Parâmetros de projetos e Ergonomia
Professores autores:
Claudio da Silva Andretta Eduardo Silva Lisboa Marcelo N. Capuano
Janeiro 2016 Disponível em : www1.fatecsp.br/Lisboa apostilas
Dados individuais de projeto
FATEC-SP – Depto Mecânica – MFP
Diagrama do equipamento: torno dedicado a manutenção de cilindro de laminação
Como procedimento inicial deveremos estabelecer os avanços de acabamento e desbaste
A operação de acabamento deverá ser priorizada, assim para o avanço de desbaste será usado um valor prático reconhecido ou imposto como dado de entrada.
e
d r
f 0,5. [mm/volta]
A rugosidade teórica esperada é diretamente proporcional ao quadrado do avanço e inversamente proporcional a 8 X re. (re = raio de ponta da ferramenta)
e A
r Rt f
. 8
2 fA Rt.8.re Rt [μm] re [mm] fA [mm/volta]
No projeto a rugosidade virá especificada como Ra (rugosidade média), e deverá ser convertida em Rt, através da tabela a seguir, e interpolado os valores caso necessário.
Conversão de Rugosidade máxima em Rugosidade média
Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m]
1,6 0,30 2,6 0,53 4,5 0,90 9,0 1,80
1,8 0,35 2,8 0,58 5,0 0,99 10,0 2,00
2,0 0,40 3,0 0,63 6,0 1,20 15,0 3,20
2,2 0,44 3,5 0,71 7,0 1,40 20,0 4,40
2,4 0,49 4,0 0,80 8,0 1,60 25,0 5,80
* - interpolar valores Fonte: catálogo Sandvik – 1990 – pg.
455.
Escolher uma ferramenta baseada no material, na velocidade de corte que desejamos trabalhar e nas condições de processo. (De catálogo a escolha será: Substrato P10 ( classe ISO de metal duro) -
Qualidade Sandvik CT 525 –), adequado para corte continuo em materiais duros. A escolha da ferramenta possibilita selecionar em catalogo, em função do avanço e do material, a velocidade de corte adequada para uma vida pré-estabelecida.
Velocidade de corte [m/min]
Material Avanços [mm/volta]
ABNT/CMC 0,05 0,1 0,3
52100 / 02.2 215 180 125
4340 / 02.2 200 165 115
1045 / 01.2 390 330 230
Fonte: catálogo Sandvik – 1990 – pg. 466 e 491.
* interpolar valores quando necessário Deve-se comparar por semelhança de
triângulos, dois pares destes, que contenham a incógnita em questão. Comparando o triângulo 1- 3-5 com o triângulo 1-2-6
D E
D F B A
C A
Uma vez estabelecida as velocidades de corte para o acabamento e para o desbaste, tem-se as rotações
Se Vc .D.n então
A c
A D
n VA
.
e
D c
D D
n VD
.
rpm
min volta
A média entre as rotações da árvore servirá de base para a escolha da rotação do motor, que deverá ser o mais próxima desta, a fim de minimizar a relação de transmissão total da caixa.
2
D A motor
n
n n
É conveniente que o motor escolhido seja de valor monetário pequeno, que atenda as especificações desejadas. Optaremos pelo tipo trifásico assíncrono de gaiola.
Rotação dos motores
O número de rotações dos motores de corrente alternada e a formação do campo girante dependem:
Da freqüência f do sistema que fornece energia elétrica. No Brasil, a legislação pertinente estabeleceu a freqüência 60hertz.
Do numero de pólos do motor. A rotação síncrona de um motor em RPM é o numero de rotações com que, para dados valores do número de pólos e da freqüência, ele é suscetível de girar chamado de p o número de pólos do motor, teremos:
n = 120 . f / p Assim, teremos, quando f for igual a 60 hertz.
A medida que se aumenta o numero de polos, abaixa-se a rotação o que pode ser benéfico como escolha do motor pois tende a deixar a rotação de entrada mais próxima da rotação de saída minimizando o custo da caixa de transmissão por conta de ter uma relação mais próxima de 1, porem motores com maior numero de polos implica em maior numero de bobinas, acarretando em mais cobre mais valor, mais espaço, maior carcaça, mais valor , e há um ponto em que esta relação é ótima, em nosso estudo não faremos verificaremos viabilidade econômica, ficando a escolha atrelada ao motor de rotação mais próxima da rotação media de saída da arvore
Como primeira escolha o numero de dentes das engrenagens motoras (pinhões), terão ambos 17 dentes, pois um numero menor que 17 acarretaria em adelgaçamento no pé do dente quando esta fosse cortada por cremalheira de referência, e um numero maior que 17 implica em aumento geral de dimensões na caixa (coroas, eixos, rolamentos).
Para que se tenha um escalonamento suave de um estágio para o outro, utilizaremos o recurso da progressão geométrica da caixa de câmbio, ficando assim proporcionalmente igual a relação entre a correia e o par de engrenagem.
1
n
menor maior
n
n
Onde é a progressão geométrica por estágio, ou podemos entender por relação de transmissão por estágio.
O custo do elemento de transmissão “correia-polia V” é o menor entre os elementos envolvidos, por esta razão, iremos aumentar a relação da correia em 20 %, ficando assim:
. 2 ,1
correia
i
Voltando a caixa de câmbio
Uma vez escolhido o a rotação do motor, tendo-se a relação de transmissão da correia, o numero de dentes dos pinhões e as rotações de saída, tem-se como calcular o número de dentes das coroas.
movidas das
produto
motoras das
produto n
nsaida entrada
.
2 1
Z i Z n
nA motor correia
4
. 3
Z i Z n
nD motor correia
Sendo o módulo de uma engrenagem influenciado em seu tamanho preponderantemente pelo momento torsor a que esta submetida, dos dois pares, o do desbaste espera-se que tenha maior módulo, e consequentemente o maior tamanho físico, acarretando em um maior entrecentro.
Assim, como os eixos são paralelos, e os pares terão deslocamento axial, teremos que fixar um entrecentro, seguindo o raciocínio de minimizar a caixa, o entrecentro constante para ambos os pares será o do par de desbaste.
2
4 3 4 , 3 4 , 3
Z m Z
a
Porem não possuímos ainda os módulos das engrenagens, e para isto teremos que quantificar os momentos torçores nos eixos dos pinhões, que são função das potencias por eixo.
Potências
n D h
b ks N v F N v F t N
d N F
N t c c c c 1Z . 1
. .
f sen D n sen
ks ap N n D h
b ks
N r Z
r c
Z
c
1 1
1 1
A r
Z A Ar A
cA f sen D n
sen ks ap
N
1 1
D r
Z D Dr D
cD f sen D n
sen ks ap
N
1 1
Considerando o eixo árvore como eixo I, o eixo intermediário como eixo II e o eixo do motor como eixo III, teremos então em função dos rendimentos, potencias diferenciadas e maiores em cada um destes eixos a medida que caminhamos no sentido do motor, pois haverão perdas.
II I
cA II
N A N
,
II I
cD II
N N
D
,
III II
IIA motor
N A N
,
III II
IID motor
N D N
,
Baseado na potencia necessária em desbaste para o eixo III (motor) pode-se fazer então a seleção do motor em catálogo de fabricante, pois temos o tipo, Trifásico assíncrono de gaiola, temos o numero de pólos e portanto, a rotação e por fim agora dimensionamos a potencia mínima necessária em seu eixo. Caracterizada pela potencia de desbaste no eixo III.
Momentos
n Mt N
então Mt
R F se R n F
N v F t N
d N F
N t
_ 2 2
. .
O Momento torsor que nos interessa a é o que esta estabelecido no eixo intermediário, eixo II, pois é neste eixo que se encontram os pinhões, que deverão ser dimensionados pelos seus módulos críticos, estes diretamente proporcionais aos momentos torçores de acabamento ou desbaste, conforme o caso.
A II
II n
Mt N A
A
2 D
II
II n
Mt N D
D
2
Critério de resistência – módulo crítico
Em 1892, Wilfred Lewis, apresenta a equação para o cálculo do dente:
e m b
q Ft
máx
.
b = largura do dente
e = (0,8 1,5) – fator de carga q = fator de forma
e = 0,8 para utilização e incidência de carga máxima continuadamente
e = 1,5 para pouco uso e pequenas incidências de carga máxima. Se
e m b D
q Mt D
F Mt D
Mt Ft t máx
2 2
2 .
Considerando D = d e d = m . Z
a m b m
b 10 25 17
Substituindo, temos: . . 3 17 0,5 3 . 2
17 2
e Z
q m Mt
e Z m
q Mt e
m m Z
m
q Mt
máx máx
máx
Podemos, a favor da segurança, utilizar e = 0,8
3
.
_ ( _ _ _ _ )
528 , 0
pinhão flexão
máx
pinhão eixo crítico
Z q
m Mt
par do resitente menos material
pinhão
[fazer análise
dimensional]
Se o pinhão tiver 17 dentes 3
.
_ ( _ _ _ _ )
315 , 0
par do resitente menos material pinhão
flexão máx
pinhão eixo crítico
m Mt
[mm]
Mt [N . mm] e máx [N / mm2] Escolher módulo normalizado maior mais próximo
q = fator de forma (função do número de dentes do pinhão)
Engrenamento externo – para unidades em [mm] na equação de módulo crítico
Z 12 13 14 15 16 17 18 21 24 28 34 40 50 65 80 100
q 4,5 4,3 4,1 3,9 3,75 3,6 3,5 3,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5
Engrenamento interno
Z 20 24 30 38 50 70
q 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2
Obs.: se for utilizar valores em cm na equação de módulo critico, multiplicar o fator “q” por 10 Materiais
Largura “b” (dimensionamento inicial)
Quanto a largura da engrenagem, pode-se, como cálculo inicial, assumir como sendo o pinhão
“quadrado”, ou seja seu diâmetro primitivo igual a sua largura Temos: d=m . Z assim b= m . Z
Verificar quanto a largura mínima m
K b
flexão
e máx
Z m
q K Mt
_ 3
2
usar módulo normalizado escolhido
Verificar posteriormente pelo critério de desgaste pela fadiga, para certificar-se de que a largura assumida suporta a vida especificada.
Convém verificar o diâmetro critico do eixo que suportará o pinhão, a fim de tomar a decisão quanto ao material de escolha, pois se o diâmetro do eixo for próximo ao diâmetro interno da engrenagem, por vezes será mais interessante confecciona-la integral ao eixo, e portanto se usará o material do eixo nos cálculos da engrenagem.
Sabendo-se o módulo critico para cada pinhão podemos calcular o entrecentro do par de desbastes, que será mandatário na caixa.
2
4 3 4
, 3
4 ,
3 Z Z
a mc
cte da caixa de câmbio a1,2 a3,4
2
2 1 4
, 3
2 ,
1 Z Z
a mc
Adequação do número de dentes
Há duas condições a que se tem que respeitar para favorecer o entrecentro constante e a velocidade angular de saída, assim teremos um sistema de duas equações e duas incógnitas, para dimensionar o novo número de dentes das engrenagens de acabamento, visto que provavelmente estas não encaixarão no entrecentro do desbaste, tendo portanto que aumenta-las progressivamente, ate que alcancem a dimensão desejada. Caso o processo de adequação não favoreça a montagem de maneira plena, a dimensão ficará bastante próxima a ponto de permitir uma correção dos dentes pelo método
“Ve”, com mudança de entrecentro consequentemente.
2
'2 '1 4
, 3
2 ,
1 Z Z
a mc
'
2 ' 1
Z i Z n
nA motor correia
Somente Z’1 e Z’2, não são conhecidos, isole-os e terá um valor que atende matematicamente ao sistema, porem provavelmente o numero de dentes não dará inteiro, o que do ponto de vista mecânico é incoerente, aproxime para o valor inteiro mais próximo, recalcule a rotação, verificando se o erro entre e rotação desejada e a obtida fica entre 6% e -2%, faixa admitida pela ABNT, para caixas de câmbio.
Dados preliminares
Conversão de Rugosidade máxima em Rugosidade média
Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m] Rt [m] Ra [m]
1,6 0,30 2,6 0,53 4,5 0,90 9,0 1,80
1,8 0,35 2,8 0,58 5,0 0,99 10,0 2,00
2,0 0,40 3,0 0,63 6,0 1,20 15,0 3,20
2,2 0,44 3,5 0,71 7,0 1,40 20,0 4,40
2,4 0,49 4,0 0,80 8,0 1,60 25,0 5,80
* - interpolar valores
Fonte: catálogo Sandvik – 1990 – pg. 455.
Velocidade de corte [m/min] recomendada para o trio “material da ferramenta e geometria – material da peça – avanço”.
Qualidade Sandvik CT 525 – Substrato P10 ( classe ISO de metal duro ), adequado para corte continuo em materiais duros.
Avanços [mm/volta]
Material ABNT/CMC
0,05 0,1 0,3
52100 / 02.2 215 180 125
4340 / 02.2 200 165 115
1045 / 01.2 390 330 230
* - interpolar valores
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas CMC – Classificação Coromant de Materiais (SANDVIK) Fonte: catálogo Sandvik – 1990 – pg. 466 e 491.
Pressão específica de corte e coeficiente de correção de espessura (em função da vc em m/min) Considerando geometria genérica (positiva)mais próxima da maioria dos dados da classe.
Material (ABNT) - estado Vc [m/min] / pg da ref.
bibliográfica
Pressão específica de corte - ks1
[N/mm2]
Coeficiente de correção de espessura
“1- z”.
52100 – Recozido 50 – 100 – 200 / pg. 108
1950 – 1720 – 1630 0,695 – 0,716 – 0,790 4340 – Beneficiado
50 – 100 – 150 / pg. 89
1580 – 1510 – 1450 0,780 – 0,794 – 0,810 1045 – Recozido
50 – 100 – 200 / pg. 67
1550 – 1440 – 1400 0,697 – 0,751 – 0,832
* - Interpolar valores
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ABM – Associação Brasileira de Metais.
Fonte: FERRARESI, D. – Características de usinagem dos metais para operação de torneamento – ABM – São Paulo, 1987 – pg. 67, 89 e 108.
ERGONOMIA palavra de origem grega.
ERGO = que significa trabalho NOMOS = que significa regras
DEFINIÇÃO: Estudo entre o homem e o seu trabalho, equipamentos e meio ambiente Algumas definições para a ergonomia
Montmollin, M. - A Ergonomia é a tecnologia das comunicações homem-máquina (1971).
Grandjean, E. - A Ergonomia é uma ciência interdisciplinar. Ela compreende a fisiologia e a psicologia do trabalho, bem como a antropometria é a sociedade no trabalho. O objetivo prático da Ergonomia é a adaptação do posto de trabalho, dos intrumentos, das máquinas, dos horários, do meio ambiente às exigências do homem. A realização de tais objetivos, ao nível industrial, propicia uma facilidade do trabalho e um rendimento do esforço humano (1968).
Leplat, J - A Ergonomia é uma tecnologia e não uma ciência, cujo objeto é a organização dos sistemas homens-máquina (1972).
Murrel, K.F. - A Ergonomia pode ser definida como o estudo científico das relações entre o homem e o seu ambiente de trabalho (1965).
Self - A Ergonomia reúne os conhecimentos da fisiologia e psicologia, e das ciências vizinhas aplicadas ao trabalho humano, na perspectiva de uma melhor adaptação ao homem dos métodos, meios e ambientes de trabalho.
Wisner - A Ergonomia é o conjunto de conhecimentos científicos relativos ao homem e necessários a concepção de instrumentos, máquinas e dispositivos que possam ser utilizados com o máximo de confôrto e eficácia (1972).
Trata-se de um esforço interdisciplinar que objetiva propiciar resultados em termos da adequação do trabalho às pessoas em atividade de trabalho. A Ergonomia tem ao menos duas abordagens, uma abordagem clássica, de natureza experimental, onde se tenta gerar dados sobre o ser humano para o projeto de produtos e postos de trabalho através de pesquisas em laboratório, e uma abordagem situada onde o principal informador para o projeto se constitui através da Análise Ergonômica do Trabalho - AET- ou seja a modelagem operante do trabalho através da integração da observação do comportamento e o entendimento das condutas das pessoas em situação real de trabalho. A corrente clássica é muito disseminada nos paises anglo-saxões (EUA, Inglaterra, Alemanha) conquanto que a corrente situada é mais frequente em países de língua francesa. No Brasil a corrente situada acabou por se impor dado o levado custo da pesquisa laboratorial, mas também por opção metodológica. Na COPPE os primeiros trabalhos em Ergonomia se pautaram por uma abordagem experimentalista (Iida, 1973). Entretanto a pratica da ergonomia na engenharia de produção, fundamentada no trabalho de campo cedo levou ao
questionamento da abordagem experimentalista, e do modelo de sistema homem-máquina para uma perspectiva de observação antropológica (Vidal e al. 1976). O GENTE/COPPE advém de uma simbiose entre esta perspectiva incial e a formação em Ergonomia obtida junto ao CNAM/Paris, específicamente na tradição da Analise do Trabalho tal como a preconizou Simonne Pacaud, difundida pelo cientista belga Jean Marie Faverge e teorizada em vários aspectos pelo brilhante Prof. Alain Wisner. Esta perspectiva que busca uma ergonomia na engenharia de produção se chama Engenharia do Trabalho, termo proposto por Simoni (1982).
Como saber se a iluminação está boa?
• a iluminação geral deve ser uniformemente distribuida e difusa evitando ofuscamento, reflexos incômodos, sombras e contrastes excessivos; deve ainda ter valores de iluminamento parametrizados pela norma NBR 5413
Recomendação em Lux para usinagem
Quanto peso podemos carregar?
Para um operário brasileiro, os limites de peso que podem ser levantados sem causar problemas à sua saúde, segundo a FUNDACENTRO, são apresentados a seguir. Caso haja necessidade de levantar manualmente volumes com peso maior que o indicado, o trabalho deverá ser realizado por dois funcionários.
pessoas X limitações homens mulheres
adultos (18 a 35 anos) 40 Kg 20 Kg
de 16 a 18 anos 16 kg 8 Kg
menos de 16 anos proibido proibido
mais de 35 anos desaconselhável desaconselhável
E o ruído?
Níveis de ruído de acordo com o estabelecido na NBR 10152, registrada no INMETRO.
o nível de ruído aceitável para efeito de conforto será de até 65 dB(A)
Índice de temperatura efetiva entre 20 e 23 graus.
Velocidade do ar não superior a 0,75 m/s.
Umidade relativa do ar não inferior a 40%.
