ESTUDO E FABRICAÇÃO DE UMA CAPA PARA MANCAL DE ROLAMENTO COM AJUSTE DE CENTRO

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1 ESTUDO E FABRICAÇÃO DE UMA CAPA PARA MANCAL DE ROLAMENTO COM AJUSTE DE CENTRO Isaac Péricls Maia d Mdiros, isaacmdiros.rn@gmail.com 1 Francisco d Assis Olivira Fonts, franciscofonts@uol.com.br 1 Cliton Rubns Formiga Barbosa, cliton@ufrnt.br 1 Samara Mlo Valcacr, samaravalcacr@gmail.com 2 Igor Marcl Goms Almida, igor.almida@ifrn.du.br 3 Hilton Thallyson Viira Machado, hilton.thallyson@hotmail.com 4 Arivaldo Alvs Délio, add@ufrnt.br 1 1 Programa d Pós-graduação m Engnharia Mcanica, Univrsidad Fdral do Rio Grand do Nort, Caixa Postal Campus Univrsitário Lagoa Nova, CEP , Natal/RN - Brasil, 2 Instituto Fdral d Educação, Ciência Tcnologia do Mato Grosso do Sul, Campus Corumbá, Espaço Educacional, Rua Dlamar, 1557, Bairro Dom Bosco, CEP: , Corumbá/MS - Brasil, 3 Instituto Fdral d Educação, Ciência Tcnologia do Rio Grand do Nort, Natal - Cntral, Avnida Snador Salgado Filho, 1559, Tirol., CEP , Natal/RN - Brasil. 4 Graduando m Engnharia Mcânica - Univrsidad Fdral do Rio Grand do Nort Rsumo: A otimização do procsso d cort é uma tapa crítica durant o procsso d fabricação usinagm, alguns programas podm auxiliar, como o CAD. A mlhoria durant o procsso pod grar conomias substancias no tmpo do procsso d cort, diminuição do tmpo d produção aumnto da vida útil da frramnta. O trabalho tm por objtivo mostrar a rota d fabricação d um conjunto d mancais d rolamnto (axiais radiais), liminado tapas convncionais, avaliando sua prformanc m forma d simulação computacional. Proporcionando assim, rdução dos custos aumnto da produtividad. Optou-s m usar as tapas d cort, tornamnto frsamnto. O frramntal mprgado foi projtado pla utilização do método d ncaix. Isso para qu a tapa d soldagm foss liminada fazndo-s assim a conomia d nrgia para gração do conjunto. Para tal, fizram-s tsts computacionais d tnsão, dformação dslocamnto. Palavras-chav: Fabricação, Mancal, CAD, Simulação 1. INTRODUÇÃO Atualmnt, procssos d fabricação d máquinas, produtos sistmas mcânicos são assistidos por programas computacionais d dsnho, anális simulação mcânica simulação d fabricação. Esss programas computacionais são conhcidos como sistmas CAD/CAE. Com objtivo d simular o funcionamnto d protótipos, vrificar as condiçõs d funcionamnto durabilidad das pças qu fazm part da constituição das máquinas, podm sr utilizados os programas d anális simulação mcânica (CAE) para projto (CAD). Sgundo Norton t al (2013), o objtivo final do projto d máquina é dimnsionar, dar forma ás pças, scolhr os matriais os procssos d manufatura apropriados, d modo qu a máquina rsultant possa dsmpnhar a função dsjada sm falhar. Dv-s calcular para prvr a falha d cada lmnto, ntão, projtá-lo para prvnir as falhas. Smpr qu uma part tm movimnto rlativo, las constitum um mancal por dfinição, sm lvar m conta sua forma. Normalmnt, prcisa-s d matriais qu promovam a diminuição do atrito do calor. Um mancal plano é formado por duas pças acopladas a parts movis, são matriais struturais com rsistência a durza rqurida, o matrial mais utilizado é o frro fundido (FOFO). Mancal plano radial pod sr acoplamnto para montá-lo no ixo circulo complto já o mancal axial /ou contato ângulo para suport carga axial /ou angular. 1.1 Mancal d Elmntos, d Rolamnto. Os rolos são conhcidos dsd tmpos ancstrais como mio d movr objtos psado, há vidncias do uso d mancais d sfras no século I a.c.; mas foi somnt no século 20 qu matriais manufaturados prmitiram qu fossm fitos mancais prciosos d lmntos rolants. É intrssant obsrvar qu, dsd os primiros projtos d mancais ao rdor d 1900, mancais d sfras rolos foram padronizados mundialmnt m tamanhos métricos. É possívl rmovr um mancal d lmnto rolant d uma montagm d roda d um automóvl antigo fito m quaisqur pais nos anos 1920.

2 Os Mancais d rolamnto têm várias vantagns sobr os mancais d contato, principalmnt, vitando as falhas, pois são motivo suficint para fazr as máquinas pararm d funcionar, causando prjuízos para a produção. Quando ncssitar d mancal com maior vlocidad mnos atrito, o mancal d rolamnto é o mais adquado. Os rolamntos são classificados m função dos sus lmntos rolants. São gralmnt constituídos d dois anéis carriras concêntricos, Figura (1). Figura 1. Dsnho squmático dos principais tipos d rolamntos, Timkm (2015). São gralmnt constituídos d dois anéis concêntricos, ntr os quais são colocados lmntos rolants como: anl xtrno intrno, sfras, porta-sfra. Os rolamntos sféricos stão rprsntados na Figura (2) Tipos d Mancais Figura 2. Componnts do rolamnto sférico, Timkm (2010). Sgundo Shigly t al (2013), o studo d mancais difriu m vários aspctos s comparado ao studo dos outros tópicos. O mancal srv d apoio para ixos girants. Ests mancais stão sujitos às forças d atrito dvido à rotação do ixo, ocorr dvido ao contato da suprfíci do ixo com o mancal. A vida útil dos mancais podrá sr prolongada sguindo alguns parâmtros durant o dsnvolvimnto do projto d fabricação. O projto d fabricação dvrá prvr as condiçõs d trabalho, consrvação, limpza, lubrificação, alinhamnto rposição, mas no caso d possívis danos faz-s important considra as principais funçõs dos mancais d rolamnto, qu são: apoiar guiar os ixos, na Figura (3). 2. CONTEXTO DO PROJETO Figura 3. vistas do mancal UKF, SKF (2013). O mancal é um lmnto mcânico qu tm por finalidad suportar absorvr os sforços provnints da rotação d uma árvor ou d um ixo. Motors a disl, motors létricos, turbinam a vapor, ngrnagns rdutoras, comprssors, trators, colhitadiras ixos propulsors d navios são algumas d suas principais aplicaçõs.

3 Sgundo Norton t al (2013), o computador provocou uma rvolução no projto na anális d ngnharia. Problmas cujos métodos d solução ram conhcidos litralmnt por séculos, qu continuavam sndo praticamnt insolúvis. A partir dss contxto o projto visa mlhorar o ntndimnto do público sobr o assunto, fazr uma brv rvisão bibliográfica para ralização d um mancal d baixo custo as variávis d projto. 3. MATERIAIS E MÉTODOS O dsnvolvimnto do mancal, assistido por CAD, tm por finalidad auxiliar o procsso d fabricação sm o auxilio d solda. Isto qu vm d ncontro com as atuais ncssidads do Laboratório d Enrgia da Univrsidad Fdral do Rio Grand do Nort (UFRN) como mlhor aprovitamnto do tmpo d trabalho, concomitantmnt, auxiliar o procsso d tomada d dcisão. Para a pça final é ncssário uma squncia d tapas. São las: Computacional (Projtar m CAD), simulação (Fazr o studo das intraçõs ntr os componnts stimar condiçõs d trabalho da pça) otimizar (Avaliar as mlhors rspostas a qu o quipamnto foi submtido). O softwar CAD para o dimnsionamnto d mancais tm a finalidad d auxiliar o procsso d fabricação, com insrção d rcursos rfrncias, criando um mancal sm solda qu facilidad a visualização o ntndimnto. A Figura (3) ilustra o mancal com a rfrência UCF. O mancal é composto por frro fundido (FOFO), a modlagm d todas suas frramntas foi fita no softwar Solidworks. Figura 3. Modlo 3D da capa para mancal com ajust d cntro, Vista frontal do mancal vrso ixo mancal para msa. O Método dos Elmntos Finitos (FEA) é frquntmnt utilizado para a rsolução d problmas d mcânica, obtndo uma ótima prcisão na solução d problmas d ngnharia. O mprgo do FEA não é rstrito apnas a problmas struturais sndo utilizado. Aprsnta rcursos adicionais incluindo um conjunto podroso d frramntas para simulação d rspostas dinâmicas, além do mprgo d matriais compostos. 4. ANÁLISE E SIMULAÇÃO PARA PROCESSAMENTOS ESTRUTURAIS As análiss computacionais são fitas para simular os fitos das cargas qu o mancal é submtido, tomando como bas o matrial frro fundido. A simulação pod proporcionar rspostas como: qual a carga qu o objto suporta qual o fito da carga da strutura do matrial. Tomou-s como bas um suport para carrocria d um viculo totalizando uma carga d 2000N. Achando-s os valors máximos d tnsão d dformação dinâmica, rprsntados nas Figuras (4, 5 6). Figura 4. Dslocamnto do anl xtrno RFRES (Força d Ração Rsultants), tnsão d Von Miss. Matrial m FOFO cinznto.

4 Figura 5. Dslocamnto d uma chapa d frro fundido, tnsão d von Miss, URES (dslocamnto d rsultants). Figura 6. Dslocamnto d um anl xtrno, tnsão d von Miss, URES (dslocamnto d rsultants). A simulação basou-s no modlo d mancal, distribuídos m uma camada ao longo da pça mdindo 5mm sndo submtido a uma carga também anl xtrno intrno. Em todos os casos analisados, as propridads lásticas do frro fundido com lmntos à bas d carbono silício. Forma uma liga mtálica d frro, carbono (2,11%), silício (3%). Submtido a uma tnsão d dslocamnto força vrtical. Os paramntos utilizados para a criação do modlo d mancal sm solda stão rsumidos nas Tablas (1, 2 3). Aprsntam-s inicialmnt o a gomtria do mancal, m sguida os matriais usados na construção do mancal finalmnt são aprsntadas as condiçõs d opração m qu o comportamnto do mancal para mlhor ficint. Sgundo (BUDYNAS NISBETT, 2011) a técnica consist m analisar o matrial da pça minimizando os custos prvndo problmas dificilmnt notados sm a frramnta. Para tal, muitas vzs é ncssário à comprnsão d xprssõs matmáticas bastant complxas como podmos obsrvar abaixo. Tabla 1. Modlo d msa para mancal rsultados carga m tnsão para as propridads d flxão dos matriais m FOFO cinznta. Tabla 2. Modlo d anl intrno rsultados carga m dslocamnto para as propridads d flxão dos matriais m FOFO cinznta. Nom Tipo Min. Max. Nom Tipo Min. Max. Dslocam nto URES: Dslocamnto rsultant na tapa nº: 100 (1 Sgundo) 0 mm Nó: mm Nó: 56 Dslocam nto URES: Dslocamnto rsultant na tapa nº: 100 (1 Sgundo) 0 mm Nó: mm Nó: 466 Tabla 3. Modlo d anl xtrno rsultados carga m dslocamnto para as propridads d flxão dos matriais m FOFO cinznta.

5 Nom Tipo Min. Max. Tnsão RFRES: Força d ração rsultant na tapa nº: 100 (1 Sgundo) 0 N Nó: N Nó: RESULTADO D acordo com a mtodologia mprgada houv implmntação das simulaçõs fitas para fabricação dos mancais, o rsultado stá rprsntado na Figura (7) abaixo. A anális m condiçõs d uso do mancal srá dsnvolvida m trabalho postrior. Figura 7. Mancal anl fitos a partir d modlagm tsts computacionais.

6 6. CONCLUSÕES A mtodologia aprsntada rvlou-s ficint para simulação mcânica (CAE) das forças d usinagm (tornamnto frsamnto) ao qual as pças foram submtidas. O conjunto d pças d mancais é unido por ncaix pod sr usado xtnsivamnt smpr qu o conjunto for solicitado. As condiçõs finais das pças são: um anl intrno mdindo 83,80mm um xtrno d 113,50mm. Foram fitos 7 (st) furos mdindo 6mm cada para insrir os parafusos acoplando, assim a part qu tm dimnsõs finais d 35mm d altura 138mm d comprimnto. A adquação do conjunto ao modlo d limina a solda, amplia a utilização das pças minimiza su custo d produção. 7. AGRADECIMENTOS Os autors agradcm a CAPES Univrsidad Fdral d Rio Grand do Nort - UFRN ao Programa d Pós- Graduação m Engnharia Mcânica da UFRN plo suport financiro a psquisa. 8. REFERÊNCIAS Norton, Robrt L. Projto d Máquinas, Uma Abordagm Intgrada. Ed 4º, Editora Bookman. Ano Magalhãs, A. C.; Tixira, M. M.; Couto, S. M.; Rsnd, R. C. d. Modlagm d máquina pnumática rcolhdora d frutos d café m trriro usando anális por lmntos finitos, Engnharia Agrícola. Jaboticabal, v. 26, n. 2, p , 2006, Disponívl m Acsso m 15 d Janiro d Budynas, Richard G; Nisbtt, J. Kith. Elmntos d Máquinas d Shigly - Projto d Engnharia Mcânica, Ed 8º, Editora: Mc Graw Hill/Bookman, Ano Cunha, Vitor Pinto da; Zirbs, Christiano Fraga; Cunha, Raimundo Ricardo Matos da. Estudo Comparativo d Sistmas Computacionais d Simulação Anális d Flambagm no Projto Mcânico d uma Unidad d Movimntação Linar. Ano 2012, Disponívl m Acsso m 15 d Janiro d Ost, Ana Paula; Kraulich, Claudia Vanssa; Mantovani, Guilhrm Ribas; César. Anális Estrutural Estática do Chassi d uma Transplantadora com bas no mprgo do Softwar FAHOR - Faculdad Horizontina, Ano: Fldmann, Eduardo; Silva, Flip Lansoni da, Kaminski, Frnando Fonsca Kaminski; Silva, Carlos Hnriqu da. Dsnvolvimnto D Programa Computacional Didático D Estudo D Mancais d Dslizamnto Para Uso Em Disciplina D Elmntos D Máquinas, Disponívl m: Acsso m 18 d Janiro d DIREITOS AUTORAIS Os autors são os únicos rsponsávis plo contúdo do matrial imprsso incluído nst trabalho.

7 STUDY AND MANUFACTURE OF A COVER FOR A ROLLING BEARING WITH CEBTER ADJUSTMENT Isaac Péricls Maia d Mdiros, isaacmdiros.rn@gmail.com 1 Francisco d Assis Olivira Fonts, franciscofonts@uol.com.br 1 Cliton Rubns Formiga Barbosa, cliton@ufrnt.br 1 Samara Mlo Valcacr, samaravalcacr@gmail.com 2 Igor Marcl Goms Almida, igor.almida@ifrn.du.br 3 Hilton Thallyson Viira Machado, hilton.thallyson@hotmail.com 4 Arivaldo Alvs Délio, add@ufrnt.br 1 1 Programa d Pós-graduação m Engnharia Mcanica, Univrsidad Fdral do Rio Grand do Nort, Caixa Postal Campus Univrsitário Lagoa Nova, CEP , Natal/RN - Brasil, 2 Instituto Fdral d Educação, Ciência Tcnologia do Mato Grosso do Sul, Campus Corumbá, Espaço Educacional, Rua Dlamar, 1557, Bairro Dom Bosco, CEP: , Corumbá/MS - Brasil, 3 Instituto Fdral d Educação, Ciência Tcnologia do Rio Grand do Nort, Natal - Cntral, Avnida Snador Salgado Filho, 1559, Tirol. Natal RN, CEP Graduando m Engnharia Mcânica - Univrsidad Fdral do Rio Grand do Nort Abstratic: Th optimization of th cutting procss is a critical stp during th procss of manufacturing and machining, som programs can hlp, such as CAD. Th improvmnt in th procss can gnrat substancs conomis in th cutting procss tim, rducd production tim and incras tool lif. Th work aims to show th manufacturing rout of a st of barings (axial and radial), liminatd convntional stps, and tsting its ffctivnss by tsting in th computr simulation. Thus providing lowr costs and incrasd productivity. Cutting stps wr usd, milling and turning. Th tooling usd is dsignd for th us of th locking mthod. This so that th wlding stp was liminatd by making thus saving nrgy for gnrating th st. To this, wr mad computational tnsion tsts, dformation and displacmnt. Kywords: Manufactur, Baring, CAD, Simulation