Alinhamento Geométrico e Nivelamento de Máquinas e Equipamentos

Importância do alinhamento geométrico

As máquinas e os equipamentos em geral precisam estar alinhados geometricamente e nivelados para poderem operar de forma adequada e com o máximo de eficiência.

O alinhamento geométrico pode ser compreendido como sendo a relação existente entre os planos geométricos de todos os elementos constituintes de uma máquina.

A importância do alinhamento geométrico reside no fato de que deve haver harmonia entre os diversos conjuntos mecânicos existentes nas máquinas, e que executam movimentos relativos entre si, para que o todo funcione de modo eficaz. Caso contrario, ocorrerá comprometimento dos elementos em termos de exatidão e durabilidade.

As ilustrações a seguir mostram algumas máquinas alinhadas geometricamente.

Observe a harmonia entre os eixos de trabalho que os conjuntos mecânicos executam.

Peso dos componentes das máquinas e equipamentos

Quando uma máquina ou equipamento é projetado, dois fatores importantes são levados em consideração: o centro de gravidade da máquina, ou centro de massa, e o dimensionamento do seu curso de trabalho. O centro de gravidade é o local onde está o ponto de equilíbrio do peso de todo o conjunto.

Se uma máquina ou equipamento tiver algum problema com seu centro de gravidade e erros no dimensionamento de seu curso, surgirão desgastes de conjuntos e estruturas, quebras, peças mal executadas, resistências indesejáveis etc.

Na ilustração abaixo, mostramos uma m•quina cujo centro de gravidade está deslocado por causa da não simetria na distribuição de massa da mesa na direção x. A mesa do lado direito da figura possui mais massa e, consequentemente,mais peso desse lado. Nessas condições, o alinhamento geométrico fica prejudicado, pois a condição de apoio do sistema não satisfaz as necessidades.

Hoje em dia, as m•quinas modernas apresentam configurações arrojadas e se deslocam sobre bases mais estáveis e robustas, o que lhes garante maior rigidez. O centro de gravidade dessas máquinas é mais estável, garantindo o alinhamento geométrico desejado.

Observe na figura abaixo que na direção x a mesa se mantém perfeitamente alinhada, apesar do lado direito ser maior que o esquerdo. Um projeto de engenharia bem executado que garante o perfeito alinhamento da máquina.

Resumindo, os elementos relacionados entre si devem ser nivelados e alinhados geometricamente nos planos horizontais e verticais, e esses planos devem ser nivelados e alinhados entre si.

Instrumentos utilizados no alinhamento geométrico

Há vários instrumentos que são utilizados no alinhamento geométrico de máquinas e equipamentos. Esses instrumentos variam em complexidade e exatidão. Exemplos:

• relógio comparador;

• relógio com apalpador de precisão;

• régua padrão calibrada;

• bases calibradas para suporte de instrumentos;

• acessórios de verificação;

• nível de bolha;

• nível de bolha quadrangular;

• nível eletrônico;

• teodolito;

• autocolimador óptico-visual;

• autocolimador fotoelétrico;

• autocolimador a laser.

Aspectos técnicos do alinhamento geométrico

As partes estruturais das máquinas, como o barramento, por exemplo, sempre foram um problema de difícil solução para os projetistas. A dificuldade reside no comportamento que essas partes estruturais exibem quando estão em trabalho, fugindo de todas as condições consideradas nos cálculos. Os fatores que contribuem para esse comportamento aleatório são os seguintes:

•  surgimento de esforços durante a usinagem de peças;
•  esforços atuantes de outros componentes em trabalho;
•  vibrações do corte;
•  vibrações de componentes como árvores e rolamentos;
•  efeitos de agentes externos como a temperatura que causa dilatações.

O somatório desses fatores, principalmente a temperatura, atuando nas máquinas, pode provocar torções no conjunto e causar deslocamentos de difícil controle.

As bases das máquinas foram e ainda são construídas, embora em menor número, em blocos compactos de ferro fundido. Muitas máquinas modernas apresentam suas bases na forma de conjuntos soldados de aço em vez de ferro fundido. Esse avanço tecnológico permite um melhor dimensionamento do peso dessas máquinas e uma localização mais racional para nervuras e reforços estruturais.

As guias de deslizamento eram e ainda são, em muitos casos, usinadas no próprio corpo da base de muitas máquinas. Tais guias são retificadas para que o alinhamento atenda às especificações normalizadas. 

Uma máquina com guias de deslizamento feitas no próprio corpo da base pode trazer problemas. Se ocorrerem desvios, a base da máquina deverá ser retirada; as guias precisarão sofrer uma nova usinagem para corrigir as imperfeições; os demais componentes da máquina deverão ser ajustados de acordo com as novas dimensões das guias e toda a máquina deverá ser alinhada segundo as novas condições.

Na atualidade, com a evolução das máquinas que desenvolvem elevadas velocidades de corte, é cada vez mais freqüente a presença de guias lineares rolamentadas padronizadas e de fácil montagem, alinhamento, reposição e manutenção. As guias lineares rolamentadas permitem uma regulagem da pré-carga dos elementos rolantes.

Outra inovação no campo da fabricação de máquinas é a utilização de resinas como elemento de revestimento de superfícies. Essas resinas, em geral diamantadas, possuem uma elevada dureza e reduzem grandemente o atrito entre as superfícies em contato. As superfícies que recebem resinas passam por uma preparação prévia para que a aderência seja perfeita.

O ajuste dimensional e o alinhamento prévio dos conjuntos envolvidos são realizados com dispositivos e instrumentos adequados antes do preenchimento, moldagem e cura das resinas. As correções posteriores, quando necessário, são efetuadas por meio de rasqueteamento.

A inconveniência do calor em máquinas

Como já foi discutido em aulas anteriores, as máquinas em operação geram uma certa quantidade de calor. Esse calor é proveniente das forças de atrito que surgem entre elementos mecânicos que estão em contato e realizam movimentos relativos entre si.

Por exemplo, o calor pode ser gerado pelo atrito entre: 

• ferramentas de corte e peças em usinagem;
• engrenagens em movimento;
• eixos movimentando-se apoiados em mancais;
• polias e correias;
• pinhão e cremalheira.

Uma possível adição extra de calor na máquina poderá ter sua origem no meio ambiente em que ela está instalada.

Todo esse aumento de temperatura se transmite a todos os elementos da máquina, e isso, inevitavelmente, influirá na geometria dos conjuntos mecânicos.

Máquinas e equipamentos com exatidão dimensional são fabricados e operam normalmente em condições ambientais controladas. Além do controle da temperatura, controla-se a umidade do ar. É uma necessidade quando se pensa em qualidade e eficiência.

Nivelamento de máquinas e equipamentos

O bom nivelamento das máquinas e equipamentos é outro importante fator a ser considerado em termos de alinhamento geométrico e de trabalho eficiente, e qualidade de produto.

De fato, uma máquina ou equipamento bem nivelado trabalham sem esforços adicionais, e operam segundo o previsto.

Os instrumentos mais comuns para se efetuar o nivelamento de máquinas e equipamentos são os seguintes: nível de bolha de base plana; nível de bolha quadrangular e nível eletrônico.

As figuras a seguir mostram como são esses instrumentos

Como nivelar?

O nivelamento de uma máquina ou equipamento segue procedimentos e parâmetros normalizados e deve ser feito inicialmente no sentido longitudinal e, posteriormente, no sentido transversal. 

Havendo necessidade de efetuar acertos, o que é muito comum, trabalha-se acionando os niveladores da base.

Estando o equipamento nivelado, deve-se efetuar o aperto dos parafusos de fixação. Após essa operação, volta-se a conferir o nivelamento para checar se ocorreu alteração do nivelamento anterior.

Constatadas alterações, volta-se a nivelar; porém, sem desapertar totalmente os parafusos. Ao se atingir novamente as condições desejadas, conferem-se o aperto final. Esse procedimento dever· ser repetido até que se atinja o nivelamento correto com o aperto final dos parafusos de fixação.

Após o nivelamento da máquina, é conveniente colocá-la para funcionar em vazio durante certo período. Após esse período, o nivelamento deverá ser conferido novamente para novos ajustes, se necessário.

Pode ocorrer que uma determinada máquina não permita que se obtenha um nivelamento de acordo com as especificações. Nesse caso, uma análise dos fatores interferentes deverá ser realizada. Esses fatores interferentes poderão ser:

•  uma torção da própria estrutura da máquina causada por transporte inadequado;
•  tensões internas do próprio material utilizado na fabricação da máquina;
•  instabilidade da fundação onde a máquina encontra-se assentada;
•  presença de forças desbalanceadas provocadas pelo assentamento irregular dos elementos de fixação.

Eliminando-se esses fatores interferentes, o nivelamento adequado poderá ser obtido.

Fonte: Telecurso 2000 – Aula 28 - Alinhamento Geométrico e Nivelamento de Máquinas e equipamentos   

www.sp.senai.br/olimpiada/oc2009/descritivo/Mecanica_Manutencao_v1.pdf