projeto preliminar
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
EMC 5301 – INTRODUÇÃO AO PROJETO E MANUFATURA ASSISTIDOS
POR COMPUTADOR
TURMA 730
Projeto preliminar
Ponte Rolante
Marco A. Casarin
Marco A. Marian Jr.
Júlio Furnaleto
Felipe V. Buzzi
Florianópolis, novembro de 2009
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Introdução
No projeto preliminar, do processo de projeto, terá como finalidade a montagem
geométrica do produto e a simulação da dinâmica das geometrias envolvidas. Esta fase
pode ser considerada como uma fase intermediária entre as abstrações, e conceitos
desenvolvidos nas etapas anteriores, e o projeto detalhado final.
Nesta fase os princípios de solução são construídos geometricamente em
sistemas CAE/CAD/CAM, ferramenta que auxilia na construção e desenvolvimento da
metodologia de projeto e que possibilita a organização e hierarquização das peças
desenvolvidas.
Na fase de projeto preliminar são evidenciadas as atividades de: definição
geométrica da estrutura do produto, definição da melhor interação entre os componentes
individuais (estaticamente e dinamicamente), estudo de resistências mecânicas, assim
como o estudo de materiais que o produto será composto e da estabilidade da estrutura
mecânica desenvolvida.
Dentro desta metodologia, descrever-se-á a documentação das montagens e
submontagens das peças do produto ponte rolante, em uma organização de projeto no
estilo produto-peça (top-down), ou seja, o produto é pensado como um todo. Os
projetistas focam o processo de criação geométrica na relação função/forma.
Também será descrito um planejamento para o processo de manufatura e uso do
produto, além do planejamento das próximas atividades que serão desenvolvidas para a
finalização do projeto.
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Índice
1. Definição preliminar da estrutura do produto .............................................................04
2. Montagem dos subsistemas ........................................................................................05
3. Simulações de movimento ..........................................................................................13
4. Processo de manufatura e fases de vida do produto ...................................................14
5. Gerenciamento do projeto ..........................................................................................15
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1. Definição preliminar da estrutura do produto
A estrutura funcional do produto é composta por uma lista de componentes e seus
relacionamentos. Ela auxiliará a organizar as montagens através de um processo
gerenciável que pode ser atribuído às equipes de projeto.
A estrutura preliminar, gerada no presente trabalho, foi gerada a partir da estrutura
funcional concebida no projeto conceitual desenvolvido anteriormente.
Na figura 01é apresentada a estrutura preliminar concebido do produto ponte
rolante.
Figura 01- estrutura preliminar da ponte rolante
Foi realizado também um esboço de montagem, onde a peça de partida auxilia na
definição de parâmetros de montagem, planos, eixos e sistemas de referência e outras
informações que o sistema CAE/CAD/CAM permite adicionar a ela.
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Na figura 02 é apresentado o esboço de montagem (“Skeleton Model”) e a definição
da localização dos principais subsistemas/montagens que constituirão o produto.
Figura 02- esboço de montagem
2. Montagem dos subsistemas
A partir da modelagem das peças individuais, partiu-se para a montagem do produto
através da escolha apropriada das restrições.
A montagem pode ser feita através de diversos tipos de assentamentos como: align,
mate, insert, planar, entre outros. Sendo que cada um deles possui as respectivas
restrições, as quais parametrizam e especificam as posições relativas entre os
componentes a serem montados, definindo os graus de liberdade.
A fim de permitir uma visualização mais realista, partiu-se para a montagem
de elementos móveis, que permitirão a realização de simulações de movimento do
produto.
2.1 Sistema de sustentação
Este sistema é composto por um subsistema:
Robustez
2.1.1 Subsistema de robustez
Para a realização da montagem do subsistema de robustez foram utilizadas quatro
vigas, duas longitudinais e duas transversais. Estas foram dispostas como visto na figura
abaixo. Nessa montagem não há nenhum grau de liberdade, pois as vigas são todas
fixas.
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Figura 03 - Subsistema de robustez – vigas transversais e longitudinais
Figura 04 – Árvore de montagem do subsistema de robustez
2.2 Sistema de Movimentação
Este sistema é composto por dois subsistemas:
Velocidade
Movimentação em dois eixos
2.2.1) Subsistema de Velocidade
Para a realização da montagem do subsistema de velocidade foram utilizadas três
carcaças e três rotores de motores elétricos além de três engrenagens, estas de diferentes
tamanhos. Os motores são submontagens, já que existe um grau de liberdade entre a
carcaça e o rotor.
As engrenagens foram acopladas aos rotores dos respectivos motores e
posteriormente, na montagem geral, terão a função de mover outras engrenagens.
Nessa montagem há um grau de liberdade, já que o rotor do motor juntamente com
a engrenagem rotacionam.
Figura 05 – Engrenagem
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Figura 06 – Carcaça do motor
Figura 07 – Rotor
Figura 08 – Subsistema de velocidade – Motor e engrenagens
Figura 09 - Árvore da Montagem do subsistema de velocidade
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2.2.2 Subsistema de Movimentação em dois eixos
Este subsistema é composto por mais dois subsistemas:
Carro Interno
Carro Externo
2.2.2.1 Subsistema Carro Interno
Para a realização da montagem do subsistema do carro interno foram utilizados
dezesseis rolamentos, oito eixos, sete rodas e uma carcaça. Os eixos e os rolamentos
foram acoplados na carcaça do carro, já as rodas foram acopladas aos eixos.
Esta montagem permite ao carro interno um grau de liberdade.
Figura 10 – Rolamento
Figura 11 – Roda com detalhe do acoplamento
Figura 12 – Eixo
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Figura 13 – Chassi do carro interno
Figura 14 – Montagem
Figura 15 – Árvore da montagem do subsistema do carro interno
2.2.2.2 Subsistema Carro Externo
Existem no produto final dois carros externos.
Para a realização da montagem do subsistema do carro externo foram utilizados, seis
rolamentos, três eixos, três rodas, uma tampa e uma carcaça, para cada carro externo. Os
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eixos, os rolamentos e a tampa foram acoplados na carcaça do carro, já as rodas foram
acopladas aos eixos.
Esta montagem permite ao carro externo um grau de liberdade.
Figura 16 – Chassi externo
Figura 17 – Eixo
Figura 18 – Tampa lateral
Figura 19 – Roda
Figura 20 – Resultado da montagem do subsistema do carro externo
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Figura 21 – Árvore da Montagem do subsistema do carro externo
2.3 Sistema de aquisição e entrega de cargas
Este sistema é composto por um subsistema:
Subsistema de força
2.3.1 Subsistema de força
Este subsistema é composto por outros dois subsistemas:
Carretel
Talha
2.3.1.1 Carretel
Para a realização da montagem do carretel foram utilizados, dois rolamentos, um
eixo e o próprio carretel. O eixo e os rolamentos foram acoplados na carcaça do carro
interno, já o carretel foi acoplado o seu eixo.
Esta montagem permite ao carretel um grau de liberdade.
Figura 22 – Eixo carretel
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Figura 23 – Carretel
Figura 24 - Montagem do subsistema carretel
Figura 25 - Árvore da Montagem do subsistema carretel
2.3.1.1 Talha
Para a realização da montagem da talha foi utilizado um suporte para a talha, um
gancho, quatro rolamentos e duas polias. O gancho, os quatro rolamentos e as duas
polias foram acoplados no suporte da talha.
Esta montagem permite a talha três graus de liberdade.
Figura 26 - Suporte da talha
Figura 27 - Gancho
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Figura 28 - Polia
Figura 29 - Montagem do subsistema talha
Figura 30 - Árvore da Montagem do subsistema Talha
3. Simulações de movimento
Com a finalidade de analisar a dinâmica do produto e a interação entre as peças
foram realizadas algumas simulações de movimento, utilizando restrições e movimentos
e relações entre as peças.
Na figura a seguir, temos exemplo de uma das simulações realizadas, na qual o
carrinho interno se movimenta para a esquerda e a talha sobe.
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Figura 31 – Simulação de movimentos do carrinho interno
4. Processo de manufatura e fases de vida do produto
As fases de vida de um projeto englobam os:
Setores produtivos: projeto, fabricação, montagem
Setores de mercado: aplicável a indústrias de pequeno e médio porte
Setores de consumo: função, manutenção, reutilização
4.1 Setores Produtivos
Projeto:
Elaborado em Projeto Informacional, Conceitual, Preliminar e Detalhado.
Fabricação:
O modelo de fabricação deverá ser obtido através dos resultados das análises
realizadas nesta etapa do projeto, assim como do modelo representado no sistema
CAD / CAM.
A ponte rolante utilizará vários componentes já existentes no mercado, como:
Eixos
Rolamentos
Rodas
Polias
Cabos
Ganchos
Engrenagens
Motores elétricos
No entanto algumas peças terão de ser fabricadas especialmente para este produto,
como:
Carcaças dos carros interno e externo
Vigas
Como a cidade de Joinville é um pólo metal-mecânico, provavelmente não será
difícil encontrar empresas capazes de fabricar as peças citadas acima.
Montagem:
O modelo representado no sistema CAD / CAM será a base para o processo
de montagem.
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4.2. Setores de Mercado
Como descrito na etapa de projeto informacional, nosso produto destina-se a
empresas de pequeno e médio porte. Pois a carga máxima suportada por nosso produto é
de 1000kg.
No início pretendemos vender nosso produto para empresas das regiões norte, vale
do Itajaí, serra e sul do estado de Santa Catarina, por serem regiões bastante
ndustrializadas.
Posteriormente temos a intenção de ampliar nosso mercado para os estados do Rio
Grande do Sul, Paraná, São Paulo e Rio de Janeiro.
4.3. Setores de Consumo
Função:
O produto final será empregado para transporte de cargas de até 1000kg, logo será
utilizada em empresas de pequeno e médio porte.
Manutenção:
Um dos requisito de projeto mais trabalhados durante o desenvolvimento foi a sua
modularidade, em função da facilidade de manutenção.
Por ser modular o produto permite uma fácil identificação e resolução de problemas,
diminuindo com isso os custos com manutenção.
Reutilização:
Cada peça substituída deverá posteriormente passar por um processo de avaliação
que a qualificará como descarte ou direcionada para o reparo apropriado.
Devido a característica de modularidade do sistema, alguns componentes poderão
ser reutilizados ou simplesmente ficar disponíveis para outras aplicações.
5. Gerenciamento do projeto
A partir das tarefas programadas no começo do projeto, houve a necessidade de
reajuste das datas para a realização do projeto dentro da data especificada. Com o
auxílio de um software de gerenciamento de projetos comercial foi possível o ajuste das
datas e a geração de relatório de tarefas a serem realizadas, como pode ser visto na
figura XX.
Figura 32 – Tarefas a serem realizadas
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O gráfico de barras da programação de execução das tarefas no tempo (gráfico de
Gantt) pode ser visto na figura XX.
Figura 33 – Tarefas a serem realizadas