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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
SELEÇÃO DE MATERIAIS
TUCURUÍ-PA
EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO
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DOCENTE:
MSc. PEDRO PAULO RIBEIRO
DISCENTES:
ALESSANDRO CAMPELO...
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
2 ORIGEM DO CARDAN
3 VISÃO GERAL: EIXOS
4 ...
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1 - INTRODUÇÃO
Devido a configuração de caminhões, pick-ups e
u...
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2 - ORIGEM DO CARDAN
Já no século XVI, alguns
estudiosos se per...
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3 - VISÃO GERAL: EIXOS
Os eixos são elementos de máquina que te...
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3 - VISÃO GERAL: EIXOS
Os aços mais empregados para construção ...
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4 - DESCRIÇÃO DO PRODUTO
-Eixo Cardan: Tubo (eixo vazado) compr...
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4 - DESCRIÇÃO DO PRODUTO
-Principais componentes:
Juntas Univer...
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5 - CONDIÇÕES DE SERVIÇOS
O conhecimento e análise previa das c...
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6 - LUBRIFICAÇÃO
Por esse elemento aparentar ser de muita
simpl...
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7 - PROCESSO DE FABRICAÇÃO
Fundição ou Usinagem
O processo de f...
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8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO
Ficha técnica do motor veicular
Fa...
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8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO
Figura 5. – quadro com rendimento ...
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8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO
Exigências para a escolha do mater...
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9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
O eixo é um elemento de máquina que sof...
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9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
Figura 7. DCL
Fonte: Autores
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Para que o eixo não entre em movimento ...
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9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
Figura 8. DCL do eixo em corte
Fonte: A...
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Figura 8. DCL do eixo em corte
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Pela análise da Carta de Ashby podemos...
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Foi encontrado:
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Índice de mérito e massa do eixo para ...
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Alto
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Baixa
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Afim de obedecer os critérios de seleç...
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Fornecedores
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12 - CONCLUSÃO
Para a seleção adequada do material a compor um ...
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13 - REFERÊNCIAS
1 BEER, F.P. e JOHNSTON, JR., E.R.Resistência ...
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SELEÇÃO DE MATERIAIS - EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA
  2. 2. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA DOCENTE: MSc. PEDRO PAULO RIBEIRO DISCENTES: ALESSANDRO CAMPELO CARVALHO – 1033002518 CLEYTON FERNANDO LIRA LIMA – 10133002718 FAUSTO FILIPE TEIXEIRA DE TOLEDO – 10133001218 JULIANA GARCIA GAIA – 10133000618
  3. 3. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 2 ORIGEM DO CARDAN 3 VISÃO GERAL: EIXOS 4 DESCRIÇÃO DO PRODUTO 5 CONDIÇÕES DE SERVIÇOS 6 LUBRIFICAÇÃO 7 PROCESSO DE FABRICAÇÃO 8 CONSIDERAÇÕES DO PROJETO 9 MEMORIAL DE CÁLCULO 10 SELEÇÃO DO MATERIAL 11 MERCADO 12 CONCLUSÃO 13 REFERÊNCIAS
  4. 4. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 1 - INTRODUÇÃO Devido a configuração de caminhões, pick-ups e utilitários do gênero, onde o motor está na parte dianteira, mas o esforço maior está na traseira, o eixo cardan transfere o torque gerado pelo motor por meio de outros componentes até as rodas traseiras. Para que seja selecionado o material adequado na fabricação do eixo cardan de um caminhão, torna-se necessária a aplicação de conceitos de propriedade dos materiais, dos cálculo das tensões envolvidas, remetendo a mecânica dos sólidos, além de outras bases provenientes de disciplinas relacionadas.
  5. 5. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 2 - ORIGEM DO CARDAN Já no século XVI, alguns estudiosos se perguntavam como fazer para levar a força gerada pelo motor para as rodas traseiras. Depois de alguns experimentos engenhosos, um italiano chamado Geronimo Cardano inventou o eixo cardan, dando origem ao nome conhecido hoje como eixo cardan.
  6. 6. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 3 - VISÃO GERAL: EIXOS Os eixos são elementos de máquina que tem a função de suporte para outros elementos, além de que, quando se apresentam na forma móvel transmitem potência através do movimento de rotação. -Constuição dos eixos Em sua grande parte os eixos são constituídos por aços ou ligas de aço, devido as propriedades mecânicas exigidas por esse elemento serem melhor satisfeitas por materiais metálicos dessa constituição .
  7. 7. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 3 - VISÃO GERAL: EIXOS Os aços mais empregados para construção de eixos são os seguintes: ABNT 1015, 1020, 1025, 1030, 1040, 1045, 2340, 2345, 3115, 3120, 3135, 3140, 4023, 4140, 4340, 4615, 4620, 5140. Tipos de eixos: 1 Eixos Maçicos 2 Eixos Vazados 3 Eixos Cônicos Figura 1. (1) eixo maciço; (2) eixo vazado; (3) eixo cônico. Fonte: Autores
  8. 8. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 4 - DESCRIÇÃO DO PRODUTO -Eixo Cardan: Tubo (eixo vazado) comprido posicionado embaixo dos caminhões, ônibus e alguns utilitários. Cuja a função é transmitir potência do motor para o diferencial. Figura 2. (1) eixo cardan sem a inclinação; (2) eixo cardan com ângulo de inclinação. Fonte: SPICER – Entendendo o eixo cardan.
  9. 9. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 4 - DESCRIÇÃO DO PRODUTO -Principais componentes: Juntas Universais Mancal Central Fonte: SPICER – Entendendo o eixo cardan. Figura 3. Cruzeta e demais componentes que a unem ao eixo cardan e formam a junta universal Fonte: SPICER – Entendendo o eixo cardan. Figura 4. Mancal central.
  10. 10. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 5 - CONDIÇÕES DE SERVIÇOS O conhecimento e análise previa das condições de serviço, onde se inclui o meio onde a peça desenvolverá suas funções, é de suma importância na escolha do material da mesma, uma vez que essa pode ficar exposta a altas temperaturas, campos magnéticos, substâncias corrosivas, etc. No caso dos eixos a causas mais comuns de danos são: -Quebra -Desgaste
  11. 11. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 6 - LUBRIFICAÇÃO Por esse elemento aparentar ser de muita simplicidade além de robusto, muitas vezes a lubrificação do cardan não recebi a devida importância. No entanto, a lubrificação dos componentes dever ser feita nos prazos recomendados de acordo com o uso e tipo de eixo, sendo recomendado o uso de lubrificantes de extrema pressão. Os componentes do eixo cardan devem ser lubrificados somente com graxas que levam sabão de lítio, com especificação para extrema pressão.
  12. 12. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 7 - PROCESSO DE FABRICAÇÃO Fundição ou Usinagem O processo de fundição além de permitir a obtenção de formas complexas, também se mostra econômico, uma vez que a matéria-prima passa quase que diretamente para a forma final do produto. No entanto, a usinagem confere melhor acabamento superficial, além de se mostrar também econômico para a forma desejada do cardan.
  13. 13. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO Ficha técnica do motor veicular Fabricante / Modelo MWM Motores Diesel / 4.10 TCA Aspiração Turbo Afterculer Ciclo de funcionamento 4 tempos Número de cilindros e disposição 4 em linha Cilindrada total 4.3 litros Diâmetro x Curso 103 x 129 Sistema de injeção Mecânico Taxa de Compressão 17:1 Potência Máxima 107 kW (145 cv) Rotação de Potência Máxima 2600 rpm Torque Máximo 500 Nm Rotação de Torque Máximo 1600 rpm Peso Seco 380 kg Tabela 1 – dados técnicos do motor. Fonte: MWM motores diesel, 2006.
  14. 14. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO Figura 5. – quadro com rendimento de caixas de câmbio Fonte: MWM
  15. 15. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 8 - CONSIDERAÇÕES DO PROJETO Exigências para a escolha do material O material que será escolhido deve satisfazer o maior número e o mais precisamente as seguintes exigências: -Leveza (baixa densidade); -Rigidez (alto módulo de elasticidade); -Resistência Mecânica: Flexão Torção -Boa relação custo benefício (Preço relativamente baixo) -Reciclagem
  16. 16. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO O eixo é um elemento de máquina que sofre torção para sair da inércia, o que é devido ao seu acoplamento com outro elemento de máquina, como engrenagens, polias, etc. No caso do cardan é o garfo (também chamado de luva) que oferece essa resistência. A força do garfo é transmitida parcialmente pois a angulação do garfo é de 20°. Figura 6. Eixo com garfo Fonte: Autores
  17. 17. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Figura 7. DCL Fonte: Autores
  18. 18. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Para que o eixo não entre em movimento é necessário uma força contrária, essas forças são calculadas:
  19. 19. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  20. 20. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Figura 8. DCL do eixo em corte Fonte: Autores
  21. 21. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Figura 8. DCL do eixo em corte Fonte: Autores
  22. 22. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  23. 23. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  24. 24. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  25. 25. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO A ASME (America Society of Mechanical Enginneers) apresenta a seguinte equação para o cálculo de eixo oco submetido à torção, flexão e carga axial. O diâmetro externo do eixo pode ser obtido pela seguinte equação:
  26. 26. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  27. 27. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  28. 28. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  29. 29. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Cálculo do Índice de Mérito Substituindo...
  30. 30. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO Cálculo do Índice de Mérito
  31. 31. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 9 - MEMORIAL DE CÁLCULO
  32. 32. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Figura 10. Carta de Ashby para relação entre resistência e densidade. Fonte: Materials selection in mechanical design, Ashby.
  33. 33. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Pela análise da Carta de Ashby podemos observar que diferentes tipos de materiais satisfazem o critério do índice mérito que relaciona tensão com densidade. No entanto, alguns desses materiais não satisfazem os demais critérios adotados para o eixo cardan. Recapitulando as exigências para a seleção do material: - Leveza (baixa densidade); - Rigidez (alto módulo de elasticidade); - Resistência Mecânica: Flexão Torção - Boa relação custo benefício (Preço relativamente baixo) - Reciclagem
  34. 34. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Foi encontrado: Cerâmicos de engenharia Compósitos de engenharia Polímeros Metais - Aços - Ligas de Titânio Por que os aços? o aço possui uma grande versatilidade e abrangência de Propriedades Mecânicas, estas podem ser reguladas pelo uso não apenas do carbono, seu principal elemento de liga, mas também por praticamente todos os elementos conhecidos.
  35. 35. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Índice de mérito e massa do eixo para de diferentes materiais metálicos •Aços de alto teor de carbono Limite de resistência ao cisalhamento: 1155 Mpa; Densidade: 7,8 Mg/m3
  36. 36. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Índice de mérito e massa do eixo para de diferentes materiais metálicos •Aços com médio teor de carbono Limite de resistência ao cisalhamento: 900 Mpa; Densidade: 7,8 Mg/m3
  37. 37. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Índice de mérito e massa do eixo para de diferentes materiais metálicos •Aços com baixa liga Limite de resistência ao cisalhamento: 1100 Mpa; Densidade: 7,8 Mg/m3
  38. 38. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Índice de mérito e massa do eixo para de diferentes materiais metálicos •Aços inoxidáveis Limite de resistência ao cisalhamento: 1000 Mpa; Densidade: 7,6 Mg/m3
  39. 39. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Alto carbono Baixa tenacidade Fragilidade Baixa liga Baixa resistência a abrasão Inoxidáveis Custo elevado Médio carbono Tenacidade Resistência mecânica Ductilidade Considerações sobre os aços analisados:
  40. 40. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 10 - SELEÇÃO DE MATERIAL Afim de obedecer os critérios de seleção impostos no inicio do projeto, optamos em escolher dentre os aços que possuem médio teor de carbono, teores entre 0,3 e 0,6 % de carbono, pelo aço 1040, cujo tensão de escoamento satisfaz o projeto. Sua composição é melhor detalhada na tabela a seguir:
  41. 41. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 11 - MERCADO Fornecedores VALLOUREC TUBOS DO BRASIL S.A. Empresa que fornece o produto já na sua configuração final. Belo Horizonte, MG www.vallourec.com/br Produtos fornecidos: Tubos de Aço SEM COSTURA nas seguintes dimensões de fabricação: Diâmetro externo (Tubos laminados): 26,9 a 355,6 mm Diâmetro externo (Tubos trefilados): 5 a 235mm Espessura de parede: 2,3 a 38mm Comprimento: até 15m Tubos Mecânicos Em diversos graus de aço utilizados pelas indústrias de múltiplos segmentos na fabricação de peças, máquinas e equipamentos Tubos Automotivos Para rolamentos, sistemas de freio, injeção diesel, suspensão, juntas homocinéticas, cardans, barras de impacto e colunas de direção; eixos para caminhões, ônibus, caminhonetes, pick-ups, máquinas agrícolas e terceiros eixos para trucks e carretas AÇOS PRATES (Ipiranga - SP) http://www.acosprates.com.br Produto fornecido: Chapas de aço, com espessura de 6,30 a 150,0 mm, e largura de 1000 a 3800 mm. Trabalham com aços SAE 1006 a 1080.
  42. 42. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 12 - CONCLUSÃO Para a seleção adequada do material a compor um elemento de máquina, é necessária a priorização de certas propriedades no projeto, pois dificilmente um único material irá satisfazer, isto é, conter todas as propriedades físicas, químicas e mecânicas exigidas. Também é preciso fazer uma analise correta utilizando as ferramentas existentes para essa seleção, índice de mérito, Carta de Ashby, entre outras. Após a seleção da família de materiais mais adequada, se tornou necessária a adoção de critérios comerciais, onde o custo dos materiais que chegaram até esta etapa é verificado. Através dos métodos citados, concluiu-se que os aços com médio teor de carbono são os que melhor satisfazem as condições do projeto. Mais especificamente, o aço 1040 mostra-se como sendo uma boa opção deste tipo de aço.
  43. 43. EIXO CARDAN DE UM CAMINHÃO SELEÇÃO DE MATERIAIS TUCURUÍ-PA 13 - REFERÊNCIAS 1 BEER, F.P. e JOHNSTON, JR., E.R.Resistência dos Materiais , 3.º Ed., Makron Books,1995. 2 HIBBELER, R. C., Resistência dos Materiais. Pearson Prentice Hall, 5a edição, São Paulo, 2004 3 CHIAVERINI, Vicente. TECNOLOGIA MECÂNICA. Materiais de construção mecânica. ed 2. São Paulo, MAKRON Books do Brasil Editora Ltda, 1986. 4 Shigley, J. E; Mishke, C. R.; Projeto de Engenharia Mecânica, Bookman, 7ª edição, 2005. 5 http://www.cimm.com.br 6http://www.gerdau.com.br 7 Elementos de Máquina I; Prof. Douglas Roberto Zaions, 2008. 8 UNIS/MG; Sistemas mecânicos/Elementos de Máquina, Cássio da Silva, 2008. 9 Entendendo o Eixo Cardan; SPICER. 10 http://pt.scribd.com/doc/96090617/Selecao-de-material-do-eixoacesso em: 20 de setembro. 11 http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/518-aco-com-medio-teor-de-carbonoacesso em: 23 de setembro.

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