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Como calcular carga específica e velocidade de deslizamento

Aprenda como calcular a carga específica e a velocidade de deslizamento

O que é carga específica e velocidade de deslizamento? 

A carga específica, também chamada de pressão do mancal, é baseada nas forças que serão aplicadas ao mancal ao longo de sua vida útil. Ela é uma função da força e da área de contato do material do mancal. As unidades SI (International Standards) para carga específica são os Newtons por milímetro quadrado (N/mm2), também conhecidos como Mega Pascal (MPa). 

A velocidade de deslizamento, também chamada de velocidade (U), é a velocidade relativa de deslizamento entre a superfície do mancal e a superfície de contato (eixo, face de pressão ou superfície de deslizamento do revestimento). As unidades SI para velocidade de deslizamento são os metros por segundo (m/s). 

 

 

  • Por que a carga específica e a velocidade de deslizamento (U) são importantes?

    Os fatores, MPa e U, são usados para determinar a adequação de um determinado projeto de mancal e a escolha do material do mancal aos vários requisitos da aplicação. Por exemplo, ao selecionar primeiro o material, o projetista pode especificar as dimensões apropriadas do mancal que atenderão aos requisitos da aplicação. Alternativamente, ao determinar primeiro as dimensões do mancal, o projetista pode então selecionar um material que atenderá aos vários requisitos da aplicação. 

    Um fator importante no projeto de um mancal a seco é o produto da carga específica (MPa) e da velocidade de deslizamento, conhecida como fator U. O fator U em combinação com o coeficiente de atrito determina a taxa de calor gerado pelo atrito térmico para um determinado projeto de mancal a seco que relaciona a capacidade do material do mancal de resistir ao calor. As brochuras da GGB listam o U e limites de U para os vários materiais de mancal. 

    Em uma aplicação lubrificada, a capacidade de um mancal de luva de formar uma película de lubrificação hidrodinâmica entre o eixo e a superfície do mancal é determinada pela relação entre a carga específica (MPa) e a velocidade de deslizamento (U), a viscosidade dinâmica (centiPoise) do lubrificante e a relação comprimento/diâmetro do mancal (B/D). A relação entre esses fatores é: onde o valor 7,5 é um fator de proporcionalidade baseado em unidades ISO.

  • Como calcular a carga específica.

    Para determinar a capacidade dos mancais de resistir à deformação permanente nos piores cenários, devemos primeiro determinar a força máxima aplicada, Fmax,. Para determinar a força máxima, que é crucial para um projeto de mancal robusto, devemos considerar: cargas previstas; histórico de carga baseado em projetos similares; cargas medidas; informações sobre a fonte de energia como torque versus velocidade; cargas de impacto. A carga máxima específica, pmax, é usada para determinar se o material do mancal tem capacidade de carga suficiente para suportar a carga máxima.  

    Ao determinar a vida útil de um mancal para produtos específicos da GGB, uma carga média ou média ponderada da carga do mancal, F, é usada para determinar se o material do mancal fornecerá vida útil suficiente considerando a velocidade de deslizamento. A carga média do mancal é calculada quando os dados de carga são limitados a valores mínimos e máximos. Se a faixa de carga for relativamente pequena (menos de 25%) entre as cargas mín./máx., então simplesmente tire a média dos dois valores. Se a faixa de carga for relativamente grande, então tome 2/3 da diferença e adicione à carga mínima para uma média "conservadora".  Se um histórico de carga estiver disponível, supondo uma velocidade constante, então é possível obter uma média ponderada: 

    onde tn e Fn são os tempos e as cargas respectivamente para cada incremento de tempo/carga e St

    Se a velocidade variar, substitua o número de rotações, n1, n2... nn e Sn pelos incrementos de tempo t1, t2... tn e St.

    Com as forças máximas e médias determinadas, é muito fácil calcular a carga específica:

    • Para mancais de luva, a área projetada, A = Di ´ B, com base no diâmetro interno do mancal de luva, Di, multiplicada pelo comprimento do mancal, B:    
    • Para arruelas de pressão, A = 0,25 ´ p ´ (Do2 - Di2), onde Do e Di são os diâmetros externos e internos das arruelas respectivamente.
    • Para superfícies de pressão de mancais flangeados, A = 0,04 ´ p ´ (Do2 - Di2), onde Do é o diâmetro externo do flange e Di é o diâmetro interno do mancal flangeado. 
    • Para guias lineares, A = L ´ W, onde L = comprimento do material do mancal; W = largura do material do mancal. 
  • Como calcular a velocidade de deslizamento

    A velocidade de deslizamento, U, também chamada de velocidade, geralmente não é tão difícil de determinar, especialmente em aplicações que são acionadas por motores. A velocidade gera calor na interface mancal/superfície de contato, que, com o tempo, afetará o desempenho do mancal. Quanto maior a velocidade, maior a quantidade de calor gerada. Movimentos muito lentos ou períodos muito ocasionais de movimento relativo podem não desenvolver calor suficiente para degradar as propriedades do material do mancal.

    A velocidade, U, em metros por segundo, é calculada a partir do tipo básico de aplicação: 

    Rotação contínua

    • Para mancais de luva, Di = ID do mancal de luva em mm, N = velocidade do eixo, rpm: 
    • Para arruelas de pressão, Do = OD da arruela em mm, Di = ID da arruela em mm, = velocidade em rpm:

    Movimento oscilatório

    • Para mancais de luva, Di = ID em mm, Nosc = velocidade de oscilação do eixo, cpm: 
    • Para arruelas de pressão, Do = OD em mm, Di = ID, Nosc em mm = velocidade de oscilação em cpm:

    Movimento linear: 

    • Para mancais de luva e guias lineares, Ls = comprimento do curso linear em mm, c = taxa de ciclagem em cpm: 

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