ELEMENTOS DE MÁQUINAS U3

UNIDADE 3 SEÇÃO 1 – ATIVIDADE DIAGNÓSTICA

1) Os elementos de máquinas definidos como freios e embreagens, que são elementos que utilizam o atrito como princípio de funcionamento, apresentam alguns procedimentos padrões aplicados para suas análises de projeto.

Dentre os procedimentos padrões para a análise de freios e embreagens são realizadas as seguintes afirmações:

1. Estimar como se dá a distribuição da pressão de contato entre as superfícies com atrito.
2. Verificar a relação entre a maior pressão da superfície em atrito com a pressão em qualquer ponto.

III. Determinar a força de frenagem (ou o torque) e as reações de apoio nos suportes de fixação das superfícies através das condições de equilíbrio estático do sistema.

1. Verificar o fator de atrito na direção do movimento e na direção oposta utilizando a teoria de ação e reação de Newton.

É correto o que se afirma em:

Escolha uma:

• I, II e III apenas
• I e IV apenas
• II, III e IV apenas
• I e III apenas
• II e IV apenas

2) Um tipo de freio bastante utilizado é o freio a disco, que apresenta um disco de grande dimensão ao qual pinças, relativamente pequenas em relação ao disco, com pastilhas aplicam força a fim de gerar atrito e, por consequência, frenar o sistema ao qual é aplicado.

No freio a disco, apesar de se utilizar pequenas pastilhas de freio com matéria de atrito, o disco apresenta grande área que passa pela pastilha, pois

Escolha uma:

• a pastilha, por ser de material que apresenta o maior desgaste, precisa passar por uma grande superfície para levar o material desgastado.
• é necessário garantir que sempre ocorra o contato do disco com a pastilha, mesmo caso a pastilha mude de posição.
• a pastilha precisa estar sobre uma grande área para poder realmente agir como um sistema que gera atrito.
• o disco precisa apresentar o formato circular, o que faz com que apresente área maior que a pastilha apenas.
• devido a geração de calor pelo atrito, os discos precisam de uma grande área de resfriamento

3) Os principais tipos de acoplamentos por atrito são chamados de embreagens e freios. As primeira se dividem basicamente em embreagens à disco e cônicas, enquanto que os últimos se dividem em freios à tambor e à disco, com diversas construções derivadas dessas. Os freios por atrito funcionam pelo princípio do atrito gerado entre dois materiais que possuem velocidades diferentes.

Em relação aos freios, julgue as afirmativas a seguir em (V) Verdadeiras ou (F) Falsas.

(   ) As embreagens cônicas também podem ser empregadas como freios.

(   ) O controle da velocidade de componentes que apresentem movimentos pode ser realizado por freios.

(   ) Os freios são elementos de máquinas que apresentam a característica de poderem impedir os movimentos de outros elementos.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.

Escolha uma:

• F – V – V
• V – V – F
• F – F – F
• V – V – V
• V – F – V

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UNIDADE 3 SEÇÃO 1 – ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM

1) Um freio de cinta está sendo dimensionado para controle de velocidade e parada de um equipamento industrial. Para atender a estrutura do equipamento, o tambor deve possuir 15 in de diâmetro, largura de banda 5 in. O coeficiente de fricção entre a cinta e o tambor é de 0,25, cujo ângulo de cobertura é igual a 4 radianos e a pressão máxima aplicável é de 100 psi.

Dados: ; ; ; .

Nas condições elencadas, qual é a capacidade de torque de frenagem desse freio de cinta?

Escolha uma:

• 12210,3 lbf.in
• 32210,1 lbf.in
• 42210,2 lbf.in
• 17708,2 lbf.in
• 82210,4 lbf.in

2) Durante o contato entre dois componentes de um determinado acoplamento, com atrito entre este contato, o acoplamento é denominado como freio quando um destes componentes em contato apresente velocidade igual a zero e um modelo de freio utilizado para analogia de freios de modo geral é o retentor de porta representado na Figura 1.

Figura 1: Representação esquemática de um freio do modelo retentor de porta comum.

Fonte: BUDYNAS, R.G., NISBETT, J.K. Elementos de Máquinas de Shigley, 10ª edição. AMGH, 2016.

Em relação ao freio do tipo retentor de porta, assinale a alternativa que apresenta a equação correta da força normal resultante na direção y.

Escolha uma:

D.

3) Analisando o freio a tambor de sapatas internas representado na Figura 1, como é um caso de freio auto-energizante, para garantir que não ocorra autotravamento, ou seja, para que não ocorra a situação em que M_N = M_f (M_N representa o momento em relação às forças normais e M_f o momento em relação às forças de atrito), a dimensão a deve apresentar um valor determinado valor que estabeleça que M_N > M_f.

Figura 1: Freio a tambor de sapatas internas.

Para o freio apresentado, a dimensão "a" na Figura 1, corresponde ao valor  de:

Escolha uma:

• 10,2 mm
• 74,2 mm
• 100 mm
• 105 mm
• 87,3 mm

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UNIDADE 3 SEÇÃO 2 – ATIVIDADE DIAGNÓSTICA

1) Os elementos de máquinas definidos como embreagens são elementos que apresentam a função de conectar ou desconectar gradualmente e de forma suave dois componentes que estejam em um eixo de rotação comum.

As embreagens de fricção, além da tentativa de minimizar ao máximo o desgaste, apresentam o objetivo de

Escolha uma:

• minimizar a área de contato
• manter o máximo do calor gerado quando em funcionamento
• maximizar a dissipação de calor
• elevar ao máximo o coeficiente de atrito
• reduzir o coeficiente de atrito ao mínimo possível

2) O modelo de embreagem a disco é largamente utilizada em automóveis de passeio, no qual a embreagem atua permitindo o engate e desengate da caixa de transmissão de marchas conforme a necessidade do condutor, além de garantir a suave mudança de marchas.

Em relação as funções desempenhadas pelas embreagens aplicadas em automóveis, são feitas as seguintes afirmações:

1. Possibilitar a transmissão do torque e rotação do motor para a caixa de transmissão.
   II. Permitir a mudança de marchas suave por permitir que seja interrompido o acoplamento do motor com a caixa de transmissão.

III. Possibilitar o acoplamento abrupto e praticamente instantâneo entre o eixo do motor e o eixo da caixa de transmissão.

É correto o que se afirma em:

Escolha uma:

• Apenas a afirmativa I está correta
• Apenas a afirmativa II está correta
• Apenas as afirmativas I e III estão corretas
• Apenas as afirmativas II, e III estão corretas
• As afirmativas I, II e III estão corretas

3) A embreagem do modelo de cone (apresentada na Figura 1) é um tipo de embreagem formada por um copo estriado ou chavetado, um cone e uma mola para manter o contato do cone e do copo quando necessário.

Figura 1: Representação da seção transversal de uma embreagem de cone.

Fonte: BUDYNAS, R.G., NISBETT, J.K. Elementos de Máquinas de Shigley, 10ª edição. AMGH, 2016.

No projeto de embreagens de cone é extremamente importante considerar três parâmetros geométricos, que são:

Escolha uma:

• ângulo de cone, diâmetro do sulco de câmbio e curso da mola
• espessura do copo, rigidez da mola e resistência do cone
• desgaste do copo, desgaste do cone e largura da face do cone
• diâmetro do copo, largura da face do cone e o ângulo α de cone
• diâmetro do eixo, espessura das pastilhas e resistência do cone.

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UNIDADE 3 SEÇÃO 2 – ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM

1) As embreagens do tipo axiais são elementos de máquina que possuem um dos componentes que se move em direção axial ao eixo e apresentam a vantagem de não sofrerem efeitos por força centrífuga.

Na análise de embreagens centrífugas, a determinação da força necessária para produzir um determinado torque e pressão pode ser realizada por dois diferentes métodos,

Escolha uma:

• pelo método do desgaste uniforme ou pelo método da pressão uniforme
• pelo método do atrito uniforme ou pelo método da pressão uniforme
• pelo método do contato axial ou pelo método da deformação paralela
• pelo método do desgaste uniforme ou pelo método da dissipação de calor
• pelo método do atrito crescente ou pelo método da dispersão de energia

2) O projeto de uma embreagem de cone possui diâmetro externo de 0,4m e diâmetro interno igual a 0,3m. O comprimento do cone é 0,05m, o ângulo de cone igual 15° e o coeficiente de fricção f é igual a 0,2. Neste projeto, a pressão máxima admissível deve ser 100 kPa. Adote:  .

Dados: ; ;

Utilizando o modelo desgaste uniforme para de dimensionamento de projetos de embreagens, tem-se que o torque avaliado para essa embreagem é igual a:

Escolha uma:

• 262,5 N.m
• 300,8 N.m
• 450,3 N.m
• 500 N.m
• 195,8 N.m

3) Nas embreagens de modo geral, quando o sistema está em repouso e passa a apresentar movimento, inicialmente ocorre um deslizamento nos componentes da embreagem de modo que a energia cinética neste deslizamento seja absorvida como calor, o que faz com que, além da análise de parâmetros físicos, sejam realizadas também análises de dissipação de calor.

Em relação aos parâmetros que devem ser considerados em projetos de embreagens, são feitas as seguintes afirmações:

1. No projeto de embreagens deve-se sempre avaliar os parâmetros físicos de deformação, empenamento e flexão.
2. Devido ao contato de materiais serem um ponto chave nas embreagens, é necessário avaliar o material a ser empregado nas embreagens.

III. No projeto de embreagens, por conta do atrito gerado, deve-se analisar a propriedade de dissipação de calor dos materiais utilizados.

É correto o que se afirma em:

Escolha uma:

• Apenas a afirmativa I está correta
• Apenas a afirmativa II está correta
• Apenas as afirmativas I e III estão corretas
• Apenas as afirmativas II e III estão corretas
• Apenas a afirmativa III está correta

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UNIDADE 3 SEÇÃO 3 – ATIVIDADE DIAGNÓSTICA

1) Nos catálogos dos fornecedores é apresentado informações sobre a potência e o torque das embreagens e freios de vários modelos disponíveis.

Com relação aos freios e embreagens, complete as lacunas da sentença a seguir:

Os materiais de _____________ empregados em embreagens e freios devem responder a algumas condições de funções como ter uma resistência _____________, uma capacidade de aguentar _____________ temperaturas, apresentar uma condutividade térmica _____________, dentre outras aplicações.

Assinale a alternativa que completa as lacunas corretamente:

Escolha uma:

• tração / satisfatória / baixas / boa
• fricção / super alta / elevadas / ruim
• compressão / insatisfatória / elevadas / ruim
• fricção / insuficiente / baixas / ruim
• fricção / satisfatória / elevadas / boa

2) O gráfico apresenta a consequência do acionamento do freio e embreagem em relação a temperatura. Para cada etapa do gráfico, o aumento de temperatura pode ser divergente. Tomando como referência os compressores, julgue as afirmativas a seguir em (V) Verdadeiras ou (F) Falsas.

BUDYNAS, Richard G.; NISBETH, J. Keith. Elementos de Máquinas de Shigley-10ª Edição. McGraw Hill Brasil, 2016.

Tomando como referência os compressores, julgue as afirmativas a seguir em (V) Verdadeiras ou (F) Falsas.

(   ) A curvatura ABC descreve um aumento exponencial que envolve a temperatura.

(   ) No momento tC, ocorre um acelerado aumento de temperatura, devido ao acontecimento de um segundo acionamento de freio.

(   ) O acelerado aumento de temperatura que ocorre no momento tB, faz com que a temperatura 2 aumente, começando uma nova curva de resfriamento.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:

Escolha uma:

• F – V – V
• F – F – V
• V – F – F
• V – V – F
• V – V – V

3) Esse elemento contém como particularidades fundamentais a não produção de calor, não podendo ser engatadas quanto possuem rotações elevadas, após o engate independentemente da velocidade demostram o choque, e não deslizam, sendo empregados quando se solicita procedimentos simultâneas como laminadores e prensas.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente o conceito abordado.

Escolha uma:

• Freio de tambor
• Acoplamento
• Embreagem de atrito
• Freio a disco
• Embreagem de mandíbula

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UNIDADE 3 SEÇÃO 3 – ATIVIDADE DE APRENDIZAGEM

1) São pastilhas aplicadas em embreagens e freios e também em equipamentos de trabalho árduo, sendo compostas de porções de ferro e/ou cobre, que são produzidas sob alta pressão e assim, aquecidas para fusão do elemento.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente o conceito abordado.

Escolha uma:

• Arbesto trançado
• Metal sinterizado
• Arbesto moldado
• Algodão trançado
• Cermeto

2) Usa energia cinética para manter a rotação do motor, sendo um componente que transporta energia reduzindo a velocidade e assimila a energia mecânica, ampliando sua velocidade angular.

Normalmente, esse elemento que mantem a rotação do motor é o

Escolha uma:

• Acoplamento
• Tambor
• Redutor
• Volante
• Freio

3) No catálogo, os fabricantes, apresentam vários dados sobre os elementos de máquinas que podem auxiliar o projetista no dimensionamento de acoplamentos, volante e tipos de embreagens, podendo analisar materiais, levando em consideração o atrito.

Considerando o contexto, avalie as afirmativas a seguir:

1. Os catálogos de fornecedores, também abrange dados sobre a potência e o torque informando a metodologia de seleção e caracterização dos elementos de máquinas.
2. O projetista deve considerar o fator de serviço que quiser, quando for realizar um dimensionamento.

III. Pode utilizar um fator de serviço igual a 1,5 ou a 3,0, dependendo do fabricante, pois, o fator de serviço não é padronizado.

Assinale a alternativa que apresenta a resposta CORRETA:

Escolha uma:

• II, apenas
• I, apenas
• I, II e III
• I e III, apenas
• II e III, apenas

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UNIDADE 3 – AVALIAÇÃO DA UNIDADE

1) Esse componente pode ser produzido por uma combinação de elementos, garantindo coeficiente de fricção e resistência ao desgaste adequados e sendo capaz de resistir temperaturas satisfatórias, consistindo de pastilhas compostas de cerâmicas.

Assinale a alternativa que apresenta corretamente o conceito abordado.

Escolha uma:

• Cermeto
• Arbesto moldado
• Algodão trançado
• Arbesto trançado
• Metal sinterizado

2) No projeto de um veículo automotivo é especificado um motor a combustão interna que apresenta 260 cv e torque máximo de 2.700 lbf.in e para trabalhar com este motor está sendo analisada uma embreagem de placa que apresenta um par de superfícies de fricção com pressão de 200 psi, coeficiente de fricção de 0,5; diâmetro interno de 4 in e diâmetro externo de 6 in.

Considerando que para o método de análise de embreagens para desgaste uniforme o torque é definido pela equação , assinale a alternativa que apresenta o valor correto para o torque para o método de desgaste uniforme da embreagem de placa citada.

Escolha uma:

• 3.140 lbf.in
• 2.500 lbf.in
• 6.280 lbf.in
• 2.800 lbf.in
• 3.550 lbf.in

3) Alguns elementos de máquinas podem coordenar a direção de movimento e a velocidade, tendo como exemplo, o freio, que é um elemento de máquina e pode ser designado de acoplamento por atrito, que interrompe algo em movimento, evita o movimento, e contém a velocidade de um conjunto em movimento.

Considerando o contexto, avalie as afirmativas a seguir:

1. O freio e a embreagem são utilizados apenas em um tipo de equipamento.
2. O elemento que cessa o fluxo de potência entre o motor e a carga acionada é o freio.

III. A maior distinção entre o freio e a embreagem, é que, no freio, o lado da saída é fixado em um componente que não rotaciona, e na embreagem, os dois lados rotacionam.

Assinale a alternativa que apresenta a resposta CORRETA:

Escolha uma:

• III, apenas
• I, apenas
• II, apenas
• I e II, apenas
• I, II e III

4) É essencial utilizar os catálogos de fornecedores, pois, o sistema de fabricação de materiais de fricção é bastante qualificado, salientando elementos de pastilhas e revestimentos de embreagens e freios. De acordo com as informações apresentadas a seguir, faça a associação dos conceitos contidos na coluna B com suas respectivas semelhanças na coluna A.

COLUNA A
I. Algodão trançado
II. Arbesto trançado
III. Arbesto moldado
COLUNA B
1. São aplicados em máquinas pesadas como revestimento, porém, é capaz de conter fragmentos de metal, sendo assim, menos flexível.
2. São oferecidos em rolos de até 6 metros de comprimento, com largura e espessuras de até 30,5cm e que alterna entre 3 a 25,4 mm respectivamente. Sendo encharcado com resinas, aplicados em máquinas pesadas como revestimento.
3. É um polímero termorrígido, aplicado em moldes, sendo empregados em freios de tambor como revestimento.

Assinale a alternativa que apresenta a associação CORRETA.

Escolha uma:

• I – 2; II – 1; III – 3
• I – 1; II – 3; III – 2
• I – 2; II – 3; III – 1
• I – 3; II – 2; III – 1
• I – 3; II – 1; III – 2

5) No projeto de uma embreagem axial de placa que possuí 6 planos de deslizamentos (discos), ao qual é operada hidraulicamente com pressão máxima de atuação de 120 psi, foram analisados diferentes diâmetros internos para um valor fixo de diâmetro externo a fim de verificar como o torque é alterado em relação ao diâmetro interno, com os resultados apresentados na Figura 1 a seguir.

Figura 1: Valores do torque para diferentes diâmetros internos da embreagem de múltiplas placas.

Fonte: Shiguemoto, Ana Carolina Gigli. Elementos de máquinas II. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.

Em relação ao projeto da embreagem axial de placa apresentado, são feitas as seguintes afirmações:

1. O torque máximo é obtido ao utilizar o diâmetro próximo de 6 in.
   II. Ao analisar uma embreagem de múltiplas placas, deve-se levar em contato o atrito gerado por cada placa para o dimensionamento e análise correta da embreagem.
   III. No dimensionamento de embreagens de múltiplas placas, os valores das forças e torques de cada placa devem ser somados para obter a força e torque total da embreagem.

É correto o que se afirma em:

Escolha uma:

• Apenas a afirmativa III está correta
• Apenas a afirmativa I está correta
• Apenas a afirmativa II está correta
• Apenas as afirmativas I e III estão corretas
• Apenas as afirmativas II e III estão corretas