BR112013024228B1 - bucha viscoélastica segmentada para mancal de máquinas elétricas girantes - Google Patents

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Abstract

BUCHA VISCOÉLASTICA SEGMENTADA PARA MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES. O presente pedido de patente de invenção revela um dispositivo concebido com a finalidade de absorver as variações de dilatação radial e axial, durante o funcionamento da máquina elétrica girante. A bucha é encaixada entre o rolamento e o cubo da roda, de forma a amortecer impactos, porém permitindo a nível controlado o movimento radial e axial do rolamento decorrente da folga existente entre o mancal e o anel externo do rolamento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
A presente patente de invenção revela uma bucha de dispositivo viscoelástico segmentado para mancal de máquinas elétricas girantes que é configurado para ser introduzido entre o cubo de roda e rolamento, de forma a eliminar a necessidade de usinagem convencional e reduzir ruídos e vibrações em cubos de rolamento para motores e geradores, que exige atualmente grande precisão dimensional.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
De maneira geral, as desvantagens provenientes do atrito de resistência à alta velocidade dos mancais de deslizamento levaram ao desenvolvimento de mancais de rolamentos. Mancais de rolamento são constituídos por um par de anéis de aço (trilhos), separados por uma ou mais fileiras de esferas ou rolos (corpos rolantes), que eliminam a fricção de deslizamento. As esferas são mantidas eqüidistantes entre si, por meio de uma gaiola, para distribuir as forças e manter a concentricidade dos anéis, o anel externo é fixado no cubo de roda e o anel interno é fixado diretamente ao eixo. Os rolamentos podem interagir com dois tipos de cargas: radial e axial. A força radial é a que se estende ou se move de um ponto central para fora e a força axial é a que se estende ou dissipa através de um eixo central.
O alojamento de um mancal de rolamento na cavidade do cubo exige processos de usinagem de elevada precisão dimensional, para que o rolamento não se movimente radialmente no interior da cavidade. Por tal razão, a variação dimensional é determinada usualmente pelo fabricante do rolamento. No entanto, os processos convencionais de obtenção do cubo do rolamento não garantem a repetibilidade dimensional requerida pelo sistema, sem posterior acabamento de precisão, normalmente retífica resultando na dificuldade de montagem ou a folga excessiva do rolamento no cubo. Neste caso a pista externa do rolamento gira dentro da cavidade com alta possibilidade de desgaste e ruídos, diminuindo a vida útil do produto.
Tipicamente, em uma construção de motor de indução monofásico ou trifásico, com rotor de gaiola de esquilo, o valor do entreferro deve ser dimensionado de acordo com o projeto da máquina e uma série de dados combinados. Um texto, publicado em 1936, afirma que "... é necessário (para baixar a corrente de magnetização) utilizar uma lacuna de ar (entreferro) pequena (mas não muito pequena) A [folga] deve ser escolhida de forma a que a corrente de excitação e reatâncias de máquina estejam em conformidade com o desempenho desejado. Lacunas reduzidas podem aumentar ruído no motor e perdas na face do dente...".
As variações existentes no entreferro dependerão das dimensões de ranhura, estator e configuração de enrolamento. Em qualquer caso, uma variação de entreferro de até 20% não acarreta em uma mudança significativa no desempenho de rotor bloqueado, aspecto fundamental no desempenho de motores.
Em aplicações comerciais de ventilação que utilizam motores de potência fracionada, ou seja, com potências inferiores a 1 cv, as cargas radiais normalmente são proporcionalmente pequenas quando comparadas à resistência mecânica do mancal viscoelástico. Nestas condições, o rolamento mal toca o assento do cubo de roda em aplicação normal, sendo mantido apenas pela ação elástica da bucha viscoelástica, o que faz com que o conjunto possa operar em uma situação vantajosa em relação ao ruído. Normalmente, deseja-se que o ruído seja baixo neste tipo de aplicação, quando comparado a outras aplicações convencionais de máquinas elétricas girantes. Nesta aplicação, tipicamente encontramos valores de entreferro entre 0,2 a 0,35mm em produtos normalmente comercializados.
Em particular, as aplicações em máquinas elétricas girantes exigem precisão e alinhamentos de montagem. Os cubos de roda de mancais de rolamento são usualmente usinados, visto que as normas especificam valores controlados de durabilidade, ruído e vibração.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA
No estado da técnica, existem dispositivos voltados a compensar diferenças entre rolamentos e cubo provenientes de dilatação térmica entre componentes. Por exemplo, no caso de uso de rolamento em mancal de alumínio, onde sabidamente a dilatação do alumínio fica próxima de três vezes a do aço do rolamento, se utilizam componentes intermediários como anéis de tolerância ou casquilhos. Em outros casos de aplicações pesadas e de alta temperatura, a fim de evitar que as dilatações levem ao travamento dos componentes, se faz uso de buchas não segmentadas manufaturadas a partir de borracha. Neste caso, a principal desvantagem refere-se ao fato de tais dispositivos não atenderem ao requisito de concentricidade quando submetidos a tensões radiais.
A patente US2886354 revela uma bucha, com a forma de um anel ondulado cujas pregas se estendem axialmente, de modo que a pressão radial indesejável seja distribuída entre os cantos das pregas, a fim de eliminar a fricção, aumentando a pressão de contato entre rolamento e cubo de roda, construída em aço tipo “mola” por estampagem.
A patente US3061386, revela uma luva de tolerância fabricado a partir de folhas de metal, compreendendo ondulações formadas na porção central de uma luva bipartida cilíndrica, em que as ondulações individuais definem cooperativamente uma configuração senoidal geral.
A patente US3033622 revela um conjunto compreendendo uma bucha para interposição entre duas peças como um eixo e uma pista interna de um rolamento de esferas tendo uma mola em formato poligonal para absorver as pressões radiais em excesso. Uma desvantagem desta patente é a exigência da mola ser assentada através de um disco parafusado ao cubo de roda, aumentando severamente os custos de fabricação do sistema montado.
A patente GB723399 revela um dispositivo elástico, manufaturado preferencialmente a partir de borracha ou borracha de silicone, em um formato de U ou anelar. O dispositivo é comprimido quando inserido entre um anel e a parede de uma cavidade, para compensar variações axiais.
A patente US7452135 revela um suporte de rolamento composto por um conjunto em série de placas anulares empilhadas em formato de cone posicionadas entre a parede do alojamento e uma pista externa do anel de rolamento. As placas anulares podem ser formadas a partir de um fio único, formado em uma bobina, ou a partir de uma pluralidade de cones anulares empilhadas em série, para permitir variações dimensionais radiais e prover um efeito mola.
A patente US4699528 descreve um conjunto incluindo um eixo e um rolamento interposto entre o eixo e o alojamento deste para fornecer suporte radial e rotação relativa, com a finalidade de absorver variações radiais e axiais. Porém, o conjunto compreende uma série de elementos combinados e um rolamento específico, montado na própria máquina que visa aplicações mais severas com altas temperaturas, apresentando elevada complexidade e encarecendo os custos de produção.
A patente US5611628 descreve uma manga de rolamento posicionado em torno de um eixo rotativo, compreendendo ondulações e vales alternados em sua superfície, utilizada para compensar variações radiais ou axiais.
A patente US4486055 revela um dispositivo para compensação de variações e jogo radial, compreendendo um disco com uma borda em forma de cunha. Este sistema consiste em um anel separador entre o rolamento e furo de um rolamento de esferas com mola pré-tensionada axialmente, onde o anel é moldado para prevenir o jogo radial entre a montagem do mancal e o furo. Uma desvantagem do dito dispositivo é necessidade de usinagem do diâmetro interno do cubo de roda, devido ao deslizamento que é requerido do anel separador.
O documento US2926051 revela um mancal resiliente montado com uma luva cujo diâmetro interno é maior que o diâmetro externo do rolamento e uma mola de pré-tensão axial.
O documento FR2839396 revela um anel tendo um perfil em L produzido a partir de um material elástico para proporcionar amortecimento e que tem uma dimensão axial maior que uma vez e meia a largura do rolamento, o que causa bastante trasntornos dimensionais. Neste caso em particular a precisão dimensional de fabricação é idêntica a um sistema rígido.
A patente US7223020 revela um conjunto de rolamento, contendo um anel externo e um anel interno. O anel externo do rolamento é axialmente encaixado em um recesso de uma parede cilíndrica interna. Um elemento radialmente flexível está localizado entre ao menos um dos anéis externos de rolamento e da parede interna do recesso, e o anel interno do rolamento e um membro rotativo que é rotativamente transportada no conjunto de rolamento.
A partir do exposto acima, percebe-se que sistemas para absorção de deformações radiais e axiais, variações, ou jogo, são conhecidos no estado da técnica. No entanto não existe, no estado da técnica, um dispositivo que compense simultaneamente as variações dimensionais radial e axial geradas entre o rolamento e a parede da cavidade que o aloja, que elimine a necessidade de usinagem do cubo do rolamento, e associado a um processo produtivo simplificado e de custos reduzidos, tanto na obtenção do cubo do mancal, quanto do dispositivo compensador de folgas radiais ora proposto.
OBJETIVO DA INVENÇÃO
Assim é objetivo do presente pedido de invenção, contornar as desvantagens encontradas no estado da técnica, provendo uma bucha de material viscoelástico segmentado, montado entre um rolamento e cubo, eliminando etapas de usinagens, de modo que as variações radiais e axiais indesejadas sejam compensadas, sem prejuízo ao suave funcionamento do sistema.
A presente invenção revela uma bucha concebida para absorver as variações de dilatação radial e axial durante o funcionamento da máquina elétrica e as folgas obtidas do processo de injeção por alta pressão do cubo de roda, sem exigir nenhuma usinagem posterior ou acabamento de precisão no cubo da roda. A bucha é encaixada entre o rolamento e o cubo da roda, de forma a amortecer impactos, enquanto permite controladamente o movimento radial e axial do rolamento decorrente da folga existente entre o mancal e o anel externo do rolamento, a até 30% do entreferro. Desta forma, a presente invenção visa impedir que o conjunto eixo/rolamento fique solto na cavidade, através do uso da pressão elástica, assim impedindo movimentos de giro, no qual o rolamento pode friccionar contra o cubo de roda provocando desgaste, aumento de temperatura, ruídos e vibrações indesejadas. Isto é possível, obtendo-se o mancal da máquina elétrica através de processo de fundição de alta pressão, que fornecerá a precisão adequada para concentricidade e acabamento para a aplicação proposta.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A figura 1 ilustra uma visão traseira da bucha viscoelástica segmentada.
A figura 2 ilustra uma seção em corte da bucha viscoelástica segmentada.
A figura 3 ilustra uma visão em perspectiva da bucha viscoelástica e o cubo
A figura 4 do rolamento.ilustra uma visão em perspectiva da bucha viscoelástica alojada na cavidade do cubo.
A figura 5 ilustra um corte seccional ampliado da bucha viscoelástica segmentada alojada na cavidade do cubo.
A figura 6 ilustra um corte em seção transversal de uma incorporação da bucha.
A figura 7a ilustra um corte em seção transversal de uma outra incorporação da bucha.
A figura 7b ilustra uma visão em perspectiva de uma outra incorporação da bucha.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS
De acordo com as figuras 1 a 3, a presente invenção revela uma bucha cujo corpo (1), em formato anelar, delimita um sulco interno (2) e um sulco externo (3), concebidos com a finalidade de absorver as variações de dilatação axial, durante o funcionamento da máquina elétrica. O sulco externo (3) define um anel (4) interno, visando unir os segmentos (8) de forma a facilitar a sua manipulação, tornando a bucha um componente único.
O anel (4) contém em seu perímetro, um ou mais recortes (6), em forma de calha ou outro formato, desenhados com a função de eliminar possíveis acúmulos de ar, durante a montagem no fundo da cavidade (11), possuindo concavidades e dispostas de forma a ligar o sulco (3) ao lado interno do anel (4). O anel externo (7) apresenta segmentos (8) projetados equidistantes entre si e ligados externamente em relação ao perímetro do anel externo (7). Cada projeção (8) possui uma extremidade inferior (5) ligada ao anel externo (7) e uma extremidade superior (9) chanfrada, formando um trapézio retangular.
Em relação às figuras 1 e 2, em uma incorporação preferencial, o sulco externo (3) delimita um anel (4) interno, compreendendo em seu perímetro, recortes (6) em baixo relevo, em formato de calha, dispostas de forma a ligar o sulco (3) ao anel (4) interno. Nesta construção, o anel externo (7) apresenta cerca de oito segmentos (8) ligados externamente ao perímetro de (7). Cada projeção (8) possui uma extremidade (5) abaulada, e uma extremidade (9) chanfrada.
De acordo com as figuras 3 a 5, a bucha (1) é encaixada entre o rolamento e o cubo da roda, de forma a limitar o movimento axial e radial do rolamento (não representado) decorrente da folga existente entre o mancal e o anel externo do rolamento, limitado a 20% do entreferro. Os segmentos (8) da bucha viscoelástica se acomodam em recortes (10) retangulares, ou recortes em formato côncavo (10), com formato idêntico às projeções (8) e equidistantes entre si, entre a cavidade (11) do cubo e o rolamento.
O conjunto eixo-rolamento pode também se deslocar axialmente nesta configuração em direção a parede do cubo. O anel (4) interno substituirá a mola tipo arruela ondulada em aço mola, comumente utilizada em motores convencionais, compensando possíveis erros axiais de montagem, dilatações e conferindo um valor de pressão axial necessário ao bom funcionamento do rolamento.
De acordo com a figura 6, em uma outra incorporação, os segmentos (13) encontram-se unidos a um anel (16) de seção transversal em forma de T, unidos através de rebaixos sulcados (15) trapezoides retangulares. Cada segmento (13) possui uma extremidade superior (14) chanfrada, e uma extremidade inferior (12) de cantos arredondados.
Em uma outra incorporação, de acordo com as figuras 7a e 7b, os segmentos (20) possuem extremidades inferiores (19) abauladas e ligadas ao perímetro do anel (17) de seção retangular, através de sulcos rebaixados circulares (18).
Percebe-se que outras modificações e variações feitas a esta invenção são consideradas dentro do escopo desta invenção.

Claims (6)

1. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, a ser utilizado com a finalidade de absorver as variações de dilatação radial e axial mais os erros gerados pelos processos de fundição por alta pressão, durante o funcionamento da máquina elétrica, caracterizada por compreender um corpo (1) em formato anelar, delimitando um anel externo (7), apresentando ao menos três segmentos (8) ligados ao perímetro do anel externo de (7).
2. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um sulco interno (2), um sulco externo (3) e um anel interno (4) delimitado por um sulco interno (2) e sulco um externo (3), de forma a ligar os sulcos interno (2) e externo (3) ao anel externo (7); o dito anel interno (4) apresenta, em seu perímetro, recortes (6).
3. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, de acordo com a reivindicação 1 e 2, sendo que cada segmento (8) é caracterizado por compreender uma extremidade inferior (5) ligada ao anel externo (7) e uma extremidade superior (9) em forma de trapézio retangular ou um raio de arredondamento.
4. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, de acordo com a reivindicação 1, em uma outra incorporação, caracterizado por compreender segmentos (13) unidos a um anel (16) de seção transversal em forma de T, através de rebaixos sulcados (15) trapezoides retangulares; sendo que cada segmento (13) apresenta uma extremidade superior (14) chanfrada, e uma extremidade inferior (12) de cantos arredondados.
5. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, de acordo com a reivindicação 1, em uma outra incorporação, caracterizado pelo fato de os segmentos (20) 5 de extremidades inferiores (19) abauladas serem ligadas ao perímetro do anel (17) de seção transversal retangular, através de sulcos rebaixados circulares (18).
6. “BUCHA VISCOELÁSTICA SEGMENTADA PARA MANCAL DE MÁQUINAS ELÉTRICAS GIRANTES”, de acordo com a reivindicação 1 a 5, 10 caracterizada pelo fato de os segmentos (8), (13) e (20) da bucha viscoelástica se acomodarem em recortes (10) de formato côncavo e equüidistantes entre si, entre a cavidade (11) do cubo e o rolamento.
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