Aula 6 Elementos I

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Universidade Federal do Pará – UFPA
Campus Universitário de Tucuruí – CAMTUC
Faculdade de Engenharia Mecânica – FEM
Tucuruí
2014
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Elementos de Máquina I - UFPA - FEM
Disciplina: Elemento de Máquinas I
Prof. Eng.º Maciel da Costa Furtado
Aula 6: Mancais de Deslizamento 
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Elementos de Máquina I - UFPA - FEM
Objetivo: Identificar os principais tipos de mancais deslizantes e suas aplicações, dando ênfase à teoria da lubrificação hidrodinâmica.
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Introdução
Diferentemente dos mancais de rolamentos, onde esferas ou roletes são interpostos entre as superfícies deslizantes, os mancais deslizantes requerem deslizamento direto do componente de sustentação da carga em seu suporte.
Os mancais deslizantes (também chamados de mancais planos) são de dois tipos: (1) mancais de munhão ou mancais de luva, que são cilíndricos e suportam cargas radiais e (2) mancais axiais ou de encosto, que geralmente são planos. 
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Na figura a seguir, as regiões cilíndricas do eixo em contato com os mancais são chamadas de munhão. As regiões planas posicionadas contra os mancais axiais são chamadas de superfície de encosto. 
Introdução
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Introdução
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Tipos de Lubrificação
Lubrificação hidrodinâmica: as superfícies são completamente separadas pelo filme lubrificante. Os valores típicos de coeficiente de atrito são 0,002 a 0,010;
Lubrificação de filme misto: os picos da superfície ficam em contato de forma intermitente e ocorre um apoio parcialmente hidrodinâmico. Os coeficientes de atrito giram em torno de 0,004 e 0,10;
Lubrificação de contorno: a superfície de contato é contínua e extensiva, porém o lubrificante é continuamente “untado”. Valores típicos de coeficiente de atrito ficam na faixa de 0,05 e 0,2.
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Conceito Básico de Lubrificação (Hidrodinâmica)
Em repouso
Baixa rotação
Alta rotação
Entrada de óleo
Fluxo de óleo
Espessura mínima de filme lubrificante, h0
Força resultante do filme de óleo
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Conceito Básico de Lubrificação (Hidrodinâmica)
Viscosidade (μ): Quanto maior a viscosidade, menor a velocidade de rotação necessária para a flutuação do munhão a uma determinada carga. Ressalta-se que quanto maior for a viscosidade maior será a resistência hidrodinâmica para mover o filme de óleo;
Velocidade de rotação (n): quanto maior a velocidade de rotação menor deverá ser a viscosidade necessária para fazer o eixo “flutuar”;
Carga unitária do mancal (P): é definida pela carga w dividida pela área projetada do mancal (determinada pelo produto do diâmetro D pelo comprimento do mancal L)
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Viscosidade 
Assim, a viscosidade (absoluta) pode ser expressa por:
No equilíbrio, o torque T produz velocidade de fluxo laminar, U, através de um elemento de fluido 
No equilíbrio, o torque T produz deslocamento, δ, através de um elemento sólido 
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Viscosidade 
Sendo:
A viscosidade medida por um viscosímetro, cuja unidade é segundos Saybolt (SSU, SUV ou SUS), é conhecida como viscosidade cinemática, dada por:
A unidade é comprimento²/tempo. Por exemplo, cm²/s é chamada de stoke (St).
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Viscosidade 
As viscosidades absolutas podem ser determinadas a partir de medidas em viscosímetro Saybolt (tempo S, em segundos) pelas equações:
A massa específica para derivados de petróleo a 60 ºF (15,6 ºC) é de aproximadamente 0,89 g/cm³. Para outras temperaturas (em g/cm³):
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Classificação pela SAE (Society of Automotive Engineers):
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Teoria da Lubrificação Hidrodinâmica 
Pressão e forças viscosas atuantes em um elemento do lubrificante. Por simplicidade, apenas as componentes na direção x são mostradas
Rolamento fixo
Lubrificante
Rotação diária
Fluxo de lubrificante
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Teoria da Lubrificação Hidrodinâmica 
	Gradiente de velocidade no lubrificante
Considerando também o escoamento do fluido na direção z (escoamento axial e vazamento nas extremidades), podemos escrever a equação de Reynolds para o escoamento bidimensional:
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Cartas de Projetos Para Mancais Hidrodinâmico
As soluções numéricas da equação de Reynolds foram reduzidas à forma de gráficos (cartas). Essas cartas oferecem soluções precisas para mancais de todas as proporções. Algumas dessas cartas são mostradas a seguir.
Todas as cartas fornecem gráficos dos parâmetros adimensionais dos mancais em função do número característico do mancal (também adimensional), ou variável de Sommerfeld, sendo:
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Cartas de Projetos Para Mancais Hidrodinâmico
Diagrama polar da distribuição da pressão do filme. Também são mostradas as notações utilizadas
Óleo de viscosidade μ e vazão Q
Pressão do filme, P
Pressão média do filme = P = W/DL
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Carta para a variável espessura mínima do filme
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Carta para a variável coeficiente de atrito
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Carta para a determinação da pressão máxima do filme
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Carta para a determinação da posição da espessura mínima do filme
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Carta para as posições de pressão máxima do filme e término do filme
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Carta para a variável fluxo
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Carta para a relação entre o fluxo lateral e o fluxo total
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Exemplo
Um mancal de deslizamento de 2 in de diâmetro, 1 in de comprimento e 0,0015 in de folga radial suporta uma carga fixa de 1000 lb quando o eixo gira a 3000 rpm. Ele é lubrificado por óleo SAE 20, fornecido à pressão atmosférica. A temperatura estimada do filme de óleo é de 130 ºF. Utilizando as cartas de Raimondi-Boyd, estime a espessura mínima no filme de óleo, os ângulos Ø, θpmax, e θp0, a taxa total de fluxo de óleo, a fração da taxa de fluxo que representa o fluxo de óleo recirculando e a fração do novo fluxo que deve ser introduzida para recompletar o óleo perdido por vazamento lateral.