JLMP Engenharia: PROJETO DAS JUNTAS REBITADAS

No decorrer dessa semana a equipe finalizou a primeira entrega do Projeto Integrador. Foi solicitado que os componentes do grupo desenvolvessem um relatório do Projeto das juntas rebitadas com os seguintes objetivos:

Dimensionar os rebites de alumínio;
Dimensionar a espessura da chapa de aço carbono;
Determinar a disposição dos rebites na chapa;
Modelar a junta rebitada em CAD 3D
Apresentar o memorial de cálculo e desenho mecânico da junta rebitada

Primeiramente a equipe determinou o tipo de rebite a ser utilizado na Junta Rebitada. Com base nas especificações do projeto e nas necessidades do mesmo, optou-se pela escolha dos rebite com a cabeça redonda pela sua ampla utilização e pela permissibilidade de saliências superficiais na junta. O dimensionamento do mesmo de acordo com a ABNT EB-48/R é visto na figura a seguir:

Figura 1: Dimensionamento do rebite.

Fonte: Desenhista de máquinas, 1997, p. 6-37

Em seguida foi classificado o tipo de solicitação, baseadas na característica das cargas aplicadas e na presença ou não de movimentos no sistema. Dentre as classes, o tipo 1 é a que se aplica no projeto das juntas rebitadas, que consiste em um sistema imóvel com solicitações constantes. Assim de acordo com Norton uma análise de carregamento estático é suficiente. Para isso, se faz necessário desenhar corretamente o diagrama de corpo livre (DCL) para identificar corretamente as forças que atuam no sistema, conforme mostrado figura 2 abaixo:

Figura 2: Diagrama de corpo livre da junta rebitada.

Fonte: Própria equipe.

Analisando as solicitações no DCL a cima e Segundo Norton (2013), define-se as seguintes seções críticas para análise das juntas rebitadas:

1. Falha por tração da chapa entre rebites

2. Cisalhamento da seção transversal do rebite

3. Falha de apoio compressivo entre o rebite e a chapa

4. Cisalhamento da borda no furo do rebite

5. Rasgamento da borda no furo do rebite

Após determinar as seções críticas do projeto utiliza-se as teorias de falha para determinar quais tensões que farão o material romper, para enfim fazer o dimensionamento das juntas. As teorias de falha são fundamentais para a determinação de critérios para a previsão da falha de um determinado material perante a um estado bidimensional ou tridimensional de tensões. Onde os fatores mais significativos é a fragilidade ou ductibilidade do material e se é um metal uniforme ou não uniforme.

Com isso fez-se necessário caracterizar o alumínio fundido, e com base nos resultados de ensaios mecânicos realizados nos corpos de prova “das equipes do projeto integrador PI (II) 2017.2” o alumínio fundido não apresentou deformação plástica antes da fratura. Além disso, de acordo com Norton (2013), na situação em que as falhas são pressionadas, sujeitas a compressão, estes se compactam, aumentando a resistência ao deslizamento devido à tensão de cisalhamento.

Dessa maneira, os materiais fundidos são considerados além de frágeis como não uniformes, devido a sua resistência a tração ser diferente e menor que a sua resistência a compressão. Essa situação pode ser melhor entendida pela figura 3 abaixo, onde mostra o círculo de Mohr para dois ensaios realizados em metais não uniformes.

Figura 3: Círculo de Mohr para materiais não uniformes.

Fonte: Norton, 2013, p.259.

Partindo dessas análises, optou-se pela utilização das teorias de falha para materiais frágeis sob carregamento estático que se dividem em: Teoria de Mohr Modificada I e II e Teoria da tensão normal máxima.

MEMORIAL DE CÁLCULO

Como os materiais não uniformes apresentam limite de resistência de compressão maior do que o limite de resistência a tração, adotou-se a suposição de que os limites de compressão e tração são iguais. Porem, apesar dessa suposição gerar um "superdimensionamento" no projeto, o mesmo sera compensado com a determinação do coeficiente de segurança igual a 1.

Para determinar a tenção média que o alumínio fundido pode suportar, foi utilizado os resultados dos ensaios mecânicos das equipes dos trimestres anteriores. como pode-se observar nos cálculos a baixo:

Após essas análises com os valores das tensões que causam a falha no material encontradas, utilizou-se o círculo de Mohr para o caso em que ocorre cisalhamento puro, visto que essa é a principal solicitação atuando nos rebites. Além da teoria da tensão normal máxima, utilizou-se a teoria de Mohr modificada para comparar os valores de tensões principais encontradas pelas duas teorias.

Como o coeficiente de segurança utilizado é igual a 1, tem-se que:

Os resultados obtidos pelas duas teorias de falha são iguais, dessa maneira utilizará essas tensões para encontrar a tensão cisalhante máxima. Sendo assim, utiliza-se o círculo de Mohr para o caso em que: tensão 1 é igual ao negativo da tenção 3, a tenção 2 é igual a zero, e a tenção de cisalhamneto maxima é dada pela equação a seguir:

CÁLCULO DOS REBITES

Antes de iniciar os calculo dos rebites levamos em consideração as restrições do projeto. A largura da chapa não deve ultrapassar 50mm. Dessa maneira, foi calculado o diâmetro máximo para 1 rebite isolado, e para 2 rebites alinhados paralelamente a largura. Alem disso, com o valor da tensão máxima encontrado, foi calculado de 1 até 5 rebites em cada tira de chapa para determinar o melhor diâmetro a ser utilizado.

Antes de escolher a configuração, verificou-se se esses diâmetros resistem a compressão que a chapa causa quando tracionada. Contudo, para fazer essa verificação é necessário dimensionar a espessura da chapa para caso de organização da placa considerada no cálculo dos diâmetros. Sabendo que a necessidade do cálculo do diâmetro do furo, este deve ser ligeiramente maior do que o diâmetro do rebite por conta da dilatação do seu diâmetro útil no processo de estampagem do rebite. Da mesma forma que os diâmetros dos rebites foi calculada a espessura da chapa para cada disposiçao dos mesmos.

Calculados os diâmetros e espessuras da chapa para cada configuração, é necessário verificar se estes não falharão devido a compressão quando a juntar for tracionada e rasgamento na borda do furo respectivamente. Apesar de ter usado uma suposição para a tensão limite de ruptura de compressão do rebite, essa análise trará uma estimativa da possível falha do rebite devido a compressão

Após todas as analises foi determinado que a melhor opção para o projeto das juntas rebitadas seria de 4 rebites alinhados paralelamente a largura da chapa 2 a 2, respeitando as distâncias entre os furos paralela mente como podemos observar nos cálculos a seguir:

Assim foi determinada a espessura da chapa para 4 rebites alinhados paralelamente à largura da chapa 2 a 2, respeitando as distâncias entre os furos foi determinara a partir dos cálculos a baixo:

Então foi feito o cálculo da tenção de compressão para 4 rebites alinhados paralelamente à largura da chapa 2 a 2, respeitando as distâncias entre os furos, como pode observar nos cálculos a seguir:

Dessa maneira, está garantido que os quatro rebites de diâmetro 6.36mm e as placas de espessura 6.473mm suportarão as solicitações até chegar a carga de 30kN em que deve ocorrer a ruptura.

DESENHOS MECÂNICOS

Apos determinar todas as dimensões do projeto, foi possível concluir os desenhos mecânicos da junta rebitada. Os detalhamentos técnicos e vistas isométricas da junta e seus componentes serão apresentados a seguir:

Figura 4: Vista isométrica da Junta Rebitada