Uma nova metodologia de solução para sistemas de mancais radiais em carregamento dinâmico incluindo atrito sólido e desgaste

Abstract

Este trabalho discorre sobre o modelamento de mancais radiais acoplados sujeitos a carregamento dinâmico, bem como sobre sua metodologia de solução, incluindo atrito sólido e desgaste. O modelo considera o acoplamento entre dois mancais radiais de um mesmo eixo, levando em conta os deslocamentos e desalinhamentos radiais. Uma metodologia de volumes finitos é utilizada para a solução da equação de Reynolds que governa o problema de lubrificação. O desgaste e o contato direto entre as superfícies do eixo e dos mancais são tratados com o uso das leis de Archard e de Coulomb para desgaste e atrito sólido, respectivamente. O volume desgastado é removido da vizinhança do ponto de contato sólido de uma forma automática. Isto permite um cálculo preciso das geometrias do eixo e do mancal após contato e desgaste. As equações da dinâmica, do contato direto, e de Reynolds, são resolvidas em um único sistema linear de equações. O método de solução é direto, mas são necessárias iterações para contemplar a cavitação do filme de óleo e as não-linearidades das equações. O sistema linear é resolvido utilizando-se o método de eliminação de Gauss, e para otimizar o processo de solução, considera-se a esparsividade do sistema. Um programa computacional com base na formulação deste trabalho foi desenvolvido e testado utilizando-se informações da literatura. São obtidos resultados para os mancais principal e secundário de um pequeno compressor alternativo utilizado em refrigeração doméstica. A pressão do gás no topo do pistão do compressor foi artificialmente aumentada para forçar o contato sólido. Foi então observado que uma nova geometria para eixo e mancais foi gerada pelo desgaste e que o contato sólido foi eliminado. Informações como a órbita dos mancais, o consumo de potência por atritos sólido e viscoso, a vazão lateral de óleo, a espessura mínima de filme de óleo e o desgaste podem ser consistentemente obtidas pelo programa computacional que mostrou-se robusto e eficiente.