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Professor: Fernando Braga AULA 10 Os mancais são elementos de máquinas usados como apoio para os eixos e árvores. A parte do eixo que é introduzida no mancal é denominada de munhão. Devido ao atrito existente entre as superfícies de contato existe no mancal um elemento que tem como função reduzir o atrito e também facilitar a manutenção. Este elemento pode ser: � Bucha � Rolamento Quando o mancal possui uma bucha é denominado de mancal de deslizamento devido ao tipo de atrito que neste caso é de deslizamento(fricção). Quando o mancal possui um rolamento é denominado de mancal de rolamento devido ao atrito de rolamento. Quando se necessita de um mancal com maior velocidade e menos atrito, o mancal de rolamento é o mais adequado. Nos mancais de rolamento as superfícies em movimento são separadas por elementos rolantes então, o atrito de fricção é substituído pelo atrito de rolamento. Como a área de contato é pequena e as tensões são grandes, as partes girantes dos rolamentos são confeccionadas de materiais duros e de alta resistência. A maior vantagem dos mancais de rolamentos é que o atrito na partida é pequeno praticamente igual ao de operação em contraste com o atrito inicial de metal contra metal dos mancais de fricção. Os mancais de rolamentos são classificados de acordo com o tipo de carga que suportam e em função dos seus elementos rolantes. Os principais são: Rolamentos de esferas possuem esferas como corpos rolantes. Podem conter uma ou mais carreiras de esferas. Eles possuem fricção muito baixa e podem operar em alta velocidade. Utilizados em cargas moderadas. Rolamentos de rolos possuem rolos como corpos rolantes, contendo uma ou mais carreiras de rolos. Eles têm uma capacidade de carga maior que os rolamentos de esferas de tamanho semelhante. Os rolamentos autocompensadores são insensíveis a desalinhamentos angulares do eixo em relação à caixa. São particularmente adequados para aplicações em que possa haver deflexões do eixo ou desalinhamento consideráveis. Além disso, os rolamentos autocompensadores de esferas apresentam o menor atrito entre todos os rolamentos, o que lhes permite funcionar com uma temperatura mais baixa mesmo em altas velocidades. São geralmente constituídos de dois anéis concêntricos, entre os quais são colocados elementos rolantes como esferas, roletes e agulhas: O anel externo é fixado no mancal, enquanto que o anel interno é fixado diretamente ao eixo. As dimensões e características dos rolamentos são indicadas nas diferentes normas técnicas e nos catálogos de fabricantes. Ao examinar um catálogo de rolamentos, ou uma norma específica, você encontrará informações sobre as seguintes características. Além de informações a respeito das dimensões são encontradas dados de cargas máximas aceitáveis no rolamento, velocidade máxima e outros dados. Em geral, a normalização dos rolamentos é feita a partir do diâmetro interno d, isto é, a partir do diâmetro do eixo em que o rolamento é utilizado. Para cada diâmetro são definidas três séries de rolamentos: leve, média e pesada As séries leves são usadas para cargas pequenas. Para cargas maiores, são usadas as séries média ou pesada. Os valores do diâmetro D e da largura L aumentam progressivamente em função dos aumentos das cargas. Os rolamentos classificam-se de acordo com as forças que eles suportam. Podem ser radiais, axiais e mistos. Os tipos de mancais, como de rolos cilíndricos, não suportam cargas axiais. Rolamentos para Carga Axial A diferença a fundamental entre os rolamentos radiais e os rolamentos axiais é que nestes os anéis são montados lado a lado. (Não resiste a carga radial). Se um mancal estiver limpo e lubrificado apropriadamente, se for montado e vedado contra a entrada de poeira e sujeira, se for mantido em tal condição e se for operado a temperaturas razoáveis, então a fadiga do metal será a única causa de falha. A falha é considerada prestes a ocorrer quando a pista ou elemento rolante exibirem a primeira vala. Normalmente, a pista falhará primeiro. O mancal dará um aviso audível de que a cavitação começou emitindo ruído e vibração. Os mancais são geralmente classificados com base na vida, expressa em revoluções (ou em horas de operação na velocidade de projeto), que espera-se que 90% de uma amostra aleatória de mancais daquele tamanho alcancem ou excedam em suas cargas de projeto. Em outras palavras, podemos esperar que 10% do lote falhe com aquela carga antes que a vida de projeto seja alcançada. Isso é chamado de vida L10. L10 é a vida em fadiga expressa em milhões de revoluções. Os fabricantes definem a vida L10 como 106 revoluções. Para aplicações críticas, uma porcentagem menor de falha pode ser usada, mas a maior parte dos fabricantes tem padronizado a vida L10 como o meio de definição da vida característica. A vida L para outros percentuais de falha além do padrão de 10% pode ser calculada pela multiplicação da vida L10 por um fator de confiabilidade KR tomado da curva de distribuição de Weibull que este obedece. A seleção de um mancal de tamanho apropriado depende das magnitudes de carga estática e dinâmica aplicadas e da vida desejada até a fadiga. Extensivos testes feitos pelos fabricantes, baseados em teorias bem-estabelecidas, têm mostrado que a vida em fadiga L10 dos mancais de rolamento é inversamente proporcional à magnitude da carga elevada sendo dada por: Onde L10 é a vida em fadiga expressa em milhões de revoluções, P é a carga constante aplicada e C é a carga dinâmica básica de classificação para o mancal específico que é definida pelo fabricante e publicada para cada mancal nos catálogos de mancais A carga dinâmica básica de classificação C (também conhecida como carga C10 ) é definida como a carga que dará uma vida de 1 milhão de revoluções à pista interna. Essa carga C é normalmente maior que qualquer carga prática à qual submeteríamos o mancal específico, porque a vida desejada é normalmente muito mais alta que 1 milhão de revoluções. Ele é simplesmente um valor de referência que permite que a vida do mancal seja prevista em qualquer nível das cargas reais aplicadas. Deformações permanentes nos rolos e nas esferas podem ocorrer mesmo com cargas leves por causa das tensões bem altas dentro de uma área de contato pequena. O limite do carregamento estático em um mancal é definido como a carga que irá produzir uma deformação total permanente na pista e no elemento rolante em qualquer ponto de contato de 0,0001 vezes o diâmetro d do elemento rolante. Deformações maiores causarão aumento nas vibrações e barulho, e podem levar a uma falha prematura por fadiga. Os fabricantes de mancais publicam a carga básica estática de classificação C0 para cada mancal, calculada de acordo com as padronizações da AFBMA. Retirado catálogo da FAG. Se as cargas axial e radial forem aplicadas ao mancal, uma carga equivalente deve ser calculada. A AFBMA recomenda a seguinte equação: Os valores de V, X e Y são definidos pelos fabricantes de mancais em tabelas. Tabela de dados cortesia SKF Observações da tabela de dados cortesia SKF Exercício Considerando o exercício da aula de eixos, sabendo que as reações de apoio A=1370N e D=755N. Selecione mancais radiais de esferas para um eixo de diâmetro 64 mm e seu tempo máximo de utilização. A velocidade do eixo é 800 rpm. Uma taxa de falha de 5% é desejável. Resolução Exercício Neste caso os parâmetros para seleção são: Velocidade Limite: 5000 rpm > 800 rpm (EIXO) – ok Carga Estática:10800 lb (47,5kN) > 1370 N (Maior Reação)– ok Vida : Geralmente, os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. Esses mancais são usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação, porque a baixa velocidade evita superaquecimento dos componentes expostos ao atrito. O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir esse atrito e melhorar a rotação do eixo. As buchas são, em geral, corpos cilíndricos ocos que envolvem os eixos,permitindo-lhes uma melhor rotação. São feitas de materiais macios, como o bronze e ligas de metais leves. 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 (aquelas perpendiculares ao eixo 2) mancais axiais ou de encosto, que geralmente são planos e, no caso de eixos rotativas, suportam cargas na direção do eixo geométrico do eixo. Conceitos de Lubrificação de um Mancal Bucha Auto Lubrificada Formada por três camadas: - Suporte de Aço - Bronze - Camada deslizante de PTFE
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