BR112015000196B1

BR112015000196B1 - Rolamento de amortecimento

Info

Publication number: BR112015000196B1
Application number: BR112015000196-3A
Authority: BR
Inventors: Kamran Khan; Helmut Reisinger
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2022-08-09
Also published as: IN2014DN11062A; CA2878393A1; CA3011113A1; BR112015000196A2; US20150176674A1; CA2878393C; CA3011113C; WO2014008597A1; BR112015000196A8; US9765840B2

Abstract

ROLAMENTO DE AMORTECIMENTO. A presente invenção refere-se a um rolamento de amortecimento (20) incluindo uma parte esférica interna (34) presa em uma extremidade de um eixo de suporte (32), e uma parte em anel externa (30) presa a um alojamento (22) para rotação do alojamento em relação ao eixo de suporte sobre um ponto central. Uma câmara (28) para um fluido de amortecimento, como graxa, é definida pelo espaço entre a extremidade do eixo e o alojamento. A câmara de fluido tem superfícies de delimitação opostas (29, 37) que são não esféricas sobre o eixo de rotação de modo que a câmara altere o formato após a rotação do rolamento, deslocando, assim, o fluido de amortecimento através da câmara. A câmara pode ser um vácuo cilíndrico liso perpendicular a uma linha central (33) do eixo. Isso pode fornecer somente espaço suficiente para menos de ± 10 graus da rotação relativa entre o alojamento e o eixo. Um parafuso de fixação (26) pode pressurizar o fluido na câmara.

Description

[001] Esse pedido reivindica benefício da data de depósito de 09 de Julho de 2012 do pedido de patente provisória Americana número 61/669.304.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A invenção se relaciona a rolamentos que amortecem mo vimentos entre um eixo e um alojamento, e particularmente a rolamentos que amortecem oscilações de um objeto suportado em pernas ou colunas.

ANTECEDENTE DA INVENÇÃO

[003] Uma expressão da habilidade de uma estrutura para dissi par energia cinética quando sujeita a um movimento harmônico é denominada "amortecimento". A maioria das estruturas tem uma habilidade inerente para amortecer. É uma prática de engenharia associar um nível de amortecimento com uma forma, material, método de construção, ou nível de estresse específicos de uma estrutura. Se uma estrutura pode ser mostrada para dissipar mais energia cinética do que normalmente seria atribuída a esse tipo de estrutura, então pode haver uma redução no carregamento para certos tipos de forças. Isso, por sua vez, permite uma redução na exigência de força da estrutura, e, assim, uma economia de custos.

[004] Um reator de linha de energia elétrica é um component elétrico incluindo um ou mais elementos indutores ligados entre uma fonte de energia e uma carga elétrica. O reator se opõe às mudanças rápidas de corrente, assim, ele atenua e limita picos de corrente. Os reatores geram acelerações laterais que devem ser acomodadas por suas estruturas de suporte. Eles precisam de separação do solo por isolantes elétricos e distância, resultando em pernas de suporte alongadas com alguma flexibilidade lateral. Assim, eles estão sujeitos a oscilações. Dispositivos de amortecimento de corrente para tais estruturas de suporte são caros e grandes, exigindo extra propriedade abaixo do reator.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] A invenção está explicada na seguinte descrição em vista dos desenhos que mostram:

[006] A Figura 1 é uma vista em corte lateral de um conjunto de rolamentos de amortecimento de acordo com aspectos de uma modalidade da invenção.

[007] A Figura 2 é uma vista explodida do conjunto da Figura 1.

[008] A Figura 3 ilustra uma pluralidade de conjuntos de rolamen tos de amortecimento suportando uma estrutura, como uma bobina de reator de núcleo de ar.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[009] A Figura 1 é uma vista em corte lateral de um conjunto de rolamentos de amortecimento 20 de acordo com aspectos de uma modalidade da invenção. Um alojamento de rolamento 22 pode ter uma perfuração rosqueada 24 levando a uma câmara de fluido de amortecimento 28 definida por um espaço entre uma extremidade de um eixo de suporte 32 e o alojamento 22. Um parafuso de fixação de vedação de fluido 26 na perfuração pode fornecer acesso à câmara 28, e pode ainda fornecer um ajuste de pressão de fluido para um fluido de amortecimento na mesma. Aqui, "fluido de amortecimento" inclui fluidos viscosos, semifluidos, gel, e especialmente graxas. O fluido utilizado em testes da invenção descritos aqui é uma graxa de máqui- na/automotiva de complexo de alumínio chamada Permalube™ Red, que tem um número de consistência 2 da National Lubricating Grease Institute (NLGI). A consistência do fluido de amortecimento pode ser selecionada em combinação com o desenho do formato e do tamanho da câmara de fluido de amortecimento 28 para causar o efeito de amortecimento desejado. A câmara de fluido de amortecimento 28 é um espaço vazio definido entre superfícies internas do alojamento e elementos na extremidade do eixo.

[0010] Um rolamento esférico sobre a extremidade do eixo 32 tem uma parte esférica interna 34 rodeada por uma parte em colarinho externa de união 30, as duas partes tendo um centro de rotação comum 35 uma em relação à outra. A superfície interna da parte em colarinho externa 30 pode rigorosamente se encaixar ao redor e contra uma parte circular da parte esférica interna 34. As partes interna e externa do rolamento podem ser formadas como anéis respectivos com as respectivas superfícies esféricas de união internas e externas com um centro geométrico comum 35. A parte esférica interna 34 do rolamento de amortecimento pode ser montada sobre uma parte diametricamente reduzida do eixo 32, e retida ali por uma tampa do eixo 36. As partes esféricas 34 e em anel 30 do rolamento pode ser feita de um material duro, como um aço cromado, por exemplo, para suportar o peso e tolerar oscilações de uma estrutura suportada. A pressão do fluido de amortecimento pode contribuir para suportar o peso da estrutura suportada, reduzindo, assim, um pouco a carga sobre as superfícies do rolamento. O parafuso de fixação 26 pode ser torcido para ajustar a pressão de fluido para essa finalidade e/ou para modificar suas propriedades de amortecimento. Um segundo parafuso de fixação de bloqueio (não mostrado) pode ser fornecido. A parte em colarinho externa do rolamento 30 pode ser retida no alojamento 22 por uma placa retentora de rolamento 38. Uma vedação contra poeira flexível 40 pode ser retida no eixo por uma placa de retenção de vedação de poeira 42. Uma placa de montagem inferior 44 pode ser presa ao eixo 32, e uma placa de montagem superior 46 pode ser presa ao alojamento 22 para montar o conjunto de rolamentos de amortecimento 20 em uma estrutura de suporte.

[0011] A câmara de fluido de amortecimento 28 altera o format após a rotação relativa entre o alojamento e o eixo, fazendo com que o fluido de amortecimento se desloque na câmara. Essa característica é fornecida pelo menos pela primeira e pela segunda camada de delimitação oposta 29, 37 da câmara que não são superfícies esféricas centradas no centro de rotação do rolamento 35. A primeira superfície de delimitação 29 pode ser uma superfície interna plana no alojamento e a segunda superfície de delimitação 37 pode ser uma superfície externa sobre a extremidade do eixo paralela à primeira superfície de delimitação. Essas superfícies 29, 37 podem estar perpendiculares à linha central do eixo 33, e podem definir uma parte cilíndrica plana da câmara de fluido de amortecimento, onde “plana” significa tendo uma altura de menos de 1/4 do diâmetro do espaço vazio cilíndrico. A câmara pode, por exemplo, ter um formato volumétrico de rotação sobre a linha central do eixo 33. Em tal geometria, o amortecimento é máximo para rotações de rolamento sobre eixos perpendiculares à linha central do eixo 33, e é mínimo para rotações sobre a linha central do eixo. A câmara pode ter um formato de copo sobre e ao redor da extremidade do eixo, cuja extremidade pode ser definida pela tampa do eixo 36.

[0012] O espaço entre as superfícies de delimitação opostas 29,37 pode ser pelo menos suficiente para acomodar uma variação de rotação de rolamento predeterminada com uma margem de segurança. Por exemplo, uma variação de rotação de ± 4 graus pode ser acomodada pelo espaço entre a superfície oposta 29, 37, e entre outras partes, que permite rotação de pelo menos ± 4 graus sem interferência, ou pode permitir ± 5 ou 6 graus ou mais para segurança. Minimizar os espaços entre as superfícies opostas 29, 37 pode aumentar o amortecimento, dependendo do tipo de fluido de amortecimento, então o espaço fornecido pela câmara de amortecimento 28 pode ser limitado, por exemplo, a menos de ± 10 graus de rotação relativa.

[0013] O espaço entre superfícies opostas 29, 37 delimitando a câmara de fluido de amortecimento pode ser desenhado baseado no diâmetro da câmara, na viscosidade do fluido de amortecimento, no número de rolamentos de amortecimento, no peso da estrutura suportada, e as frequências de ressonância da estrutura sendo amortecida para maximizar a eficácia do amortecimento em geral e/ou para maximizar o amortecimento em uma frequência específica.

[0014] A Figura 2 é uma vista explodida do conjunto da Figura 1. A esfera 34 e o anel 30 de rolamento podem ser comprados como uma unidade pré-montada, como mostrado.

[0015] A Figura 3 ilustra um pedido da presente invenção para su portar uma estrutura 50 sobre múltiplas pernas ou colunas 52. A estrutura suportada pode ser qualquer coisa que se beneficie do amortecimento, especialmente alguma coisa com acelerações laterais autoin- duzidas, como motores de combustão e bobinas elétricas, capacitores e motores. Qualquer estrutura que experimente oscilações harmônicas sob as acelerações autoinduzidas ou externas pode ser beneficiada, como torres de água e turbinas eólicas. Testes foram realizados, nos quais a estrutura suportada 50 era uma bobina de reator de núcleo de ar para energia elétrica, e as colunas 52 foram fornecidas com isolan- tes de porcelana por requisitos de isolamento. Os testes mostraram uma duplicação da razão de amortecimento utilizando os presentes rolamentos de amortecimento comparados para controlar testes sem rolamentos de amortecimento. Os testes foram realizados como se segue:

[0016] 1. Instalar uma bobina de reator 50 sobre uma estrutura de suporte 20, 52, como na Figura 3.

[0017] 2. Utilizar um pistão hidráulico preso a uma estrutura de construção adjacente para puxar a bobina lateralmente com uma força de 2041 kg (4500 lbs).

[0018] 3. Liberar o sistema e capturar as oscilações hidráulicas com um sensor a laser.

[0019] 4. Traçar as oscilações capturadas com MathCAD/Excel para obter as magnitudes dos picos de oscilação sucessivos.

[0020] 5. O método de cálculo de amortecimento é Diminuição Lo garítmica.

[0021] 6. Repetir o teste cinco vezes.

[0022] Linearidade e Precisão: A linearidade é 0,1% da Escala Completa (Escala Completa = 250mm). A precisão do sensor é 3 casas decimais. A temperatura ambiente durante o teste é 24 graus Celsius.RESULTADOS SEM ROLAMENTOS DE AMORTECIMENTO

RESULTADOS COM ROLAMENTOS DE AMORTECIMENTO

[0023] O presente rolamento de amortecimento não requer um orifício para fricção de fluído como em amortecedores hidráulicos automotivos. Assim, somente uma câmara de fluído é necessária. Nenhuma divisória, válvula, mola ou pistão é necessário. A falta de um orifício de fricção de fluído reduz a possibilidade de cavitação no fluído de amortecimento. O fluido de amortecimento pode ser mais viscoso que os óleos hidráulicos líquidos utilizados em amortecedores automotivos. Isso re- duz vazamento. Os inventores descobriram que o Permalube™ Red utilizado na presente invenção não vaza através ou ao redor da esfera e do colar de rolamento, mesmo quando a pressão de fluido é aumentada pelo parafuso de fixação 26. A esfera 34 e o anel 30 de rolamento não precisam ser feitos sob medida para a invenção, se um rolamento em anel/esférico pré-montado estiver disponível pronto para uso em um tamanho e formato desejado. O presente rolamento de amortecimento amortece movimentos giratórios, que amortecedores do tipo pistão não amortecem. O tamanho relativamente pequeno da câmara 28 permite uma alta variação de ajuste de pressão por um parafuso de fixação simples 26, que pode, assim, se ajustar facilmente para diferentes pesos das estruturas suportadas, reduzindo o desgaste sobre os rolamentos em anel/esféricos. O presente rolamento de amortecimento é pe-queno e compacto se comparado aos dispositivos de amortecimento da técnica anterior, como amortecedores de pistão hidráulico.

[0024] Enquanto várias modalidades da presente invenção foram mostradas e descritas aqui, será óbvio que tais modalidades são fornecidas apenas como exemplo. Numerosas variações, alterações e substituições podem ser feitas sem partir dessa invenção. Em conformidade, pretende-se que a invenção seja limitada apenas pelo âmbito e o espírito das reivindicações anexas.

Claims

1. Rolamento de amortecimento (20) caracterizado pelo fato de compreender: um eixo (32); uma parte esférica (34) sobre uma extremidade do eixo (32); uma parte em colarinho (30) circundando a parte esférica (34) e retida na mesma para girar em relação à parte esférica (34) sobre um ponto central de rolamento; em que a parte em colarinho (30) ajusta em torno e contra uma parte anular da parte esférica (34), e em que a parte esférica (34) e a parte do colarinho (30) são formadas como anéis respectivos com as respectivas superfícies esféricas externas e internas que se sobrepõem substancialmente e têm um centro geométrico comum; um alojamento (22) preso à parte em colarinho (30); uma câmara de fluido de amortecimento (28) definida por um espaço vazio entre a extremidade do eixo (32) e do alojamento (22), em que a câmara de fluido (28) muda de formato após a rotação do alojamento (22) em relação ao eixo (32), na qual a extremidade do eixo (32) compreende uma tampa de eixo (36) que retém a parte esférica (34) em uma parte diametralmente reduzida do eixo (32); uma perfuração de acesso rosqueada (24) entre a câmara do fluido de amortecimento (28) e uma superfície externa do alojamento (22); um parafuso de fixação (26) rosqueado na perfuração de acesso rosqueada (24) que sela um fluido de amortecimento na câmara do fluido de amortecimento (28) para proporcionar um ajuste da pressão do fluido de amortecimento na câmara de fluido de amortecimento (28); uma placa de montagem inferior (44) acoplada ao eixo, a placa de montagem inferior (44) configurada para a montagem de um isolante; e uma placa de montagem superior (46) acoplada ao alojamento (22), a placa de montagem superior (46) configurada para montar uma bobina (50) de um reator de núcleo de ar, onde o parafuso de fixação (26) é configurado para ser coberto sob a placa de montagem superior (46) e o ajuste da pressão do fluido fornecido pelo parafuso de fixação (26) corresponde a diferentes pesos de uma estrutura apoiada.

2. Rolamento de amortecimento (20), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido de amortecimento (28) compreende uma primeira superfície de delimitação (29) sobre o alojamento (22) e uma segunda superfície de delimitação (37) oposta sobre a extremidade do eixo (32), em que a primeira (29) e a segunda (37) superfícies compreendem superfícies planas que estão paralelas em uma posição de rotação do alojamento (22) em relação ao eixo (32).

3. Rolamento de amortecimento (20), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido de amortecimento (28) compreende um espaço vazio em formato de copo sobre e ao redor da tampa de eixo (36).

4. Rolamento de amortecimento (20), de acordo com a rei-vindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido de amortecimento (28) fornece somente espaço suficiente para menos de ± 10 graus de rotação relativa entre o eixo (32) e o alojamento (22) ao redor do ponto central de rolamento.