Laboratório de Lubrificação e Vibrações

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1 Laboratório de Lbrificação e Vibrações Relatórios 5/6 5º Ano º Semestre DEMEGI SMA LEM Docentes Beatriz Graça Jorge Seabra José D. Rodriges Lís A. Ferreira Ramiro Martins Elaborado por: Cládia Choi 558 cladia.choi@t-berlin.de Pedro Ferreira em969@fe.p.pt Ricardo Pedrosa 548 em8@fe.p.pt

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3 Índice Introdção Trabalhos Práticos Lbrificação 5 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 7 Medição da Viscosidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 9 Objectivo 9 Fndamentos teóricos 9 Viscosidade 9 Índice de Viscosidade Viscosímetro de ENGLER Trabalho experimental Elementos Necessários à Realização do Trabalho Etapas do trabalho Determinação dos gras ENGLER e respectiva conversão para cst Expressões da variação da viscosidade cinemática com a temperatra 4 Procedimentos de análise 5 Apresentação e Discssão dos Resltados 6 Conclsão 8 Bibliografia 8 Medição da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 9 Objectivo 9 Fndamentos teóricos 9 Densidade 9 Densímetro 9 Trabalho experimental Elementos Necessários à Realização do Trabalho Etapas do trabalho Expressão da variação da massa específica com a temperatra Viscosidade dinâmica, η [cp] Apresentação e Discssão dos Resltados Conclsão Bibliografia L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 5 Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 esferas 7 Objectivo 7 Fndamentos teóricos 7 Rolamento de Rolos cónicos J (SKF) 7 Máqina de 4 esferas 7 Momento de atrito 9 Trabalho experimental Lista de Material Preparação da máqina de 4 esferas Montagem do rolamento Montagem do conjnto na máqina de 4 esferas Preparação do registador Realização do ensaio Recolha de ma amostra de óleo 4 Desmontagem do rolamento 4 Ensaios a realizarem-se neste trabalho 5 Apresentação e Discssão dos Resltados 5 Temperatra do óleo ao longo do tempo 5 Viscosidade cinemática do óleo ao longo do tempo 6 Momento de atrito ao longo do tempo 6 Conclsão 8 Bibliografia 9 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico 4 Rgosidade de sperfícies 4 Objectivo 4 Engrenagem 4 Rolamento 4 Fndamentos teóricos 44 Rgosímetro / Perfilómetro (HOMMEL TESTER T4) 44 Rgosidade e Ondlações: Filtragem 44 Parâmetros de Rgosidade Medidos 45 Trabalho experimental 47 Elementos Necessários à Realização do Trabalho 47 Etapas do trabalho 48 Apresentação e Discssão dos Resltados 48 Engrenagem Nova 49 Engrenagem Usada 5 Engrenagem Gripada 5 Rolamento Novo 5 Rolamento Usado 55 Conclsão 56 Bibliografia 56 L4 Análise de m Óleo Lbrificante por Ferrografia de Leitra Directa e por Ferrografia Analítica 57 Análise de m Óleo Lbrificante por Ferrografia de Leitra Directa 59 Objectivo 59 Fndamentos teóricos 59 Ferrógrafo de Leitra Directa (DR III) 59 Trabalho experimental 6 Elementos Necessários à Realização do Trabalho 6 Etapas do trabalho 6 Ferrografia de Leitra Directa DR III 6 Procedimentos Para Uma Dilição 6 Apresentação dos Resltados 64 Solicitação a qe foi sbmetida cada amostra 64 Discssão dos Resltados 64 Conclsão 64 Bibliografia 64 Análise de m Óleo Lbrificante por Ferrografia Analítica 65 Objectivo 65 Fndamentos teóricos 65 Ferrógrafo Analítico (FM III) 65 Microscópio Óptico 65 Placa Térmica 66 Trabalho experimental 66 Elementos Necessários à Realização do Trabalho 66 Etapas Do Trabalho 66 Ferrografia Analítica FM III 67 Apresentação e Discssão dos Resltados 7 Conclsão 74 Bibliografia 74 Termografia 75 T Análise da dissipação térmica nm contacto por termografia 77

4 Análise da dissipação térmica nm contacto por termografia 79 Objectivo 79 Fndamentos teóricos 79 Termografia 79 Desgaste, abrasão, mecanismos de desgaste, forma do contacto 79 Gripagem 8 Trabalho experimental 8 Dados do problema 8 Realização da Experiência/do Ensaio 8 Apresentação e Discssão dos Resltados 8 Ensaio sem Lbrificante 8 Ensaio com massa Lbrificante 8 Força de atrito 84 Rgosidade 84 Conclsão 85 Bibliografia 85 Vibrações 87 V Análise Modal de Estrtras 89 Objectivo 9 Trabalho experimental 9 Montagem 9 Propriedades Físicas e Geométricas da Estrtras 9 Descrição das Condições de medição 9 Estroboscópio 94 Apresentação das Medições 94 Tratamento das medições 95 Comparação com Resltados Analíticos e Nméricos 96 Solção analítica 96 Vectores Modais Obtidos Via Experimental 99 Comparação de resltados Conclsão Bibliografia Objectivo Trabalho experimental Descrição da montagem Propriedades Físicas e Geométricas da Viga Descrição das condições de medição 4 Apresentação dos Resltados 4 Comparação com resltados analíticos e/o nméricos Análise criteriosa dos resltados Comparação de resltados Freqências natrais Conclsão 4 Bibliografia 4 V Determinação Da Velocidade Crítica De Um Sistema Veio Rotor e Identificação da freqência natral e da razão de amortecimento de m veio sjeito a torção 5 Objectivo 7 Trabalho experimental 7 Descrição da montagem 7 Propriedades Físicas e Geométricas do veio 7 Descrição das condições de medição 8 Apresentação e tratamento das medições 9 Comparação com resltados analíticos e/o nméricos Medição para cada velocidade de rotação Determinação da velocidade crítica Trajectórias do disco para diferentes velocidades de rotação, n (rpm) Análise criteriosa dos resltados Órbitas Conclsão 4 Bibliografia 4 Objectivo 5 Trabalho experimental 5 Características da montagem 5 Procedimento laboratorial 5 Análise teórica 6 Eqação de movimento 6 Decremento logarítmico 7 Apresentação dos Resltados Decremento Logarítmico Método Db 4 Resposta temporal 5 Cálclo da Inércia do Volante para m comprimento útil de 4 e 5 mm _5 Freqências natrais amortecidas, n 6 Coeficiente de amortecimento, ξ 6 Razões de amortecimento, d 6 Conclsão 6 Bibliografia 6 Conclsão Final 7

5 5/6 5/6 Introdção A cadeira de Laboratório de Lbrificação e Vibrações, através de trabalhos práticos realizados em laboratório, pretende introdzir os estdantes a técnicas experimentais de análise de lbrificantes, avarias de sperfície e análise de vibrações. Este relatório final da disciplina é composto pelos vários relatórios dos trabalhos práticos exectados drante as alas. Relativamente à Lbrificação foram exectados os segintes trabalhos Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras, Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas, Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico e Análise de m Óleo Lbrificante por Ferrografia de Leitra Directa e por Ferrografia Analítica. De Termografia foi efectado m trabalho intitlado de Análise da dissipação térmica nm contacto por termografia. Qanto a Vibrações foram realizados os trabalhos Análise Modal de Estrtras e Análise de velocidades críticas de veios.

6 5/6 5/6 Trabalhos Práticos 4

7 5/6 Lbrificação 5/6 Lbrificação Lbrificação 5 6

8 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 7 8

9 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Medição da Viscosidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Objectivo Medição da viscosidade cinemática de m óleo lbrificante, a várias temperatras, no viscosímetro de ENGLER e determinação das constantes para as expressões de variação da viscosidade cinemática com a temperatra (fórmla ASTM D4 e expressão de Vogel). Fndamentos teóricos Viscosidade Considerada a propriedade mais importante de m óleo lbrificante. A viscosidade tradz o gra de atrito interno o de resistência qe m líqido oferece ao escorregamento. Na figra está esqematicamente representada ma placa A qe se move com a velocidade U sobre ma pelícla de lbrificante de espessra h. Spondo qe a pelícla é constitída por m empilhamento de camadas horizontais e qe a força F provoca a deformação da pilha por escorregamento de mas camadas sobre as otras, como nm baralho de cartas. A camada em contacto com a placa move-se com velocidade U enqanto qe aqela qe está em contacto com a sperfície estacionária se spõe ter ma velocidade nla. As camadas intermédias têm ma velocidade qe depende da distância a qe estão da sperfície estacionária. de onde, F U τ η A h A nidade de viscosidade absolta, também conhecida por viscosidade dinâmica, é medida em Pa*s (Pascal.segndo) no Sistema Internacional. Esta nidade também é conhecida por N.s/m. Qando se tiliza o efeito da gravidade para casar o escoamento do flído, fala-se da viscosidade cinemática (ν), qe é inversamente proporcional à massa volúmica do flído (ρ). Assim, a expressão ν η/ρ fornece a viscosidade cinemática em m /s, qe por razões speriores, o mm /s corresponde exactamente a cst (centistokes), qe é a nidade geralmente tilizada. Índice de Viscosidade O índice de viscosidade (V.I.) de m óleo é m valor empírico qe estabelece ma relação entre a variação qe a sa viscosidade sofre com a temperatra, e as variações idênticas de dois óleos de referência, m relativamente sensível (Índice de Viscosidade ) e otro relativamente insensível (Índice de Viscosidade ), tomando-se como base as viscosidades medidas às temperatras de e F (7,8 e 99 C) (ver figra ) L U V. I. L H em qe: L Viscosidade do Óleo Nafténico a F; H Viscosidade do Óleo Parafínico a F; U Viscosidade do Óleo de qe se determina o V.I. a F; Fig. - Escoamento laminar de flído A lei de NEWTON do escoamento viscoso estabelece qe a tensão de corte no flído é proporcional à taxa de variação da velocidade com y, o seja: F d τ η A dy em qe η é ma constante de proporcionalidade definida por viscosidade absolta. A derivada d/dy é a taxa de variação da velocidade com a distância e pode ser designada por taxa de corte o gradiente da velocidade. A viscosidade η é portanto ma medida de resistência interna de atrito do flído. Admitindo qe a taxa de corte é constante tem-se: d U dy h Fig. - Determinação do Índice de Viscosidade 9

10 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras No entanto, é possível prodzir óleos mais sensíveis à temperatra do qe os qe se encontram abrangidos pela referência VI, o otros menos sensíveis do qe os qe figram com a referência VI, obtendo-se assim valores VI abaixo de zero o acima de, respectivamente. A viscosidade de todos os óleos dimini com o amento da temperatra, mas a dos óleos com m alto índice de viscosidade não varia tanto como a dos qe têm m baixo VI, para idênticas amplitdes de variação. A diminição da viscosidade de m óleo está normalmente associada à contaminação por m flído de menor viscosidade (solvente, combstível, etc.). Por otro lado, m amento de viscosidade poderá ser o resltado da oxidação do próprio lbrificante o da presença de prodtos insolúveis no óleo. Os principais prodtos insolúveis qe se podem encontrar nm óleo lbrificante são: 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Viscosímetro de ENGLER O viscosímetro de ENGLER (ver norma IP /9 em anexo), é composto por m recipiente onde se introdz a amostra de lbrificante a analisar, qe tem m orifício na base qe se obstri o abre através de m ponteiro de madeira. Para aqecer e manter o lbrificante a ma determinada temperatra este recipiente é englobado por otro qe contém m líqido (ága o óleo) qe é aqecido através de ma resistência eléctrica. Estes dois recipientes encontram-se apoiados nm tripé qe permite nivelar o aparelho. Existem dois termómetros para controlar a temperatra (m para o banho e otro para o lbrificante). Segndo a norma IP /9 (Método de Engler - ver Figra 4), a viscosidade é determinada medindo o tempo em segndos, necessário para m determinado volme de lbrificante a ma dada temperatra controlada, flir através de m orifício e perfazer ml de m balão gradado. Esse valor é posteriormente convertido em gra Engler e tilizando ma expressão é depois convertido em nidades de centistokes (cst). a) carbono, resltante de ma combstão incompleta; b) prodtos de oxidação do lbrificante (e/o do combstível); c) partíclas resltantes do desgaste de componentes da máqina; d) poeiras atmosféricas qe atravessam os filtros de ar; e) prodtos da degradação dos aditivos do óleo. A viscosidade de m lbrificante pode ser medida tilizando vários métodos normalizados. Segndo a norma ASTM D445, a viscosidade de m lbrificante é determinada medindo o tempo, em segndos, necessário para m determinado volme de lbrificante flir nm tbo capilar devidamente calibrado, nma distância conhecida e sobre ma temperatra controlada (ver figra ). Esse valor é posteriormente convertido para as nidades de centistokes (cst) o Saybolt Universal SeconDs (SUS). Fig. 4 - Viscosímetro de Engler IP /9 O valor da viscosidade de m óleo só é válido qando a temperatra à qal se realizo a medição é reportada, por exemplo, cst a 4 C. Fig. - Viscosimetro de Capilar (ASTM D445) A viscosidade afecta o fncionamento correcto de m eqipamento, provoca perdas por atrito e interfere com a espessra de filme lbrificante nm rolamento. A sa medição, é por isso essencial na análise de m óleo sado. Um amento de viscosidade na ordem dos a % é considerado severo na maior parte das aplicações correntes.

11 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Trabalho experimental Elementos Necessários à Realização do Trabalho Para a realização deste trabalho são necessários os segintes elementos: Viscosímetro de ENGLER; Um recipiente gradado (até ml); Um cronómetro (com resolção mínima de. s); 5 ml do lbrificante a analisar (Éster Bio Gear ISO VG). Etapas do trabalho A realização do trabalho consta das segintes etapas: º - Cronometrar o tempo de escoamento de ml de ága a ºC; º - Cronometrar o tempo de escoamento de ml do lbrificante às temperatras de 4, 7 e ºC; º - Converter os tempos em gras ENGLER e posteriormente em cst (centistoke); 4º - Determinar as constantes para as expressões ASTM D4 e de Vogel, do lbrificante; 5º - Elaborar o respectivo relatório, inclindo m gráfico com a variação da viscosidade do lbrificante com a temperatra, segndo cada expressão, e as correspondentes medidas experimentais. 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Expressões da variação da viscosidade cinemática com a temperatra a) Fórmla ASTM D4: Log Log ν ( + c) m n Log( T ) Onde ν é a viscosidade (em cst) à temperatra T (em gras Kelvin). As constantes c, m e n determinam-se normalmente conhecidas as viscosidades medidas para as temperatras de 4ºC e ºC. Normalmente, para ºEngler >, c.7. Com os dois pares de valores conhecidos de ν e T. E considerando c.7, pode-se calclar n pela seginte eqação: ( υ + c) ( υ + c) Log Log Log n T Log T E segidamente podemos calclar m: m LogLog m LogLog, T em ºK ( υ + c) + n Log( T ) ( υ + c) + n Log( T ), T em ºK Sbstitindo os valores de m e n na eqação seginte podemos relacionar a viscosidade cinemática com a temperatra. n v m Log( T ) - c, T em ºK Determinação dos gras ENGLER e respectiva conversão para cst Os gras Engler são definidos do seginte modo: tempo de escoamento de ml de lbrificante à temperatra T º Engler tempo de escoamento de ml de ága a º C (para o viscosímetro existente, o tempo de escoamento da ága a ºC ( ml) 49. s). A conversão de ºEngler para cst pode ser feita através da figra o através da expressão seginte: b) Expressão de Vogel: b ν K exp θ + c Onde ν é a viscosidade (em cst) à temperatra θ (em gras Celsis). Para a determinação das constantes K, b e c, qe dependem de cada lbrificante, tilizam-se três pares de valores de viscosidade e temperatra do óleo lbrificante. (Valores de referência: c e b). Os valores de K, b e c podem ser calclados conhecendo pares de valores de θ e ν. º Engler < º Engler k cst k Engler + Engler + k k 4.867; k 7.64; k.77; k ; k 6.98 k.5 θlnυ θ Lnυ θlnυ θ Lnυ Lnυ Lnυ Lnυ Lnυ K exp θ θ θ θ Lnυ Lnυ Lnυ Lnυ 4

12 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Conhecido o valor de K, podemos determinar o valor de c: E finalmente, o valor de b: θ θ θlnυ θ Lnυ c LnK Lnυ Lnυ Lnυ Lnυ θ θ θlnυ θlnυ c LnK Lnυ Lnυ Lnυ Lnυ b b b ( θ + c) ( θ + c) ( θ + c) Ln Ln Ln υ K υ K υ K 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras O procedimento de análise é o seginte: a) Tapar o orifício do recipiente e colocar o flído (cerca de 5 ml) no se interior até cobrir os três pontos de referência existentes; b) Ligar a resistência eléctrica para aqecer o flído para a temperatra de análise. A temperatra do banho aqece mais rapidamente qe a temperatra do flído em análise, qe tem algma inércia térmica. Por isso, deve-se desligar a resistência qando a temperatra do banho for a temperatra pretendida para a análise, deixando estabilizar a temperatra do sistema, embora se possa verificar qe a temperatra do flído em análise seja mito inferior; c) Colocar o recipiente gradado por baixo do orifício, e qando a temperatra estiver estabilizada, abrir o orifício e simltaneamente iniciar a cronometragem; d) Qando o flído atingir os ml, parar a cronometragem e em segida tapar o orifício. As operações de a) a d) repetem-se para cada temperatra de ensaio. Qando há determinação de viscosidade a várias temperatras, devem-se fazer os ensaios por ordem crescente de temperatras. Procedimentos de análise A figra 5 mostra m viscosímetro de Engler, conforme especificado pelas normas DIN 556 / ASTM D 665. Fig. 6 - Viscosímetro de Engler CETRIB FEUP Apresentação e Discssão dos Resltados Os resltados obtidos neste trabalho são apresentados a segir. Fig. 5 - Viscosímetro de Engler (DIN 556 / ASTM D 665) Foi cronometrado o tempo, em segndos, qe demoro a verter ml de óleo para as temperatras escolhidas, 4ºC, 7ºC e ºC. Como a temperatra final e inicial de cada ensaio não era igal, variava m poco, fez-se ma média dessas temperatras. De segida, foi calclado ºEngler para cada temperatra, tomando como tempo de escoamento de ága 49, segndos. 5 6

13 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Posteriormente fez-se a conversão de ºEngler para cst pelas eqações apresentadas na página, tendo em conta se o ºEngler é sperior o inferior a. 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Ainda assim, podemos desenhar as das crvas da variação da viscosidade cinemática com a temperatra, para fórmla ASTM D4 e pela expressão de Vogel, figra 7. São apresentadas também as temperatras convertidas em ºK. Ága º Engler < º Engler > T média [ºC] k 4,867 k 7,64 tempo [s] 49, k 75,568 k -,77 k -6,98 k -,5 Oleo Ti [ºC] 4 Ti [ºC] 7,5 Ti [ºC] T f [ºC] 4 T f [ºC] 7,5 T f [ºC] T média [ºC] 4 T média [ºC] 7,5 T média [ºC],5 tempo [min] :4,9 tempo [min] 4:, tempo [min] :7,9 tempo [s] 744,9 tempo [s] 7 tempo [s] 7, º Engler 5,95 º Engler 5,5744 º Engler,58 cst 4,995 cst 4,889 cst 7,479 T [ºK],5 T [ºK] 44,65 T [ºK] 7,65 Tabela - Dados medidos e calclados neste trabalho Com estes dados foi possível calclar a viscosidade para cada temperatra pelas eqações apresentadas na página 4, Pela fórmla ASTM D4, em qe se considero c,7, embora qe para ºC ºEngler fosse ligeiramente inferior a, calclaram-se as restantes constantes m e n, tilizando as viscosidades conhecidas para 4ºC e ºC. Fig. 7 - Variação da viscosidade cinemática com a temperatra - gráfico feito no MatLab a partir do programa Viscosidade.m disponivel nos conteúdos da página da disciplina de Tribologia 5/6 c,7 m 7,96676 n, Tabela - Constantes da fórmla ASTM D4 Pela expressão de Vogel, calclamos as constantes K, b e c: K,8E-8 b 498,5 c 6,95 Tabela - Constantes calcladas para a expressão de Vogel Estes valores são bastante afastados relativamente aos valores de referência: c e b. Note-se porém qe apenas se efecto m ensaio a cada temperatra, o qe torna os resltados imprecisos ma vez qe a expressão de Vogel é exponencial e o amento o diminição de ºC na temperatra altera os valores de forma significativa. Para se obterem resltados mais precisos teríamos de efectar m mínimo de ensaios a cada temperatra e depois fazer a média dos valores obtidos. Obtendo-se assim m resltado mais conciso. Conclsão Podemos conclir qe a viscosidade cinemática dimini com o amento da temperatra. Para m so adeqado da expressão de Vogel, ma vez qe se trata de ma fnção exponencial, é necessário efectar vários ensaios para a mesma temperatra de forma a refinar os dados qe serão tilizados no cálclo das constantes da expressão. Obtendo-se assim resltados mais satisfatórios do qe os apresentados neste relatório. Qe apesar de serem valores dispares dos desejados, as crvas obtidas da viscosidade cinemática em fnção da temperatra são bastante próximas. Bibliografia Trabalhos Práticos de Lbrificação TPL Medição da Viscosidade e da Densidade de m óleo Lbrificante a Várias Temperatras, J. Castro e J. Seabra, Porto e FEUP, Janeiro de 5 Norma IP /9 Determination of viscosity of bitmen emlsions Engler method Análise de Lbrificantes Princípios Básicos, Beatriz Graça e Jorge Seabra, Porto e FEUP, Janeiro de 4 Apontamentos de Tribologia 5/6 Jorge Seabra 7 8

14 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Medição da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras A temperatra do flído é indicada em ºC no visor do densímetro, assim como a densidade o a massa específica (em g/cm) a essa temperatra. Objectivo Medição da densidade de m óleo lbrificante a várias temperatras, cálclo do coeficiente de expansão térmica, verificação da linearidade da variação da densidade do lbrificante com a temperatra e cálclo da viscosidade dinâmica do lbrificante. Fndamentos teóricos Densidade Densidade de ma sbstância é a relação existente entre o peso de m determinado volme de matéria e o peso de igal volme de ága medidos à mesma temperatra. Na prática os métodos mais vlgarizados para determinar a densidade tilizam hidrómetros o picnómetros. Um sistema de nidades mito sado na indústria de petróleo para representar a densidade é o seginte: 4.5 Gras A. P. I..5 Densidade Verifica-se portanto qe, qando amentam os gras A.P.I., os valores representativos da densidade diminem. Como a densidade se modifica em resltado de variações térmicas, as sas determinações são normalmente efectadas a temperatras controladas, o então corrigidas por meio de tabelas, de acordo com a temperatra prescrita para o ensaio tilizado. Dada a rapidez e prontidão com qe podem ser feitas as determinações de densidade, esta é mito sada como elemento de controlo pelas refinarias. Uma das sas principais aplicações é o cálclo de peso de m dado volme de óleo expresso em qilos por litro o notras nidades. É também possível obter elementos relativos ao tipo de rama de qe provém a fracção do óleo lbrificante, desde qe se disponha de elementos complementares sobre a destilação o viscosidade dessa fracção. Por exemplo, tratando-se de prodtos da mesma viscosidade, os óleos parafínicos têm m peso específico mais baixo (e m A.P.I. mais elevado) do qe os óleos nafténicos. No ensaio de óleos sados, particlarmente dos tilizados em motores, as alterações na densidade podem ser indicativas de dilição pelo combstível, o qe provoca m abaixamento nesta (elevando os valores A.P.I.), o da presença de partíclas carbonosas o de prodtos de oxidação qe originem a sbida da referida densidade. Evidentemente, será necessário obter elementos analíticos adicionais para jstificar as alterações na densidade, visto algmas alterações terem tendência para se compensarem entre si. Fig. 8 - Densimetro Anton Paar (DMA 5N) e Cronómetro CETRIB FEUP Trabalho experimental Elementos Necessários à Realização do Trabalho Para a realização deste trabalho são necessários os segintes elementos: Densimetro; ml do lbrificante a analisar (Éster Bio Gear ISO VG). Etapas do trabalho A realização do trabalho consta das segintes etapas º - Fazer medidas de densidade do lbrificante. Uma com a amostra à temperatra ambiente. A segnda após a realização da ª medida de viscosidade (4ºC) e finalmente após a realização da ª medida de viscosidade (7ºC) medir a densidade e a temperatra do flído. Registar sempre a temperatra do lbrificante (qe é indicada no visor); º - Determinar o coeficiente de expansão térmica e verificar a linearidade da variação da densidade do lbrificante com a temperatra; º - Determinar as viscosidades dinâmicas correspondentes às medições efectadas de viscosidade cinemática. Densímetro O densímetro tilizado tem das possibilidades de analisar a amostra de óleo: através da aspiração directa ( ml) nm recipiente com a amostra o através da injecção da amostra previamente recolhida com ma seringa própria. A temperatra da amostra não deve ser sperior a ºC nem inferior a ºC. No entanto o aparelho de medida só determina eficazmente a densidade para temperatras até 4ºC. onde, Expressão da variação da massa específica com a temperatra [ ( )] ρ ρ ref α T ref T ρ massa específica à temperatra T ; ρ ref massa específica de referência à temperatra de referência T ref (normalmente a 5ºC), o neste caso a medida à temperatra ambiente); 9

15 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras α coeficiente de expansão térmica. Viscosidade dinâmica, η [cp] η υ ρ ν viscosidade cinemática ρ - densidade Apresentação e Discssão dos Resltados Considerando a temperatra ambiente igal a,7ºc, sando-a como T ref, fez-se medições a temperatras, temperatra ambiente, a ºC e a 4ºC, assim temos: Temperatra [ºC] ρ α,7, ,949 -,84 4,9444 -,759 Tabela 4 - Cálclo do coeficiente de expansão térmica Pela observação dos resltados obtidos verifica-se qe o coeficiente de expansão térmica mostra linearidade na variação da densidade do lbrificante com a temperatra. Porém como não medimos a massa específica do óleo a intervalos de temperatra maiores, não podemos considerar os resltados obtidos mito íntegros. 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Viscosidade dinâmica para cada ma das viscosidades cinemáticas calcladas na primeira parte deste trabalho. Tabela criada considerando, α -,7, T ref,7 ºC e ρ ref,9577. Temp [ºC] ν [cst] ρ [g/cm ] μ [cp] 54,55, ,69849,865, ,7484 8,9465, , ,995, , ,884, ,74 6 5,686,946 5, ,98,956 6,44 8 9,7, , ,49,996,468 7,6698, , ,9, ,7854,678,89866, ,79, , ,, , ,56, ,48578 Tabela 5 - Relação da viscosidade cinemática com a viscosidade dinâmica em fnção da temperatra Os resltados obtidos com este dispositivo não são mito precisos, pois a temperatra dimini drante o ensaio, o qe faz com qe se altere o valor da massa específica visalizada, o qe torna o valor obtido m poco impreciso. μf(t) Densidade [g/cm ],958,956,954,95,95,948,946, y -,7x +,974 Temperatra [ºC] df(t) R,998 Linear (df(t)) Fig. 9 - Variação da densidade com a temperatra Sendo o declive da linha de tendência o coeficiente de expansão térmica, α -,7. μ [cp] T [ºC] Conclsão Fig. - Viscosidade dinâmica em fnção da temperatra Apesar deste ser m método expedito para a determinação da massa específica de m óleo para ma determinada temperatra, o facto de a temperatra não ser constante drante o ensaio gera valores poco rigorosos. Porém, com aproximações bastante razoáveis.

16 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras 5/6 L Medição da Viscosidade e da Densidade de m Óleo Lbrificante a Várias Temperatras Bibliografia Trabalhos Práticos de Lbrificação TPL Medição da Viscosidade e da Densidade de m óleo Lbrificante a Várias Temperatras, J. Castro e J. Seabra, Porto e FEUP, Janeiro de 5 Análise de Lbrificantes Princípios Básicos, Beatriz Graça e Jorge Seabra, Porto e FEUP, Janeiro de 4 4

17 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 5 6

18 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 esferas Objectivo Este trabalho tem como objectivo realizar ensaios nma máqina de 4 esferas modificada com a finalidade de analisar o desgaste de m rolamento cónico. Fndamentos teóricos Rolamento de Rolos cónicos J (SKF) 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Nessa modificação foram projectados: m porta-rolamento qe alberga o rolamento; m braço qe estando rigidamente ligado ao porta-rolamento, através de das cavilhas elásticas, transmite o binário de atrito a m transdctor de força, qe também facilita a colocação na máqina de 4 esferas; m peqeno veio para a transmissão do movimento de rotação ao anel interno do rolamento. A perda de óleo pela parte sperior é prevenida por ma tampa qe fecha o porta- rolamento. A carga é aplicada pelo braço de carga da máqina ao próprio porta rolamento, obrigando ao se movimento vertical. Os rolamentos de rolos cónicos possem pistas cónicas nos anéis interno e externo, entre as qais são dispostos rolos cónicos. As linhas de projecção de todas as sperfícies cónicas convergem nm ponto comm no eixo do rolamento. O se design torna estes rolamentos especialmente adeqados para sportar a combinação de cargas axiais e radiais. Em geral, os rolamentos de rolos cónicos são separáveis, o seja, o cone, qe consiste no anel interno com conjnto de gaiola e rolos, pode ser montado separadamente da capa (anel externo). Fig. - Máqina de 4 esferas do CETRIB FEUP Fig. - Pormenor da montagem na máqina de 4 esferas Note-se qe a máqina não admite cargas axiais sperirores a Kgf para a velocidade de rpm o cargas axiais speriores a 8Kgf para a velocidade de 5rpm. A carga e a velocidade podem ser alteradas em fncionamento sem necessidade de para o ensaio, figra 4. Deve-se ter em conta também as limitações dos rolamentos tilizados no ensaio, qer em termos de carga axial qer em termos de velocidade de rotação. A carga e a velocidade podem ser alteradas drante o ensaio, sem necessidade de parar a máqina, figra 5. Fig. - Dimensões do rolamento J (SKF) Máqina de 4 esferas Esta máqina foi fabricada em Inglaterra pela companhia Cameron-Plint Lta. Destina-se à caracterização de lbrificantes, óleos, massas, nas sas propriedades antidesgaste (AW) e extrema pressão (EP) e fnciona em baixa e alta velocidade. Graças a ma modificação também permite ensaios de rolamentos. Fig. 4 - Limites de tilização da máqina de 4 esferas Fig. 5 - Ensaios para diferentes cargas e velocidades 7 8

19 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Momento de atrito O momento de atrito M é a resistência qe o rolamento cria contra o se movimento. Depende da solicitação, da rotação e da viscosidade do lbrificante. Pode-se diferenciar pela parcela M, independente de solicitação e de ma parcela M, dependente de solicitação. Sob ma solicitação elevada e ma rotação redzida pode srgir para M e M, ma considerável parcela de atrito misto. Com ma pelícla de lbrificação o momento de atrito, M, é formado só por M e M, o seja: M M + M, [N.mm] A parcela do momento de atrito independente de solicitação, M, depende da viscosidade em serviço ν do lbrificante e da rotação n. A viscosidade em serviço é, por sa vez, inflenciada pelo atrito do rolamento através da temperatra do mesmo. Sendo: Calclámos M pela fórmla: M f ( v n) / d 7 m [N.mm] f coeficiente qe considera o tipo de constrção e o tipo constrtivo do rolamento Trabalho experimental Lista de Material Máqina de 4 esferas Rolamento Anilha de sporte ao rolamento Braço porta rolamento Extractor de Rolamentos Termopar 4 parafsos Preparação da máqina de 4 esferas 4 anilhas cavilhas Tampa Chave hexagonal Chave de bocas Solvente f (para rolamentos de rolos cónicos série ) Como o rolamento gira sobre o eixo vertical, devemos mltiplicar o valor de f por, logo: f 6 d m diâmetro médio do rolamento, [mm]: D + d d m ν Viscosidade em serviço do óleo, [cst] N velocidade de rotação, [rpm] A parcela do momento de atrito depende da solicitação M. É obtido do atrito de rolagem e do atrito de deslizamento nos rebordos e nas áreas de gia da gaiola. M é calclado pela eqação: M f P [N.mm] P carga eqivalente relativa às forças axiais a qe o rolamento está sjeito [N] Y,7 d m P Y F ; f,4 coeficiente de grandeza da solicitação (para rolamentos de rolos cónicos) a - Aqecimento (procedimento a efectar sempre qe a máqina de 4 esferas esteja inactiva drante algmas horas). - Ligar a alimentação da máqina de 4 esferas tilizando o maníplo qe se encontra na parte posterior da mesma (para cima);. - Ligar a máqina de 4 esferas pressionando no botão MAINS;. - Verificar qe o veio da máqina se encontra desimpedido e qe não existe nenhma montagem no mesmo;.4 - Pressionar o botão VIBRATION TRIP qe selecciona o ensaio com controlo do nível de vibração;.5 - Seleccionar no potenciómetro da velocidade MOTOR SPEED m valor inferior a 5;.6 - Seleccionar no potenciómetro do nível de vibração VIBRATION m valor inferior a 4;.7 - Pressionar o botão RESET (amarelo) correspondente;.8 - Seleccionar a gama de velocidades X;.9 - Pressionar o botão RESET (azl) para reiniciar os contadores de tempo (Timer) e ciclos (Tachometer);. - Pressionar o botão MOTOR ENABLE para colocar o motor em movimento;. - Pressionar o botão START para começar a contagem do tempo e dos ciclos;. - Reglar no potenciómetro da velocidade (MOTOR SPEED) ma velocidade real do motor de 5rpm (rpm no mostrador); 9

20 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas. - Após aproximadamente mintos (8 segndos) pressionar o botão STOP para parar a máqina;.4 - O aqecimento da máqina de 4 esferas está completo. 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 4 - Introdzir a anilha separadora com o axílio do saca rolamentos. Cidado para não danificar o rebordo de vedação do porta rolamentos; - Calibragem (procedimento qe deverá ser realizado reglarmente, de preferência antes de ma seqência de ensaios o testes). - Proceder ao aqecimento da máqina conforme indicado em ;. - Montar m rolamento para testes, sem aplicar qalqer carga no braço de carga;. - Aplicar a pré-carga de 6g no braço do porta rolamentos; 5 - Introdzir a pista exterior do rolamento sando o saca rolamentos. Ter em atenção o rebordo de vedação; 6 - Introdzir o separador de posicionamento e encostar com algma força o conjnto anilha + pista exterior ao fndo do porta rolamento; 7 - Introdzir o veio no anel interior do rolamento; Fig. 6 - Montagem do Rolamento Ajste para zero da saída em tensão originada pela pré-carga.4 - Destravar o potenciómetro ZERO e rodar por de forma a qe a aglha no mostrador do zero não acse desvio;.5 - Para obter maior precisão no ajste pressionando o botão ZERO FINE centrar novamente o ponteiro para zero;.6 - Travar o potenciómetro do zero; Ajste do final de escala.7 - Escolher o valor de escala (mv) a tilizar na impressora;.8 - Aplicar m peso de valor conhecido, por exemplo 5 g, sobre o peso de précarga;.9 - Destravar o potenciómetro SPAN;. - Utilizando o potenciómetro SPAN obrigar a caneta e deslocar-se para o final de escala do papel;. - Travar o potenciómetro;. - Remover o peso adicional. 8 - Introdzir 8ml de óleo dentro do porta rolamentos; 9 - Colocar a parte interior do rolamento dentro do porta rolamentos; - Aparafsar a tampa com os 4 parafsos. Nm dos parafsos ligar o termopar para medição da temperatra; Montagem do conjnto na máqina de 4 esferas - Colocar o conjnto na máqina de 4 esferas, tendo especial atenção para qe o veio qe transmite movimento ao anel interior seja introdzido correctamente no veio da árvore da máqina de 4 esferas; - Mantendo o conjnto sspenso, colocar o aqecedor por debaixo do mesmo, com especial atenção para não deslocar o rolamento qe se encontra por baixo; - Aplicar a pré-carga de 6 g ao braço; 4 - Colocar no braço de carga os pesos correspondentes ao esforço axial pretendido no rolamento; 5 - Remover o travão e baixar o braço de carga mito savemente para não deformar plasticamente o rolamento; 6 - Verificar se o conjnto roda livremente, se está centrado, se está paralelo a m plano horizontal e se todas as peças aparentam estar bem montadas; 7 - Ligar o termopar; Preparação do registador Montagem do rolamento - Retirar o rolamento do saco com especial cidado para não o deixar cair; - Lavar todas as peças com solvente (por exemplo hexano): rolamento, caixa, tampa, anilhas e parafsos, braço porta rolamentos, anilha para sporte da pista interior do rolamento; - Deixar secar convenientemente. Não passar com qalqer tipo de pano o papel absorvente; - Ligar a impressora (MAIN POWER); - Escolher a velocidade de translação do papel da impressora e tomar nota do se valor (normalmente cm/hora); - Escolher a escala da magnitde do binário e tomar nota do se valor; 4 - Ligar a ma ponta da corda de nylon qe atravessa o transdtor o pino do braço do porta rolamentos e à otra ponta o peso de 6g (ver Fig..); 5 - Accionar o botão POWER ON/OFF qe liga o movimento do rolo;

21 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 6 - Colocar o interrptor na posição ZERO e acertar o zero do registador. Colocar de novo o interrptor na posição mv. - Início Realização do ensaio. - Seleccionar no potenciómetro da velocidade (MOTOR SPEED) m valor inferior a ;. - Seleccionar no potenciómetro do nível de vibração (VIBRATION) m valor inferior a 4. Pressionar o botão reset correspondente;. - Seleccionar no selector da gama de velocidade a posição X;.4 - Baixar a caneta da impressora;.5 - Pressionar o botão MOTOR ENABLE e pressionar o botão START para qe a contagem do tempo (Timer) e dos ciclos (Tachometer) comece;.6 - Rodar o potenciómetro da velocidade, no sentido dos ponteiros do relógio, até o indicador de velocidade (MOTOR SPEED) atingir a velocidade de ensaio pretendida;.7 - Rodar o potenciómetro das vibrações no sentido dos ponteiros do relógio até a lz verde piscar ma o das vezes..8 - Rodar ma volta no sentido contrário para apagar a lz;.9 - Pressionar o botão RESET respectivo. - Drante o ensaio Drante o ensaio, e especialmente drante os primeiros mintos, é necessário m controle atento da velocidade de rotação pretendida, pois esta pode variar ligeiramente. É também importante verificar se a escala escolhida para o registador é a adeqada logo no início do ensaio, assim como drante o mesmo para ma possível alteração. Normalmente dimini-se a escala. Apesar de normalmente o nível de vibração ajstado no início do ensaio não necessitar de nenhm reajste, por vezes pode acontecer qe o mesmo amente e qe faça parar o ensaio. Podem-se efectar peqenos ajstes no mesmo para evitar qe tal aconteça. Caso o nível de vibrações amente em demasia, então será prdente parar o ensaio! Note-se qe é necessário qe a lz se mantenha acesa apenas drante segndos para qe a máqina atomaticamente dispare, parando de imediato. O ensaio também poderá ser segido no comptador, qe está ligado à máqina, registando todos os resltados obtidos em tempo real, gardando-os para posterior análise, figra 7, ao lado. Fig. 7 - Ambiente gráfico onde são visalizados os resltados do ensaio no PC 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas - Finalização. - Conclído o nº de ciclos pretendidos o o tempo desejado pressionar o botão STOP;. - Levantar o ponteiro da impressora;. - Remover a pré-carga aplicada ao braço (6g);.4 - Levantar o braço de carregamento do rolamento e colocar o travão;.5 - Remover o aqecedor;.6 - Desligar o termopar;.7 - Introdzir o parafso de extracção pela parte sperior e apertar o mesmo até qe o veio de transmissão de movimento se solte da máqina de 4 esferas. Pode ser necessário segrar o veio da árvore da máqina de 4 esferas para consegir soltar o rolamento. Segrar o conjnto braço + rolamento para não cair; Recolha de ma amostra de óleo No final do ensaio deve proceder-se à recolha do lbrificante. - Ter em atenção as elevadas temperatras das peças envolventes ao óleo, assim como a temperatra do próprio óleo. - Desapertar os 4 parafsos qe apertam a tampa com o cidado para não entornar o óleo; - Remover o termopar; 4 - Remover a tampa em almínio; 5 - Remover o conjnto anel interior e veio; 6 - Agitar o óleo remanescente e virar rapidamente para m frasco de vidro, para qe o máximo de partíclas de desgaste passe jntamente com o óleo; 7 - Adicionar m poco de dilente no porta-rolamento e agitar. Virar rapidamente o conteúdo para o frasco em qe se encontra o lbrificante anteriormente recolhido; 8 - Repetir se necessário o passo anterior; 9 - Fechar o frasco e etiqetar devidamente. Desmontagem do rolamento A desmontagem do rolamento deve ser feita logo depois de realizados os ensaios. - Colocar o porta rolamento no extractor de rolamentos virado para baixo; - Colocar os três pinos nos orifícios próprios para o efeito; - Encaixar o disco com três orifícios nos pinos; 4

22 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 4 - Com o axílio de ma chave de bocas rodar o parafso do extractor, tendo em atenção a coincidência entre o ponto existente no disco e a extremidade do parafso; 5 - Encaixar o disco extractor de veio no saca rolamentos ; 6 - Colocar o veio e o anel interior virados para baixo por forma a qe os cortes do veio encaixem correctamente na largra do orifício; 7 - Colocar a peça axíliar própria para o efeito; 8 - Apertar novamente o parafso do saca rolamentos até o veio se separar do anel interior; 9 - Colocar o rolamento nm saco plástico e etiqetar. Ensaios a realizarem-se neste trabalho Ensaio Kgf (~. cíclos), rpm; Ensaio 5Kgf (~. cíclos), rpm; Ensaio Kgf min: rpm; 5min: 5 rpm; min: rpm. 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Viscosidade cinemática do óleo ao longo do tempo A viscosidade tal como a temperatra, ma vez qe dela é dependente, varia ao longo do tempo. Porém em vez de amentar, dimini, pois qanto mais elevada a temperatra mais baixa será a viscosidade cinemática. ν [cst] tempo (seg) Fig. 9 - Viscosidade ao longo do tempo, comparação dos ensaios realizados Ensaio Ensaio Ensaio Apresentação e Discssão dos Resltados Temperatra do óleo ao longo do tempo Verifica-se na figra seginte qe a temperatra amenta ao longo do tempo em todos os ensaios. Note-se qe a temperatras iniciais do ensaio i+ são speriores às de i. Isto scedese porqe o rolamento já se encontrava qente e não arrefece tempo sficiente entre os ensaios scessivos. Obviamente qe o amento da carga e o amento da velocidade amentam significativamente a temperatra ao longo do tempo. Isso verifica-se entre o ensaio e para o caso da carga, e para o ensaio, em qe o amento da velocidade mantendo a carga constante amenta a temperatra de forma repentina, o qe se pode verificar na figra seginte na linha representada a amarelo. Temperatra [ºC ] Ensaio Ensaio Ensaio tempo (seg) Fig. 8 - Temperatra ao longo do tempo, comparação dos ensaios realizados Momento de atrito ao longo do tempo O momento de atrito evoli ao longo do tempo tendo em conta a velocidade do ensaio e da carga axial aplicada. No ensaio podemos observar qe o momento de atrito dimini gradalmente ao longo do tempo. Iniciando-se com m valor de aproximadamente 77 N.mm descendo até m valor de cerca de 47 ao fim do ensaio de mintos. Ver figra. M [N.mm] tempo [seg] Fig. - Momento de atrito do Ensaio ao longo do tempo O ensaio é bastante semelhante ao ensaio, note-se qe as crvas são análogas. Porém, devido ao facto da carga axial aplicada ser sperior neste ensaio podemos verificar m 5 6

23 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas momento de atrito sperior ao anterior. O momento de atrito no ensaio varia entre 6 N.mm descendo até aproximadamente N.mm. Ver figra seginte. 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Como podemos verificar, o gráfico obtido pelo registador da máqina de 4 esferas drante o terceiro ensaio, é bastante semelhante ao obtido teoricamente. Ver figra seginte. M [N.mm] tempo [seg] tempo Fig. - Momento de atrito do Ensaio ao longo do tempo O gráfico do momento de atrito ao longo do tempo do ensaio mostra picos qe correspondem aos amentos de velocidade propostos para o ensaio. Lembramos qe a velocidade amento de rpm para 5rpm ao fim de mintos e de 5rppm para rpm ao fim de 5 mintos de ensaio. As crvas da figra isoladas são semelhantes às dos ensaios anteriores. Note-se porém qe a temperatra do rolamento no início deste ensaio era sperior, por já terem sido realizados os otros ensaio sem se deixar arrefecer convenientemente o rolamento, isso faz com qe o óleo tenha ma determinada temperatra e obviamente ma determinada viscosidade associada a essa temperatra, deste modo, o momento de atrito inicial deste ensaio é mais baixo do qe o do ensaio. Ao se amentar a velocidade o momento de atrito amenta, mas vai redzindo novamente ao longo do tempo, pois a temperatra amenta e conseqentemente a viscosidade dimini, diminindo o momento de atrito. 6 M [N.mm] tempo [seg] Fig. - Momento de atrito do Ensaio ao longo do tempo Conclsão Fig. - Grafico do ensaio, obtido pelo registador drante o ensaio Como se verifico no primeiro e segndo ensaios, qando é iniciado o ensaio, o valor do momento de atrito é máximo, ma vez qe a viscosidade tem m comportamento decrescente com o amento da temperatra. Com o terceiro ensaio podemos conclir qe a contribição de M no momento de atrito é grande, ma vez qe ao se amentar a velocidade no decorrer do ensaio amentamos bastante o momento de atrito, de segida, como já foi dito anteriormente, como a viscosidade tem m comportamento decrescente com o amento da temperatra, o qe também se verifica no terceiro ensaio, entre cada amento de velocidade. M 7 8

24 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas 5/6 L Desgaste de m Rolamento Cónico Máqina de 4 Esferas Bibliografia Trabalhos Práticos de Lbrificação TPL. Ensaio de rodagem e desgaste de m rolamento cónico na máqina de 4 esferas ª Edição, Jorge Seabra, Porto e FEUP, Janeiro de 5 Site oficial da SKF Catálogo de Rolamentos FAG - WL 4 5/ PB 9 4

25 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico 4 4

26 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico Rgosidade de sperfícies Objectivo Engrenagem Comparação dos diferentes parâmetros de rgosidade (a serem seleccionados), obtidos da leitra do perfil de rgosidade, em três zonas distintas do flanco dos dentes do pinhão, após ter sido sbmetida a m ensaio do tipo FZG-A para a determinação da capacidade de carga à gripagem de m lbrificante (DIN 554). 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico Fndamentos teóricos Rgosímetro / Perfilómetro (HOMMEL TESTER T4) O HOMMEL TESTER T4 permite a medição de m total de 6 parâmetros de rgosidade, para além da obtenção dos diferentes perfis de rgosidade. Como saída de informação, o controlador dispõe de m peqeno écran de cristal líqido e de ma impressora térmica. Este eqipamento pode ainda ser controlado a partir de m comptador pessoal (com o apoio de m software próprio), qe por sa vez oferece otras possibilidades, para além da visalização e da impressão em papel normal, tais como, o armazenamento de toda a informação adqirida de cada leitra efectada e m interface tilizador máqina mais versátil. Zona sperfície original (não tilizada); Zona sperfície rodada; Zona sperfície gripada Rgosidade e Ondlações: Filtragem As sperfícies reais distingem-se das sperfícies geométricas (teóricas o ideais) através dos erros de forma, sejam eles macro o micro-geométricos. Qando se mede a rgosidade, o instrmento mostrará o perfil da peça composto da rgosidade e da ondlação: Ondlações o textra secndária: É o conjnto das irreglaridades repetidas em ondas de comprimento bem maior qe sa amplitde. A freqência destas ondas é peqena; Rgosidade sperficial o textra primária: É o conjnto das irreglaridades repetidas em ondas de comprimento semelhantes à sa amplitde. A freqência destas ondas é bastantes elevadas. Qando se mede a rgosidade, o aparelho mostrará o perfil composto da rgosidade e das ondlações, como mostra a figra 6. Fig. 4 - Engrenagem Rolamento Comparação dos diferentes parâmetros de rgosidade (a serem seleccionados), obtidos da leitra do perfil de rgosidade, de ma sperfície original e de ma sperfície sada de m anel exterior de m rolamento cónico. A sperfície sada é obtida após a realização do ensaio de desgaste de rolamento na máqina de 4 esferas. Fig. 6 - Perfil da peça: Rgosidade + Ondlações Fig. 5 - Rolamento Para a medição da rgosidade, esta deve ser separada da ondlação e dos desvios macro-geométricos. Esta separação é realizada através da filtragem. Um filtro de rgosidade separa o perfil de rgosidade dos demais desvios de forma. O comprimento de onda do filtro, chamado de "ct-off", determina o qe deve passar e o qe não deve passar. O sinal da rgosidade apresenta altas freqências (peqenos comprimentos de onda) e as ondlações e demais erros de forma apresentam sinais com 4 44

27 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico baixas freqências (altos comprimentos de ondas). Os rgosímetros tilizam assim, filtros qe deixam passar os sinais de altas freqência e eliminam os sinais de baixa freqências. Os rgosímetros tilizam filtros passa-alta: Somente freqências maiores qe m valor pré-determinado são analisadas. Esta freqência pré-determinada é chamada de "ct-off". 5/6 L Controlo da Rgosidade do Flanco dos Dentes de ma Roda Dentada FZG-A e do Anel Externo de m Rolamento Cónico Rmax Altra máxima dos picos Este parâmetro é igalmente encontrado no perfil de rgosidade filtrado sendo a altra máxima entre picos e vales de todo o perfil da amostra. O seja é a altra máxima Z i do parâmetro anterior. Ver representação na figra 9. Sinais com freqências inferiores à freqência de "ct-off"são eliminados. Fig. 9 - Parâmetro RZ (DIN) e Rmax Fig. 7 - Comprimento de medição dividido em vários elementos Parâmetros de Rgosidade Medidos R a Rgosidade Média O avô de todas as rgosidades. Pode ser definido como o desvio médio do perfil em comparação com a linha média, ver figra 8. É calclado sando a seginte eqação: l m Ra y l m ( x) dx Rq Rgosidade Média Qadrática - RMS Este parâmetro é mais sensível aos picos e vales qe a rgosidade média, R a, porém não é mito tilizado, ma vez qe mede apenas valores extremos de picos e vales e não a média das altras do perfil. É relevante o so deste parâmetro qando é necessário ver a sperfície como ma fnção estatística. É determinado pela seginte eqação: R q l m l m o y ( x) dx R k Rgosidade Padrão; R pk, R vk, M r, M r A medição de rgosidade pelos parâmetros R k é definida pela crva de Abbott- Firestone, ver figra. Fig. 8 - Ra (Rgosidade média) Rz-D Média das altras entre picos e vales (DIN) Para se encontrar este parâmetro o perfil de rgosidade filtrado é dividido em 5 partes igais, normalmente de comprimento igal ao comprimento de ct-off. A altra máxima entre picos e vales, Z i, é então determinada em cada m desses comprimentos definidos, como mostra na figra 9. É determinado pela eqação: R ( DIN) Z Z i 5 i 5 Deve-se imaginar ma sperfície totalmente plana em contacto com a sperfície de perfil rgoso. Qando o plano toca o pico mais alto de rgosidade define-se o zero da área de contacto entre as das sperfícies. Ao aproximar o plano cada vez mais do perfil rgoso percebe-se qe a área de contacto amenta gradalmente. O amento da área de contacto em relação à distância entre as das sperfícies em contacto é definido pela crva de Abbott- Firestone. A crva de Abbott-Firestone não é linear, sendo qe os dois pontos de inflexão definem a parcela de picos (M r) e a parcela de vales (M r) do perfil de rgosidade. A altra correspondente aos picos de rgosidade é definida pelo parâmetro R pk. A altra correspondente aos vales de rgosidade é definida pelo parâmetro R vk. O parâmetro R k define a região linear da crva de Abbott- Firestone. De maneira geral pode-se definir qe os picos definidos pelo parâmetro R pk serão removidos no amaciamento das peças em contacto. O parâmetro R k define a rgosidade ao longo da vida útil do componente e o parâmetro R vk define o volme de reservatório de lbrificante no contacto entre das sperfícies

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