Fadiga

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  • Publicado : 30 de outubro de 2012
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1. Introdução


O processo seletivo de materiais nem sempre é simples de ser feito e tão pouco intuitivo. Para que se faça uma boa seleção, devemos deixar de lado alguns conhecimentos que julgamos ter e aceitar novas opções de materiais que possam vir a surgir e sejam pouco intuitivas.

Nesse trabalho, temos como objetivo a seleção de materiais para um eixo de tração submetido a cargascíclicas e, portanto, sujeitas à falha por fadiga.

Para resolver esse problema, precisamos analisar o objeto em estudo, definindo suas aplicações e as tensões às quais está sujeito. A partir daí, é apresentado o conceito de fadiga e os principais carregamentos que levam à sua ocorrência para que possamos entender o mecanismo que levará à falha do material e então, procuramos obter uma equação quenos permita escolher os materiais segundo as cartas de seleção.

2. Definição do elemento de máquina

Eixos de transmissão ou simplesmente eixos, são usados em praticamente todas máquinas que transmitem movimento rotatório de torque de uma localidade para outra. No mínimo um eixo típico transmite torque de um sistema acionador (motor) através da máquina.

Temos diversas aplicações paraeixos rotativos de transmissão, esses estão presentes em praticamente todos equipamentos de engenharia com finalidade de transmissão de potência. Como exemplos de uso temos veículos automotores, helicópteros, ou qualquer equipamento que exista a necessidade de usar a potência longe do equipamento motor.

Algumas vezes eixos irão suportar engrenagens, polias ou rodas dentadas que podem transmitir omovimento rotatório via engrenagens acopladas, correias ou correntes de um eixo para outro. Eles são apoiados em mancais de rolamentos, em mancais de deslizamento, e outro tipo de apoio que exerça a menor resistência à rotação possível dependendo da configuração do equipamento.

Os carregamentos mais relevantes em um eixo de transmissão rotativo são principalmente a torção devida ao torquetransmitido, causando um carregamento constante de natureza cisalhante na seção e a flexão de cargas transversais por elementos como engrenagens, polias e rodas dentadas de natureza normal e oscilante em relação à seção. Nesse tipo de carregamento normalmente os esforços dinâmicos relativos ao momento fletor são os maiores causadores da falha.

3. Fadiga

3.1 Introdução

Fadiga é uma forma defalha que ocorre em estruturas submetidas a cargas dinâmicas e tensões flutuantes (por exemplo, pontes, aviões, e componentes de máquinas). Para estas condições é possível ocorrer falha com um nível de tensão abaixo da tensão de escoamento do material para cargas estáticas. O termo fadiga é utilizado porque esse tipo de falha ocorre depois de um longo período ao qual o material é submetido atensões e deformações cíclicas. Fadiga é um importante fator para a falha dos materiais e estima-se que é o responsável por cerca de 90% de todas as falhas de metais, polímeros e cerâmicas (com exceção de vidros) também estão susceptíveis a este tipo de falha. Além disso, sua ocorrência é geralmente catastrófica, dado que ocorre de modo frágil, ou seja, sem deformação plástica aparente.

Adificuldade de prevenção da fadiga não está em identificar seus causadores, e sim na eliminação de tais causadores ou agravantes, que geralmente são elementos essenciais ao funcionamento da máquina.

Porém, este efeito prejudicial pode ser minimizado durante o projeto, se for elaborado com auxílio de obras que documentam o comportamento de elementos de máquinas sob diversos carregamentos, evitandoassim repetir os erros do passado.

Mas sem dúvida alguma, o componente mais prejudicial do ponto de vista da fadiga é o entalhe, por isso, a melhoria na vida de fadiga em máquinas com entalhes é muito difícil de ser atingida.

Existem três fatores básicos responsáveis pela fadiga:

Tensão máxima aplicada;

Amplitude da tensão cíclica;

Número de ciclos.

Fatores como: meio ambiente...
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