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MANCAIS O mancal é um elemento de máquina que serve como apoio fixo para a transmissão mecânica em elementos girantes, são bipartidos e fabricados de ferro fundido ou aço, seus tipos são divididos em de rolamento ou de deslizamento Sua função e servir de apoio a eixos em rotação, devido a essa ação esta sujeito a varias forças de atrito entre a superfície do eixo e o mancal. Seus tipos são: Mancais de deslizamento (ou de bucha) · Mancal Hidrodinâmicos; · Mancal Hidrostáticos; · Mancal Aerostáticos; · Mancal Magnéticos. Mancais de rolamento (ou rotativo) · Rígido de esferas; · De esferas de contato angular; · De rolos cilíndricos; · De rolos cônicos; · Axial de Esferas; · De agulhas; · Autocompensador de rolos e esferas. O mancal de rolamento (rotativo) comporta rolamento de esferas, de rolos ou de agulha que servem como apoio do eixo. Dessa forma, quando o eixo gira, as esferas ou rolos também giram e um suporte fixo onde o rolamento é montado no furo do mancal para suportar o eixo, é composto por dois anéis concêntricos e um elemento rolante entre eles. É considerado um mancal de menor atrito devido a redução do escorregamento como mostra a figura a seguir. Figura 1 – mancal de rolamento Fonte: Romassa Mancal de Rolamento Rígido de Esferas: É composto por um conjunto de esferas e alojamento. Por ser rígido, não permite movimento de flexão ou desalinhamento do eixo. Pode suportar carga radial e axial, além de altas velocidades como mostra a figura a seguir Figura 2 – Rolamento de esfera Fonte: AWS rolamentos Mancal de Rolamento de Esferas de Contato Angular: É recomendado em aplicações que demandem alta rotação e pouco ruído. São adequados para suportar cargas combinadas (axiais e radiais) atuando simultaneamente como mostra a figura a seguir. Figura 3 - Rolamento de Esferas de Contato AngularFonte: Soluçoes indistriais Mancal de Rolamento de Rolos Cilíndricos: Permite que o eixo trabalhe em alta velocidade e suporte elevadas cargas de impacto na direção radial. Podem ser encontrados nas seguintes formas: de acordo com o número de carreiras de rolos (uma, duas ou quatro) e de acordo com o tipo de gaiola como mostra a figura a seguir. Figura 4 - Mancal de Rolamento de Rolos Cilíndricos: Fonte: Direct Mancal de Rolamento de Rolos Cônicos: É preparado para suportar altas cargas de impacto, inclusive impactos radiais e axiais simultâneos. Contam com linhas de projeção das pistas que se encontram em um ponto comum no eixo do rolamento. Sua capacidade de carga axial aumenta com ângulo de contato crescente como mostra a figura a seguir Figura 5 - Rolamento de Rolos Cônicos Fonte: Abecom Mancal de Rolamento Axial de Esferas O rolamento axial de esfera possui dois anéis, um no eixo e outro na base que acomoda as esferas em seus canais. Não podem ser submetidos a cargas radiais. São compostos por anel de eixo, gaiola axial e anel de caixa que pode ter superfície de assento plana ou esférica como mostra afigura a seguir. Figura 6 - Rolamento Axial de Esferas Fonte: Norelem Mancal de Rolamento de Agulhas Utilizado para cargas elevadas e em baixa rotação. O rolamento de rolos de agulha, apresenta diâmetro pequeno em comparação com seu comprimento. O perfil modificado de pista/rolo, faz com que se evitem os picos de tensão como mostra a figura a seguir. Figura 7 - Rolamento de Agulhas Fonte: gsv Mancal de rolamento Autocompensador de rolos/esferas Nesse tipo de mancal o rolamento possui a característica de serem auto-alinháveis, permitindo desalinhamentos angulares do eixo em relação ao alojamento. Ele consegue corrigir os erros de alinhamento causados por flexão, por desalinhamento ou até mesmo erros de instalação como mostra a figura a seguir. Figura 8 - rolamento Autocompensador de rolos Fonte: rte Figura 9 - rolamento Autocompensador de esfera Fonte: Ferroi Mancal de deslizamento Mancal de deslizamento é um elemento de máquina que serve de apoio para eixos girantes. Seu funcionamento se baseia no deslizamento entre um eixo e uma bucha. Estão sujeitos às forças de atrito que surgem devido à rotação desse eixo que exerce uma carga sobre a bucha. Mancal Hidrodinâmico É fabricado em material de alta resistência e possui uma fina camada de óleo lubrificante entre o eixo e a bucha. Evitando assim o atrito Ideal para altas velocidades e cargas elevadas. Suportando-as com uma fina camada de gás ou líquido como mostra a figura a seguir. Figura 10 – Mancal Hidrodinâmico Fonte: MR Mancal Hidrostático Apresenta precisão extremamente alta, quase isento de desgaste. Desse modo é muito utilizado em aplicações de alta precisão no movimento de rotação. Por exemplo em máquinas de medição, máquinas de testes e máquinas ferramentas. Seu funcionamento ocorre através de um sistema de alimentação de lubrificante com pressão externa. Portanto, pressionando continuamente o lubrificante líquido através de canais de entrada para câmaras entre as superfícies do mancal. Como resultado, as superfícies do mancal são separadas por um filme de lubrificação fino. Mancal Aerostático É lubrificado com um filme de ar, cuja camada tem espessura entre 5 e 30 microns. Sendo assim, as superfícies são intercaladas com camadas de ar comprimido, que é fornecido por um ou mais bocais no mancal. A sua precisão é muito elevada, além disso não gera calor. Entretanto, o seu custo de fabricação e manutenção é elevado. Impossibilita a sua utilização em larga escala. Este tipo suporta altas temperaturas e quase não gera calor. Produz baixa vibração quando comparados com outros tipos. Apresenta pequeno erro médio de giro (excentricidade) e baixo ruído de operação, desse modo, o ar pode escapar para o ambiente sem perigo de contaminação, não havendo necessidade de equipamento auxiliar para reciclagem. Também há fricção mínima e exatidão elevada a altas e baixas velocidades e, além disso, não necessitam lubrificação e não há desgaste como mostra a figura a seguir. Figura 11 – Rolamento Aerostático Fonte: Researchgate Mancal Magnético Este não utiliza lubrificantes, pois usa campos magnéticos para suportar seu carregamento. Dessa forma consegue manter o eixo em suspensão pela ação de forças magnéticas. O mancal magnético pode ser tanto do tipo axial quanto radial como mostra a figura a seguir. Figura 12 - Mancal Magnético Fonte: Cooper Mancais de deslizamento são caracterizados pelo escorregamento de uma superfície móvel sobre outra. Já os mancais de rolamentos apresentam as seguintes vantagens: menor custo, projeto de alojamento mais simples, menor espaço radial, operação silenciosa, resistência a sujeiras ou partículas, menor incidência de falha por fadiga e fácil reposição, além de serem relativamente leves como mostra a figura a seguir. Figura 13 – Mancais de deslizamento Fonte: Collins, Busby e Staab Levando em consideração a lubrificação limítrofe em que se tem o filme de óleo cilíndrico como um “bloco líquido” que está sob a ação de uma força F, o torque de atrito (fT), em que µ é a viscosidade absoluta; n é a velocidade da rotação expressa em rotações por segundo; L é o comprimento do mancal; R é o raio do eixo; e c é a folga radial. Equação torque por atrito Folga radial Figura 14 - Mancal de deslizamento para a análise de Petroff Fonte: Juvinall e Marshek Se uma pequena carga radial W for aplicada ao eixo, o torque de atrito () será dado por: Em que: P é a carga radial por unidade de área projetada do mancal e D, o diâmetro do eixo. A ação da carga W fará com que o eixo fique excêntrico em relação ao mancal. No entanto, se isso for desprezível, podemos igualar ambas as equações, obtendo, desta forma, a equação de Petroff, para avaliação do coeficiente de atrito em mancal levemente carregado: F= 2 Freios O procedimento para análise e projeto de freios é fundamentalmente o mesmo para todos os tipos de freios e embreagens. O início do projeto requer que o projetista escolha um freio que seja compatível com a aplicação e, nesse momento, é importante que sejam consideradas restrições dimensionais do projeto. O par de material com o qual o freio será manufaturado deverá ser escolhido com base nos prováveis modos de falha dominantes, nas condições operacionais e no tempo de resposta de acionamento do freio. O torque necessário para que se atinja a velocidade necessária no tempo idealizado deve ser estimado, bem como a energia a ser dissipada na região de contato de atrito. A distribuição de pressão sobre as superfícies de contato devem ser estimadas e a pressão na região de atrito deve ser determinada em função da máxima pressão. Vamos ao equacionamento tomando como base uma sapata curta e rígida do freio como mostra a figura a seguir. Figura 15 - Freio de sapata simples Fonte: Collins, Busby e Staab Nesse caso, assumimos que a distribuição de pressão é uniforme em toda a superfície da sapata, dessa forma, p (pressão em qualquer ponto especificado) é igual a Pmax(máxima pressão na zona de contato). Como a pressão possui distribuição uniforme, a força normal N é dada por: N= PmaxA, em que A é a área de contato da superfície de atrito. Construindo o diagrama de corpo livre e realizando a somatória de momentos em relação ao pino da rótula fixa, temos que: Força atuante necessária Fa Também podemos determinar a reação da força na rótula hR pela somatória de forças horizontais: Que fornece A reação da força na rótula vR, por sua vez, é determinada pela somatória de forças verticais: VASOS DE PRESSÃO Os vasos de pressão são utilizados para armazenar fluidos pressurizados e podem assumir diversas formas ou combinações. Esses elementos podem ser pressurizados internamente ou externamente, podem ser constituídos por paredes finas ou grossas e, também, podem ter as extremidades abertas ou fechadas. São amplamente utilizados em tanques, dutos, canos de armas, atuadores hidráulicos ou pneumáticos, dentre outras aplicações. Nos projetos de vasos de pressão, as descontinuidades geométricas requerem atenção especial, assim como as regiões concentradoras de tensão. O projetista também deve se atentar às junções do vaso com os tampos, independentemente de sua forma geométrica. O projeto de um vaso de pressão contempla o posicionamento de bocais (aberturas), janelas de inspeção e limpeza, soldas de costura, regiões de aumento ou diminuição de espessura e suportes para flanges. Para esse tipo de elemento, é importante que o engenheiro projetista consulte os códigos de projeto de vasos de pressão quando estiver envolvido em um projeto dessa natureza. Nos Estados Unidos, a norma que deve ser respeitada por lei no caso de projetos de vasos de pressão é o Código ASME para Caldeiras e Vasos de Pressão (ASME Boiler and Pressure Vessel Code). No Brasil, o documento que dispõe especificações sobre vasos de pressão é a Norma Regulamentadora NR-13. Os cilindros pressurizados ou vasos de pressão são classificados de acordo com a espessura de sua parede: cilindros de paredes finas ou cilindros de paredes grossas. Caso a espessura da parede (t) do cilindro seja igual ou inferior a 10% do seu diâmetro, a análise pode ser feita considerando-se vaso de paredes finas. Caso contrário, a análise deve ser feita considerando parede grossa, uma vez que as componentes de tensão radial e tangencial parede não se distribuem de forma linear. Figura 16 - Análise de um cilindro de paredes finas Fonte: Collins, Busby e Staab Equilíbrio de forças vertical Em que é a componente vertical da força devido à pressão interna ; essa variável pode ser encontrada integrando a componente vertical da força sobre a superfície semicircular. Quanto às demais variáveis, temos que: é a componente de tensão tangencial; t é a espessura do cilindro; e l é o comprimento do cilindro. Tenção tangencial Caso o cilindro seja fechado em suas extremidades, podemos obter a componente de tensão longitudinal por meio do equilíbrio de forças axiais no plano que passa perpendicularmente ao eixo do cilindro. componente longitudinal de tensão é: REFERENCIAS GSV, gsv rolamentos, Rolamentos de agulha, São Paulo, GSV, 2021. Disponível em: https://www.gsvrolamentos.com.br/rolamentos-agulha NORELEM, Norelem rolamentos, Rolamento axial de esfera, São Paulo, NORELEM, 2021. Disponível em: https://www.norelem.com/pt/pt/Produtos ABECOM, Rolamento e soluções em manutenção industrial, Rolamentos de rolos cônicos, Minas Gerais, ABECOM 2021. Disponível em: https://www.abecom.com.br/rolamento-conico-o-que-e/ DIRECT, Direct Industry, Mancal de Rolamento de Rolos Cilíndricos, São Paulo, DIRECT, 2021. Disponível em: https://www.directindustry.com/pt/prod/power-transmission-solutions/product-15945-1280505.html AWS, Aws Rolamentos, Rolamento de esfera, São Paulo, AWS, 2021. 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Professor(a): Aline Ferro Maceió 2021 LISTA DE IMAGENS Figura 1 – Mancal rolamento.....................................................................02 Figura 2 – Rolamento de esfera................................................................02 Figura 3 – Rolamento de esfera de contato angular.................................03 Figura 4 – Mancal de rolamento de rolos cilíndricos.................................03 Figura 5 – Rolamento de rolos cônicos.....................................................04 Figura 6 – Rolamento axial de esfera........................................................05 Figura 7 – Rolamento de agulha................................................................05 Figura 8 – Rolamento autocompensado....................................................06 Figura 9 – Rolamento autocompensado de esfera....................................06 Figura 10 – Mancal hidrodinâmico.............................................................07 Figura 11 – Rolamento aerostático............................................................09 Figura 12 – Mancal magnético...................................................................09 Figura 13 – Mancais de deslizamento.......................................................10 Figura 14 – Mancal de deslizamento para analise de petroff....................11 Figura 15 – Freio de sapata simples.........................................................12 Figura 16 – Analise de cilindros de parede fina........................................14 SUMARIO MANCAIS..........................................................................................................05 FREIOS.............................................................................................................15 VASOS DE PRESSÃO.....................................................................................17 REFERENCIAS.................................................................................................20
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