CAPTULO 2 1 Introduo 2 Sistemas mecnicos passivos

CAPÍTULO 2 1. Introdução 2. Sistemas mecânicos passivos 3. Sistemas mecânicos ativos 4. Sistemas mecânicos ativos com realimentação elétrica: sistemas mecatrônicos 5. Metodologia de projeto – sistemas mecatrônicos 6. Características do projeto de um sistema mecatrônico 7. Projeto de um sistema mecatrônico e perfil de conhecimentos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

1. Introdução A capacidade de um sistema mecânico de se adaptar a novas exigências depende de como ele foi projetado. Sistemas mecânicos: ativos e passivos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

2. Sistemas mecânicos passivos O projeto de um sistema mecânico deve atender a essas necessidades: i) Forma geométrica do sistema e de cada um de seus componentes. Relaciona-se com as formas macroscópicas, como comprimento, altura, largura etc. , e até a detalhes microscópicos, como o acabamento superficial. ii) Material a ser empregado em cada componente. Relaciona-se não somente aos elementos químicos que constituem o material, mas também aos aspectos estruturais que envolvem o tipo de tratamento térmico/químico aplicado. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Projeto de um sistema mecânico passivo © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Ciências básicas da engenharia mecânica direcionadas ao projeto a) Cinemática: define a relação entre a geometria e a grandeza física a ser gerada (posição, velocidade, aceleração, força etc. ). b) Dinâmica: garante que as partes que compõem o dispositivo, cada uma possuindo uma inércia, executem as funções requeridas segundo uma ordem cronológica desejável. c) Resistência dos materiais: garante que a relações geométricas acima definidas sejam preservadas (o que implica preservar as formas geométricas) mesmo diante de deformações provocadas por esforços ou de rompimentos completos do componente, o que é uma forma extrema de deformação. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Ciências básicas da engenharia mecânica direcionadas ao projeto d) Termodinâmica: define as dimensões e a geometria dos componentes do mecanismo, a fim de garantir que elas não atinjam temperaturas que possam comprometer a resistência mecânica. e) Mecânica dos fluidos: define esforços gerados por líquidos em repouso ou em movimento e, por meio desses esforços, a geometria e as dimensões dos componentes. f) Tribologia: finalidade similar à descrita no item ‘resistência dos materiais’, mas são consideradas as deformações permanentes decorrentes do desgaste dos componentes do dispositivo. Define a forma adequada de acabamento superficial e aspectos microscópicos da forma geométrica para garantir menor desgaste e lubrificação. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Ciências básicas da engenharia mecânica direcionadas ao projeto g) Ciência dos materiais: define o material a ser empregado nos componentes com base em parâmetros como dureza, modulo de elasticidade, tensão de ruptura, resistência ao desgaste, usinabilidade e custo, entre outros, que caracterizam cada tipo de material. h) Tecnologia de fabricação: define a tecnologia de fabricação mais adequada para a obtenção de formas e materiais com características especificadas por meio de estudos que abrangem os itens de (a) a (f). i) Economia: leva em conta a existência de uma forte relação entre custo e a forma geométrica a ser obtida. Como a tendência é minimizar o custo, ele acaba contribuindo na definição da forma geométrica. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Funcionamento de um sistema mecânico passivo © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Metodologia de concepção de sistemas mecânicos passivos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

3. Sistemas mecânicos ativos Inclusão do conceito de controle automático na etapa de concepção do sistema mecânico => o elemento de ajuste realiza as devidas correções de parâmetros internos do sistema, a fim de obter a saída desejada. O elemento de ajuste atua sem a intervenção humana. Diferentemente dos sistemas mecânicos passivos, na entrada dos sistemas mecânicos ativos, as funções desejadas não são explicitamente indicadas, pois não são fixas e podem variar. De acordo com as alterações em tais funções, o elemento de ajuste, incorporado ou anexado ao sistema mecânico, procede aos devidos ajustes nos parâmetros internos do sistema, sem a intervenção humana, de modo que se obtenham as funções desejadas na saída. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Sistemas mecânicos ativos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Regulador automático de velocidade James Watt (1788) © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

4. Sistemas mecânicos ativos com realimentação elétrica: sistemas mecatrônicos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

Sistemas mecânicos ativos com realimentação elétrica: sistemas mecatrônicos Ao se proceder à realimentação utilizando sensores eletrônicos, dispositivo eletrônico de tratamento de sinais e atuadores eletromecânicos, passa-se a ter uma realimentação altamente eficiente em termos de (sem citar as vantagens advindas do uso do computador): • precisão de controle; • rapidez de resposta; • capacidade de realizar algoritmos de controle de elevada complexidade. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

5. Metodologia de projeto – sistemas mecatrônicos a) Distinção de uma parte que trata do projeto mecânico de outra que trata do projeto do controle (esta última inclui os sensores, os atuadores, o controlador e a estratégia de controle). b) Especificação do sistema mediante a execução concomitante do projeto mecânico e do projeto do controle. c) Duas possíveis alternativas para um reprojeto, no caso de um projeto inicial não atender às necessidades especificadas. d) Diferentemente do projeto de um sistema mecânico convencional, no qual se gera somente especificação quanto ao material e à geometria, aqui se gera especificação adicional, referente aos sensores, aos atuadores e à estratégia de controle. © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

6. Características do projeto de um sistema mecatrônico © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.

7. Projeto de um sistema mecatrônico e perfil de conhecimentos © 2005 by Pearson Education Princípios de Mecatrônica – João Maurício Rosário – © 2005 Pearson Education, Inc.