0,04 C 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 29,9 30,0 0,04 D 30,0 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 29,9 30,0 30,0 30,0 30,0 0,04 E 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 29,9 30,0 29,9 30,0 30,0 30,0 0,04

O movimento de elevação dos martelos ocorre mediante a rotação do eixo principal, pois nele são fixadas as peças responsáveis pelo movimento de elevação de cada um dos martelos de maneira sequencial. A Figura 16 mostra as dimensões do dispositivo que aciona a elevação, montado com seus pinos e rolamentos. Cada uma das cinco peças é composta por uma barra de liga de alumínio que tem em suas extremidades dois furos com rosca onde são fixados dois pinos que suportam o rolamento. Em cada um dos pinos é montado um rolamento radial fechado. Durante o movimento de rotação da haste, os rolamentos de suas extremidades acionarão alternadamente a guia de elevação do martelo.

Fonte: Autor

Após o estudo dos componentes do sistema estrutural do equipamento comercial e a descrição das peças componentes do sistema mecânico, foram identificadas as peças mais complexas para confecção, porém possíveis de serem especificadas e adquiridas segundos modelos padronizados em fornecedores especializados atuantes no mercado nacional. Entre estes itens estão as polias, correia e rolamentos.

Foram adquiridos dez eixos-guias 8 mm para os martelos, o eixo principal de 12 mm onde são instaladas as hastes de acionamento. Estes eixos são classificados pelo fabricante como eixos de precisão e são fabricados em aço cromo (SUJ-2 / S55C), temperado por indução.

Foram também especificados e adquiridos os dois rolamentos com flanges, cujas dimensões e especificações são ilustradas pela Figura 17. Estes rolamentos contêm

flanges para fixação e alinhamento horizontal do rolamento nas peças de suporte vertical e por onde o eixo principal poderá executar a rotação das hastes de acionamento.

Figura 17. Rolamento com flange, parte do sistema de rotação do eixo principal do protótipo.

Fonte: Catálogo comercial FRM (2014).

Os dez eixos de 8 mm que compõem os cinco martelos foram adquiridos em conjunto com 10 rolamentos lineares modelo LM8UU. Estes rolamentos lineares foram especificados após consulta técnica ao Departamento de Projeto Mecânico da UNICAMP. A decisão por adotar este mecanismo de queda difere do mecanismo adotado pelo fabricante do equipamento comercial. O equipamento comercial utiliza um par de

buchas em material composto cuja função é oferecer o alinhamento e a condução de movimento do martelo.

Após o estudo dos dois mecanismos, foi adotado o sistema de rolamentos verticais por oferecer melhor desempenho e facilidade de manutenção, uma vez que estas peças sofrem ação de desgaste constante no uso do equipamento, apresentando alterações ao longo de sua vida útil e perdendo os valores de tolerância estabelecidos pela norma ISO 140-7 (1998) para o funcionamento adequado do equipamento.

Os rolamentos lineares são os responsáveis pela orientação de queda e condução no movimento vertical dos martelos, respeitando os critérios normativos de angulação de queda e mínimo atrito lateral, proporcionando assim ao conjunto do martelo sofrer efeito de queda livre após a sua elevação. A Figura 18 ilustra as dimensões destes rolamentos apresentando sua capacidade de carga e peso.

Fonte: Catálogo comercial adaptado de Kalatec (2014).

Um conjunto de peças que compõe o sistema mecânico é responsável pela transmissão do movimento produzido pelo sistema eletromotriz. O conjunto de transmissão é formado por duas polias que são sincronizadas por meio de uma correia

dentada. Este conjunto transfere a potência de rotação do motorredutor ao eixo principal, movimentando as hastes de elevação que atuam em cada martelo.

Ao especificar os detalhes das dimensões do conjunto de transmissão foi levado em consideração o espaço disponível para instalação no equipamento, prevendo um número mínimo de intervenções e adaptações, assim como foi analisada a capacidade de transmissão da rotação sem prejuízo do torque e velocidade oferecido pelo sistema eletromotriz.

As especificações das peças componentes da Tapping Machine comercial serviram como um referencial para determinar as peças que seriam destinadas ao protótipo desta pesquisa.

O conjunto de transmissão foi cotado junto aos fabricantes nacionais por meio de pesquisa em catálogo de produtos. Foi escolhido o modelo de transmissão composto por duas polias e uma correia modelo XL. A Figura 19 ilustra o conjunto de transmissão especificado para aplicação no protótipo e o desenho em perfil da correia apresenta as dimensões padronizadas da área dentada oferecido pelo catálogo do fabricante.

Dentro das instalações do fabricante de polias e correias foram feitos os estudos de posicionamento, dimensões e funcionalidade do conjunto diretamente sobre o protótipo, facilitando uma escolha mais precisa destes itens. O padrão adotado para a polia possui diâmetro de 51,1 mm incluindo flanges para condução da correia, 28 dentes com passo de 1/5 de polegada (5,08 mm) e tem largura padronizada para modelo número 37, equivalente à largura de 3/8 de polegada (9,53 mm). A correia dentada 150 XL tem o comprimento de 15 polegadas (381 mm) e largura de 3/8 de polegada (9,53 mm). Ao longo da face interna no comprimento apresenta 75 dentes em passo de 1/5 de polegada (5,08 mm). Estas dimensões fazem parte dos modelos padronizados de fabricação e são adotados para o funcionamento adequado, sincronizando o movimento entre as polias pela correia. Uma das polias é fixada ao eixo do motorredutor por meio de parafuso e o mesmo tipo de fixação acontece entre a outra polia e o eixo principal das hastes de elevação.

Figura 19. Conjunto de transmissão formado pelas polias e pela correia dentada.

Fonte: Adaptado de catálogo comercial Dina (2014).