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Mancais de Escorregamento
Prof. Marcelo Braga dos SantosFaculdade de Engenharia MecânicaUniversidade Federal de Uberlândia
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Introdução
• Basea-se na formação de um filme de lubrificante entre as superfícies móveis.
• Hidrodinâmica• Hidroestática• Elastohidrodinâmica• Limite• Filme sólido
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Hidrodinâmica
• É aquela em que o filme de óleo é formado pelo movimento relativo entre as superfícies.
• Não há necessidade de fornecimento de óleo pressurizado.
• Deve-se garantir que haja óleo em quantidade para produzir o filme de lubrificante.
• Também chamado de filme completo ou de lubrificação fluída.
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Hidroestática
• A lubrificação ocorre pela injeção sobre pressão do filme de óleo entre as duas superfícies metálicas.
• Não há necessidade de velocidade elevadas para gerar a separação entre as superfícies.
• Adequado para máquinas de baixa velocidade.• Pode utilizar ar, água ou qualquer outro filme
lubrificante.
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Elastohidrodinâmica
• Ocorre principalmente quando as superfícies em contato apresentam um movimento de rolamento.
• Há combinação de efeitos elásticos dos corpos em contato com os efeitos do filme lubrificante.
• Encontrada em engrenagens e rolamentos lubrificados.
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Limite
• Quando ocorre uma variação de grandezas como:– Área de contato– Vazão de lubrificante– Temperatura– Carregamento– Viscosidade
Resultando em um filme de algumas moléculas de lubrificante o regime è chamado de lubrificação limite ou limítrofe.
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Lubrificação Sólida
• Quando são empregados lubrificantes sólidos como:
– Grafite
– Dissulfeto de Molibdênio
– Teflon®
– Etc
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Viscosidade
F du
A dy
U
h
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Viscosidade
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Viscosimetro Saybolt
61800.22 10 *st Pa
t
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Lei de Petroff
2 3
2
2
2
22
4
2
2
rN
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T A r rl rc
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2
22 22 2
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r N rf Sc P c
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Lubrificação Estável
22P
rf
c
N
Ponto de início da proporcionalidade da equação de Petroff
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Lubrificação Estável
Atenção ao movimento relativo entre o eixo e o mancal.
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Lubrificação Estável
e
c
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Teoria de lubrificação hidrodinâmica
• A experiência de Tower em 1880 foi a
primeira constatação do fenômeno.
• Verificou-se pressões superiores a
duas vezes o carregamento imposto
ao mancal.
• Posteriormente Sir Osborne Reynolds
escreveu as leis da lubrificação
hidrodinâmica
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
• Baseados nos resultados de Tower Reynolds hipotizou os seguintes termos:– O lubrificante obedece a lei de Newton
para a viscosidade.– As forças de inércia para do lubrificante
são negligenciáveis.– O lubrificante é incompressível .– A viscosidade é constante ao longo do
filme.– A pressão não varia ao longo da direção
axial.– Os mancais são considerados muitos
longos.– A distribuição é constante ao longo da
direção y e varia somente com a direção x.– A velocidade de cada partícula de fluído
varia somente nas direções x e y.
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
0x
dp dF pdydz p dx dydz dxdz dy dxdz
dx dy
Equilibrio de forças
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
Equilíbrio de forças
2
2
21 2
1
2
dp d du
dx dy dy
dp d u
dx dy
dpu y C y C
dx
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
Condições de contorno
1 2
0, 0 ,
, 02
y u y h u U
U h dpC C
h dx
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
Condições de contorno
21
2
dp Uu y hy y
dx h
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
Vazão
3
0 2 12
h Uh h dpQ udy
dx
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Teoria de Lubrificação Hidrodinâmica
• Considerando o fluido incompressível : 0dQ
dx
• Que conduz a:3
3
02 12
6
dQ U dh d h dp
dx dx dx dx
d h dp dhU
dx dx dx
• Solução de Sommerfeld:2
r r Nf
c c P
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Considerações de Projeto
Variáveis
conhecidas:
•Viscosidade, m
•Carregamento por unidade de área projetada do mancal, P
•Rotação, W•Dimensões
do mancal
Variáveis
decorrentes das anterior
es:
•Coefeiciente de atrito, f
•A variação de temperatura DT
•Vazão de lubrificante, Q
•Espessura mínima do filme de óleo, h0
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Considerações de ProjetoMancal e carga fixos
Eixo móvelMancal fixo
Carga e eixo móvel
2
velocidade angular do eixo em RPM
velocidade angular do mancal em RPM
velocidade angular do carregamento em RPM
j b f
j
b
f
N N N N
N
N
N
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Considerações de ProjetoMancal fixo - Carga e eixo móvel
Velocidade relativa nulaMancal e carga fixos - Eixo móvel
Velocidade relativa duplicada
2
velocidade angular do eixo em RPM
velocidade angular do mancal em RPM
velocidade angular do carregamento em RPM
j b f
j
b
f
N N N N
N
N
N
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Critério de projeto de Trumpler
• Basea-se no menor valor para h0 para definir as condições de projeto: 4 6
0 210 410h d in
• Limita a temperatura máxima de funcionamento: max max250 ou 120o oT F T C
• Limita a pressão máxima: 300stWpsi
LD
• Coeficiente de segurança: 2Dn
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Procedimento de ProjetoBearing Design in Machinery – Engineering Tribology and Lubrication, Harnoy, A.
• Basea-se no número de Sommerfeld:2
RS
C P
• Define a pressão máxima:2
F FP
RL DL
• Define a relação R/C como maior que 1000,considera-se que C é a folga radial.
• A relação R/C para mancais submetidos a altas cargas pode ser estimada por:
0.000983000
C
D
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Procedimento de ProjetoBearing Design in Machinery – Engineering Tribology and Lubrication, Harnoy, A.
• A definição da espessura mínima do filme de óleo deve ser tomada com base em:– Rugosidade das superfícies do munhão e do mancal.– Possíveis reduções da viscosidade devido a variação de
temperatura.– Flutuações da força sobre o eixo.– Propriedades mecânicas, metalurgicas e térmicas dos
materias de fabricação do mancal.
1/22 2, ,
5 100o
s e s m
h
R R
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
ViscosidadeX
Temperatura
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
ViscosidadeX
Temperatura
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Tabelas e Cartas de ProjetoRaimondi & Bold
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Balanço Energético
Vazão de entrada no mancal
Vazão de saída lateral do mancal
Vazão diferencial
Fluxo de calor
s
s
Q
Q
Q Q
H
1 Temperatura de entrada do óleo no mancal
Variação de temperatura do óleo
densidade do lubrificante
Calor específico do lubrificante
Quantidade equivalente de calor
p
T
T
C
J
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Balanço Energético
1/ 2 1
2
4 Pr
sloss p s p s p
loss
QH C Q T C Q Q T C T
Q
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J c
Trabalho da força de atrito viscoso
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Balanço Energético
/
4 1 0.5 / /p
s
J C T rf c
P Q Q Q rcNl
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Balanço Energético
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Valores Usuais de Pressão
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Materiais utilizados
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Geometrias
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Ranhuras