Introdução aos Elementos de Máquinas PMR 3320 A12. Mancais

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PMR 3320 – A12

Mancais

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➢ Mancais são elementos de máquinas que tem por função básica absorver carregamentos, e onde o movimento de

translação em qualquer direção deve ser

minimizado, deixando livre somente a

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Escorregamento Rolamento Fluídicos Magnéticos

Hidrostáticos Hidrodinâmicos

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Para cada aplicação existe um tipo de mancal que melhor se adapta, sendo a escolha uma função:

▪ características do movimento

▪ tipo e intensidade dos carregamentos ▪ rigidez

▪ velocidade de trabalho

▪ do espaço disponível para instalação ▪ confiabilidade

▪ mantenabilidade ▪ custos

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São empregados em aplicações de baixa velocidade de rotação, com alta capacidade de carga e rigidez.

➔ Em geral são de custo muito baixo ➔ Podem apresentar desgaste excessivo ➔ Geram calor

➔ Baixa velocidade ➔ Vibrações

➔ Stick-slip

➔ Alta capacidade de carga ➔ Alta rigidez

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A seleção é feita em função do par tribológico, que fornece o coeficiente de atrito, da velocidade de giro, do carregamento, da taxa de desgaste esperada e do custo.

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Apoio Mancal rotativo Eixo rotativo Dimensionamento 𝑃 = 𝐹 𝑑𝑙 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑃 𝑛𝑜 𝑚𝑎𝑛𝑐𝑎𝑙 [ 𝑁 𝑚𝑚2] 𝑉 = 𝑥. 𝑑𝑛 103 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 [𝑚 𝑠 ]

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O uso de lubrificante na interface permite a redução do atrito,

e consequentemente a geração de calor, torque resistivo e

desgaste.

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São os tipos de mancais mais utilizados, e são caracterizados

por:

➢

fácil movimentação

➢

mínimo atrito

➢

elevado nível de padronização

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Carregamentos

Radiais Axiais

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Radiais

_{Radiais/Axiais}

_Axiais

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Mancais de esfera

Mancais de rolos

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Tipos de mancais de esferas

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Tolerâncias geométricas e dimensionais Precisão de giro (radial e axial)

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Quanto a forma de sustentação

➔

mancais fluidodinâmicos, que são aqueles cuja pressão da

filme de lubrificante que suportará a carga é dependente da

velocidade tangencial do mancal

➔

mancais fluidoestáticos, que são aqueles em que as

superfícies com movimento relativo são separadas por um filme

lubrificante, forçado sob pressão, a qual é fornecida por uma

fonte externa (bomba ou compressor)

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São mancais onde as superfícies com movimento relativo são

separadas por um filme fluido, o qual pode ser líquido ou gasoso

➔Líquidos: óleo, água, outros ➔ Gás: AR, hélio, Ar, outros

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Número característico

𝑆 =

𝑅

𝑐

𝜇𝑛

𝑃

Onde:

➔

R – raio do mancal

➔

c – excentricidade

➔

 - viscosidade

➔

n – rotação

➔

P - Pressão

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Número característico

𝑆 =

𝑅

𝑐

𝜇𝑛

𝑃

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Radiais

carregamento

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➔ Projeto complexo ➔ Fabricação complexa ➔ Baixa modularidade

➔ Sem atrito, desgaste e stick-slip ➔ Elevada capacidade de carga

➔ Sistemas de retorno e resfriamento ➔ Alta rigidez

➔ Elevado amortecimento ➔ Alta velocidade

➔ Problema de estabilidade térmica ➔ Elevada exatidão

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p p_r h p_r p_a P₀ = 0 x y B >> l l z Assumindo:

➢ Existe um fluxo laminar entre superfícies planas.

➢ Só existe atrito viscosos

➢ Além das forças de compressão, as forças de empuxo também devem ser levadas em

h_r l

Q_r

P₀

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h p_r l h_r l Q_r pa p_o Restritor de fluxo Capilares Orifício Porosos Flexíveis Outros

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h p_r b l h_r l Q_r pa p_o 𝑄_𝑟𝑜 = 𝐴_𝑐𝐶_𝑑_𝑜 2 𝜌(𝑝𝑎 − 𝑝𝑟) 𝐴_𝑐 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜 𝐶_𝑑_𝑜 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐶_𝑑_{𝑜𝑟𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜} ≅ 𝟎, 𝟖𝟎 ⇒ (0,6 𝑎 1,0) 𝑄 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑡𝑟𝑜

Fluxo em um restritor tipo orifício

𝑄_𝑟𝑜 = 𝐴_𝑐𝐶_𝑑_𝑜 2

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h p_r B l h_r l Q_r pa p_o Capacidade de carga 𝑊 = 𝐵 𝑝_𝑟 𝑙 2 + 𝑝𝑟𝑏 + 𝑝𝑟 𝑙 2 p p_r P₀ 𝑊 = 𝑝_𝑟 𝐵(𝑙 + 𝑏) b

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h p_r B l h_r l Q_r pa p_o

Comparando – Orifício vs Capilar

p p_r P₀ b _Rigidez 𝐾 = 3𝐵(𝑙 + 𝑏) h 𝑝_𝑟 (𝑍 + 1) 𝑍 = (𝑝𝑟 − 𝑝𝑎) 𝑎(𝑝_𝑠 − 𝑝_𝑟) 𝑎 = 2 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜 𝑎 = 1 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑙𝑎𝑟

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h p_r B l h_r l Q_r pa p_o p p_r P₀

b _{Efeito do diâmetro do orifício}

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Radiais

carregamento

Axiais Radiais/axiais

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hidrodinâmicos

carregamento

hidrostáticos híbridos

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hidrodinâmicos hidrostáticos 𝑊 = 𝑓 𝐿 𝐷 𝑃 𝑊 = 𝑓 𝐿 𝐷 𝑛 𝜂 𝐷 2 c₀ (h_r) L W D n

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𝑊 = 𝑎_𝑓 𝐴_𝑝 𝑃_𝑟 𝑄 = 𝑞_𝑓 𝐹 𝐴_𝑝 𝑐3 𝜇 𝑃_𝑎 = 𝑃_𝑟 𝑄 _𝑃_𝑎 _{= 𝐻}_𝑓 𝐹 𝐴_𝑝 2 𝑐3 𝜇 𝑊 ⇒ 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑛𝑐𝑎𝑙 𝑄 ⇒ 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑛𝑜 𝑚𝑎𝑛𝑐𝑎𝑙 𝑃_𝑎 ⇒ 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 (𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎) 𝑃_𝑟 ⇒ 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑏𝑎𝑖𝑥𝑜 𝑎_𝑓 ⇒ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞_𝑓 ⇒ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝐻_𝑓 ⇒ 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴_𝑝 ⇒ á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑃𝑎𝑑 Dimensionamento 2𝜋𝑟 𝐿 𝐴_𝑝

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Escorregamento Rolamento Fluídicos Magnéticos Fluidodinâmicos Fluidostáticos Aerostáticos Hidrostáticos Aerodinâmicos Hidrodinâmicos

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• Mancais magnéticos não tem contato mecânico

• Não tem limites de velocidade – segurança é o limite

• Podem ser lineares, rotativos ou combinados

• Back up mecânicos devem ser introduzidos prevendo falhas

de energia

• Rigidez infinita, controlada eletronicamente

• Controle sofisticado

• Elevada capacidade de carga e rigidez

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http://www.airbestpractices.com/technology/blower

Bombas de alto desempenho Árvore de máquinas-ferramentas

http://m.schaeffler.de/content.mobile/en/

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