Mancais Elementos Mecânicos. Prof. Marcos Batista

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Mancais Elementos Mecânicos

Prof. Marcos Batista

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Mancais

Definição

São elementos mecânicos desenvolvidos para suportar cargas radiais, axiais ou ambas, para movimentos de rotação ou linear.

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Mancais

Aplicação

• Motores de automóveis e aviões

• Motores a gás e a óleo

• Motores marítimos

• Máquinas a vapor estacionárias

• Bombas e compressores alternativos

• Turbinas a vapor

• Motores e bombas rotativas

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Mancais Tipos

Mancal de rolamento Mancal de deslizamento

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Mancal de deslizamento

Definição

• São constituídos de uma bucha fixada em um suporte;

• Bipartido ou maciço;

• Utilizado em máquinas pesadas;

• Equipamentos de baixa rotação.

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Mancal de deslizamento

Tipos

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Mancal de deslizamento

Tipos

• Hidrodinâmico: depende do movimento entre as partes para gerar o filme lubrificante. Atrito na partido é muito alto.

• Hidrostático: depende de uma fonte externa para formar o filme lubrificante. Atrito na partida é muito baixo.

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Mancal de deslizamento

Bucha

• Função de impedir o desgaste devido ao atrito entre duas peças e normalmente são fabricadas com material menos duro do que o eixo como o bronze e ligas de metais leves.

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Mancal de deslizamento

Especificação

• Viscosidade

• Carga distribuída por área do mancal

• Velocidade

• Dimensões do mancal

• Coeficiente de atrito

• Temperatura

• Razão de fluxo por volume de lubrificante

• Espessura mínima do filme lubrificante

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Mancal de deslizamento

Lubrificação

• Óleo

• Graxa

A falta de lubrificação pode danificar o mancal e aumentar significativamente a temperatura. Podendo ocasionar o travamento do sistema.

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Mancal de deslizamento

Lubrificação

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Mancal de deslizamento

Lubrificação

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Mancal de deslizamento

Lubrificação

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Mancal de deslizamento

Vantagens

• Amortece vibrações, choques e ruídos;

• Construção simples;

• Mancais de grandes diâmetros são mais baratos se comparado com mancal de rolamentos;

• suportam altas pressões.

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Mancal de deslizamento

Desvantagens

• Atrito maior de partida;

• Consumo maior de lubrificante;

• Exige maiores cuidados com a circulação do lubrificante e manutenção;

• Falta de padronização de componentes;

• Maior dificuldade de montagem devido a alta exigência de alinhamento entre mancais.

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Mancal de rolamento

• Indicado quando há necessidade de mancal com maior velocidade e menos atrito.

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Mancal de rolamento

Classificação quanto ao tipo de carregamento

• Radiais - não suportam cargas axiais e impedem o deslocamento no sentido transversal ao eixo.

• Axiais- não podem ser submetidos a cargas radiais.

Impedem o deslocamento no sentido axial, isto é, longitudinal ao eixo.

• Mistas- suportam tanto carga radial como axial. Impedem o deslocamento tanto no sentido transversal quanto no axial.

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• Esferas - os corpos rolantes são esferas. Apropriados para rotações mais elevadas

Mancal de rolamento

Classificação quanto aos elementos rolantes

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• Rolos - os corpos rolantes são formados de cilindros, rolos cônicos ou barriletes. Suportam cargas maiores e devem ser usados em velocidades menores.

Mancal de rolamento

Classificação quanto aos elementos rolantes

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• Agulhas - os corpos rolantes são de pequeno diâmetro e grande comprimento. São recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado.

Mancal de rolamento

Classificação quanto aos elementos rolantes

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• Baixo coeficiente de atrito na partida;

• Baixa exigência de lubrificação

• Intercambialidade internacional

• Não há desgaste do eixo

• Pequeno aumento da folga durante a vida útil

Mancal de rolamento

Vantagens

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• Maior sensibilidade aos choques;

• Maiores custos de fabricação;

• Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo;

• Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento;

• Ocupa maior espaço radial;

• Nível de ruído muito superior ao de mancal de deslizamento.

Mancal de rolamento

Desvantagens

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Mancal de rolamento

Fabricação

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Mancal de rolamento

Fabricação

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Mancal de rolamento

Fabricação

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Mancal de rolamento

Fabricação

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• Ajuda a dissipar o calor;

• Fornecer um filme de lubrificante entre os componentes;

• Evitar corrosão superficial.

Mancal de rolamento

Lubrificação

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Usamos óleo quando:

• Velocidade acima de 300RPM;

• Temperatura acima de 100ºC.

Usamos graxa quando:

• Velocidade abaixo de 300RPM;

• Temperatura abaixo de 100ºC.

Mancal de rolamento

Lubrificação

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Mancal de rolamento Lubrificação

vídeo

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Características do projeto:

• Carga;

• Vida do mancal sob carga;

• Número de rotações de trabalho;

• Confiabilidade esperada;

• Relação Confiabilidade X vida do mancal X carga;

• Carregamento combinado (radial e axial)

Mancal de rolamento

Dimensionamento

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Confiabilidade 90%

• C¹⁰= carga do catálogo do fabricante [KN]

• L^R= vida nominal [Hs]

• n^R= velocidade [RPM]

• F^D= carga radial esperada [KN]

• L^D= vida desejada [hs]

• n^D= velocidade desejada [RPM]

• a= 3, para mancais de esfera

• a= 10/3, para mancais de rolos cilíndricos e cônicos

Mancal de rolamento

Vida do mancal sob carga

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Considere a SKF que classifica seus rolamentos em L^RN^R60=10⁶ rotações. Se você desejar uma vida de 5000 hs a 1725 RPM com uma carga de 2 kN com confiabilidade de 90%, qual classificação procuraria no catálogo?

Mancal de rolamento

Exemplo

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Mancal de rolamento

Exemplo

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Confiabilidade

≥

^90%

• X^D= vida do projeto

• R^D= confiabilidade desejada

• a^f= fator de aplicação Parâmetros de weibull

• X⁰= 0,02

• (θ – X⁰)= 4,439

• b= 1,483

Mancal de rolamento

Relação confiabilidade x vida do mancal x carga

𝑪_𝟏𝟎 = 𝒂_𝒇. 𝑭_𝑫. 𝑿_𝑫

𝑿_𝟎 + 𝜽 − 𝑿_𝟎 . 𝟏 − 𝑹_𝑫 ^{𝟏 𝒃}

𝟏 𝒂

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A carga de projeto de um mancal de esferas é 1840 N e um fator de aplicação de 1,2 é apropriado. A velocidade do eixo deve ser de 300 RPM e a vida deve ser de 30 kh com uma confiabilidade de 0,99. qual classificação procuraria no catálogo?

Mancal de rolamento Exemplo

𝑪_𝟏𝟎 = 𝒂_𝒇. 𝑭_𝑫. 𝑿_𝑫

𝑿_𝟎 + 𝜽 − 𝑿_𝟎 . 𝟏 − 𝑹_𝑫 ^{𝟏 𝒃}

𝟏 𝒂

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F^e= carga radial equivalente

Xⁱ, Yⁱ, e= coeficientes tabelados V= fator de rotação

F^r= carga radial F^a= carga axial

V= 1,2 quando temos rotação no anel externo V= 1 quando temos rotação no anel interno

V= 1 quando temos rolamento autocompensador

Mancal de rolamento

Carregamento combinado: radial e axial

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Mancal de rolamento

Carregamento combinado: radial e axial

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Um mancal de esferas de contato angular SKF 6210 possui uma carga axial Fa de 1780 N e uma carga radial Fr de 2225 N, aplicada com o anel externo parado. A carga estática C0 é de 19800 N e a carga dinâmica C é de 35150 N. Estime a vida de projeto a uma velocidade de 720 RPM.

Mancal de rolamento

Exemplo

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Mancal de rolamento

Exercício

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Mancal de rolamento

Exercício

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Mancais

Referências bibliográficas

1. BUDYNAS, Richard G.; NISBETT J. Keith. Elementos de máquinas de Shigley.

10. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.

2. NORTON, Robert L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 4. ed.

Porto Alegre: Bookman, 2013.

3. MELCONIAN, Sarkis. Elementos de máquinas. 9. ed. São Paulo: Érica, 2008.

376 p. ISBN 9788571947030.

4. NIEMANN G. Elementos de máquinas. Vol. I. São Paulo: Edgard Blucher Ltda., 1959.

5. NIEMANN, Gustav. Elementos de máquinas: volume 2. São Paulo: Edgard Blücher, 1971. 207 p. ISBN 9788521200345.

6. CUNHA, Lamartine Bezerra da. Elementos de máquinas. Rio de Janeiro (RJ):

LTC Ed., 2005. xvii, 319 p. ISBN 8521614551 (broch.).

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