Mini-Projecto · Redutor de velocidade para um tapete transportador
Contexto
A "Metalúrgica Vouga, Lda." precisa de um pequeno redutor de velocidade para acionar um tapete transportador de paletes. O motor disponível roda a 1450 rpm e entrega 1500 W; o tapete precisa de rodar bastante mais devagar, com binário suficiente para vencer a carga. Foste contratado/a, individualmente ou em grupo de dois, para calcular o trem de engrenagens e desenhar o conjunto e as peças de fabrico desse redutor, num programa CAD, entregando um dossiê completo de cálculo e desenho.
Requisitos
Funcionais
- Identificar e justificar o sistema de transmissão escolhido: um trem de engrenagens cilíndricas de dentado reto, em dois andares (dois pares de rodas).
- Calcular, para cada andar: módulo normalizado, número de dentes (inteiro, com arredondamento e recálculo se necessário), diâmetros primitivo, exterior e interior, e distância entre eixos.
- Calcular a razão de transmissão total, a rotação de saída, e, com um rendimento assumido por andar, a potência e o binário de saída (com a conversão de rpm para rad/s explícita).
- Desenhar o conjunto do redutor (pelo menos uma vista com corte), com lista de peças e balões de identificação.
- Desenhar a definição de, no mínimo, uma roda dentada e do veio de saída, com cotagem de fabrico completa: tolerâncias dimensionais (incluindo pelo menos um ajustamento furo/veio funcional), pelo menos uma tolerância geométrica (coaxialidade ou perpendicularidade, com justificação) e o estado de acabamento das superfícies funcionais.
- Especificar a proteção de segurança (resguardo fixo) do trem de engrenagens e descrever o procedimento de consignação para manutenção.
- Exportar em DXF, à escala 1:1, o perfil de pelo menos uma das rodas dentadas.
Não-funcionais
- Nenhum valor de cálculo "solto": cada resultado mostra os operandos e a fórmula usada, e segue a convenção de razão de transmissão fixada na sebenta.
- Unidades corretas em toda a cadeia de cálculo (rpm vs rad/s, mm vs m).
- Desenhos com o número de vistas suficiente para não deixar a forma ambígua, legenda completa e norma de tolerância geral citada.
- Dossiê organizado, com a memória de cálculo em passos, do módulo até ao binário de saída.
Fases
Fase 1 · Levantamento e requisitos (2h) Confirmar os dados do motor (1450 rpm, 1500 W), a rotação de saída pretendida pelo tapete e as limitações de espaço. Escolher o sistema de transmissão e justificar a escolha por escrito.
Fase 2 · Cálculo do trem de engrenagens (6h) Escolher módulos normalizados para os dois andares, calcular o número de dentes de cada roda (arredondar e recalcular sempre que sair fracionário), os diâmetros e as distâncias entre eixos. Registar a razão real de cada andar e a razão total.
Fase 3 · Binário, potência e rendimento (2h) Converter as rotações para rad/s, calcular o binário de entrada, assumir um rendimento por andar, calcular a potência e o binário de saída, com verificação cruzada.
Fase 4 · Desenho de conjunto (5h) Modelar ou desenhar o conjunto do redutor em corte, posicionar os balões de identificação e construir a lista de peças (rodas dentadas, veios, rolamentos, chavetas, caixa, tampas).
Fase 5 · Desenho de definição, cotagem e tolerâncias (5h) Desenhar a definição de uma roda dentada e do veio de saída: cotagem nominal e de fabrico, tolerâncias dimensionais e geométricas, ajustamento funcional e estados de acabamento.
Fase 6 · Segurança e exportação DXF (2h) Especificar o resguardo do trem de engrenagens e o procedimento de consignação; exportar o perfil de uma roda dentada em DXF à escala 1:1 e confirmar a unidade.
Fase 7 · Apresentação (2h) Apresentar o dossiê e os desenhos à turma, explicando as decisões de cálculo e de desenho tomadas.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Cálculo do trem de engrenagens (módulo, diâmetros, razão, arredondamento) | 25% |
| Binário, potência e rendimento corretos | 15% |
| Desenho de conjunto (vistas, cortes, lista de peças, balões) | 20% |
| Desenho de definição (cotagem, tolerâncias, acabamento) | 20% |
| Segurança e exportação DXF | 10% |
| Dossiê e apresentação | 10% |
Erros comuns
- Escolher módulos e números de dentes sem verificar se ficam normalizados e inteiros, ou continuar a calcular com um número de dentes fracionário.
- Trocar entrada por saída na fórmula da razão de transmissão, invertendo se o redutor reduz ou multiplica a velocidade.
- Calcular a potência ou o binário com a rotação em rpm em vez de converter para rad/s.
- Esquecer o rendimento ao calcular o binário de saída do trem completo.
- Cortar longitudinalmente um veio ou um rolamento no desenho de conjunto.
- Deixar uma superfície funcional (assento de rolamento, flanco de dente) sem tolerância geométrica ou sem estado de acabamento indicado.
- Exportar o DXF sem confirmar a escala e as unidades.
- Descrever a proteção de segurança em termos vagos ("tem resguardo"), sem indicar o tipo, a fixação e o procedimento de consignação.
Bónus (opcional)
- Substituir um dos dois andares de engrenagens cilíndricas por um par sem-fim/coroa, recalculando toda a cadeia e comparando o rendimento total obtido.
- Aplicar uma correção de dentado a um dos andares e mostrar o efeito na distância entre eixos real.
- Desenhar a união elástica entre o motor e o veio de entrada do redutor, com os respetivos parâmetros funcionais.
- Propor uma alternativa do sistema com correia dentada em vez do primeiro andar de engrenagens, e comparar vantagens e desvantagens.
Reflexão
No dossiê final, responde: se, a meio do projeto, tivesses descoberto que o número de dentes calculado para um andar era fracionário, que quatro passos terias seguido antes de continuares o resto dos cálculos? E: que duas medidas de segurança específicas incluíste no desenho ou no procedimento deste redutor, e que acidente concreto cada uma delas previne?