Este trabalho objetiva prover subsídios para análise de estabilidade de sistemas eixo-mancal de deslizamento carregados dinamicamente, sob lubrificação hidrodinâmica por filme fluido. A equação da pressão na qual se baseia todo o desenvolvimento apresentado neste trabalho foi concebida por Sommerfeld. Sendo esta fundamentada na teoria de mancais infinitamente longos, assume-se que o mancal de deslizamento considerado insere-se neste contexto. As expressões para as componentes de força radial e tangencial do sistema eixo-mancal em questão podem ser obtidas para as conhecidas soluções de Half Sommerfeld e Full Sommerfeld, integrando a equação da pressão de Sommerfeld. A resolução dessa integração foi obtida através da utilização de fórmulas recursivas tabeladas por Booker, para integrais que apresentam uma mesma forma característica, denominadas Integrais de Booker, e nas quais resulta o desmembramento da integral principal. Linearizando as forças por expansão de Taylor de primeira ordem, geram-se os coeficientes das matrizes características do sistema. A implementação numérica foi feita sobre as forças e matrizes obtidas para Half Sommerfeld utilizando o Método de Newmark, e abrangendo dois casos, ordem zero e primeira ordem. Ambos são analisados e confrontados no que concerne os resultados de convergência e divergência numéricas, e efeito half-speed whirl. Conclusões e considerações finais são tecidas com respeito às características, vantagens e desvantagens, e relevância para aplicação prática. Sobre estes propósitos, observa-se que a formulação em primeira ordem mostra-se mais vantajosa por permitir utilização de intervalos de tempo maiores para descrever a trajetória assumida pelo centro do eixo. Outra contribuição deste trabalho, e não menos importante, é a obtenção de uma formulação geral para as expressões das componentes de força, bem como das matrizes de rigidez e amortecimento. Além de se poder obter as mesmas expressões resultado geradas pelas soluções de Half e Full Sommerfeld, os limites de integração são livres para assumir quaisquer valores de posicionamento angular, e não restringem o intervalo de integração a ? ou a 2?.

Este trabalho apresenta uma investigação numérica sobre o comportamento rotodinâmico do conjunto rotativo de uma turbina aeronáutica de 5 kN de empuxo. Além da caracterização de dinâmica de rotores, várias análises de integridade estrutural foram realizadas nos principais componentes mecânicos da turbina aeronáutica a fim de assegurar um funcionamento livre de falhas. O eixo do conjunto rotativo é sustentado por um mancal dianteiro composto por um rolamento de esferas do tipo deep groove e, também, por um mancal traseiro do tipo squeeze film damper. Ambos os mancais foram projetados de modo a conferir apropriadas características de rigidez e amortecimento ao conjunto rotativo. Três folgas radiais para o squeeze film damper foram analisadas a fim de se definir a melhor configuração do mancal traseiro, levando-se em consideração todo o restante da máquina rotativa. Foi observado que a folga radial do squeeze film damper e a viscosidade do óleo de lubrificação afetam fortemente o desempenho do mancal traseiro. O comportamento rotodinâmico do conjunto rotativo foi caracterizado em função dos coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento dos mancais. Problemas de vibração no conjunto rotativo foram evitados e os desenhos dos principais componentes mecânicos da turbina aeronáutica foram liberados para a fabricação.

O objetivo principal desta proposta é a de analisar o uso do squeeze-films como um apoio flexível de um sistema eixo-mancal, com um enfoque computacional. As forças produzidas pela pressão dinâmica do lubrificante são obtidas pela solução da equação de Reynolds para o filme de fluido. Para tratar das equações que governam o movimento dos eixos rotores apoiados por squeeze-films, o método de Newmark foi empregado. Parâmetros associados à massa e velocidade do eixo e às características físicas e geométricas do mancal, tal como a viscosidade do fluido, a folga radial, comprimento e diâmetro do mancal, foram variados para permitir avaliações do comportamento orbital do eixo. Determinados grupos de parâmetros foram selecionados e, foi estudada a influência da força que produz o desequilíbrio do eixo. Resultados revelaram uma sensibilidade na estabilidade de movimento e o tamanho orbital para todos os parâmetros.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-06T17:28:35Z No. of bitstreams: 1 152188.pdf: 1121275 bytes, checksum: 927c6c93371c48ab2d587b046ec98988 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-06T17:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 152188.pdf: 1121275 bytes, checksum: 927c6c93371c48ab2d587b046ec98988 (MD5) Previous issue date: 1979-12 / Estudo experimental de um mancal aerostático radial de folha. Um eixo vertical é suportado axialmente por um mancal de escora lubrificado a ar e radialmente por dois mancais de folha, constituído cada um por 3 segmentos que envolvem o eixo e tracionados por tirantes. Nas superfícies de contato e injetado ar sob pressão através das folhas de modo a se obter a separação. A separação é medida em função da pressão do ar injetado e da tração nos tirantes. Os testes de funcionamento mostraram um comportamento estável entre 2000 e 16200 rpm e ausência total de contato entre as folhas e o eixo a partir de 9300 rpm. Foram feitas medidas da rigidez do mancal constatando-se que esta é bem menor do que a rigidez do filme de ar. Foi feito um cálculo teórico simples dos principais parâmetros do mancal utilizando a teoria convencional para mancais de sapata rígida, obtendo-se boa aproximação com os resultados experimentais. / Experimental study of an aerostatic radial foil bearing. A vertical shaft is supported axially by an air lubricated thrust bearing and radially by two foil bearings, each one made up of 3 segments of foils around the shaft, and tensioned by pulling rods. Compressed air is injected between the contact surfaces to obtain separation. Separation is measured as a function of the injected air pressure and the tension at the foils. The operation tests showed a stable performance from 2000 to 16200 rpm and total absense of contact between the foils and the shaft over 9300 rpm. Measurements of the stifness of the bearings showed values much lower than the stifness of the film of lubricant. A simple theorectical calculation of the main parameters of the bearing was made based on the conventional theory for rigid pads aerostatic bearings, showing good aproximation of experimental results.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-10T18:33:46Z No. of bitstreams: 1 ANDERSSON GUIMARÃES OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 7033521 bytes, checksum: 309c4388940437a24da0b294b0476d2e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T18:33:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANDERSSON GUIMARÃES OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 7033521 bytes, checksum: 309c4388940437a24da0b294b0476d2e (MD5) Previous issue date: 2017-12-19 / Capes / Dentre as diversas fontes de vibração das máquinas rotativas, existe uma que decorre da ressonância entre a frequência natural da máquina e velocidade de rotação em um dado instante. Dependendo das dimensões do sistema rotativo e forças envolvidas, os efeitos decorrentes dessa ressonância podem ser danosos. A solução clássica para mitigar tal efeito é evitar que a máquina opere em frequências próximas à sua frequência natural ou projetá-la de tal modo que sua frequência de ressonância esteja acima da frequência de operação. Contudo, para situações onde as duas soluções supracitadas não se aplicam, uma alternativa é permitir que ocorra variação nos parâmetros da máquina com o intuito de ajustar sua frequência natural dinamicamente. Portanto, este trabalho propõe o uso de mancais de rigidez variável ao qual se denomina mancais adaptativos. Esses mancais utilizam elementos de máquina que empregam a tecnologia de ligas com memória de forma (LMF), valendo-se da capacidade que essas ligas possuem de mudar a rigidez em função da temperatura. Para tanto, foi projetado, caracterizado e testado um protótipo de mancal adaptativo empregando molas de NiTi. O protótipo sofreu ensaios dinâmicos em uma bancada didática de dinâmica da rotação, instalada no Laboratório de Vibrações e Instrumentação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFCG. Foram obtidos resultados satisfatórios, tanto na variação da rigidez, como no tempo de resposta a partir das melhorias empregadas nos sistemas de aquecimento e resfriamento do dispositivo. / Among of many rotating machinery vibration sources, there are one that is due to resonance between natural machine frequency and rotating speed in a specific moment. Depending on rotating system dimensions and envolved forces, the effects due this resonance can make damages. The classical solution to mitigate this effect is avoid that machine operates in frequencies near from natural frequency or design it for your natural frequency been far from it operation frequency. However, for situations where there two solutions can´t be applied, an alternative is enable that the machine parameters changes to adjust the natural frequency of machine dynamically.This study proposes the use of variable stiffness bearing known as adaptative bearing. These bearings uses machine elements that apply SMA technology, which the possibility to change stiffness due temperature changes. So, was designed, characterized and tested a prototype at Laboratory of Vibration and Instrumentation of Mechanical Engineering Post Graduate UFCG Program. It was obtained satisfactory results relates to stiffness variation and response time due improvements on heating and cooling systems.

Capes; Fundação Araucária / Mancais de deslizamento são elementos de máquinas que detém considerável importância, pois são empregados em diversos ramos da indústria. Estes componentes operam pela interação entre ligas de metal patente, depositadas na sua superfície interior, com o eixo de rotação. Ligas de metal patente são basicamente ligas a base de estanho, que oferecem vantagens pelo baixo coeficiente de atrito, alta ductilidade e boa tenacidade, que ao longo da operação, absorvem a energia gerada pelo rolamento do eixo, atribuindo ao sistema maior vida útil e confiabilidade. Neste trabalho foram avaliadas as alterações microestruturais e propriedades mecânicas de uma liga de metal patente depositada por diferentes processos de aspersão térmica, em relação aos revestimentos de metal patente depositados por métodos convencionais. O objetivo desta pesquisa foi de avaliar as modificações microestruturais, propriedades mecânicas e tribológicas de revestimentos depositados por diferentes processos de deposição por aspersão térmica. As deposições, por aspersão térmica, foram realizadas por dois processos distintos, sendo estes: arco elétrico, Arc Spray Process – ASP e aspersão a chama, Flame Spray – FS. Analisou-se a influência do processo de deposição sobre a microestrutura, formação de poros, morfologia, microdureza, aderência do revestimento, bem como o comportamento tribológico dos revestimentos. Os processos de aspersão promoveram revestimentos com maior teor de poros, entretanto ainda aceitáveis por norma. Observou-se que os processos de aspersão térmica originaram revestimentos com menor formação de precipitados que os métodos convencionais, todavia com maior formação de precipitados CuSn, em função da temperatura e das taxas de resfriamento alcançadas, o que eleva a tenacidade da liga, sem alterar significativamente sua dureza. O comportamento tribológico dos revestimentos obtidos por aspersão térmica indicaram níveis de desgastes inferiores, porém com maior coeficiente de atrito. Observou-se uma maior estabilidade do coeficiente de atrito e menor dispersão ao longo do ensaio tribológico, o que garante maior estabilidade dinâmica do revestimento frente ao deslizamento. / Sliding bearings are mechanical elements which hold considerably large importance, for their use on many branches of industry. These elements operate via interaction between Babbitt metals, deposited on the inner surface, with the rotating axle. Babbitt metals are basically tin or lead-based alloys, which convey the applicational advantages of low friction coefficient, high ductility, and good toughness, that during the operation, absorb the energy generated by the axle bearing, as well as the shock waves resultant of the system fluctuations, giving the system longer lifespan and reliability. This work will make the characterization of a Babbitt metal alloy deposited by different thermal spray processes, comparing the same alloy deposited by conventional methods, with the goal of evaluating how the resulting microstructure and mechanical properties of the deposition processes will be affected by the different thermal spraying methods. The chemical composition of the coatings and the micro hardness will also be evaluated. Additionally, factors such as adherence and tribological behavior of the coatings will be analyzed. Thus allowing us to compare the microstructures, mechanical and tribological properties with the conventional coatings methods. It was observed that the thermal spray processes resulted in coatings with lower precipitate formation than conventional methods, however with a higher formation of CuSn precipitates, as a function of the temperature and the cooling rates achieved, which increases the bond strength without changing hardness. The tribological behavior of the coatings obtained by thermal spraying showed lower wear level, but the coefficient of friction observed is higher, compared with the Babbit alloy deposited by conventional process. It was observed that coefficient of friction was more stable and less dispersion throughout the tribological test, which greater dynamic stability to the coating for sleeve.

Capes; Fundação Araucária / Mancais de deslizamento são elementos de máquinas que detém considerável importância, pois são empregados em diversos ramos da indústria. Estes componentes operam pela interação entre ligas de metal patente, depositadas na sua superfície interior, com o eixo de rotação. Ligas de metal patente são basicamente ligas a base de estanho, que oferecem vantagens pelo baixo coeficiente de atrito, alta ductilidade e boa tenacidade, que ao longo da operação, absorvem a energia gerada pelo rolamento do eixo, atribuindo ao sistema maior vida útil e confiabilidade. Neste trabalho foram avaliadas as alterações microestruturais e propriedades mecânicas de uma liga de metal patente depositada por diferentes processos de aspersão térmica, em relação aos revestimentos de metal patente depositados por métodos convencionais. O objetivo desta pesquisa foi de avaliar as modificações microestruturais, propriedades mecânicas e tribológicas de revestimentos depositados por diferentes processos de deposição por aspersão térmica. As deposições, por aspersão térmica, foram realizadas por dois processos distintos, sendo estes: arco elétrico, Arc Spray Process – ASP e aspersão a chama, Flame Spray – FS. Analisou-se a influência do processo de deposição sobre a microestrutura, formação de poros, morfologia, microdureza, aderência do revestimento, bem como o comportamento tribológico dos revestimentos. Os processos de aspersão promoveram revestimentos com maior teor de poros, entretanto ainda aceitáveis por norma. Observou-se que os processos de aspersão térmica originaram revestimentos com menor formação de precipitados que os métodos convencionais, todavia com maior formação de precipitados CuSn, em função da temperatura e das taxas de resfriamento alcançadas, o que eleva a tenacidade da liga, sem alterar significativamente sua dureza. O comportamento tribológico dos revestimentos obtidos por aspersão térmica indicaram níveis de desgastes inferiores, porém com maior coeficiente de atrito. Observou-se uma maior estabilidade do coeficiente de atrito e menor dispersão ao longo do ensaio tribológico, o que garante maior estabilidade dinâmica do revestimento frente ao deslizamento. / Sliding bearings are mechanical elements which hold considerably large importance, for their use on many branches of industry. These elements operate via interaction between Babbitt metals, deposited on the inner surface, with the rotating axle. Babbitt metals are basically tin or lead-based alloys, which convey the applicational advantages of low friction coefficient, high ductility, and good toughness, that during the operation, absorb the energy generated by the axle bearing, as well as the shock waves resultant of the system fluctuations, giving the system longer lifespan and reliability. This work will make the characterization of a Babbitt metal alloy deposited by different thermal spray processes, comparing the same alloy deposited by conventional methods, with the goal of evaluating how the resulting microstructure and mechanical properties of the deposition processes will be affected by the different thermal spraying methods. The chemical composition of the coatings and the micro hardness will also be evaluated. Additionally, factors such as adherence and tribological behavior of the coatings will be analyzed. Thus allowing us to compare the microstructures, mechanical and tribological properties with the conventional coatings methods. It was observed that the thermal spray processes resulted in coatings with lower precipitate formation than conventional methods, however with a higher formation of CuSn precipitates, as a function of the temperature and the cooling rates achieved, which increases the bond strength without changing hardness. The tribological behavior of the coatings obtained by thermal spraying showed lower wear level, but the coefficient of friction observed is higher, compared with the Babbit alloy deposited by conventional process. It was observed that coefficient of friction was more stable and less dispersion throughout the tribological test, which greater dynamic stability to the coating for sleeve.

Esta dissertação tem como objetivo o projeto de um mancal magnético para rodas de reação com aplicação na malha de controle de atitude de satélites. Mancais magnéticos são alternativas aos mancais tradicionais tais como os de esferas ou de lubrificação seco pois trabalham sem contato mecânico entre o rotor e o estator, minimizando assim a fricção entre ambas as partes. Além da minimização do atrito, o ganho em confiabilidade e vida útil da roda de reação é considerável por não apresentar desgastes mecânicos. Devido às consequências de qualquer fricção no movimento relativo entre a inércia (parte rotativa da roda de reação) e o satélite, o mancal torna-se um componente crítico da roda de reação. A fricção se traduz não apenas num maior consumo de potência elétrica, como também na introdução de uma zona morta de atuação em torque, bem como na limitação da vida útil da roda de reação devido ao gradual desgaste do mancal. O mancal proposto possui dois graus de liberdade axiais ativamente controlados e faz uso de ímãs para a estabilização passiva dos demais graus de liberdade. Ao longo do desenvolvimento são apresentados modelos não lineares dos campos magnéticos e das forças atuantes no mancal são encontrados. Com esses modelos, uma otimização é realizada a fim de encontrar melhores características. Um modelo não linear da dinâmica do rotor é desenvolvido e um controle PID capaz de estabilizar o rotor em seu ponto de equilíbrio é apresentado com o objetivo de demonstrar a viabilidade da topologia proposta. / The main objective of this work is to project a magnetic bearing for reaction wheels with application in satellite attitude control. Magnetic bearings are alternatives to traditional bearings such as ball or dry lubrication because they work without mechanical contact between the rotor and the stator thereby minimizing friction between both parts. In addition to minimizing friction, the gain in reliability and lifetime of the reaction wheel is considerable as a consequence of the absence of wear. Because of the consequences of any friction in the relative movement between the inertia (of the reaction wheel) and the satellite ( which is rigidly connected to the satellite body), the bearing becomes a critical component of the reaction wheel. The friction gives rise not only to a greater consumption of electric power, as well as the introduction of a torque dead zone operation, in a reduced lifetime of the reaction wheel due to gradual wear of the bearing. The proposed bearing has two axial degrees of freedom actively controlled and makes use of magnets for the passive stabilization of other degrees of freedom. Nonlinear models of magnetic fields and forces acting on the bearing are presented. With these models, an optimization is performed to find the best bearing characteristics. A nonlinear model rotor dynamics is developed and a PID control capable of stabilizing the active degrees of freedom presented.

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Idehara_AnneliseYuiko_M.pdf: 2161496 bytes, checksum: 55c604cc3cef545df951f0fbb8f2af19 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a análise do fenômeno de vibração na direção longitudinal de árvore de manivelas em motores de combustão interna, o cálculo de esforços sobre o mancal e o cálculo dos deslocamentos causados pela dinâmica do virabrequim. Essa vibração é apontada como uma das causas de desgaste precoce dos componentes acoplados ao virabrequim e do próprio componente. Reduzir essa vibração contribui para o aumento da vida útil e eficiência. A formulação proposta para estudo da dinâmica da estrutura é o modelo de múltiplos graus de liberdade com massas e inércias concentradas. Para o cálculo dos esforços de reação dos mancais, a equação de Reynolds é resolvida por diferenças finitas. Além disso, o programa comercial Excite (AVL) é utilizado para aferir resultados e fazer comparações. Os resultados são apresentados para diferentes condições de operação em um virabrequim comercial. Analisa-se de forma simples o efeito da redução de massa de 5% e de 10%. Por fim, conclui-se que a árvore de manivelas simulada não apresenta desgaste por contato metal-metal. / Abstract: This paper aims to analyze the phenomenon of vibration in the longitudinal direction of the crankshaft in internal combustion engines, the calculation of loads on the bearing and the calculation of displacements caused by the dynamics of the crankshaft. This vibration is identified as a cause of premature wear of the components coupled to the crankshaft and the component itself. Reduction in this vibration contributes to increased efficiency and life service time. The proposed formulation to study the dynamics of the structure is the model of multiple degrees of freedom with concentrated masses and inertias. The Reynolds equation is solved by Finite Differences Method to calculate the supported load of the bearing. In addition, the commercial program Excite (AVL) is used to evaluete results and make comparison. The results are presented for different operating conditions in a commercial crankshaft. A simple analysis of a crankshaft mass reduction of 5% and 10% is done. Finally, a conclusion that the crankshaft does not present a metal-metal contact is done. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T00:20:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_BrunoBarbosadeOliveiraFerreira_M.pdf: 1743784 bytes, checksum: 438a0b9981dbede83c23bbafd7f95964 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver um algoritmo computacional para otimização de forma da superfície de mancais hidrodinâmicos. O algoritmo usa a teoria de lubrificação elastohidrodinâmica que leva em conta a deformação elástica do mancal devido à distribuição de pressão hidrodinâmica. Esta distribuição de pressão é calculada resolvendo-se a equação de Reynolds por meio do Método de Elementos Finitos (MEF). O MEF também foi usado para calcular a deformação radial do mancal. Uma metodologia de otimização foi então aplicada para obter um novo mancal com melhor desempenho, mudando-se apenas a geometria da superfície do mancal / Abstract: The aim of this work is to develop a computational algorithm for bearing surface shape optimization. The algorithm uses the elastohydrodynamic lubrication theory that takes into account the elastic bearing deformation due to the hydrodynamic pressure distribution. This pressure distribution is calculated by solving the Reynolds equation using the Finite Element Method (FEM). The FEM is also used to calculate the bearing radial deformation. An optimization methodology is applied to obtain a new bearing with better performance characteristics by changing only the geometry of the bearing surface / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica