BR112014015093B1 - mancal de deslizamento axial - Google Patents

Abstract

MANCAL AXIAL DESLIZANTE. A presente invenção se refere a um mancal axial deslizante com um anel deslizante, integrado entre duas faces deslizantes planas, anelares, reciprocamente sujeitas por pressão, sendo que o anel é protegido contra sobrecarga e, além disso, ao mesmo tempo, não é incidente a oscilações em relação a oscilações axiais, podendo ser produzido de forma técnica simples, sendo de fácil montagem, não admitindo efeitos de sobrepasso. O mancal axial deslizante de acordo com a invenção, com um anel deslizante (3), disposto entre uma face de montagem (2) plana, circular anelar, e uma face de rolamento plana, circular anelar, sujeita por pressão, destaca-se especialmente pelo fato de que o anel deslizante (3) é formado por um anel de apoio (4) interno, em cuja circunferência, uniformemente distribuídos, estão dispostos vários filetes (5), em forma raiada, sendo que em cada um desses filetes (5), distanciado do anel de apoio por uma fenda anelar (6), um segmento deslizante (7) radial está de tal modo disposto que cada segmento deslizante dispõe de uma face de apoio (8) plana.

Description

[001]A presente invenção refere-se a um mancal de deslizamento axial com um anel deslizante, disposto entre duas faces deslizantes planas, anelares, reciprocamente submetidas à pressão.

[002]Nos mancais deslizantes radiais, na circunferência entre as camisas de cilindro que deslizem reciprocamente, entre outros fatores na dependência da fenda de lubrificação, da viscosidade do meio lubrificante e em conexão com as rotações mínimas desejadas, é formada uma fenda lubrificante cuneiforme com uma pressão lubrificante hidrodinâmica, na qual flutua a árvore que gira no mancal deslizante, assegurando mínimas perdas por fricção, com absoluta ausência de desgaste.

[003]Para produzir também nos mancais axiais deslizantes estas fendas lubrificantes cuneiformes, necessárias para uma pressão hidrodinâmica continuada, torna-se necessário um esforço essencialmente maior em termos de técnica de produção.

[004]Assim sendo, por um lado, segundo o estado da técnica é comum conformar a face de rolamento com faces cuneiformes, estreitadas na direção do revolvimento, as quais se estendem a partir de uma ranhura lubrificante radial e que são seguidas por faces de encaixe para apoio da árvore quando estiver paralisada.

[005]Estas faces cuneiformes, ligeiramente inclinadas, precisam, todavia, ser conformadas com grande esforço de acabamento, por meio de fresagem ou esmerilhamento.

[006]Para reduzir o trabalho na produção dessas faces cuneiformes, foi proposto no documento DE 1 208 952, como também DE 102009031760A1, integrar um disco anelar deslizante, uniformemente ondulado, produzido de aço para mola, entre as faces de pressão planas, reciprocamente submetidas à carga, conformando, na circunferência do mancal, uma variedade de ângulos cuneiformes, os quais, em virtude de deformação elástica, variam de acordo com, a respectiva carga axial, podendo, assim, ser formada entre as faces de pressão a capacidade de carga dinâmica.

[007]Baseado na geometria, deformada acentuadamente por estampagem, conforme proposto nestas soluções nos documentos DRE 1 208 952 A e DE 10 2009 031 760 A1, torna-se necessário adequar a espessura da chapa à geometria visada do anel perfilado, a qual, desta forma, terá de ser relativamente fina.

[008]O disco de anel deslizante ondulado, apresentado no documento DE 1 208 952 A, está disposto exclusivamente em forma flutuante entre as duas faces de pressão do mancal de deslizamento axial, ao passo que o disco anelar deslizante ondulado, integrado - de acordo com a DE 10 2009 031 760 A - entre as faces de pressão planas, submetidas à carga recíproca, pode estar disposto tanto flutuante, como também em posição fixa em um ou nos dois lados, entre as faces de pressão do mancal de deslizamento axial.

[009]Baseado no emprego de chapa/mola para aço de parede fina, exigida consoante os componentes de construção, para a produção destes discos anelares deslizantes ondulados, resulta, com crescente deformação da área da face cuneiforme, sob carga axial, uma alteração geométrica desfavorável da área do cone, a qual, com carga axial crescente, resulta na perda do efeito cuneiforme. Os discos de anel deslizante ondulados, das soluções acima mencionadas, apresentam a desvantagem que na transposição de uma carga limite, que nos mancais convencionais de segmentos de cones corresponde a uma pressão de carga média de cerca de 3000 a 4000 Kpa (30 a 40 bar) por segmento, se apresenta uma deformação do segmento de arco de parede fina do anel de chapa, de modo que, em consequência da conformação com parede fina, surge um achatamento da área portante do disco anelar deslizante, o qual, forçosamente, exerce efeito negativo sobre as desejadas áreas de faces cuneiformes com função "portante".

[0010]Sucede que, com crescente carga axial, a inclinação cuneiforme predeterminada pela "ondulação" de modo significativo se modifica de tal maneira que surge um efeito de mola de disco, o qual prejudica, então, consideravelmente a capacidade de carga hidrodinâmica do mancal de deslizamento axial, com perda total do efeito de cone lubrificante.

[0011]Com isto está vinculada uma passagem para a área da fricção mista, a qual, em conexão com o disco ondular deslizante ondular, de aço para mola, acentuadamente protendido, poderá resultar em considerável desgaste e, por consequência, poderá ocorrer a falha total do mancal de deslizamento axial.

[0012]No documento DE 1 065 671 A, por sua vez, foi proposto prever a face de encosto paralisada, na parte dorsal, com concavidades radiais, de maneira que descansa apenas em pequenos pés individuais. Com esta configuração do dorso de apoio, a face de rolamento nos pontos de livre sustentação, por meio de prensagem poderá ser prensada e atravessada em alguns centésimos de milímetros. Desta maneira, surge uma face de rolamento subdividida, cuneiforme, a qual, no giro do disco de rolamento contrário, forma uma pressão hidrodinâmica, garantindo, desta maneira, uma capacidade de carga. A desvantagem desta solução consiste, todavia, em que as faces cuneiformes, conformadas pela deformação permanente, apresentam o mesmo formato para todos os casos de uso.

[0013]A fenda de lubrificação não se adapta automaticamente, de forma ótima, às respectivas condições de carga para garantir, desta forma, uma capacidade de carga ótima do mancal, de modo que em todas estas montagens axiais se deve contar com forte fricção mista, a qual, na operação permanente, poderá resultar na falha do mancal.

[0014]No documento DE 1 957 058 A é proposto deformar, com formação de mossas, em forma de serra, bilateralmente, o disco anelar plano, consistindo de um material, especialmente um material composto e, em seguida, trabalhar em forma plana o lado previsto coo dorso de apoio, sendo que as faces cuneiformes, previstas na face de rolamento, apresentam um aclive de 0,5 %o até 3 %o, preferencialmente de 1 %o.

[0015]Também nesta solução de acordo com o documento DE 1 957 058 A, a desvantagem essencial consiste em que o respectivo aclive determinado da face cuneiforme não mais se modifica com crescente força axial, de maneira que o mancal de deslizamento axial está sempre configurado de forma ótima apenas para um estado operacional (rotações, carga, etc.). No caso, estes mancais são especialmente sensíveis contra o leve posicionamento oblíquo da árvore, visto que por uma sobrecarga unilateral de diferentes áreas do disco anelar, é produzida a (pressão de arestas), de maneira que também nesta solução se deve contar com forte fricção mista, a qual, especialmente nos mancais que são empregados em condições operacionais difíceis, como ocorre, por exemplo, na lubrificação de água na construção de bombas, na operação permanente podem resultar na falha do mancal.

[0016]Além disso, do documento US 3.495 886 A é conhecido um conjunto de mancal para um mancal axial, configurado como componente estampado de chapa e que, em virtude do processo de fabricação, prevê, novamente, o uso de chapas finas, conforme também foi proposto em conexão com as soluções consoantes os documentos DE 1 208 952 A e DE 10 2009 031 760 A1.

[0017]Carreiras de ensaio com tais mancais de segmentos de chapas finas mostraram que estes mancais de segmentos de chapa são muito sujeitos a oscilações, sendo que na incidência de oscilações axiais, mancais de segmentos de chapa de paredes finas são destruídos dentro de um espaço de tempo muito curto.

[0018]O espaço de tempo em que se verifica esta destruição frequentemente está situado abaixo de 5 minutos.

[0019]Devido à tecnologia de estampagem, selecionada de acordo com o documento US 3 495 886 A, todavia não é possível um aumento da espessura da chapa na solução de acordo com o documento US 3 495 886 A.

[0020]Portanto, a invenção tem como objetivo desenvolver um mancal de deslizamento axial com um anel deslizante, integrado entre duas faces deslizantes planas, anelares, reciprocamente sujeitas por pressão, o qual elimina as desvantagens antes citadas do estado da técnica, sendo que especialmente em cerca de 30% até 80%, comparado com a carga aplicada, de nível médio, comum nos mancais axiais deslizantes, de cerca de 3000 a 4000 Kpa (30 a 40 bar) por segmento de cunha é protegido contra sobrecarga e, além disso, não apresenta oscilações, comparáveis a oscilações axiais, e, na parte técnica de produção, pode ser produzido de forma simples e de fácil montagem e, além disso, de forma alguma admite os "efeitos de sobrepasso", de modo que até mesmo em difíceis condições de operação, fica sempre assegurada uma variação ótima do ângulo cuneiforme, adequada às respectiva condições de operação, sendo que, com simultânea nítida expansão ótima da área de carga dinâmica, sempre pode ser assegurada alta confiabilidade do mancal de deslizamento axial, com longa durabilidade.

[0021]De acordo com a invenção, esta tarefa será solucionada por um mancal de deslizamento axial com um anel deslizante, 3 inserido no mancal de deslizamento axial.

[0022]Modalidades vantajosas, detalhes e características da invenção resultam da subsequente descrição da solução inventiva, em conexão com cinco apresentações da solução de acordo com a invenção.

[0023]As figuras mostram:

[0024]Figura 1 - o mancal de deslizamento axial de acordo com a invenção, com um anel deslizante 3 inserido na face do mancal 2 fixa do alojamento, em vista superior;

[0025]Figura 2 - o mancal axial de acordo com a invenção, com anel deslizante, em vista lateral, em corte em A-A, de acordo com a apresentação segundo a Figura 1.

[0026]Figura 3 - o encaixe fixo no alojamento do anel deslizante com a face de montagem 2 do mancal axial de acordo com a invenção, sem o anel deslizante 3, em vista superior;

[0027]Figura 4 - o encaixe, fixo no alojamento, do anel deslizante do mancal axial de acordo com a invenção, em vista lateral, em corte BB de acordo com a apresentação segundo a figura 3;

[0028]Figura 5 - o anel deslizante 3 da invenção, em vista superior.

[0029]A figura 1 mostra o mancal de deslizamento axial de acordo com a invenção em vista superior, com uma face de montagem 2, fixa no alojamento, plana, em forma circular anelar, submetida por pressão, com uma ou várias ranhuras de lubrificação 1, e uma face de rolamento, disposta em frente a esta face de apoio 2, não mostrada na figura 1, também plana, circular anelar, sujeita por pressão, e que, em estado operacional do mancal axial, revolve na direção de giro 9, com um anel deslizante 3, inserido na face de montagem 2 fixa do alojamento, conforme mostrado na figura 1.

[0030]A figura 2 mostra o mancal axial de acordo com a invenção e conforme a apresentação da figura 1, com o anel deslizante 3 inserido, de acordo com a invenção, em corte em A-A, em vista lateral.

[0031]A figura 3 apresenta o encaixe do anel deslizante, fixo no alojamento, com a face de montagem 2 do mancal axial consoante a invenção, sem o anel deslizante 3, em vista superior. A figura 4 apresenta o encaixe do anel deslizante fixo no alojamento, de acordo com a invenção, segundo a figura 3, em corte, em B-B, apresentado em vista lateral. A Figura 5 mostra o anel deslizante 3 conforme a invenção em vista superior, o qual, de acordo com a invenção, se destaca pelo fato de que este anel deslizante 3, consoante a invenção, é formado por um anel de apoio 4 interno, em cuja circunferência estão dispostos vários filetes 5, equitativamente distribuídos, em forma raiada, sendo que em cada um desses filetes 5, distanciado do anel de apoio 4 por uma fenda anelar 6, está disposto um elemento deslizante 7 radial.

[0032]É característico, no caso, que cada um desses segmentos deslizantes 7, de acordo com a invenção, dispõe de uma face de apoio 8 plana, sequencial em sentido radial no filete 5, e que, em estado de acionamento do mancal, encosta diretamente na face de rolamento.

[0033]Consoante a invenção, nesta face de apoio 8, nos dois lados, na direção da face de montagem fixa no alojamento, estão dispostas duas faces de segmento anelar circular ligeiramente inclinadas (cuneiformes) e angulares.

[0034]É característico dessas faces de segmento anelar circular ligeiramente inclinadas (cuneiformes) e angulares que na direção de giro 9 da face de rolamento, em cada face de apoio 8 do anel deslizante 3, formam uma face de rolamento 10 E, em posição oposta, isto é, contrário à direção de giro 9 da face de rolamento, em cada uma das faces de apoio 8 do anel deslizante 3, formam uma face de apoio 11.

[0035]É essencial, em sentido inventivo, que as faces de apoio 11 são conformadas essencialmente maiores do que a face de rolamento 10.

[0036]É característico, além disso, que as arestas livres, angulares, da face de apoio 11, em estado de acionamento do mancal, conforme também mostrado na figura 2, descansam na face de montagem 2, sendo que entre os segmentos deslizantes 7, isto é, entre uma face de rolamento 10 e a face de apoio 11 do respectivo segmento deslizante 7 vizinho, está sempre prevista uma fenda lubrificante 12. Além disso, as faces de rolamento 10 aplicadas estabilizam, conforme a invenção, sob regime de carga, as faces de apoio 11 angulares, de maneira que até mesmo em condições operacionais mais difíceis, é sempre assegurada uma variação ótima do ângulo cuneiforme, controlada e adequada às respectivas condições operacionais, sendo que, com simultânea nítida expansão da faixa de carga dinâmica ótima, pode ser sempre assegurado um alto grau de confiabilidade do mancal de deslizamento axial, com longa duração de vida.

[0037]A solução aqui presente, com base na disposição da fenda anelar 6 consoante a invenção, em conexão com as fendas lubrificantes 12 multifuncionais, igualmente conforme a invenção, que desacoplam os segmentos deslizantes 7 tanto estaticamente como também dinamicamente, abastecendo, simultaneamente, a partir das ranhuras de lubrificação 1 as faces de apoio 1 de uma forma ótima com lubrificante garantem uma solução ótima da tarefa de acordo com a presente invenção.

[0038]No caso, as fendas de lubrificação 12, previstas nos dois lados de cada segmento deslizante 7, em conexão com a configuração consoante a invenção do anel deslizante, com a face de rolamento sujeita por pressão e encostada no anel deslizante 3, com aumento da força axial, consoante a invenção, possibilita, ao mesmo tempo, um achatamento controlado do ângulo cuneiforme de lubrificação na face de apoio, de maneira que um sobrepasso dos segmentos deslizantes 7 pode ser evitado com segurança e os efeitos do sobrepasso, que prejudicam drasticamente o efeito de cunha da lubrificação, são completamente excluídos pela solução consoante a invenção.

[0039]Em virtude do achatamento definido, com crescente carga axial, consoante a invenção, do ângulo de cunha de lubrificação nas faces de apoio, verifica-se, ao mesmo tempo, um alargamento contínuo consoante a invenção da faixa de carga dinâmica. É vantajoso, neste contexto, que as faces de apoio 11 apresentem, aproximadamente de 3 a 5 vezes o tamanho das faces de rolamento 10.

[0040]Contudo, também é essencial da invenção que a relação do diâmetro externo do anel deslizante 3 na região das faces de apoio 11 em relação à espessura da chapa do anel deslizante 3 é menor/igual na relação de 33 para 1, com o que são evitadas destruições do mancal axial.

[0041]No contexto de ensaios realizados em âmbito precedente ao presente pedido de invenção, para a solução aqui proposta foi determinada uma relação do diâmetro externo do anel deslizante 3 na faixa das faces de apoio 11 para com a espessura de chapa do anel deslizante 3, que foi menor/igual de 33 para 1, sendo suprimido o risco para oscilações próprias.

[0042]É especialmente vantajosa a área de 33:1 até 20:1 para a relação do diâmetro externo do anel deslizante 3 na área das faces de apoio 11, em relação à espessura da chapa do anel deslizante.

[0043]Mesmo uma queda continuada da relação acima citada até 16:1, tal ocorrência não constitui quaisquer problemas técnicos na solução aqui proposta, sendo útil em conexão com cargas especificamente altas.

[0044]Também é importante que - conforme mostram as figuras 1,2 e 5 - o tamanho das faces de apoio 11 é aproximadamente 4 vezes o tamanho das faces de rolamento 10.

[0045]A produção dos anéis deslizantes 3 é feita, preferencialmente, em chapa de alumínio, chapa de latão ou chapas de uma liga de bronze.

[0046]As faces de apoio 11, dispostas em forma angular no anel deslizante, diante das faces de apoio 8, em estado sem carga - como é mostrado, por exemplo, na figura 2 - são inclinadas em aproximadamente 0,3 %o até 5 %o.

[0047]De acordo com a invenção, em sentido de produção técnica na fabricação dos anéis deslizantes acima mencionados a partir dos metais/ligas de metais acima mencionados, pelo fato de que as áreas angulares das faces de apoio 11, após um processo de pré- estampagem, como também das faces de rolamento 10, são parcialmente, novamente, retromoldados, sendo que o anel deslizante completamente pré-estampado será prensado entre duas placas em forma plana.

[0048]Com isto, na dependência do respectivo material empregado e em conexão da espessura bruta do anel deslizante, selecionada tecnicamente para a deformação restante, em consequência da elasticidade inerente do material, se apresenta o ângulo de ataque desejado consoante a invenção, das faces de apoio 11 como deformação restante.

[0049]Para condições de uso especiais, como mancal de deslizamento axial, os quais, como meio lubrificante, usam água ou água de refrigeração, o anel deslizante 3 de acordo com a invenção, naturalmente também pode ter sido já pré-formado de plástico, resistente à temperatura.

[0050]Também é essencial para a invenção que na circunferência externa da face de apoio 2 está disposto um colar de centragem 13, o qual, em estado operacional do mancal axial, estabiliza, de forma ótima, a cunha de lubrificante que se forma, de maneira que já na faixa inferior das rotações, é assegurado uma flutuação da face de rolamento na área das faces de apoio 11 do anel deslizante 3 nos cunhos de lubrificação que se formam de acordo com a invenção.

[0051]Também é essencial da invenção, neste contexto, quando - conforme mostrado na figura 1- todas as faces de apoio 8 que ultrapassam por um filete posicionador 14, em sentido radial, as faces de rolamento 10 e faces de apoio 11 acopladas, estando previstas ranhuras de encaixe 15 no colar de centragem 13 para receber os filetes posicionadores 14, com o que pode ser assegurada uma fixação contra giro do anel deslizante 3 na área da face de montagem 2 fixa no alojamento. Tal fixação contra giro do anel deslizante 3 não é, todavia, forçosamente necessária.

[0052]Em consequência das diferentes condições de fricção nos dois lados do anel deslizante, apresenta-se, consoante a invenção, além disso, um efeito auto-otimizador, o qual faz com que o anel deslizante 3, também sem um posicionamento em união positiva na face de montagem, não se movimenta, ou seja, na fase de partida somente gira em reduzida extensão na direção de giro 9 da face de rolamento. Listagem de referência: 1ranhura de lubrificação 2face de apoio 3anel deslizante 4anel de apoio 5filete 6fenda anelar 7segmento deslizante 8face de apoio 9direção de giro (da face de rolamento vizinha) 10face de rolamento 11face de apoio 12fenda de lubrificação 13colar de centragem 14filete posicionador 15ranhuras de encaixe.

Claims (6)

1.Mancal de deslizamento axial com uma face de montagem (2) plana, em forma circular anelar, sujeita por pressão, tendo uma ou várias ranhuras de lubrificação (1) e em posição oposta a esta face de montagem (2) está disposto um anel deslizante (3), plano, em formato circular anelar, sujeito por pressão, caracterizado pelo fato de que, -o anel deslizante (3) é formado por um anel de apoio (4) interno, em cuja circunferência, uniformemente distribuídos, em forma raiada, estão dispostos vários filetes (5), sendo que em cada um desses filetes (5), distanciado do anel de suporte (4) por uma fenda anelar (6), um mancal deslizante radial (7) está de tal modo disposto, -cada segmento deslizante (7) dispõe de uma face de apoio (8) plana, radial e sequencial no filete (5), face esta que, em estado de acionamento do mancal, encosta em forma plana na face de rolamento, sendo que nesta face, nos dois lados, na direção da face de montagem (2), ligeiramente inclinadas estão de tal modo dispostas faces de segmento circulares anelares anguladas, -em cada face de apoio (8) do anel deslizante (3), na direção de giro (9) da face de rolamento, está disposta uma face de rolamento (10) e contrário à direção de giro (9) da face de rolamento, está disposta uma face de apoio (11), sendo configuradas de tal forma, -a face de apoio (11) é essencialmente maior do que a face de rolamento (10), sendo que em estado axial não solicitado do mancal, a aresta angular, livre, da face de apoio (11) encosta em forma plana na face de apoio (2) e entre os segmentos deslizantes (7), isto é, entre cada face de rolamento (10) e cada face de apoio (11) está prevista uma fenda lubrificante (12), e -a relação do diâmetro externo do anel deslizante (3) na área das faces de apoio (11) para a espessura da chapa do anel deslizante (3) é menor/igual a 33 para 1.

2.Mancal de deslizamento axial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as faces de apoio (11) apresentam aproximadamente de 3 a 5 vezes o tamanho das faces de rolamento (10).

3.Mancal de deslizamento axial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que com o anel deslizante sem carga, as faces de apoio (11) são angulares e inclinadas diante das faces de apoio (8) em aproximadamente 0,3 %o até 5 %o.

4.Mancal de deslizamento axial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na circunferência externa da face de apoio (2) fixa no alojamento, está disposto um colar de centragem (13).

5.Mancal de deslizamento axial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que várias ou também todas as faces de apoio (8) ultrapassam, em sentido radial, as faces de rolamento (10) e faces de apoio (11), a elas acopladas, em um filete posicionador (14).

6.Mancal de deslizamento axial de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que no colar de centragem (13) para receber os filetes posicionadores (14), estão dispostas ranhuras de encaixe (15).

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