Trabalho Elementos - Mancal de Deslizamento PDF

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Projeto do dimensionamento de um mancal de deslizamento...

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PROJETO DE MANCAL DE DESLIZAMENTO

Resumo: Em uma máquina existem componentes que precisam de um suporte para funcionar de forma correta. Um mancal é uma parte, um componente de máquina que serve como apoio fixo, como suporte para o bom desempenho mecânico desses componentes rolantes. A partir desse contexto, entende-se que a função do mancal é aguentar uma carga enquanto está em contato com o eixo ou elemento rolante. Existem mancais do tipo deslizante ou rotativo (rolamento). O mancal do tipo de deslizamento tem como particularidade o uso de uma bucha fixada ao suporte, esse tipo de mancal é, geralmente, usado em máquinas pesadas ou materiais de baixa rotação. Considerando o que foi exposto e sabendo que o mancal é um acessório primordial em qualquer máquina ou aparelho, esse trabalho apresenta um projeto de um mancal de deslizamento, onde primeiro foi feita a seleção da carga e da velocidade de utilização do mesmo. Foram discutidos critérios de Trumpler e como melhorar a eficiência do mancal, variando parâmetros para isso.

1. INTRODUÇÃO Atualmente, mancais do tipo deslizamento são utilizados em diversas áreas, principalmente na industrial, pois a grande maioria das máquinas possuem mancais. Nessa última, seu uso é feito em motores elétricos, turbinas a vapor, dentre outros. Os mancais de escorregamento amortecem grande parte das vibrações, choques e ruídos e possuem uma tolerância relativamente grande de ajuste (NIEMANN, 1971). Segundo Shigley (2005), o controle dimensional sobre a folga entre eixo, bucha e carcaça dos mancais de deslizamento é fundamental para o seu bom desempenho. Folgas apertadas aumentam o atrito à que o eixo é submetido (o que resulta numa temperatura elevada) e folgas excessivas ajudam no aumento dos níveis de vibração, e um dos métodos usados para normalizar as temperaturas e vibrações do mancal é o controle dimensional sobre as folgas eixo-mancal. Um mancal é formado por duas partes primordiais, são elas o munhão, parte interna com movimento de rotação, e o mancal ou área de apoio, que pode ser imóvel, invariável, estável. O mancal, como área de apoio, deve ter a lubrificação, seja ela por qualquer fluido, programada para atender as circunstâncias das atividades desempenhadas. A propriedade mais importante de um lubrificante é a viscosidade do fluido. Esse trabalho mostrará o desenvolvimento de um projeto de um mancal de deslizamento, discutindo os critérios de Trumpler e formas de melhorar a eficiência do mancal, apresentando três tipos de lubrificantes e discorrendo sobre suas influências.

2. OBJETIVOS Objetivo Geral O trabalho desenvolvido tem como objetivo geral desenvolver um projeto de um mancal do tipo deslizante, bem como discutir formas de melhorar a eficiência desse mancal, através de variações de parâmetros, discutindo os resultados. 2.1 Objetivos Específicos •

Apresentar as melhorias na eficiência do mancal desenvolvido;

•

Expor a avaliação feita a partir de três lubrificantes e discutir suas influências;

•

Discutir de forma clara os critérios de Trumpler e como este intervém nas melhorias da eficiência do mancal.

3. METODOLOGIA

A metodologia utilizada para o desenvolvimento do referido projeto foi ordenada em pesquisa e revisão bibliográfica, como também parâmetros adotados e explicados em sala de aula. Além disso, foi feita a escolha de três lubrificantes e estes valores foram usados para coleta de dados através de cartas gráficas, onde pôde ser observado o valor da viscosidade, através de temperaturas escolhidas e também o valor da variável do coeficiente de fricção, através do número de Sommerfeld. Após o recolhimento desses dados, será possível apresentar e discutir formas de melhorar a eficiência do mancal, a escolha da melhor temperatura para ser utilizada no projeto e também avaliar os três tipos de lubrificantes utilizados e quais as suas influências no projeto do mancal de deslizamento.

4. DESENVOLVIMENTO

Levando em consideração o critério de Trumpler foi possível calcular o diâmetro do eixo a partir da equação abaixo. Essa análise se faz necessária para evitar grandes desgastes do no eixo durante seu uso e assim evitar possíveis falhas no sistema. 𝑤 < 2068 𝐾𝑝𝑎 𝑙𝐷 Foi adotada uma relação l/D = 1, dessa forma, isolando o D, obteve-se: 𝐷=√

5000 ∗ 2 𝑤 ∗ 𝐹𝑠 = 𝐷√ = 70𝑚𝑚 2068 2068

Aplicou-se um fator de segurança de valor 2, usando uma boa confiabilidade no projeto. O material escolhido foi o aço 4340 por abundância comercial e para bucha uma liga de bronze, visando uma razão de dureza maior que 1/3 como é recomendado. A partir disso foi escolhida uma relação r/c = 700 para esta liga e em seguida calculou-se a folga mínima. 35 𝑟 𝐶𝑟 = 𝑟 = = 0,05𝑚𝑚 700 𝑐 Em seguida foi calculado o número de Sommerfeld, dado por: 𝑅 2 𝑁 ∗µ 𝑆=( ) ∗ 𝐶 𝑃

Para isso, é preciso conhecer o valor de pressão P, dado por: 𝑃=

5000 ∗ 2 𝑤 ∗ 𝐹𝑠 = = 1,78𝑀𝑃𝑎 𝑙𝐷 75 ∗ 75

𝑆=(

35 2 8 ∗ 2 ∗ µ ) ∗ = 4,40𝑀(𝑝𝑎. 𝑠)−1 0,05 1,78

Para a escolha do lubrificante foi desenvolvida uma planilha no Excel que analisa a temperatura do trabalho do mancal e verifica o lubrificante mais eficiente de acordo com sua viscosidade. Foram testados três lubrificantes: SAE 40, SAE 30 e SAE 50; para cada um deles foram sendo feitos chutes de temperatura de trabalho, e a temperatura ambiente adotada foi de 35°C.

A partir das equações abaixo, de energia gerada e perdida pelo sistema, considerando que há a conservação de energia é estimada a real temperatura de trabalho. 𝐻𝑔 = ( 𝐻𝑝 = (

𝑅𝑓 ) ∗ 𝐶𝑟 ∗ 𝑤 ∗ 𝑁 ∗ 2𝜋 𝐶𝑟

ℎ𝑐𝑟 ∗ 𝐴 ) (𝑇𝑓 − 𝑇𝛼 ) 1+𝛼

A área da superfície do mancal foi estimada de acordo com as dimensões calculadas para o diâmetro e o comprimento, sendo assim, A=70000mm². Um hcr = 13,3w/(moC) foi escolhido para as condições de ar revolvido pelo eixo de acordo com a tabela abaixo. Tabela 1 – Coeficiente global

Fonte: Shigley, 8ed.

𝛼 = 1 foi escolhido para as condições de ar em movimento para anel de lubrificação de óleo, de acordo com a tabela 2.

Tabela 2 – Alfa para sistema de lubrificação

Fonte: Shigley, 8ed.

Conhecendo todos esses dados e utilizando a planilha Excel e as cartas gráficas, obteve-se resultados para cada tipo de lubrificante.

5. RESULTADOS

Lubrificante SAE 40 Figura 1 – Tabela para temperatura de trabalho SAE 40

Fonte: Autoria própria, 2021.

Figura 2 – Carta gráfica para viscosidade do lubrificante SAE 40

Fonte: Autoria própria, 2021.

Figura 3 - Carta gráfica coeficiente de fricção SAE 40

Fonte: Autoria própria, 2021.

Lubrificante SAE 30 Figura 4 – Tabela para temperatura de trabalho SAE 30

Fonte: Autoria própria, 2021.

Figura 5 – Carta gráfica para viscosidade do lubrificante SAE 30

Fonte: Autoria própria, 2021.

Figura 6 - Carta gráfica coeficiente de fricção SAE 30

Fonte: Autoria própria, 2021.

Lubrificante SAE 50 Figura 7 – Tabela para temperatura de trabalho SAE 50

Fonte: Autoria própria, 2021.

Figura 5 – Carta gráfica para viscosidade do lubrificante SAE 30

Fonte: Autoria própria, 2021.

Fonte: Autoria própria, 2021.

De acordo com os dados apresentados acima, o lubrificante que se mostra mais eficiente foi o SAE 50, em uma temperatura de trabalho de 85o C. Para caráter de verificação, foi feita a analise para constatar a estabilidade do lubrificante, que comprova a estabilidade do lubrificante escolhido.

µ∗𝑁 > 1,7(10−6) 𝑃

Lubrificante SAE 50 0,022∗8 1,78

= 0,0988

Lubrificante SAE 30 0,0138∗8 1,78

= 0,0620

6. CONCLUSÃO

A partir deste dimensionamento do mancal de deslizamento foi possível entender quais as principais tomadas de decisão para que o funcionamento da peça apresente a melhor eficiência possível. Foi aplicado o critério de Trumpler e verificado diversos tipos de lubrificantes a fim de prolongar a vida útil do sistema, deixando o mais otimizado possível.

REFERÊNCIAS NIEMANN, Gustavo. Elementos de Maquinas. São Paulo: Ed. Blucher, 1971. SHIGLEY, J.E.; MISCHKE, C.R.; BUDYNAS, R.G. Projeto de engenharia mecânica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005....