Um eixo com superfície polida comercialmente está submetido a um momento fletor alternado de 3000 N.m e um torque médio de 9000 N.m com uma flutuação de . Os fatores de concentração de tensão de fadiga para torção e flexão são iguais a 1,35 e o coeficiente de segurança é igual a 2,5. Determine o diâmetro do eixo para que ele possua vida infinita com de confiabilidade. Considere e GPa. Utilize o critério de Asme-elíptica.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um eixo que sofre um momento fletor alternado de e um torque médio de com uma variação de . Queremos encontrar o diâmetro desse eixo de forma que ele tenha uma vida infinita com 95% de confiabilidade, usando o critério elíptico da ASME. Para isso, vamos precisar aplicar conceitos de fadiga, tensão combinada e fator de segurança.
Passo 2
Vamos começar calculando a flutuação do torque. A questão diz que o torque médio é com uma variação de . Isso significa que o torque alterna entre:
Passo 3
Agora, vamos determinar os momentos alternados e os torques alternados. Para o momento fletor, já temos que ele é alternado . Para o torque, a flutuação é de .
Passo 4
Precisamos calcular as tensões de flexão e de torção no eixo. A fórmula para a tensão de flexão é:
E para a tensão de torção:
Aqui, é o diâmetro do eixo que queremos encontrar.
Passo 5
Como temos fatores de concentração de tensão para torção e flexão (), vamos aplicar esses fatores às tensões calculadas:
Isso nos dá as tensões efetivas consideradas no projeto.
Passo 6
Utilizando o critério elíptico da ASME, combinamos as tensões de flexão e de torção da seguinte forma:
Onde é o coeficiente de segurança, é o limite de escoamento e é o limite de resistência à tração do material.
Passo 7
Substituindo as expressões de e na equação do critério elíptico e resolvendo para , teremos:
Simplificando essa equação, podemos isolar e calcular seu valor.
Resposta
Após os cálculos, o diâmetro mínimo necessário para o eixo é aproximadamente .