Orientadores: Katia Lucchesi Cavalca Dedini, Fábio Nonato de Paula / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T08:34:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bizarre_Leticia_M.pdf: 4812387 bytes, checksum: 829ed9f477cd979dbcfe654cfeff692c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Com a necessidade da diminuição do tempo de projeto, a utilização de modelos computacionais para simulação de componentes constitui fase fundamental no projeto preliminar de máquinas e equipamentos e permite avaliar parâmetros de projeto para minimizar testes físicos em protótipos. Dentro deste contexto, o trabalho aqui apresentado segue dando continuidade à modelagem de mancais de elementos rolantes, neste caso esferas, anteriormente desenvolvido para contato puramente radial. O estudo da dinâmica de mancais de elementos rolantes e a compreensão de sua modelagem computacional permitem conhecer sua influência sobre o sistema completo. Será inserido o modelo de lubrificação Elastohidrodinâmica (EHD) no modelo dinâmico do mancal, permitindo obter parâmetros equivalentes de rigidez e amortecimento, para posterior caracterização do mancal, utilizando uma análise no domínio do tempo. Uma vez estimada a distribuição de forças, são calculados parâmetros de carga e lubrificação, bem como a geometria no contato, os quais são utilizados no modelo EHD. Este último contém a soluçãodas equações que descrevem o comportamento da região lubrificada, empregando o método numérico de multi-níveis. Desta forma, calcula-se a pressão no contato e a espessura de filme. Utiliza-se uma aproximação para as forças não lineares na região em que a relação entre força e deformação no contato tem comportamento aproximadamente linear. Nesta região, os parâmetros físicos de rigideze de amortecimento total do conjunto esferas, pista interna e pista externa são estimados, e também para cada uma das esferas, tendo em consideração a presença do contato angularnas esferas e a aplicação de forças nas direções axial e radial / Abstract: Considering the necessity of decrease design time, the use of computer models for simulation of components is an essential phase in the preliminary design of machinery and equipment and allows to evaluate design parameters to minimize physical tests on prototypes. Inside this context, the work presented here follows continuing the modeling of rolling element bearings, in this case balls, previously developed for pure radial contact.The dynamics study of the rolling element bearings and the understanding of their computer modeling allow us to know its influence on the complete system.The model for Elastohydrodynamic lubrication (EHD) is inserted in the dynamic model of the bearing, and this allows to obtain equivalent parameters of stiffness and damping, for further characterization of the bearing using a time domain analysis.After the estimated distribution of forces, lubrication and load parameters are calculated, as well as the geometry of the contact, which are used in EHD model.The latter contains the solution of equations that describe the behavior of lubricated region, using the numerical method of multilevel.Thus, the contact pressure and film thickness are calculated.It is used an approximation to the nonlinear forces in the region where the relation between force and deformation of the contact has approximately linear behavior.In this region, the physical parameters of stiffness and damping of the complete set spheres, inner raceway and outer raceway are estimated, and also, for each sphere is taking into account the presence of the angular contact of the spheres, and the application of forces in both axial and radial directions / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-16T18:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_RafaelVischi_M.pdf: 7127919 bytes, checksum: 2c7a6895f35098e4e4f46ed38b158980 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Rolamentos de esfera são elementos de máquinas de forma simples mas utilizados em aplicações envolvendo altas velocidades, altas temperaturas e diferentes carregamentos. O modelo para o carregamento é fundamental para análise dinâmica do mancal e por esse motivo é necessário definir com precisão o desempenho desses mecanismos usando métodos analíticos. O objetivo deste trabalho é analisar o rolamento de esferas baseando-se, em um primeiro momento, em referências bibliográficas de diversos autores para, em seguida, iniciar o equacionamento e simulação para analisar as influências do momento giroscópico, das velocidades geradas nos diversos componentes do rolamento e do carregamento nas esferas. A partir de um rolamento padrão, aplicou-se uma metodologia de testes por simulação numérica variando os principais fatores críticos de um rolamento do ponto de vista estático, cinemático e dinâmico. Conclui-se que a rotação e o ângulo de contato influem nas forças de atrito que resistem ao momento giroscópico e nas velocidades geradas na zona de contato entre esfera e pistas interna e externa. Em altas rotações, quanto maior os seus valores, maior a influência nos ângulos de precessão e de nutação, causando o efeito de escorregamento. Verificou-se, ainda, o valor do ângulo de nutação no qual a velocidade normal ao contato é nula, isto é, validou-se o efeito de outer raceway control. Assim, o modelo apresentou-se consistente com a aproximação para as velocidades e acelerações presentes no elemento rolante, fatores estes fortemente relacionados à condição de lubrificação de mancais de esferas / Abstract: Ball bearings are simple machine elements but largely used in several applications involving high velocities, high temperatures and different loads. The load model is fundamental for the ball bearing's dynamic and for this reason it is necessary to define with accuracy the mechanisms performance using analytical methods. The objective of this thesis is to analyze the ball bearings using, firstly, the most relevant books and papers from several authors as reference and then initiate the modeling and simulation to analyze the influences from the gyroscopic moment and from the velocities created due to the bearing's components and also to the load. Based on a basic bearing, a numeric simulation's test methodology was applied modifying the main critical factors from the bearing and considering the kinematical, dynamical and statical behaviors. The conclusion is that the rotation and the contact angle have influence at the friction forces that resist to the gyroscopic moment and to the velocities that are created at the contact zones between balls and inner and outer raceways. Under high rotations, as higher its value is, higher is the influence at the precession and nutation angles, causing sliding. It was also verified the nutation angle in which the normal velocity at contact is zero, validating the outer raceway control. The model presented itself very consistent with the approximation for the velocities and accelerations presented at rolling element, factors that are highly related to the lubrication condition from the ball bearings / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:22:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nonato_Fabio_D.pdf: 15501749 bytes, checksum: e33de59a100f07bcab576880e3654db0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A representação dinâmica dos contatos mecânicos em modelos computacionais de mancais de elementos rolantes baseia-se comumente no clássico modelo de Hertz para o contato seco, mesmo sendo a presença de um meio lubrificante imperativa para evitar o desgaste prematuro destes componentes. Desta maneira, os efeitos dinâmicos da presença de um filme fluídico nas interfaces de contato são desconsiderados, quando tais mancais são lubrificados por óleo. Com o intuito de introduzir tais efeitos em um modelo de mancal de elementos rolantes de esferas, este trabalho propõe um método baseado na aproximação dinâmica das características de cada contato lubrificado por vínculos de rigidez não linear e amortecimento viscoso. Estes vínculos dinâmicos são caracterizados a partir da resposta dinâmica da simulação completa do contato elastohidrodinâmico (EHD) elíptico, através da implementação de um integrador temporal que utiliza o método de diferenças finitas em múltiplos níveis para solução da parcela hidrodinâmica do problema. Posteriormente, aplica-se a aproximação do contato EHD por vínculos não lineares a um modelo do mancal radial de esferas, de dois graus de liberdade, com o intuito de analisar vibrações transversais no mancal, em modelos computacionais de máquinas rotativas. A comparação entre os resultados obtidos pelo modelo proposto e os valores obtidos pelo equacionamento completo por diferenças finitas mostrou ser adequada à representação do comportamento estacionário e dinâmico do contato. Observa-se a presença do enrijecimento do mancal devido à presença do filme EHD, quando analisando a resposta do mancal linearizado, efeito observável anteriormente apenas em investigações experimentais. Por fim, a integração temporal de um modelo de elementos finitos de um rotor apoiado por mancais lubrificados representou adequadamente o comportamento em frequência de uma montagem experimental de rotor. Conclui-se, portanto, que o modelo não linear proposto para o mancal de elementos rolantes radiais de esfera, sob influência da lubrificação EHD, é promissor para descrever o comportamento destes componentes quando em aplicação / Abstract: The dynamic representation of mechanical contacts in computational models of rolling element bearings is commonly based on the classic Hertz's model for the dry contact, even though the presence of a lubricant medium being essential to avoid premature wear of such components. Thus, the dynamic effects of the fluid film on the contacting interfaces are overlooked when such bearings are under oil lubrication. With the intent of introducing such effects in a radial deep groove ball bearing model, this work proposes a method based on the dynamic approximation of each lubricated contact by dynamic links of non-linear stiffness and viscous damping. Such dynamic links are characterized from the response of a complete dynamic simulation of the elastohydrodynamic (EHD) elliptic contact, through an implementation of a numerical integrator, which uses the multi-level finite difference method for the solution of the hydrodynamic portion of the problem. Afterwards, the approximation of each contact by dynamic links is applied to a complete rolling element bearing model, with two degrees of freedom, with the intent of analyzing transverse vibrations on the bearings applied to rotating machinery computational models. The comparison between the results attained through the proposed model and the values simulated using the complete finite difference model showed an adequate representation of the stationary and dynamic behaviors of the contact. When evaluating the linearized bearing model, the presence of fluid stiffening is observed, which was previously only observed through experimental investigations. Lastly, the time integration of a finite element model of a rotor supported by lubricated bearings portrayed the frequency content of an experimental set-up of the rotor adequately. It is concluded that the proposed nonlinear model for the deep grove ball bearing, under the influence of the EHD lubrication, is promising to describe the behavior of such components when on application / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:25:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Radaelli_GustavoZarpelon_M.pdf: 6785468 bytes, checksum: 07019edf34b966c552330056d686bd33 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os mancais possuem um papel expressivo dentre os componentes de um sistema rotativo, tendo o suporte de um elemento rotativo como sua principal função. Por trabalharem na interface entre elementos fixos e rotativos, os mancais constituem a origem de grande parcela das falhas ocorrentes em um sistema. Dentre estes, os mancais de rolamento de contato angular estão entre os mais utilizados, principalmente pela indústria automobilística. Apesar da ampla gama de aplicações, esses mancais usualmente estão sujeitos a falhas por fadiga de superfície, o que torna imprescindível um estudo aprofundado dos esforços e das velocidades aplicados às esferas e, consequentemente, às pistas interna e externa. A descrição dos esforços e das velocidades nas esferas é um desafio considerável, uma vez que as esferas estão sujeitas a uma lubrificação elastohidrodinâmica, que por sua vez, depende integralmente dos esforços e das velocidades das esferas para ser modelada, gerando assim um processo iterativo. O principal objetivo deste trabalho é analisar o rolamento de esferas de contato angular, com embasamento teórico na literatura clássica para, em seguida, iniciar o equacionamento do equilíbrio de forças nas esferas e no mancal, o qual por sua vez, resulta na força de contato associada à condição de lubrificação. Para tanto, um programa computacional para simulação numérica das análises cinemáticas e dinâmicas foi desenvolvido e seus resultados comparados com a literatura. Após realizar a validação inicial do modelo com a literatura, uma solução mais completa é proposta para reproduzir de uma forma mais detalhada o que se encontra em aplicações práticas. Os resultados encontrados pelas diversas simulações foram condizentes com os resultados encontrados na literatura clássica, atestando que o programa computacional desenvolvido é consistente / Abstract: The bearings are of great importance and its major function is to support a rotating element. Due to the mandatory role of these components in the interface between fixed and rotating elements, the bearings are the source of a great percentage of the possible faults on a system. The rolling bearings of angular contact are one of the most utilized, mainly by the automotive industry. In spite of the great applications field, these bearings are usually subject to damage by superficial fatigue, which makes of great significance the detailed study of the efforts and the velocities on the spheres and, consequently, on the external and internal railways. The description of the efforts and velocities acting on the spheres is a considerable challenge, once the spheres are subject to an elastohidrodynamic lubrication that fully depends on the efforts and velocities of the spheres, generating an iterative process. The main objective of this work is to analyze the rolling bearings of angular contact, under theoretical bases, in order to accomplish the forces balance for the balls and for the bearing, which in turn results in the contact forces associated to the lubrication condition. The analysis requires the development of a computational program to numerically simulate the kinematic and dynamic conditions and, then, some of the results can be compared with the literature. After the initial validation of the model with the literature, a more complete solution is proposed to make it closer to practical applications. Results obtained by several simulations are compatible with those found in theoretical bases, attesting that the computational program developed is consistent / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:59:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LeviNascimentoda_M.pdf: 11286121 bytes, checksum: d7352e1bfd0d6ee9393542544bcda5b2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Em virtude do aumento da concorrência, as montadoras de veículos têm exercido pressões sobre os fornecedores participantes da longa cadeia produtiva no sentido de reduzir custos e aumentar a agilidade no desenvolvimento de novos produtos, sem negligenciar a qualidade e a confiabilidade das peças. Na fabricação de autopeças, por exemplo, quando se pensa em tolerâncias pequenas e em acabamento de peças endurecidas, há discussões sobre o uso da retificação convencional ou do torneamento duro. Estudos mostram que a retificação traz maiores custos, tempos de preparação maiores e impactos ambientais negativos e apresentam, como alternativa mais eficiente, o torneamento e faceamento contínuo ou interrompido de peças endurecidas com perfis retos, como os rolamentos com discos axiais. Ao invés de rolamentos axiais, neste trabalho, foi proposto o processo de torneamento duro para fabricar as pistas de rolagem em rolamentos de esferas de contato angular utilizados em sistemas de embreagem. Neste caso, diferentemente dos rolamentos axiais com perfil reto, o tornamento foi do tipo contínuo com perfil côncavo em que, à medida que a ferramenta avança, o contato da aresta de corte com a peça e, consequentemente, a seção do cavaco gerado variam. Duas velocidades de corte foram utilizadas, sendo mantidos constantes o avanço e a profundidade de corte. Características como parâmetros de rugosidade, circularidade, raio e forma da pista, coeficientes de simetria, achatamento e razão de material, dentre outros, foram controlados e comparados com amostras com pistas retificadas. A vida em fadiga de rolamentos é determinada por uma boa lubrificação e pelo bom acabamento das pistas. Quando um dos dois falha, ocorre desprendimento de material das pistas, seguido pelo começo de fraturas abaixo da superfície de contato. Por isso, após a fabricação, o controle e a montagem das amostras, foram realizados também ensaios comparativos de durabilidade. Os resultados encontrados permitiram concluir que as pistas fabricadas por torneamento duro, com as ferramentas e parâmetros utilizados apresentaram vida útil menor que aquelas produzidas por retificação / Abstract: The automotive markets have become more competitive and the car makers push the suppliers in the productive chain to focuse on cost reduction and fast development of new products, without neglecting quality and reliability. Regarding autoparts manufacture process, with small tolerances and finishing of hard parts, there are discussions about the use of conventional grinding or hard turning. Studies show that grinding increases costs, preparation times and negative environmental impacts and point out, as more effective process, the continuous or interrupted hard turning or hard facing in hard components with straight profile, such as thrust bearings with discs. Instead of thrust bearings, the aim of this work is to propose the hard turning of raceways in contact ball bearings used in clutch systems. In this case, the turning was continuous with concave profile: while the tool moves, the cut edge contact with the component and consequently the generated chip section change. Two cut speeds were used and feed rate and cut depth have been remained constant. Characteristics like rougheness parameters, roundness, raceway radius and its profile, skewness, kurtosis and bearing ratio were measured and compared with those in specimens with ground raceways. The fatigue life in ball bearings is determined by good lubrication and raceways with good finishing. When one of them fails, it occurs material deterioration (spalling) followed by cracks under the contact surface. For that reason, after manufacturing, measurements and assembly of the specimens, comparative durability tests were performed. The results could assess that the raceways manufactured by hard turning with toolings and defined parameters showed reduced fatigue life in comparison to specimens made by grinding / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Edson Cocchieri Botelho / Banca: Antonio Carlos Ancelotti Filho / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo analítico e numérico a respeito das tensões superficiais entre dois elementos. Quando uma força externa é aplicada a dois corpos em contato, verifica-se a existência de uma pequena deformação entre os elementos, causando um achatamento no plano de contato e criando uma zona de altas tensões de formato elíptico. Com a repetição cíclica destes carregamentos, pode ocorrer a perda progressiva de material superficial dos elementos envolvidos. De forma a investigar este fenômeno, esta dissertação realizou a análise detalhada de dois casos específicos encontrados na mecânica: o contato existente entra a esfera e a pista interna de um rolamento (contato esfera/plano), e o contato entre uma roda e um trilho ferroviário (contato cilindro/plano). Este estudo é essencial para a compreensão de como a aplicação de um carregamento externo pode influenciarna superfície de dois elementos. A análise foi realizada através de duas abordagens: uma analítica, através das equações oriundas da Teoria de Hertz, e outra numérica, através de programas computacionais de elementos finitos. Com os resultados verificados, foi feito uma série de gráficos que ilustram o comportamento das tensões ao longo dos eixos, além da análise da área afetada pela ação das tensões superficiais. Por fim, verificou-se a existência de tensões normais compressivas máximas encontradas no plano de contato entre os elementos, sendo a maior tensão localizada na direção do eixo de aplicação ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: An analytical and numerical study regarding contact stresses between two elements is presented in this work. When an external force is applied to two bodies in contact, a small deformation between the elements appears, flattening the contact plane and creating high elliptical stresses. The cyclical repetition of these stresses can cause the progressive loss of surface material from the bodies. To verify this phenomenon, this work developed a detailed analysis of two specific cases found in many mechanical applications: the contact between a sphere and an inner ring of a bearing (sphere/plane contact) and the contact between a wheel and a rail track (cylinder/plane contact). This study is essential to the understanding of the influence in the surface of these two elements caused by an external load. The analysis was performed using two different approaches: one analytical, using Hertz equations, and one numerical, using computational simulations and finite element software. After the results were validated, a number of graphics were developed using the Hertz Equations for contact stresses to illustrate how the stresses behave along the axis, as well as the analysis of the area affected by the contact stresses. It was found that the maximum compressive stresses are located at the contact plane between the bodies, and the highest stress is found along the axis where the load was applied. When the depth is increased, all normal stresses tend to decrease until they became null. At... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Robson Pederiva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:26:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bezerra_RobertodeAraujo_D.pdf: 3842898 bytes, checksum: 23a6bdd65c87be47fe4cfa856795bab0 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho, é feito um estudo comparativo entre diversas técnicas de detecção de falhas em rolamentos por análise de vibração. Inicialmente, as técnicas foram aplicadas a modelos matemáticos de falhas nas pistas interna, externa e nas esferas dos rolamentos; sendo, em seguida, feito um estudo comparativo entre as técnicas. As técnicas foram aplicadas também a rolamentos com falhas induzidas nas pistas e esfera com diferentes tamanhos de falhas e submetidos a diferentes velocidades, para uma melhor compreensão das técnicas. Finalmente, as técnicas foram usadas para o monitoramento da evolução das falhas em um conjunto de doze rolamentos que foram submetidos a condições próximas as de trabalho, o que possibilitou um estudo mais detalhado do processo de evolução dessas falhas. Os resultados obtidos mostraram que, de todas as técnicas utilizadas, o envelope com filtro adaptativo foi a mais eficiente, sendo capaz de detectar pequenos amassamentos e o surgimento de falhas na gaiola. O estudo em condições próximas a realidade possibilitou uma melhor compreensão do processo de evolução das falhas em rolamentos / Abstract: In this thesis, it is made a comparative study among several vibration analysis techniques of fault detection. Initially, the techniques were applied to inner and outer race and rolling element mathematical models of faults, and so, it was possible to compare the techniques. It was used the same techniques on the races and rolling elements with different size of induced faults, submitting to different speeds. With those studies it was possible to understand how to use the technique in a better way. Finally, we monitored a group of twelve bearings to analyse the evolution of faults, close to real conditions. The results showed that the most efficient techniques is the envelope with adaptive filter, it detects small dentings and the begging of cage failure. It was possible to get a better understanding of the failure evolution process in bearings, studying it in close conditions to the reality / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica