SUMÁRIO

PARTE I FUNDAMENTOS ....................................................... 1

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO AO PROJETO ..................................................... 3

1.1 Projeto ................................................................................................ 3

Projeto de máquinas 3Máquina 3Iteração 5

1.2 Metodologia de projetos ..................................................................... 5

1.3 Formulação e cálculo do problema ...................................................... 8

Estágio de definição 8Estágio do projeto preliminar 8Estágio do projeto detalhado 9Estágio da documentação 9

1.4 O modelo de engenharia ..................................................................... 9

Estimativa e análise de primeira ordem 9Croqui de engenharia 10

1.5 Projeto e engenharia auxiliados por computador .............................. 11

Projeto auxiliado por computador (CAD) 11Engenharia auxiliada por computador (CAE) 13Precisão computacional 15

1.6 O relatório de engenharia ................................................................. 16

1.7 Coeficientes de segurança e normas do projeto ................................ 16

Coeficiente de segurança 16A escolha de um coeficiente de segurança 17Normas de projetos e de segurança 19

1.8 Considerações estatísticas ................................................................ 20

1.9 Unidades ........................................................................................... 21

1.10 Resumo ............................................................................................. 25

1.11 Referências .........................................................................................26

1.12 Referências na Web ............................................................................27

1.13 Bibliografia ........................................................................................27

1.14 Problemas ..........................................................................................28

CAPÍTULO 2 MATERIAIS E PROCESSOS ........................................................ 29

2.0 Introdução ......................................................................................... 29

2.1 Definições de propriedades dos materiais ......................................... 29

Ensaio de tração 31Ductilidade e fragilidade 33Ensaio de compressão 34Ensaio de flexão 35Ensaio de torção 35Resistência à fadiga e limite de resistência à fadiga 37Resistência ao impacto 38

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xviii SUMÁRIO

Tenacidade à fratura 39Efeitos da fluência e da temperatura 40

2.2 A natureza estatística das propriedades dos materiais....................... 40

2.3 Homogeneidade e isotropia .............................................................. 42

2.4 Dureza ............................................................................................... 42

Tratamento térmico 43Endurecimento superficial 45Tratamentos térmicos de materiais não ferrosos 46Conformação mecânica e encruamento 46

2.5 Revestimentos e tratamentos superficiais ......................................... 48

Ação galvânica 49Eletrorrecobrimento 49Recobrimento catalítico 50Anodização 51Revestimentos com plasma pulverizado 51Revestimentos químicos 51

2.6 Propriedades gerais dos metais ......................................................... 51

Ferro fundido 52Aços fundidos 53Aços conformados 53Sistemas de numeração de aços 54Alumínio 56Titânio 58Magnésio 59Ligas de cobre 59

2.7 Propriedades gerais de não metais .................................................... 60

Polímeros 60Cerâmicas 62Compósitos 62

2.8 Selecionando materiais ..................................................................... 63

2.9 Resumo ............................................................................................. 65

2.10 Referências ........................................................................................ 68

2.11 Referências na Web ........................................................................... 68

2.12 Bibliografia ....................................................................................... 68

2.13 Problemas ......................................................................................... 69

CAPÍTULO 3 DETERMINAÇÃO DAS SOLICITAÇÕES ..................................... 73

3.0 Introdução ......................................................................................... 73

3.1 Classes de solicitações ...................................................................... 73

3.2 Diagramas de corpo livre................................................................... 75

3.3 Análise do carregamento ................................................................... 76

Análise tridimensional 76Análise bidimensional 77Análise estática do carregamento 78

3.4 Estudos de caso de carregamentos estáticos bidimensionais ............. 78

Estudo de Caso 1A: Análise do carregamento em uma alavanca de freio de bicicleta 78Estudo de Caso 2A: Análise de forças de uma ferramenta manual de dobramento 84

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SUMÁRIO xix

Estudo de Caso 3A: Análise das solicitações em um macaco tipo sanfona de automóvel 88

3.5 Estudo de caso de carregamento estático tridimensional................... 93

Estudo de Caso 4A: Análise das solicitações do braço do freio de uma bicicleta 94

3.6 Estudo de caso de solicitação dinâmica ............................................. 98

Estudo de Caso 5A: Análise das solicitações em um mecanismo de quatro barras 98

3.7 Solicitação vibratória ....................................................................... 101

Frequência natural 102Forças dinâmicas 104Estudo de Caso 5B: Medição do carregamento dinâmico em um mecanismo de quatro barras 105

3.8 Carregamento de impacto ............................................................... 106

Método da energia 107

3.9 Carregamentos em vigas ................................................................. 111

Força cortante e momento 111Funções de singularidade 112Superposição 122

3.10 Resumo ........................................................................................... 123

3.11 Referências ...................................................................................... 125

3.12 Referências na Web ......................................................................... 126

3.13 Bibliografia ..................................................................................... 126

3.14 Problemas ....................................................................................... 126

CAPÍTULO 4 TENSÃO, DEFORMAÇÃO E DEFLEXÃO .................................. 139

4.0 Introdução ....................................................................................... 139

4.1 Tensão ............................................................................................. 139

4.2 Deformação ..................................................................................... 143

4.3 Tensões principais ........................................................................... 143

4.4 Estado plano de tensão e deformação ............................................. 145

Estado plano de tensões 145Estado plano de deformações 146

4.5 Círculos de Mohr ............................................................................ 146

4.6 Tensões aplicadas versus tensões principais .................................... 151

4.7 Tensão normal ................................................................................. 152

4.8 Cisalhamento puro, tensão de esmagamento e rasgamento ............ 153

Cisalhamento puro 153Tensão de esmagamento 154Falha por rasgamento 154

4.9 Vigas e tensões na flexão ................................................................ 154

Vigas em flexão pura 155Cisalhamento na flexão 158

4.10 Deflexão em vigas ........................................................................... 162

Deflexão por funções de singularidade 164Vigas estaticamente indeterminadas 171

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xx SUMÁRIO

4.11 Método de Castigliano .................................................................... 173

Deflexão pelo método de Castigliano 175Cálculo de reações redundantes pelo método de Castigliano 175

4.12 Torção ............................................................................................. 177

4.13 Tensões combinadas ....................................................................... 183

4.14 Constante de mola .......................................................................... 185

4.15 Concentração de tensão .................................................................. 186

Concentrações de tensões na solicitação estática 187Concentrações de tensões sob solicitações dinâmicas 188Determinação dos fatores geométricos de concentração de tensões 188Projeto para evitar concentração de tensões 191

4.16 Compressão axial – flambagem....................................................... 193

Índice de esbeltez 193Colunas curtas 193Colunas longas 193Condições de contorno 195Colunas intermediárias 197Colunas excêntricas 201

4.17 Tensões em cilindros ....................................................................... 203

Cilindros de parede espessa 204Cilindros de parede fina 205

4.18 Estudos de caso de análise de deformação e tensão estáticas ......... 205

Estudo de Caso 1B: Análise de tensão e deformação em uma alavanca para freio de bicicleta 206Estudo de Caso 2B: Análise de deflexão e tensão em alicate de pressão 209Estudo de Caso 3B: Análise de deflexão e tensão em macaco tipo sanfona para automóvel 214Estudo de Caso 4B: Análise de tensões no braço de um freio de bicicleta 217

4.19 Resumo ........................................................................................... 221

4.20 Referências ...................................................................................... 227

4.21 Bibliografia ..................................................................................... 228

4.22 Problemas ....................................................................................... 228

CAPÍTULO 5 TEORIA DAS FALHAS ESTÁTICAS ............................................ 243

5.0 Introdução ....................................................................................... 243

5.1 Falha de materiais dúcteis sob carregamento estático ..................... 245

A teoria da energia de distorção de von Mises-Hencky 246A teoria da tensão máxima de cisalhamento 252Teoria da máxima tensão normal 254Comparação dos dados experimentais com as teorias de falha 254

5.2 Falha de materiais frágeis sob carregamento estático...................... 258

Materiais uniformes e não uniformes 258A teoria de Coulomb-Mohr 259A teoria de Mohr modificada 260

5.3 Mecânica da fratura ........................................................................ 265

Teorias da mecânica da fratura 266Tenacidade à fratura Kc 269

5.4 Usando as teorias de falha para carregamento estático ................... 273

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SUMÁRIO xxi

5.5 Estudos de caso na análise de falha estática .................................... 274

Estudo de Caso 1C: Análise de falha da alavanca de freio de bicicleta 274Estudo de Caso 2C: Análise de falha do alicate de pressão 277Estudo de Caso 3C: Análise de falha de macaco tipo sanfona de automóvel 280Estudo de Caso 4C: Coeficientes de segurança do braço de freio de bicicleta 282

5.6 Resumo ........................................................................................... 285

5.7 Referências ...................................................................................... 288

5.8 Bibliografia ..................................................................................... 289

5.9 Problemas ....................................................................................... 289

CAPÍTULO 6 TEORIAS DE FALHA POR FADIGA........................................... 303

6.0 Introdução ....................................................................................... 303

História da falha por fadiga 303

6.1 Mecanismo da falha por fadiga ....................................................... 306

Estágio de início da trinca 307Estágio de propagação da trinca 307Fratura 308

6.2 Modelos de falha por fadiga ........................................................... 309

Regimes de fadiga 309A abordagem tensão-número de ciclos 310A abordagem deformação-número de ciclos 311A abordagem da MFLE 311

6.3 Considerações relativas ao projeto de máquinas ............................. 312

6.4 Cargas de fadiga ............................................................................. 313

Carregamento em máquinas rotativas 313Carregamento em equipamentos de serviço 314

6.5 Critérios de medição da falha por fadiga ......................................... 314

Tensões alternadas 315Tensões média e alternada combinadas 322Critério da mecânica da fratura 323Ensaios de conjuntos reais 326

6.6 Critérios para estimar a falha por fadiga ......................................... 327

Resistência à fadiga teórica Sf ' ou limite de fadiga Se' estimados 328Fatores de correção para a resistência à fadiga ou limite de fadiga teóricos 330Cálculo da resistência à fadiga corrigida Sf ou do limite de fadiga corrigido Se 337Desenho do diagrama S-N estimado 337

6.7 Entalhes e concentração de tensões ................................................ 342

Sensibilidade ao entalhe 343

6.8 Tensões residuais ............................................................................ 347

6.9 Projeto para fadiga de alto-ciclo ...................................................... 352

6.10 Projeto para tensões uniaxiais alternadas ........................................ 353

Etapas de projeto para tensões alternadas com carregamento uniaxial 353

6.11 Projeto para tensões uniaxias repetidas .......................................... 361

Diagrama de Goodman modificado 362Aplicação dos efeitos de concentração de tensão às tensões variadas 364

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xxii SUMÁRIO

Determinação do coeficiente de segurança com tensões variadas 366Etapas de projeto para tensões variadas 369

6.12 Projeto para tensões multiaxiais em fadiga ..................................... 376

Relações de frequência e de fase 377Tensões alternadas multiaxiais simples 377Tensões variadas multiaxiais simples 378Tensões multiaxiais complexas 379

6.13 Uma abordagem geral para projeto de fadiga de alto-ciclo ............. 381

6.14 Um estudo de caso em projeto para fadiga ..................................... 386

Estudo de Caso 6: Reprojeto de uma viga de tear que falhou para um tear automático a jato de água 387

6.15 Resumo ........................................................................................... 399

6.16 Referências ...................................................................................... 403

6.17 Bibliografia ..................................................................................... 406

6.18 Problemas ....................................................................................... 407

CAPÍTULO 7 FALHA SUPERFICIAL ............................................................... 419

7.0 Introdução ....................................................................................... 419

7.1 Geometria de superfícies ................................................................. 421

7.2 Superfícies em contato .................................................................... 423

7.3 Atrito ............................................................................................... 424

O efeito da rugosidade no atrito 425O efeito da velocidade no atrito 425Atrito de rolamento 425O efeito de lubrificação no atrito 426

7.4 Desgaste por adesão ....................................................................... 426

O coeficiente de desgaste por adesão 429

7.5 Desgaste por abrasão ...................................................................... 430

Materiais abrasivos 433Materiais resistentes à abrasão 433

7.6 Desgaste por corrosão ..................................................................... 434

Corrosão por fadiga 435Corrosão por microabrasão 435

7.7 Fadiga superficial ............................................................................ 436

7.8 Contato entre esferas ...................................................................... 438

Pressões de contato e região de contato no contato entre esferas 438Distribuições de tensões estáticas no contato entre esferas 440

7.9 Contato entre cilindros .................................................................... 444

Pressões de contato e região de contato no contato entre cilindros paralelos 444Distribuição de tensão estática no contato paralelo entre cilindros 445

7.10 Contato geral .................................................................................. 448

Pressão de contato e região de contato no caso geral 448Distribuições de tensões no contato geral 450

7.11 Tensões de contato dinâmicas ......................................................... 453

Efeito da componente de deslizamento nas tensões de contato 453

7.12 Modelos de falha por fadiga superficial – contato dinâmico ........... 461

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SUMÁRIO xxiii

7.13 Resistência à fadiga superficial ....................................................... 464

7.14 Resumo ........................................................................................... 470

Projeto para evitar falhas de superfície 471

7.15 Referências ...................................................................................... 474

7.16 Problemas ....................................................................................... 476

CAPÍTULO 8 ANÁLISE POR ELEMENTOS FINITOS ....................................... 481

8.0 Introdução ....................................................................................... 481

Cálculos de tensão e deformação 482

8.1 O método dos elementos finitos ..................................................... 483

8.2 Tipos de elementos ......................................................................... 485

Dimensão do elemento e grau de liberdade (GDL) 485Ordem dos elementos 486Refinamento h-adaptativo versus p-adaptativo 487Razão de aspecto do elemento 487

8.3 Malha .............................................................................................. 487

Densidade da malha 488Refino da malha 488Convergência 488

8.4 Condições de contorno ................................................................... 492

8.5 Aplicação de cargas ......................................................................... 502

8.6 Testando o modelo (verificação) ...................................................... 503

8.7 Análise modal ................................................................................. 506

8.8 Estudos de caso ............................................................................... 508

Estudo de Caso 1D: Análise pelo FEA para o manete de freio de uma bicicleta 508Estudo de Caso 2D: Análise pelo FEA para alicate de pressão 511Estudo de Caso 4D: Análise pelo FEA do braço do freio de uma bicicleta 513Estudo de Caso 7: Análise pelo FEA para o engate de reboque 516

8.9 Resumo ........................................................................................... 518

8.10 Referências ...................................................................................... 519

8.11 Bibliografia ..................................................................................... 519

8.12 Recursos na Web ............................................................................. 519

8.13 Problemas ....................................................................................... 520

PARTE II PROJETO DE MÁQUINAS ...................................... 521

CAPÍTULO 9 ESTUDOS DE CASO DE PROJETO .......................................... 523

9.0 Introdução ....................................................................................... 523

9.1 Estudo de Caso 8A: Compressor de ar portátil ................................ 524

9.2 Estudo de Caso 9A: Levantador de fardos de feno ........................... 527

9.3 Estudo de Caso 10A: Máquina de teste de camo ............................. 531

9.4 Resumo ........................................................................................... 537

9.5 Referências ...................................................................................... 537

9.6 Projetos de dimensionamento ......................................................... 538

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xxiv SUMÁRIO

CAPÍTULO 10 EIXOS, CHAVETAS E ACOPLAMENTOS .................................. 549

10.0 Introdução ....................................................................................... 549

10.1 Carga em eixos ............................................................................... 549

10.2 Conexões e concentração de tensões .............................................. 551

10.3 Materiais para eixo ......................................................................... 553

10.4 Potência no eixo .............................................................................. 553

10.5 Cargas no eixo ................................................................................ 554

10.6 Tensões no eixo ............................................................................... 554

10.7 Falha do eixo em carregamento combinado .................................... 555

10.8 Projeto do eixo ................................................................................ 556

Considerações gerais 556Projeto para flexão alternada e torção fixa 557Projeto para flexão variada e torção variada 559

10.9 Deflexão do eixo ............................................................................. 566

Eixos modelados como vigas 567Eixos modelados como barras de torção 567

10.10 Chavetas e rasgos de chaveta .......................................................... 570

Chavetas paralelas 570Chavetas cônicas 571Chaveta Woodruff 572Tensões em chavetas 572Materiais para chavetas 573Projeto de chavetas 573Concentração de tensões em rasgos de chaveta 574

10.11 Estrias ............................................................................................. 578

10.12 Ajustes por interferência ................................................................. 580

Tensões nos ajustes por interferência 580Concentração de tensão nos ajustes por interferência 581Corrosão por microabrasão 582

10.13 Projeto de volante ........................................................................... 585

Variação de energia em um sistema em rotação 586Determinação da inércia do volante 588Tensões nos volantes 590Critério de falha 591

10.14 Velocidades críticas de eixos ........................................................... 593

Vibração lateral dos eixos e vigas – método de Rayleigh 596Rodopio de eixo 597Vibração torcional 599Dois discos em um mesmo eixo 600Discos múltiplos em um eixo comum 601Controle das vibrações torcionais 602

10.15 Acoplamentos ................................................................................. 604

Acoplamentos rígidos 605Acoplamentos complacentes 606

10.16 Estudo de caso ................................................................................ 608

Estudo de Caso 8B: Projeto preliminar de eixos para um trem de comando de um compressor 608

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SUMÁRIO xxv

10.17 Resumo ........................................................................................... 612

10.18 Referências ...................................................................................... 614

10.19 Problemas ....................................................................................... 615

CAPÍTULO 11 MANCAIS DE ROLAMENTO E LUBRIFICAÇÃO ...................... 623

11.0 Introdução ....................................................................................... 623

Atenção, leitor 625

11.1 Lubrificantes ................................................................................... 625

11.2 Viscosidade ..................................................................................... 627

11.3 Tipos de lubrificação ....................................................................... 628

Lubrificação de filme completo 629Lubrificação de contorno 630

11.4 Combinações de materiais em mancais de deslizamento ................ 631

11.5 Teoria da lubrificação hidrodinâmica ............................................... 632

Equação de Petroff para torque sem carga 633Equação de Reynolds para mancais radiais 634Perdas de torque e potência em mancais de deslizamento 639

11.6 Projeto de mancais hidrodinâmicos ................................................. 640

Projeto do fator de carga – o número de Ocvirk 640Procedimentos de projeto 642

11.7 Contatos não conformantes ............................................................ 646

11.8 Mancal de elementos rolantes......................................................... 653

Comparação de mancais de rolamento e deslizamento 653Tipos de mancais de elementos rolantes 654

11.9 Falha dos mancais de elementos rolantes ....................................... 658

11.10 Seleção de mancais de elementos rolantes ...................................... 659

Carga dinâmica básica de classificação C 659Classificação da vida modificada do mancal 661Carga estática básica de classificação C0 661Cargas radial e axial combinadas 662Procedimentos de cálculo 664

11.11 Detalhes da montagem dos mancais ............................................... 665

11.12 Mancais especiais ........................................................................... 666

11.13 Estudo de caso ................................................................................ 668

Estudo de Caso 10B: Projeto de mancais hidrodinâmicos para dispositivo de teste de camo 668

11.14 Resumo ........................................................................................... 670

11.15 Referências ...................................................................................... 673

11.16 Problemas ....................................................................................... 675

CAPÍTULO 12 ENGRENAGENS CILÍNDRICAS RETAS ...................................... 681

12.0 Introdução ....................................................................................... 681

12.1 Teoria do dente de engrenagem ...................................................... 683

A lei fundamental de engrenamento 683A forma involuta do dente 684

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xxvi SUMÁRIO

Ângulo de pressão 685Geometria do engrenamento 686Cremalheira e pinhão 687Mudança da distância entre centros 687Folga de engrenamento 689Movimento relativo do dente 689

12.2 Nomenclatura do dente de engrenagem .......................................... 689

12.3 Interferência e adelgaçamento ........................................................ 692

Formas de dentes com adendos desiguais 693

12.4 Razão de contato ............................................................................. 694

12.5 Trem de engrenagens ...................................................................... 696

Trens de engrenagens simples 696Trem de engrenagens composto 697Trens compostos revertidos 698Trens de engrenagens epicíclicos ou planetários 699

12.6 Fabricação de engrenagens ............................................................. 702

Dentes de engrenagem por conformação 702Usinagem 703Processos grosseiros 703Processos de acabamento 704Qualidade da engrenagem 705

12.7 Carregamento em engrenagens cilíndricas retas ............................. 706

12.8 Tensões em engrenagens cilíndricas retas ....................................... 708

Tensões de flexão 709Tensões superficiais 718

12.9 Materiais para engrenagem ............................................................. 722

Resistências dos materiais 723Resistências à fadiga de flexão da AGMA para materiais de engrenagem 724Resistências à fadiga de superfície da AGMA para materiais de engrenagem 725

12.10 Lubrificação de engrenamento ........................................................ 732

12.11 Projeto de engrenagens retas .......................................................... 732

12.12 Estudo de caso ................................................................................ 734

Estudo de Caso 8C: Projeto de engrenagens retas para o trem motor de um compressor 734

12.13 Resumo ........................................................................................... 738

12.14 Referências ...................................................................................... 741

12.15 Problemas ....................................................................................... 741

CAPÍTULO 13 ENGRENAGENS HELICOIDAIS, CÔNICAS E SEM-FIM ............. 747

13.0 Introdução ....................................................................................... 747

13.1 Engrenagens helicoidais .................................................................. 747

Geometria da engrenagem helicoidal 749Forças em engrenagens helicoidais 750Número virtual de dentes 751Razões de contato 752Tensões em engrenagens helicoidais 752

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SUMÁRIO xxvii

13.2 Engrenagens cônicas ....................................................................... 760

Geometria das engrenagens cônicas e nomenclatura 761Montagem de engrenagens cônicas 762Forças em engrenagens cônicas 762Tensões em engrenagens cônicas 763

13.3 Engrenagens sem-fim ...................................................................... 768

Materiais para engrenagens sem-fim 770Lubrificação de sem-fim 770Forças em engrenamentos sem-fim 770Geometria do engrenamento de sem-fins 771Métodos de classificação 771Um procedimento de projeto para engrenamento de sem-fim 773

13.4 Estudo de caso ................................................................................ 773

Estudo de Caso 9B: Projeto de um redutor de velocidade de engrenamento de sem-fim para um guincho de elevação 774

13.5 Resumo ........................................................................................... 776

13.6 Referências ...................................................................................... 781

13.7 Problemas ....................................................................................... 781

CAPÍTULO 14 PROJETO DE MOLAS .............................................................. 785

14.0 Introdução ....................................................................................... 785

14.1 Constante de mola .......................................................................... 785

14.2 Configurações de mola ................................................................... 788

14.3 Materiais para molas ....................................................................... 790

Arame de mola 790Material para molas planas 793

14.4 Molas helicoidais de compressão .................................................... 795

Comprimento de molas 796Detalhes de extremidade 796Espiras ativas 797Índice de mola 797Deflexão de mola 797Constante de mola 797Tensões em espiras de molas helicoidais de compressão 798Molas de espira helicoidal de fio não redondo 799Tensões residuais 800Flambagem de molas de compressão 802Ressonância de molas de compressão 802Resistências permissíveis de molas de compressão 803O diagrama S-N de cisalhamento torcional para fios de molas 804O diagrama de Goodman modificado para fio de mola 806

14.5 Dimensionamento de molas helicoidais de compressão a cargas estáticas ............................................................................... 808

14.6 Dimensionamento de molas helicoidais de compressão à fadiga .... 812

14.7 Molas helicoidais de extensão ........................................................ 820

Espiras ativas em molas de extensão 821Constante de mola para molas de extensão 821Índice de mola para molas de extensão 821Pré-carga de espiras em molas de extensão 821

Norton_Iniciais.indd xxviiNorton_Iniciais.indd xxvii 30/01/13 17:0830/01/13 17:08

xxviii SUMÁRIO

Deflexão de molas de extensão 822Tensões nas espiras de molas de extensão 822Tensões de extremidade em molas de extensão 822Ressonância em molas de extensão 823Resistência de materiais para molas de extensão 823Dimensionamento de molas helicoidais de extensão 824

14.8 Molas helicoidais de torção............................................................. 831

Terminologia para molas de torção 832Número de espiras em molas de torção 832Deflexão de molas de torção 832Constante de mola para molas de torção 833Fechamento de espiras 833Tensões em espiras de molas à torção 833Parâmetros materiais para molas de torção 834Coeficientes de segurança para molas à torção 835Dimensionamento de molas helicoidais de torção 836

14.9 Molas Belleville .............................................................................. 838

Função carga-deflexão de molas Belleville 840Tensões em molas Belleville 841Carregamento estático de molas Belleville 842Carregamento dinâmico 842Empilhamento de molas 842Dimensionamento de molas Belleville 843

14.10 Estudo de caso ................................................................................ 845

Estudo de Caso 10C: Projeto de uma mola de retorno para um braço de camo-seguidor 846

14.11 Resumo ........................................................................................... 850

14.12 Referências ...................................................................................... 853

14.13 Problemas ....................................................................................... 854

CAPÍTULO 15 PARAFUSOS E FIXADORES ..................................................... 859

15.0 Introdução ....................................................................................... 859

15.1 Formas padronizadas de rosca ......................................................... 862

Área sob tração 863Dimensões padronizadas de roscas 864

15.2 Parafusos de potência ..................................................................... 865

Roscas quadrada, Acme e de botaréu 865Aplicação de parafusos de potência 866Análise de força e torque em parafusos de potência 866Coeficientes de atrito 869Autotravamento e retroacionamento de parafusos de potência 869Eficiência de parafusos 870Parafusos de esferas 871

15.3 Tensões em roscas ........................................................................... 874

Tensão axial 874Tensão de cisalhamento 875Tensões torcionais 876

15.4 Tipos de parafusos de fixação ......................................................... 876

Classificação pelo uso pretendido 876Classificação pelo tipo de rosca 877

Norton_Iniciais.indd xxviiiNorton_Iniciais.indd xxviii 30/01/13 17:0830/01/13 17:08

SUMÁRIO xxix

Classificação pelo estilo de cabeça 877Porcas e arruelas 879

15.5 Fabricação de fixadores ................................................................... 880

15.6 Resistência de parafusos padronizados e parafusos de máquina ..... 881

15.7 Pré-carga de junções em tração ....................................................... 882

Parafusos pré-carregados sob carga estática 885Parafusos pré-carregados sob carga dinâmica 890

15.8 Determinação do fator de rigidez de junta ...................................... 895

Juntas com duas chapas do mesmo material 897Juntas com duas chapas de diferentes materiais 898Juntas com retentores 899

15.9 Controle de pré-carga ..................................................................... 904

Método do aperto de porca 905Parafusos de torque limitado 905Arruelas com indicação de carga 905Tensão torcional devida à torção dos parafusos 906

15.10 Fixadores em cisalhamento ............................................................. 907

Pinos passantes 908Centroide de grupos de fixadores 909Determinação de cargas de cisalhamento em fixadores 910

15.11 Estudo de caso ................................................................................ 912

Dimensionamento de parafusos de cabeça para um compressor de ar 912Estudo de Caso 8D: Projeto de parafusos de cabeça para um compressor de ar 912

15.12 Resumo ........................................................................................... 917

15.13 Referências ...................................................................................... 920

15.14 Bibliografia ..................................................................................... 920

15.15 Problemas ....................................................................................... 921

CAPÍTULO 16 SOLDAGEM ............................................................................ 927

16.0 Introdução ....................................................................................... 927

16.1 Processos de soldagem ................................................................... 929

Tipos de soldas de uso comum 930Por que um projetista deve preocupar-se com processos de soldagem? 931

16.2 Tipos de juntas e soldas .................................................................. 931

Preparação da junta 933Especificação da solda 933

16.3 Princípios do projeto de soldas ....................................................... 934

16.4 Carregamento estático de soldas ..................................................... 936

Resistência estática de soldas 936Tensões residuais em soldas 937Direção do carregamento 937Tensão de cisalhamento admissível para cordões e juntas JPP 937

16.6 Carregamento dinâmico de soldas .................................................. 940

Efeito da tensão média na resistência à fadiga de uma solda 940Os fatores de correção são necessários para o cálculo da resistência à fadiga? 940Efeito da configuração da solda na resistência à fadiga 941

Norton_Iniciais.indd xxixNorton_Iniciais.indd xxix 30/01/13 17:0830/01/13 17:08

xxx SUMÁRIO

Existe um limite de resistência à fadiga para soldagens? 945Falha por fadiga em carregamentos de compressão? 945

16.7 Tratando a solda como uma linha .................................................... 947

16.8 Soldas com carregamento excêntrico ............................................... 953

16.9 Considerações sobre o projeto de soldas em máquinas ................... 954

16.10 Resumo ........................................................................................... 955

16.11 Referências ...................................................................................... 956

16.12 Problemas ....................................................................................... 957

CAPÍTULO 17 EMBREAGENS E FREIOS .......................................................... 959

17.0 Introdução ....................................................................................... 959

17.1 Tipos de freios e embreagens .......................................................... 960

17.2 Seleção e especificação de embreagens/freios ................................ 966

17.3 Materiais para embreagens e freios ................................................. 968

17.4 Embreagens de disco ....................................................................... 968

Pressão uniforme 969Desgaste uniforme 969

17.5 Freios de disco ................................................................................ 971

17.6 Freios de tambor ............................................................................. 972

Freios de tambor com sapatas externas curtas 973Freios de tambor com sapatas externas longas 975Freios de tambor com sapatas internas longas 979

17.7 Resumo ........................................................................................... 979

17.8 Referências ...................................................................................... 982

17.9 Bibliografia ..................................................................................... 982

17.10 Problemas ....................................................................................... 983

APÊNDICE A PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ........................................... 987

APÊNDICE B TABELAS DE VIGAS ................................................................. 995

APÊNDICE C FATORES DE CONCENTRAÇÃO DE TENSÃO .......................... 999

APÊNDICE D RESPOSTAS DOS PROBLEMAS SELECIONADOS .................. 1007

ÍNDICE ........................................................................................................... 1017

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