projeto de mancal de deslizamento

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¹Discente: Lucas Samuel Pereira Rocha de Lima; ²Doscente: Zoroastro Torres Vilar 
 1 
E~E 
 
 
PROJETO DE UM MANCAL DE DESLIZAMENTO 
Lucas Samuel Pereira Rocha de Lima1, Zoroastro Torres Vilar2. 
 
Resumo: Os mancais são de fundamental importância no processo industrial, e portanto, de 
grande apelo econômico. A falha dos mancais é motivo suficiente para que máquinas tenham 
seu rendimento comprometido ou até mesmo parem de funcionar. Para evitar essa falha, os 
mancais de deslizamento deverão apresentar um sistema de lubrificação eficiente, uma vez 
que, associados ao atrito, estão o desgaste e a geração de calor. Este trabalho tem por objetivo 
a realização e comparação de dados para um projeto de um mancal de deslizamento para a 
disciplina de elementos de máquinas 2, do curso de engenharia mecânica da UFERSA. Para 
isso foi avaliado os critérios de Trumpler e utilizados softwares para obtenção dos resultados. 
Este trabalho analisou material da bucha e seu diâmetro, bem como diferentes tipos de 
lubrificantes que atendiam aos critérios estabelecidos. A norma NBR 14220-1 de dimensões 
para buchas foi consultada. Para realização do trabalho, foram variados parâmetros como tipo 
de troca de calor, área superficial do mancal. Cada aluno possuía um valor de carga e 
velocidade, assim projetava e buscava demonstrar a eficiência do seu projeto. Por fim, foi 
utilizado o software solidworks para criação de um modelo que é apresentado no trabalho. 
 
Palavras-chave: Mancal, bucha, lubrificação, projeto, eficiência. 
1. INTRODUÇÃO 
 
 Mancais são elementos de máquinas que transmitem força, no qual um eixo é apoiado. 
Portanto, sempre que duas partes têm movimento relativo elas constituem um mancal por 
definição. O mancal de deslizamento é aquele no qual o eixo, roda ou oscila dentro da bucha e o 
movimento relativo entre eles é o deslizamento. Os mancais de deslizamento geralmente 
trabalham com baixa rotação. Como os mancais estão sujeitos a movimentos relativos, forças de 
atrito irão aparecer e, portanto, o projetista do mancal terá que desenvolver um projeto de 
lubrificação eficiente. [1] 
 Desta forma, ao se projetar um mancal o projetista deve observar várias características 
dos materiais a serem utilizados, já que esses materiais levam consigo propriedades intrínsecas a 
ele (como resistência a corrosão, a fadiga, etc), bem como todo o processo de montagem e 
aquisição dos materiais (custo, tolerâncias de usinagem, lubrificação, etc). [2] 
Entre as especificações para um mancal de deslizamento a dureza da bucha deve possuir 
no máximo 30% da dureza do material eixo. Os materiais mais utilizados são aqueles a base de 
chumbo, estanho ou cobre (metais brancos), bronze (ligas a base de cobre, como o Estanho), 
babbit ou um polímero não metálico. 
A seleção do lubrificante tem função importante no projeto de um mancal. Em uma 
atuação com materiais em contato, o lubrificante possui vários aspectos positivos no coeficiente 
de atrito, como arrefecimento e diminuição de desgaste. Porém, uma má escolha de lubrificante 
pode trazer prejuízos ao mancal, já que um lubrificante fora da especificação poderá conter 
contaminantes para os metais, bem como a ineficiente separação dos materiais em contato. A 
propriedade viscosidade é fator considerável, pois é a medida de resistência de um fluido ao 
cisalhamento. [1] 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMIÁRIDO - UFERSA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2 
CENTRO DE ENGENHARIAS 
 
 
 
 
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Dentre os tipos de lubrificação utilizados está a lubrificação hidrodinâmica, na qual as 
superfícies do carregamento do mancal estão separadas por um filme lubrificante, para evitar o 
contato metal-metal. Na lubrificação hidrodinâmica o eixo só tocará a bucha em momentos de 
partida e parada, portanto só haverá contato quando a máquina estiver parada ou abaixo da sua 
velocidade de aquaplanagem. Contando que haja lubrificação suficiente e velocidade para o 
deslocamento hidrodinâmico não haverá desgaste por adesão, isso aumenta imensamente a vida 
do mancal. [2] 
Para o dimensionamento de um mancal de deslizamento faz-se necessário o uso de 
equações de números adimensionais para uma boa margem de solução. O número característico 
do mancal, ou o número de Sommerfeld contém vários e importantes parâmetros para um projeto 
de mancal. As variáveis do projeto de mancais de deslizamento são: viscosidade; pressão 
projetada ou força atuante dividida pela área projetada; a rotação do eixo; as dimensões do 
mancal. Bem como o uso dos critérios de Trumpler para mancais de deslizamento, que são 
bastante importantes para todo projetista de mancal. Esses critérios serão discutidos nesse 
trabalho. 
 
2. OBJETIVOS 
Cálculo de um projeto de mancal de deslizamento a partir de carga e velocidade 
requeridas, variando-se o tipo de lubrificante. 
Demonstrar gráficos e tabelas com os resultados encontrados e discuti-los, afim da 
obtenção de uma gama de dados para comparação entre os lubrificantes utilizados. 
 
3. METODOLOGIA 
Para o presente trabalho, partiu-se, para o projeto de mancal de deslizamento, da carga 
utilizada e velocidade em rpm do eixo. Portanto, a primeira escolha a se decidir é o material da 
bucha, para essa escolha se deve levar em consideração tanto a disponibilidade no mercado, como 
seu preço e capacidade de atuar e entregar os requisitos desejados. A tabela 1 informa os dados 
iniciais requeridos para o projeto. 
 
 
 
 
Tabela1. Dados para o projeto. (Autoria Própria) 
 A seguir no trabalho será seguido um passo a passo das escolhas do projeto. 
3.1 Escolha do Material da bucha 
 Escolheu-se uma liga à base de bronze devido a alta disponibilidade do material quando 
comparados a outros materiais suscetíveis ao projeto, por possuir uma razão de dureza menor que 
3 (três), por possuir um ponto de fusão elevado e, portanto, não fundir ao trabalho em altas 
temperaturas, além de um custo acessível. A figura 1 mostra o material escolhido e suas 
propriedades. 
Dados 
Carga (kN) 7 
Velocidade (rpm) 500 
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Figura 1. Materiais recomendados para mancais de deslizamento. [1] 
Uma informação vinda do centro de usinagem é a razão de folga, quanto melhor a 
capacidade do centro de usinagem, maior será essa razão de folga. Para esse problema teórico, foi 
decidido o valor de r/c= 750, já que é informado na literatura que esse valor varia entre 500 e 
1000. 
 A partir disso, outra escolha é importante no processo, a relação l/d. Como o eixo e o 
elemento terão paradas diárias, é necessário avaliar a carga da partida, como o objetivo de 
diminuir o desgaste na partida do trabalho, com isso surge a segunda escolha no projeto. 
3.2 Escolha da relação l/d 
 Essa escolha é embasada por dados empíricos, foi demonstrado que razões l/d igual a 1 
evitam picos de pressões, e, portanto, geram valores mais precisos. Baixos valores de l/d não são 
recomendados, já que razões l/d maiores geram uma distribuição de pressão mais uniformes, 
porém não há espaço suficiente para mancais de grandes medidas, o que faz a relação l/d igual a 
1 ser a escolhida. 
 Desta forma, encontra-se um critério deTrumpler para projeto de mancais, que é a carga 
da partida dividida pela área projetada é limitada segundo a equação 1. 
 
𝑊
𝑙𝑑
 ≤ 2,068 𝑀𝑃𝑎 (1) 
 Para valores maiores que 2,068 MPa, ocorrerão desgaste na partida. Trumpler também 
informa o fator de projeto a ser utilizado, mas para uma carga em funcionamento, não para uma 
carga de partida, da equação 1. O cálculo para a carga de partida, folga radial se encontra no 
tópico resultados. 
3.3 Escolha do lubrificante 
 A escolha do lubrificante é dada por tentativa e erro até conseguir um mancal que na 
temperatura de trabalho atue de forma eficiente. Para isso, é feito o processo de, primeiramente, 
escolha do tipo de lubrificante, após isso é chutada uma temperatura de trabalho, com a 
temperatura de trabalho encontra-se a viscosidade do lubrificante por meio de cartas gráficas 
(encontradas no SHIGLEY). 
Nesse ponto, outro critério de Trumpler é importante: a temperatura máxima de trabalho 
não deve ultrapassar 121 °C, já que para isso o lubrificante pode perder sua propriedade de 
viscosidade e a máquina vir a falhar. Os lubrificantes utilizados foram o SAE 20, SAE 40 e SAE 
60. Por meio da equação dada como número característico do mancal ou número de Sommerfeld, 
outro valor é encontrado, a partir desse valor outras características podem ser encontradas como 
o coeficiente de fricção. Esses parâmetros são essenciais no projeto. A equação de Sommerfeld é 
vista a seguir. 
 𝑆 = (
𝑟
𝑐
)
2
µ
𝑁
𝑃
 (2) 
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 Após toda a coleta e interação de dados por meio do Excel, calcula-se o valor de calor 
gerado Hg e calor perdido Hp no processo, por meio das equações 3 e 4. 
 𝐻𝑔 = 2𝜋𝑤𝑁
𝑟𝑓
𝑐
𝑐 (3) 
 𝐻𝑝 = 
ℎ𝑐𝑟
1+ 𝛼
(𝑇𝑐ℎ𝑢𝑡𝑒 − 𝑇𝑎𝑚𝑏) (4) 
 Em que, Tchute são as temperaturas “chutadas” na tentativa e erro e Tamb é a temperatura 
ambiente, hcr é o valor de coeficiente de convecção que leva a próxima escolha no processo e α 
é um valor para determinado sistema de lubrificação e condições. 
3.4 Escolha do parâmetro de troca de calor 
 Para a escolha do parâmetro de troca de calor, foi admitido como ar parado no processo. 
Para o valor de α a literatura nos dá um intervalo de valores, o escolhido foi o valor de 1. Com 
isso a tabela 2 nos informa os valores usados para o cálculo do calor perdido, 
Parâmetro de troca de calor 
hcr 11,4 W/m2ºC 
α 1 
Tabela 2. Parâmetro de troca de calor. (Autoria Própria) 
3.5 Escolha da área superficial do mancal 
 Foi adotado o valor de 50.000 mm² como área superficial do mancal, e após isso foi 
informado o critério de parada: o módulo da diferença entre Hg e Hp deveria ser o menor possível, 
tendendo a zero. Quando o Hg na interação for maior que o Hp, deve-se aumentar a temperatura 
de chute, quando o Hg na interação for menor que o Hp, deve-se diminuir a temperatura de chute. 
 Após isso, é necessário o cálculo do número da característica do mancal µN/P e o 
coeficiente de fricção e plotar um gráfico para análise dos resultados obtidos. A seguir é 
apresentado todo o fluxograma do processo. 
 
 Figura 2. Fluxograma do projeto de mancal de deslizamento. (Autoria Própria) 
Dados 
iniciais
• W = 7kN
• N = 500 rpm
Escolha do 
Material da 
bucha
• Liga de 
bronze
Escolha da 
relação l/d
• l/d = 1
Escolha do 
lubrificante
• SAE 20, 
SAE 40, 
SAE 60.
Parâmetro 
de troca de 
calor
• Ar parado, hcr = 11,4 
W/m2ºC; α = 1.
Área 
superficial 
do mancal
• 50.000 mm².
Interações e 
desenho do 
modelo
• Excel e 
solidworks
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 Após os resultados e parâmetros encontrados, o mancal foi modelado no software 
solidworks e assim obtido uma imagem correspondente. 
 
4. RESULTADOS 
 A tabela 3 traz os valores dos resultados encontrados após as escolhas feitas. 
RESULTADOS 
Diâmetro 60 mm 
Razão de folga (r/c) 750 
c 0,04 
l/d 1 
Carga de Partida P 1,94 MPa ≤ 2,068 MPa 
Sommerfeld (S) 2,4107µ 
Tabela 3. Resultados dos parâmetros encontrados pelo aluno. (Autoria Própria) 
A figura 3 mostra a imagem com a planilha do Excel formada para informar os valores 
de razão de folga, carga de partida, razão l/d e Sommerfeld. Nas células estão as formulas e 
interações necessárias para o encontro do valor. 
 
Figura 3. Dados obtidos no excel. (EXCEL) 
Após algumas interações, seguem os resultados para os parâmetros encontrados em 3 
lubrificantes (SAE 20, SAE 40 e SAE 60) diferentes na figura 4. A figura 5 mostra os valores 
escolhidos. Utilizando temperatura ambiente como 38°C. 
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Figura 4. Temperaturas chutadas e método de interação tentativa e erro. (EXCEL) 
 Ao se aumentar a temperatura, diminui-se a viscosidade e consequentemente 
Sommerfeld, com isso menor é a razão de folga. Assim, o calor gerado é diminuído em relação 
ao calor perdido. Essa variação é feita até encontrar o valor do modulo de hg e hp próximos a 
zero. Isso significa um bom lubrificante para o mancal, o que o deixa mais eficiente. 
 
 
Figura 5. Dados dos lubrificantes após interações. (EXCEL) 
 Como se observa o aumento da nomenclatura do tipo de lubrificante aumenta sua 
viscosidade e consequentemente sua temperatura de trabalho, o lubrificante SAE 60 foi o que 
apresentou melhores resultados quanto a temperatura e pode ser visto como mais resistente, 
entretanto nenhum valor chegou ao critério de Trumpler quando a característica do mancal 
(µN/P). 
Desta forma, foi realizado a plotagem de um gráfico, a partir da figura 5, com os valores 
obtidos do coeficiente de fricção f e da característica do mancal (µN/P). A seguir é mostrado o 
gráfico e sua curva, mostrando que ao se aumentar o número de fricção também aumentou a 
característica do mancal, mostrando que esses valores estão na zona estável. 
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5. CONCLUSÕES 
 Esse trabalho cumpriu o seu propósito, já que o aluno teve a possibilidade de encontrar 
as variáveis para um projeto de mancal de deslizamento, desde a escolha do material da bucha 
como até as dimensões da bucha e o melhor tipo de lubrificante a ser utilizado para sua escolha 
de mancal. Os critérios de Trumpler foram utilizados para seguir o passo a passo do projeto, para 
assim o aluno projetar um mancal eficiente e com baixo custo, podendo ser produzido ou ser 
encontrado comercialmente. 
 Portanto, esse estudo destacou sua importância, já que a análise dos parâmetrosdo mancal 
é de suma importância na indústria e certamente o estudante irá se encontrar com esse tipo de 
problema, no qual deve ser estudado os parâmetros para a produção com menor custo possível. 
 
6. REFRÊNCIAS 
[1] NORTON, Robert L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada 4. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2013. 
[2] BUDYNAS, Richard; NISBETT, J. Keith. Elementos de máquinas de Shigley 8.ed . Porto 
Alegre: AMGH, 2011 
[3] COUTO, Rogério. Análise de mancais radiais hidrodinâmicos com aplicação em 
compressores herméticos de refrigeração. Universidade federal de Santa Catarina programa de 
pós-graduação em engenharia mecânica. Florianópolis, dezembro de 2006. 
[4] NORMA NBR14220-1 mancais de deslizamento – buchas formadas. ABNT – Associação 
Brasileira de Normas Técnicas. 
 
 
 
 
 
0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
0.001
0.0012
0.0014
0.0016
0.0018
0.002
0 1E-08 2E-08 3E-08 4E-08 5E-08 6E-08 7E-08
C
o
e
fi
ci
e
n
te
 d
e
 F
ri
cç
ão
 f
Característica do Mancal µN/P
Variação Do Coef. de Fricção f com µN/P
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ANEXO 
O modelo do mancal feito em solidworks, com as dimensões e projeto da bucha. 
 
Figura 5. Modelagem no solidworks. (Autoria Própria) 
Especificações dos materiais: 
1 Base superior de mancal de ferro fundido cinzento; 
4 Parafusos M8; 
1 bucha de liga de bronze; 
1 Base inferior de mancal de ferro fundido cinzento. 
 
 
Figura 6. Dimensões mancal de deslizamento. (Autoria Própria)