O presente trabalho foi desenvolvido com o intuito de propor um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais, de razões de velocidades escalonadas, para uso industrial e no setor da mobilidade. Em virtude do grande desenvolvimento das transmissões compostas por engrenagens faciais nos últimos anos, implementado por centros de pesquisa da área e por indústrias do setor aeronáutico, um dos objetivos deste trabalho foi estender o campo de aplicação dessas engrenagens para outros campos da engenharia. Inicialmente, mostra-se um estudo dos principais tipos de transmissões mecânicas presentes na indústria e, principalmente, no setor da mobilidade; área em que, usualmente, encontram-se os requisitos mais elevados de operação. Além disso, foi realizada uma revisão bibliográfica abordando tópicos importantes relacionados às engrenagens em geral e, mais especificamente, às transmissões cônicas e faciais. Esta revisão serviu de base para a implementação dos algoritmos para modelagem das engrenagens do sistema proposto. Para validar o conceito, um protótipo foi construído e testado, tendo como principal objetivo a comprovação da viabilidade e eficácia do sistema proposto, tanto na transmissão do movimento como na alteração da razão de velocidades. Realizados os testes, observou-se que, efetivamente, o sistema atendeu aos atributos funcionais especificados. Para a construção desse protótipo, as engrenagens envolvidas passaram por um processo de modelagem matemática, seguida pela modelagem sólida em software de CAD e pela fabricação em centro de usinagem. Para complementar o estudo, foi implementada uma rotina baseada nas normas AGMA, com foco na determinação das dimensões do pinhão, componente mais crítico do sistema. Desta forma, este trabalho permitiu avaliar os aspectos funcionais e elaborar um procedimento de projeto das engrenagens que compõem a transmissão proposta, concluindo que esta apresenta características herdadas das engrenagens faciais - facilidade de fabricação com custos competitivos - bem como características que a tornam adequada para operação automática em aplicações com alta taxa de flutuação da carga de trabalho, quais sejam: pequena variação da relação de transmissão e simplicidade do mecanismo de alteração da relação de velocidades. / This work was developed with the aim of propose a multi-speed mechanical gear drive based on face and bevel gears, for industrial and mobility field applications. Because of the recent great development of face gears, implemented by gear research centers and by aeronautical industry, one of the present work objectives was the extension of the application of these gears to other areas. The text begins with a brief review of the most used mechanical transmissions in the industry and, mainly, in the mobility field, where usually are found the higher loading and operation requirements. Also, important topics related to all gear transmissions and, more specifically, to bevel and face gears are presented. This review gave support for the algorithms implemented for the gears modeling. In sequence, for concept validation, a prototype was constructed and tested. The main objective of this prototype was proving that the original concept was viable and effective to transmit motion and change the ratio of velocities. After the tests, it was observed that, effectively, the system attended to specified functional attributes. For prototype construction, the related gears have been mathematically modeled, which was followed by the solid modeling in a CAD software and, finally, by the manufacturing process in a CNC milling machine. To extend the knowledge about the proposed transmission, an algorithm based on AGMA standards was implemented to assist in the analysis process related to the pinions, which are the most critical components of the system. As a result, this work allowed to validate the functional aspects and to elaborate a gear design procedure for the proposed system. Such system presents features inherited from face gears - constructive and manufacturing simplicity, meaning competitive costs -as well as features that make it adequate for automatic operation in high working load floating rates, which are: small ratio of velocities variation and mechanical simplicity of gears changing mechanism.

Este trabalho propõe substituir o processo de usinagem que é empregado atualmente na fabricação de uma engrenagem cônica fabricada com material ABNT 8620, pelo processo de metalurgia do pó, gerando uma peça com economia de matéria prima, aumento de valor agregado e diminuição nos custos de produção. Esta peça tem como aplicação em um dispositivo utilizado na agroindústria destinado ao plantio, onde a engrenagem sofre esforços leves não necessitando ser tratada termicamente. A análise realizada neste trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um ferramental específico para a produção de uma engrenagem cônica sinterizada utilizando uma liga comercial da empresa Höganäs do Brasil denominada Distaloy AB, de composição Fe- Mo-Ni-Cu. As peças foram produzidas pelo processo de sinterização e analisadas em etapas diferentes do processo como: compactação, sinterização e calibragem. Na avaliação compara-se o diâmetro interno da engrenagem compactada, sinterizada e calibrada. Realizou-se um estudo dos valores de mercado entre os processos de usinagem e MP para um lote de produção de duas mil peças. As peças foram compactadas a 600MPa e sinterizadas a 1120oC, durante o tempo de 40min. Os resultados alcançados mostram a viabilidade de substituição do processo de usinagem pelo processo de metalurgia do pó para obtenção da peça de estudo, onde a economia de material e as propriedades mecânicas necessárias foram atingidas pelo componente sinterizado. / This work proposes to replace the machining process that is currently employed in the manufacture of a conical gear manufactured with ABNT 8620 material, by the process of powder metallurgy, generating a part with economy of raw material, increase of value added and decrease in production costs. This part is applied in a device used in the agroindustry destined to the planting, where the gear undergoes slight efforts not needing to be treated thermally. The analysis carried out in this work has the objective of developing a specific tooling for the production of a sintered conical gear using a commercial alloy of the company Höganäs do Brasil denominated Distaloy AB, with Fe-Mo-Ni-Cu composition. The pieces were produced by the sintering process and analyzed in different stages of the process as: compression, sintering and calibration. In the evaluation the internal diameter of the compacted, sintered and calibrated gear is compared. A study of the market values between the machining processes and MP for a production lot of two thousand pieces was carried out. The pieces were compacted at 600MPa and sintered at 1120oC for 40min. The results show the feasibility of replacing the machining process by the powder metallurgy process to obtain the study piece, where the material savings and the necessary mechanical properties were reached by the sintered component.

Esta Dissertação, submetida à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, tem como objetivo a caracterização de fratura por fadiga em componentes mecânicos. Esse estudo foi motivado por dois casos de falha: barras estabilizadoras de truques de trem para transporte de minério, e engrenagens de redutores de grande porte, aplicados em turbogeradores em usinas de cogeração. Foi apresentada uma revisão da literatura sobre nucleação e propagação de trincas de fadiga, sobre fadiga de contato e por flexão de dentes, os dois principais modos de falha de engrenagens, e sobre a dinâmica do truque de trem. As amostras coletadas de barras falhadas foram caracterizadas e suas superfícies de fratura foram examinadas. A trinca de fadiga iniciou-se em uma das dobras do rebaixo, em local com dano por corrosão, que favoreceram sua nucleação. Uma análise por elementos finitos foi realizada para analisar as tensões residuais devido ao processo de dobra da barra e conformação do rebaixo e as tensões devido à operação, num caso crítico de warp tracionando a barra. Os resultados mostraram que localmente a tensão de escoamento do material foi superada, especialmente nas regiões de pequeno raio de curvatura devido ao rebaixo. Para o caso das engrenagens, foi feita uma análise de confiabilidade por distribuição de Weibull com base nos tempos de vida dos componentes falhados e do restante fabricado. Do resultado inferiu-se que as falhas consistiram na \"mortalidade infantil\" dos componentes. Havia apenas uma amostra de engrenagem falhada disponível para análise, a qual foi detalhadamente caracterizada e cuja superfície de fratura foi minuciosamente estudada, a fim de determinar o modo e o mecanismo de falha, o início da trinca e, com isso, a causa da falha. Pôde-se concluir que a engrenagem falhou devido a fadiga por flexão de dente devido a um desalinhamento na montagem. Determinadas as causas das falhas, podem-se sugerir soluções, aumentando assim a confiabilidade dos componentes. As sugestões podem dizer respeito ao próprio projeto, à seleção de materiais, aos processos de fabricação, ao tratamento térmico, à montagem, ou ao sistema de lubrificação. / This Dissertation, submitted to the Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, aims to characterize fatigue fracture in mechanical components. This study was motivated by two cases of failure: frame brace of train bogies for ore transportation, and gears of large transmission systems, applied to turbogenerators in cogeneration power plants. A literature review was presented on nucleation and propagation of fatigue cracks, contact and tooth bending fatigue, which are the two main modes of failure of gears, and train bogie dynamics. Samples collected of failed bars were characterized and their fracture surfaces were examined. The fatigue crack initiated at one of the bends of the \"fillister\", where corrosion damage took place - both of which favoured the nucleation. A finite element analysis was performed to analyze the residual stresses due to the bending process of the bar and the forming of the \"fillister\" and the stresses due to operation, in a critical case of warp tensioning the bar. The results showed that locally the yield stress of the material was exceeded, especially in the regions of small radius of curvature due to the \"fillister\". For the case of the gears, a reliability analysis was performed by Weibull distribution based on the lifetimes of the failed components and the remainder manufactured. From the result it was inferred that the failures consisted of the \"infant mortality\" of the components. Only one failed gear sample was available for the analysis, which was thoroughly characterised and whose fracture surface was minutely studied, in order to determine the mode and mechanism of failure, crack initiation and, hence, cause of failure. It was concluded that the gear failed due to tooth bending fatigue due to misalignment in the assembly. Having determined the causes of failures, solutions can be suggested, thus increasing the reliability of the components. Suggestions may concern the design itself, materials selection, manufacturing processes, heat treatment, assembly, or lubrication system.

O presente trabalho foi desenvolvido com o intuito de propor um sistema de transmissão mecânica baseado em engrenagens cônicas e faciais, de razões de velocidades escalonadas, para uso industrial e no setor da mobilidade. Em virtude do grande desenvolvimento das transmissões compostas por engrenagens faciais nos últimos anos, implementado por centros de pesquisa da área e por indústrias do setor aeronáutico, um dos objetivos deste trabalho foi estender o campo de aplicação dessas engrenagens para outros campos da engenharia. Inicialmente, mostra-se um estudo dos principais tipos de transmissões mecânicas presentes na indústria e, principalmente, no setor da mobilidade; área em que, usualmente, encontram-se os requisitos mais elevados de operação. Além disso, foi realizada uma revisão bibliográfica abordando tópicos importantes relacionados às engrenagens em geral e, mais especificamente, às transmissões cônicas e faciais. Esta revisão serviu de base para a implementação dos algoritmos para modelagem das engrenagens do sistema proposto. Para validar o conceito, um protótipo foi construído e testado, tendo como principal objetivo a comprovação da viabilidade e eficácia do sistema proposto, tanto na transmissão do movimento como na alteração da razão de velocidades. Realizados os testes, observou-se que, efetivamente, o sistema atendeu aos atributos funcionais especificados. Para a construção desse protótipo, as engrenagens envolvidas passaram por um processo de modelagem matemática, seguida pela modelagem sólida em software de CAD e pela fabricação em centro de usinagem. Para complementar o estudo, foi implementada uma rotina baseada nas normas AGMA, com foco na determinação das dimensões do pinhão, componente mais crítico do sistema. Desta forma, este trabalho permitiu avaliar os aspectos funcionais e elaborar um procedimento de projeto das engrenagens que compõem a transmissão proposta, concluindo que esta apresenta características herdadas das engrenagens faciais - facilidade de fabricação com custos competitivos - bem como características que a tornam adequada para operação automática em aplicações com alta taxa de flutuação da carga de trabalho, quais sejam: pequena variação da relação de transmissão e simplicidade do mecanismo de alteração da relação de velocidades. / This work was developed with the aim of propose a multi-speed mechanical gear drive based on face and bevel gears, for industrial and mobility field applications. Because of the recent great development of face gears, implemented by gear research centers and by aeronautical industry, one of the present work objectives was the extension of the application of these gears to other areas. The text begins with a brief review of the most used mechanical transmissions in the industry and, mainly, in the mobility field, where usually are found the higher loading and operation requirements. Also, important topics related to all gear transmissions and, more specifically, to bevel and face gears are presented. This review gave support for the algorithms implemented for the gears modeling. In sequence, for concept validation, a prototype was constructed and tested. The main objective of this prototype was proving that the original concept was viable and effective to transmit motion and change the ratio of velocities. After the tests, it was observed that, effectively, the system attended to specified functional attributes. For prototype construction, the related gears have been mathematically modeled, which was followed by the solid modeling in a CAD software and, finally, by the manufacturing process in a CNC milling machine. To extend the knowledge about the proposed transmission, an algorithm based on AGMA standards was implemented to assist in the analysis process related to the pinions, which are the most critical components of the system. As a result, this work allowed to validate the functional aspects and to elaborate a gear design procedure for the proposed system. Such system presents features inherited from face gears - constructive and manufacturing simplicity, meaning competitive costs -as well as features that make it adequate for automatic operation in high working load floating rates, which are: small ratio of velocities variation and mechanical simplicity of gears changing mechanism.

Dissertação (mestrado profissional)) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:59:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Glyniadakis_GeorgesVretos_M.pdf: 4546733 bytes, checksum: 79710497f8d263afb43f905ddd4e41f4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os requisitos de qualidade sonora estão sendo cada vez mais utilizados no mercado de caminhões médios e pesados. Assim, proprietários de veículos sentem-se incomodados pelo ruído de batida de dentes, principalmente na condição de motor na marcha lenta e o compressor de ar operando com carga. Algumas vezes o associam como falha, podendo até gerar reclamações na revenda bem como perda de qualidade na imagem do produto ou do fabricante. Uma opção para tratar este tipo de ruído é o uso de engrenagens com sistema de redução de folga. A literatura indica que conforme a folga é reduzida o ruído também é reduzido. Então entender o efeito desta solução é necessário antes de aplicá-la em produção. Sendo assim este trabalho tem por objetivo estudar o efeito vibroacustico da engrenagem com sistema de redução de folga automático no ruído de batida de dentes (rattle) relativo à engrenagem do compressor de ar do motor MWM ACTEON 4.12TCE. Um modelo analítico simplificado foi desenvolvido para verificar as oscilações dos deslocamentos angulares e velocidades da engrenagem do compressor. Estes resultados foram posteriormente confrontados com resultados experimentais. Também foram analisadas as respostas vibroacústicas do motor através de experimentos e seus efeitos em termos de qualidade sonora através de teste de júri / Abstract: Sound quality requirements have been more often used in light and heavy duty trucks market. Then, vehicle owners fell uncomfortable with rattle noise mainly at idle speed with air compressor operating in load phase. Sometimes they associate this noise as a failure, which can generate a car shop dealer claim, as well as product and company image deterioration. One option to deal with this kind of noise is to apply an anti-backlash gears. The literature shows that as we decrease the backlash the rattle is reduced too. Then, to understand the effect of this solution is mandatory before to apply into production. The object of this work is to study the vibroacoustics effects of the anti-backlash gear system regarding to the air compressor rattle noise of the MWM ACTEON 4.12TCE diesel engine. A simplified analytical model was developed in order to verify the angular displacement and velocities fluctuation of the air compressor anti-backlash gear. These results were compared with experimental ones. Experimental vibroacoustics responses were also analyzed in terms of sound quality jury test / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Mecânica

O aumento de eficiência de transmissões automotivas é a grande motivação deste trabalho. Sendo um dos objetivos principais avaliar correlações entre ensaios de eficiência de transmissões (com foco em engrenagens e cinemática do engrenamento) e ensaios tribológicos (com foco na avaliação do coeficiente de atrito e regimes de lubrificação). Nos ensaios tribológicos foi determinado o coeficiente de atrito para diferentes relações de rolamento e deslizamento, regimes de lubrificação, lubrificantes e recobrimentos. No banco de testes de transmissões automotivas foram avaliados diferentes lubrificantes e recobrimentos, similares aos avaliados nos ensaios tribológicos. Para se estabelecer a correlação entre estas duas escalas de ensaios, foi feito primeiramente um mapeamento de esforços e combinação de velocidades de rolamento e deslizamento durante o contato entre os dentes em uma transmissão. Este mapeamento permitiu: 1) que ensaios tribológicos tipo rolo esférico-disco fossem realizados de forma a se obter os coeficientes de atrito em diversas relações de razão deslizamento-rolamento (SRR - \"slide to roll ratio\") de forma a avaliar a performance de um revestimento a base de carbono e um óleo lubrificante aditivado; 2) Ensaios tribológicos esfera-disco plano também fossem realizados de forma a levantar os coeficientes de atrito para que, neste caso, fosse feito um confronto de especificação de óleos. Os ensaios de banco de provas foram feitos em diferentes condições: 1) utilizando um automóvel; 2) simulações numéricas (softwares comerciais) e 3) utilizando um banco para avaliação de eficiência de transmissões (dinamômetros e motores elétricos). Tanto os ensaios tribológicos (coeficiente de atrito) como testes de banco (avaliação da eficiência da transmissão) foram conduzidos em diferentes cenários de temperatura, relações de pressão de contato e velocidade comparadas com uma configuração de referência (características superficiais da engrenagem, contato na engrenagem e regimes de lubrificação). Os resultados obtidos permitiram associar o mapeamento do contato entre engrenagens e o regime de lubrificação com as eficiências obtida em banco de transmissões, softwares e ensaios tribológicos. Estes resultados indicam menores custos em desenvolvimentos e projetos de transmissões automotivas. / The greatest motivation of this thesis was the improving the efficiency of automotive transmissions. One of the aspects studied is how to establish a correlation between tribological test parameters based on the friction coefficient and lubrication regimes to the efficiency of an automotive transmission bench test. The efficiency of the transmission based on the contact established during the gearing for different coatings and lubricants. This correlation was based primarily using a stress map and the combination of sliding and rolling speeds applied on the surface contact between gear teeth. This mapping allows testing: 1) tribolological tests (roll on disc) combined with a device used to simulate contact conditions on friction coefficient, in which different conditions of slide to roll ratio (SRR) were obtained. Therefore the effect of carbon base coating and lubricants with different features could be tested. 2) tribological tests (ball on disc), in which friction coefficient was obtained for different lubricants to evaluate the behavior of them, probably related to additives. Transmission bench tests were also conducted, transmissions were tested:1) in automobiles; 2) using numerical simulation; 3) rig tests (dynamometers and electrical engines). Bench tests evaluated primarily the efficiency of the transmission. Tests (tribological and bench tests) in various scenarios of temperature, contact pressure ratio and speeds compared to the reference configuration (surface features of transmission gears, gear contact and regimes of lubrication) allowed the comparison between transmission efficiency, regimes the lubrication obtained during bench tests and tribological parameters, such as friction coefficient, and therefore, the results can help in selecting coatings and lubricants. These results indicate lower development and design costs in transmissions evaluation can be reached.

O foco do presente trabalho é estudar a intensificação da pressão de contato entre os dentes de duas engrenagens cilíndricas de dentes retos, que ocorre por causa do deslocamento dos componentes de um redutor de velocidades. Essa intensificação ocorre inclusive em um redutor fabricado sem quaisquer erros de usinagem ou de montagem. A correção de hélice é uma usinagem realizada na superfície do dente da engrenagem que compensa os deslocamentos dos eixos e engrenagens, devido à flexão e à torção, e os deslocamentos dos dentes das engrenagens, devido à flexão e à pressão de contato. Foram estudados efeitos importantes para essa correção de hélice em um redutor de velocidades. Com isso, foi desenvolvido um modelo analítico que calcula a correção necessária para diminuir esse intensificador de pressão de contato em função dos deslocamentos citados acima. Esse modelo analítico foi comparado com um modelo analítico da literatura e com o software comercial RIKOR®. Os resultados de correção de hélice propostos são similares aos da literatura e do RIKOR® com exceção das bordas das engrenagens, aonde existem algumas divergências. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo sólido de engrenagem com o perfil evolvente e com as correções de hélice calculadas analiticamente. Este modelo tridimensional (3D) foi elaborado usando os softwares SolidWorks® e Inventor® e simulado por elementos finitos por meio do software ANSYS®. Verificou-se que as três correções de hélice - a proposta, a da literatura e a do RIKOR® - realmente diminuem a intensificação de pressão de contato no flanco do dente da engrenagem. Por fim, foi possível visualizar que a correção proposta nesta dissertação é 3% mais efetiva que a proposta pela literatura e pelo RIKOR® para o caso analisado. / This work will study the contact pressure intensifier between two spur gears teeth, which exists due to the displacement of the components of the gearbox. This effect occurs even in gearboxes manufactured without any machining and/or assembling errors. The lead correction is a machining operation conducted at the gear tooth surface that compensates the displacement of shafts and gears, due to bending and torsion, and the gear teeth displacement, due to bending and contact pressure. Factors that are important to the lead correction in gearboxes were studied. An analytical model was proposed in order to evaluate the lead correction necessary to diminish the contact pressure intensifier as a function of the displacements mentioned above. This analytical model was compared to a literature one and to the commercial software RIKOR®. The results of the proposed lead correction are similar to the literature and RIKOR® ones, although there are differences at the borders of the gears. This work also describes the development of a solid model of the gears and shafts with the involute profile and the lead correction evaluated analytically. This model is tridimensional (3D) and was designed using SolidWorks® and Inventor software. It was simulated using finite element analysis software ANSYS® and it was possible to verify that the three lead corrections - proposed, from literature and from RIKOR® - diminished the contact pressure intensifier at the gears tooth flank. It was also possible to verify that the lead correction proposed is 3% more effective than the other ones for the case analyzed.

A eficiência dos sistemas mecânicos é influenciada diretamente pelo coeficiente de atrito local, sendo este relacionado com os regimes de lubrificação. O coeficiente de atrito pode ser estudado usando o método de elementos finitos (MEF) com a finalidade de substituir ensaios experimentais e reduzir tempo de análise. Esta dissertação teve como objetivo desenvolver uma metodologia para avaliar o coeficiente de atrito em um par tribológico e seu efeito na eficiência por simulação numérica. Para esta modelagem foi definido um sistema composto por um par de engrenagens helicoidais. Em uma primeira análise, foi empregado o programa AVL Excite Power Unit, que utiliza a ferramenta MBD (Multi-Body Dynamic - Dinâmica de Multi-Corpos), possibilitando a simulação da transmissão com seus principais elementos em um modelo 1D, que leva em consideração a teoria da lubrificação elastohidrodinâmica (EHL). Também foi utilizado o programa Abaqus®, da Dassault Systèmes, para a criação de um modelo 3D, que considera o par engrenado e sendo necessário o desenvolvimento de uma subrotina para a aplicação do modelo de lubrificação da literatura. Em todas as simulações foram considerados condições de operação de um banco de provas e três diferentes acabamentos superficiais dos dentes das engrenagens em função do processo de fabricação: fresamento, retificação e polimento. Além da rugosidade, avaliou-se o efeito da velocidade angular nas perdas do sistema. O modelo 3D foi comparado com o modelo 1D e com resultados de eficiência de ensaios de banco de prova. O modelo 3D permitiu avaliar o coeficiente de atrito local na linha de contato do dente engrenado. Maiores velocidades angulares aumentaram a espessura de específica de filme, diminuindo assim o coeficiente de atrito e promovendo uma melhoria na eficiência do sistema. Os menores valores de coeficiente de atrito estão na região do diâmetro primitivo, onde o SRR é nulo. A velocidade angular influenciou mais do que a rugosidade. As análises dos modelos 1D e 3D indicaram que o modelo 1D superestima a eficiência da transmissão, enquanto que o modelo 3D apresentou resultados compatíveis com o banco de provas. / The efficiency of mechanical systems is influenced directly by the local friction coefficient, which is related to the lubrication regimes. The coefficient of friction can be studied using the finite element method (FEM) to replace experimental tests and reduce analysis time. This dissertation had the objective to develop a methodology to evaluate the coefficient of friction in a tribological pair and the effect on the efficiency by numerical simulation. In this model, a system composed of a pair of helical gears was defined. In a first analysis, the AVL Excite Power Unit software was used, which uses the tool MBD (Multi-Body Dynamic), enabling the simulation of the transmission with the main elements in a 1D model, which takes into account the theory of elastohydrodynamic lubrication (EHL). The Abaqus® software was used to create a 3D model, which considers the pair of helical gear and a developed subroutine for application of the literature lubrication model. In all simulations, the conditions of operation of a rig tests and three different surface finishes of the gear teeth were considered, depending on the manufacturing process: milling, grinding and polishing. Besides the roughness, the effect of angular velocity on the losses of the system was evaluated. The 3D model was compared with the 1D model and with the results of rig tests efficiency. The 3D model allowed to evaluate the coefficient of local friction in the contact line of the tooth. Higher angular velocities increased the film specific thickness, thus reducing the coefficient of friction and promoting an improvement in the efficiency of the system. The lowest values of coefficient of friction are in the region of the primitive diameter, there the SRR is zero. The angular velocity influenced more than the roughness. The analyzes of the 1D and 3D models indicated that the 1D model overestimates the transmission efficiency, while the 3D model presented results compatible with the rig tests.

A moagem e mistura rápidas e efetivas de materiais em pequenos volumes é uma necessidade nos laboratórios e na indústria moderna. Diversos tipos de métodos e equipamentos prestam este serviço, dentre eles o moinho e misturador planetário. Estes equipamentos são máquinas centrífugas que combinam movimentos rotacionais com translacionais e que utilizam os efeitos otimizados das forças, direções e movimentos dos materiais em processo. Para o moinho é otimizado e ampliado o poder dos mecanismos de moagem, sendo então considerado um processo de alta energia. No caso dos misturadores há a combinação do movimento planetário com um ângulo de inclinação entre o eixo de rotação do jarro com o eixo de translação que promovem vórtices helicoidais efetivos para promover a mistura. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de moinho e misturador planetário visando determinar condições otimizadas de moagem e mistura, o estabelecimento de limites de operação para ambas aplicações e a seleção de um sistema de transmissão simplificada. Inicialmente foram fabricados bancos híbridos de moagem e mistura para pequenas amostras (25 g para moagem e 100 g para mistura). O desempenho de moagem foi analisado pela determinação do tamanho de partículas antes e após o processo de moagem em pós de alumina de granulação grosseira com diâmetro médio de partícula em torno de 4,2 μm, variando-se as combinações de relação de transmissão, velocidade de translação e tamanho do meio de moagem. Para o misturador foi aplicado ângulo de inclinação de 30º e realizado ensaios nas misturas de massa plástica em diferentes rotações. Na configuração moinho, o melhor desempenho experimental resultou em pó de alumina submicrométrico de Øee ~ 0,9 mm em uma hora de moagem na rotação de translação de 450 rpm e relação de transmissão eixo principal/jarro de 1:-2. Na configuração misturador a condição otimizada foi com rotação de 2000 rpm e relação transmissão eixo principal/jarro de -2:1 que proporcionou mistura relativamente homogênea em 30 s. Para carregamentos de até 25 g de pós cerâmicos, em que o conjunto excêntrico (jarro, fixação, matéria prima e meios de moagem) são inferiores à 1 kg, utilizou-se a transmissão baseada em rodas de atrito que permitiu um projeto econômico e compacto, sendo o aço (AISI 4340 temperado e revenido) o material da roda de atrito que apresentou a melhor durabilidade e confiabilidade. Entretanto, apresentou limitação na moagem de amostras maiores (jarro acima de 1 kg) e nas misturas com rotações acima de 2000 rpm. A maior potência de transmissão exigida causou aquecimento excessivo na transmissão, ocasionando dilatação das rodas de atrito e consequentemente travamento do sistema. Para aumentar a capacidade de moagem para até 100 g de matéria prima, que reflete a conjuntos com massas superiores a 2 kg, um protótipo utilizando engrenagens foi projetado, construído e testado. Neste trabalho concluiu-se que, através de uma rápida reconfiguração, um único equipamento híbrido atende às ambas demandas. Entretanto observou-se que como as condições otimizadas de moagem e mistura ocorreram em condições opostas, ficou evidenciado que a condição ótima para um sistema, quando aplicado no outro sistema, oferece alto risco de acidentes, o que exige o desenvolvimento de um sistema de segurança inteligente sofisticado e oneroso que, em virtude do agregado financeiro dos componentes permanentes, para aplicações nos processos industriais, aconselha-se equipamentos individuais. / Fast and effective milling and mixing of materials in small volumes is a need for laboratories and modern industry. Several methods and equipment provide these services such as planetary mill and Dual Asymmetric Centrifuge (DAC). These pieces of equipment are centrifuge machines that combine rotation and revolution and use the optimized effects of forces, directions and movements of materials in process. In the mill, the power of the milling mechanisms is optimized, being considered a high-energy process. For the mixers there is a combination of planetary motion and a tilt angle between the axis of rotation of the jar and the revolution axis, which promote effective helical vortices for mixing. The present work aims at the development of planetary mill and mixer aiming to determine optimum grinding and mixing conditions, establishment of operating limits for both applications and transmission selection. Initially hybrid grinding and mixing benches for small samples (25 g for milling and 100 g for mixing) were manufactured. The planetary mill performance was analyzed by determining particle size before and after milling of coarse calcined alumina (initial median particle size of 4.2 mm) by varying combinations of transmission ratio, translation speed and media size. For the mixer, a tilting angle of 30º was applied and tests were performed on the modeling clay mixtures applied at different rotations. For the mill configuration, the optimized design with the best experimental setup resulted in sub micrometric alumina powder (Øee ~ 0.9 mm) in only one hour of milling (revolution of 450 rpm and speed ratio main axis/jar transmission ratio of 1:-2). For the mixer configuration, the optimized condition (revolution of 2000 rpm and speed ratio of -2:1) provided relatively homogeneous mixing in 30 s. For loadings up to 25 g of ceramic powders, where the eccentric assembly (jar, fixing, raw material and grinding media) is lighter than 1kg, the transmission based on friction wheels was used, which allowed an economical and compact design, being the steel (tempered AISI 4340) the material of the friction wheel that presented the best durability and reliability. However, there was a limitation in the grinding of larger samples (jar over 1 kg) and mixtures with rotations above 2000 rpm. The higher transmission power required caused excessive heat in the transmission, causing the friction wheels to dilate and consequently system malfunction. To perform loads greater than 100g of raw material, which reflects sets with masses over 2 kg, a prototype using gears was designed, built and tested. This work concluded that a quick reconfiguration allows a single device meets both demands. However, considering that optimized parameters of grinding and mixing occur at very different conditions, it is emphasizedthat the optimal operation for a system if applied in the optimal conditions of the other system offers high risk of accidents, which requires the development of a costly security system. Therefore, individual pieces of equipment for grinding and mixing are advised for industry application due to the financial aggregate of the permanent components.

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?.