Assunto 1 - Introdução - Projeto de Sistemas Mecânicos - PUC-Rio

PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG-1720
PUC-Rio, DEM
Assunto 1 – Introdução; Fases e Fatores de um Projeto
PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS ENG 1720
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Professor: José Luiz de França Freire, sala133-L
Palestrantes: Dr. José Jesus C. Leal, Dr. José Eduardo de Almeida Maneschy
Livros para consultas:
– “Mechanical Engineering Design”, J.E. Shigley, C. R. Mischke & R.G. Budynas, 7th ed., McGraw-Hill,
2004. Existe tradução para Português (2005).
– Budynas−Nisbett • Shigley’s Mechanical Engineering Design, Eighth Edition, McGraw-Hill, Primis Online
– “Machine Design – an Integrated Aproach”, R.L. Norton, 2nd ed., Prentice Hall, 2000. Existe tradução para
Português (2004).
– “Fundamentals of Machine Component Design”, R.C. Juvinall & K.M. Marshek, 4th ed., John Wiley &
Sons, 2006. Existe tradução para Português (2008).
– “The Engineering Design Process”, A. Ertas & J.C. Jones, 2nd ed., John Wiley & Sons, 1996.
– “Fundamentals of Engineering Design”, W. Lewis & A. Samuel, Prentice Hall, 1988.
– “Projeto e Construção de Máquinas”, E. C. Stemmer, Ed. Globo, 1974.
– “Precision Machine Design”, A.H. Slocum, Prentice-Hall,1992
– Manuais para projeto em engenharia mecânica ( Dubbel, Mark’s, Provenza, etc)
Aproveitamento:
– Nota Final, NF = Média de 2 Testes, T1 e T2
– Haverá um terceiro teste, T3, para aqueles que não obtiveram NF>5.0. Neste caso NF será calculado usando
T3 e o maior valor entre T1 e T2. Para qualquer falta justificada ou não aos testes T1 ou T2, o teste T3 será
usado como teste de reposição. Lembrar que T1 ou T2 deve ser maior ou igual a 3,0.
– Presença mínima de 75%.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
– A engenharia e o engenheiro
– A disciplina de Projeto de Sistemas Mecânicos
– Projeto
• Definição
• Fatores de um projeto
• Fases de um projeto
– As fases segundo Shigley
– As fases segundo Asimov
– As fases segundo Stemmer
– Exemplos e Exercícios
– Balança caseira
– Aparelho para içamento de cargas
– Suporte para RX
– Modelo para a suspensão de um veículo
– Outros exemplos:
• Recuperadora de minério, coluna para transdutor de
deslocamento, ...
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Na disciplina “PSM” a análise de projetos será usada para focalizar:
1. Função e atendimento da necessidade
2. Confronto entre liberdade de criação e especificações a serem
cumpridas
3. Atendimento à necessidade e às especificações nem sempre levam a
soluções únicas e às vezes as especificações, muito rígidas e mesmo
conflitantes impossibilitam o encontro de uma solução
4. Visão de muitas soluções possíveis (incluindo a necessidade de
comparação e otimização das soluções)
5. Modelo matemático do grande projeto (visão macro) dirigido para a
solução com detalhes do projeto (visão micro) de um componente
simples.
6. Enfoque maior na visão de integridade estrutural
Sobre a modelagem matemática –
exemplo do que o engenheiro
mecânico e estrutural sabe fazer
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
Como fazer a
modelagem da
lança e do
tirante?
Exemplo: descarregador de navios
Capacidade: 14000t /dia, caçamba: pp=20t, pl=30t, ciclo=50s
• O Engenheiro
Encontra soluções e resolve problemas de engenharia
empregando conhecimento científico e tecnológico.
Utiliza modelos matemáticos para projetar e fazer previsões.
Exemplo: Determinar o diâmetro de uma haste que suporta o
braço de uma viga articulada
45o
a
b
P
Procedimento
1.41 P.b/(b-a)
Definir e atender à função através de um desenho
simplificado.
Fazer cálculo simplificado (do carregamento ou
daquilo que é mais importante para atender à função).
Selecionar a geometria adequada, considerando o
corpo da haste e suas duas rótulas. Levar em conta a
disponibilidade de materiais, processo de fabricação e
montagem (da haste e desta na estrutura). Gerar um
desenho detalhado.
Selecionar o material adequado levando em
consideração função (tensões), disponibilidade de
matéria bruta no mercado, fabricação e montagem.
Determinar, analisar e otimizar a equação de projeto:

Sy
FS
b
1

ba A
b
1 1
1.41 P 
   FS  1
b  a A Sy
  1.41 P 
A  B .H
A
 .D 2
4
A   .D .t
A  2.b1 .t1  b2 .t 2
• Projeto de Sistemas Mecânicos
A disciplina “PSM” finaliza uma seqüência de disciplinas na área de
projeto de sistemas mecânicos envolvendo mecânica dos sólidos.
Dinâmica
El. Máq.
Materiais
ICM e MCM
CMM
Estática
Res. Mat.
Metrologia
Desenho
Proc. Fab.
PSM
• Projeto
Apresentação de uma solução que realize uma ou mais funções que devem
atender a uma necessidade.
Todo projeto em engenharia deve estar conectado ao atendimento de uma
necessidade.
A relação entre o “belo” e a realização de uma função.
A relação entre o “por prazer” e “pela necessidade”.
A relação entre a “criação” e a “especificação” .
O modelo matemático e a capacidade de previsão.
• Projeto de Sistemas Mecânicos
Sistemas Mecânicos: conjunto de componentes que realizam
trabalhos de transformação mecânica para atender a uma
determinada função -- Máquina -- (Ex.: fresadora, motor de
combustão interna, parafuso de acionamento, etc.).
Projeto: conjunto organizado de instruções, memórias de cálculo,
desenhos, e procedimentos de execução que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Esta definição de projeto pode ser ampliada e generalizada para
outras aplicações. Exemplos:
» Projeto para resolver o problema de acidentes numa via
expressa.
» Projeto para melhorar o escoamento da safra de cana de
açucar.
» Projeto para melhorar o sistema de segurança pública de
uma cidade ou estado.
•
Projeto
Conjunto organizado e completo de instruções e documentos, memórias de cálculo, desenhos, procedimentos, planilhas e
tabelas que permitem a:
» Construção de equipamentos e estruturas
» Previsão ou visualização antecipada de ocorrências ou soluções
Conjunto completo (não deixa margem para dúvidas) de:
Instruções e documentos:
Com comprovação de fontes de dados
Com justificativas e explicações
Com listas de procedimentos
Que incluam considerações e comprovação de atendimento a normas técnicas, leis e licenças
Memórias de cálculo
Modelos matemáticos para satisfação de funções principais
Modelos matemáticos para satisfação de funções secundárias
Desenhos
Esboços explicativos e de noção geral
Esboços de funcionamento e alcance cinemático
Desenhos de conjunto
Desenhos de detalhes
Desenhos de fabricação
Desenhos de montagem
Procedimentos
Procedimentos de execução
Procedimentos de fabricação
Procedimentos de montagem
Procedimentos de manutenção
Planilhas e Tabelas
Lista de componentes
Lista de materiais
Lista de fornecedores
Planilhas de custos
PROJETO: Função, Fases e Fatores
• Atendimento à função
– Funções principais e secundárias - exemplos:
• Casa - moradia
– teto, abrigo, local de referência
– segurança estrutural, conforto básico, condições sanitárias,
espaço mínimo
– durabilidade, qualidade
– localização com relação a transporte, emprego, etc
– condições ambientais: ruído, poluição
– estética, conforto, manutenção
– custo
– Características funcionais: diferenças de funções levam a
necessidades diferentes para satisfação ou entendimento do que é o
projeto ótimo. Exemplos:
• Space shuttle
• Avião de combate
• Avião comercial para grandes distâncias
• Avião comercial para rotas regionais
• Outros exemplos: quais são as características funcionais
(parâmetros que norteiam as especificações) principais destes
projetos?
– braço mecânico
– calha vibratória para transporte de fumo
– poste para transdutor de deslocamentos
– recuperadora de minério
– moradia: casa em vila de baixa renda; apartamento em
condomínio de luxo
• Fatores
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–
integridade estrutural
comportamento dinâmico
comportamento estático
comportamento cinemático
estabilidade
rigidez
peso, inércia
atrito
acabamento
vida
confiabilidade
qualidade
número de unidades
manutenção
montagem
possibilidade de fabricação
ambiente e proteção
considerações térmicas
lubrificação
–
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–
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–
custo X outros fatores
conforto
responsabilidade civil
uso por iniciados/não iniciados
materiais
• disponibilidade
• custo
• resistência
– estrutural
– ao ambiente
• estética
• facilidade de construção
– mecanismos de falhas e dano
– defeitos
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•
projeto
concepção
construção
uso continuado
• devido ao desgaste (ao uso)
– forma
– tamanho
– volume
Exemplo: quais são os fatores a serem considerados no
projeto de uma
Balança Caseira para Pessoas
Análise de Projeto 1: Balança Caseira para Pessoas
Tipo de projeto:
Características do projeto:
Peso máximo;
Dimensões;
Exatidão e resolução;
Número de balanças a produzir;
Necessidade de certificação;
Calibração;
Ajuste de zero;
Ajuste de sensibilidade;
Custos (fabricação, montagem, calibração);
Preço de venda;
Tempo para pesagem;
Estática, dinâmica;
Sistema de determinação de forças: alavancas com um
transdutor único ou apoio em todos os transdutores?
Mecanismo de soma e multiplicação;
Transdutor: sistema de transdução e indicação do valor medido;
Portabilidade;
Manutenção e assistência técnica;
Freqüência de pesagens e espectro de cargas a serem medidas.
Lista de componentes
Fases de um Projeto
segundo Shigley
Reconhecimento da Necessidade
Definiç ã o do Problema
Especificaç õ es
Soluç ã o ou Sí ntese
Sí ntese inicial
Sí ntese dimensional
Aná lise e Otimizaç ã o
Modelo matemá tico
Teste e Verificaç ã o
Apresentaç ã o
Fases de um Projeto
segundo Asimov
Fase Inicial ou Preliminar
Estudo de viabilidade
Projeto preliminar
Projeto detalhado
Fase de Fabricaç ã o
Projeto de fabricaç ã o
Controle de qualidade e inspeç ã o
Embalagem e estocagem
Fase de Consumo
Distribuiç ã o
Manutenç ã o e assistê ncia té cnica
Planejamento de retirada
Fases de um Projeto
segundo Stemmer
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Determinação exata dos desejos do comprador
Viabilidade
Referências e bibliografia; reunião de dados técnicos e
experiências anteriores
Soluções possíveis, escolha da melhor
Esboço geral com detalhes principais; considerar
principais aspectos funcionais, cinemáticos e
dinâmicos
Subdivisão em projetos menores
Projeto detalhado global e de peças individuais
Controle cuidadoso do projeto e pontos críticos
considerando fatores de projeto tais como: atrito,
montagem, resistência, etc
Recepção e aceitação, testes
Instruções de serviço
Guindaste
Estrutura de aço
Acionamento
próprio
Translação
Sistema de acionamento
Equipamento elétrico
Acionamento
da carga
Elevação
Rotação
Guincho
Acessórios
Travessa
Gancho
Roldanas
Cabos
Rolamentos
Exemplos de Projetos
• Partindo do geral para o particular e específico
Distribuição dos Tubos
Distribuição dos Tubos
Soldagem
Abaixamento
Análise de Projeto 2: Aparelho para içamento de cargas (mufla)
Tipo de projeto:
Características do projeto:
Lista de componentes
Os vários tipos de modelagens dos
problemas.
Por exemplo, as modelagens
preliminares, estática e dinâmica, de uma
suspensão de um veículo.
Modelo para a suspensão de um veículo
Modelo para a suspensão de um veículo
Modelo para a suspensão de um veículo
Exemplo de modos possíveis (mais caros, mais baratos)
para atender à Função.
Exemplo: transmitir o movimento de rotação
Darrieus – usina eólica
Tanque de aeração
A ambientação com o tamanho dos equipamentos…
Às vezes as soluções podem ser simples e modelos
simples podem resolver 90% do problemas com
exatidão adequada.
Roda de caçambas de máquina recuperadora de minério
Máquina empilhadeira de minério
Máquina empilhadeira de minério
Máquina empilhadeira de minério
Grande Máquina de Escavação
Suportação e posicionamento para atender à função
Suporte para aparelho portátil de Raios - X
Análise de Projeto 3: Suporte portátil e móvel de aparelho de raios X
Tipo de projeto:
Características do projeto:
Lista de componentes
estruturais
Field conditions where displacement forced vibrations are measured.
Displacement measurement using columns as fixed references for
strain-gage-based transducers
Coluna para suporte de transdutor de deslocamento
Wire to connect ground reference to very far moving point
Displacement transducers using long wires to connect reference and
measured points.
Displacement measurements along three directions using fixed reference
support