PT91124B

PT91124B - Chumaceira hidrodinamica extrudivel com medidas de dureza multiplas e processo de fabrico da mesma

Info

Publication number: PT91124B
Application number: PT91124A
Authority: PT
Original assignee: Ide Russell D
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1989-07-11
Publication date: 1995-07-03
Also published as: NO172146B; NO892763D0; BR8904031A; FI893325A; FI893325A0; AU613185B2; KR900006701A; DK335189A; PT91124A; CN1018281B; NO892763L; EP0365761B1; NO172146C; CN1042222A; MX171257B; DK335189D0; ATE95285T1; JPH02129407A; EP0365761A1; JPH0810009B2

Description

PATENTE Nq91 124

Chumaceira hidrodinâmica extrudivel com medidas de dureza múltiplas e processo de fabrico da mesma para que

RUSSELL D. IDE, pretende obter privilégio de invenção em Portugal

RESUMO presente invento refere-se a uma chumaceira hidrodinâmica com medidas de dureza múltiplas que inclui uma estrutura de suporte de almofadas de chumaceira e uma pluralidade de almofadas de chumaceira intimamente unidas à estrutura de suporte de almofadas de chumaceira. A chumaceira pode também incluir elementos de controlo de deflexão intimamente unidos às almofadas de chumaceira e/ou à estrutura de suporte de almofada de chumaceira. Os suportes de almofada de chumaceira são móveis com seis graus de liberdade. A chumaceira é inteiramente construída em materiais fluídícos não newtonianos e tem uma secção transversal constante, de modo que pode ser facilmente extrudlda. A chumaceira inclui porções tendo durezas diferentes.

presente invento, refere-se também ao processo de fabrico da chumaceira, o qual incluí os passos de extrudir um primeiro material, extrudir, pelo menos, um segundo material no primeiro material antes de curar o primeiro material, formando uma extrusão tubular, curar a extrusão, tubular cortar a extrusão tubular em segmentos de chumaceira e dimensionar os segmentos de chumaceira por maqulnagem dos segmentos de chumaceira para os diâmetros interior e exterior desejados.

Fig I

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-2Memórla descritiva

Antecedentes do invento presente invento refere-se a chumaceiras hidrodinâmicas. Em tais chumaceiras, um objecto rodando tal como um veio é suportado por uma chumaceira estacionária por intermédio de um fluido pressurizado tal como óleo, ar ou água. As chumaceiras hidrodinâmicas são frequentemente, mas não exclusivamente, empregues nas chamadas aplicações de processo lubrificado em que a chumaceira é lubrificada por um fluido disponível em vez de um lubrificante tipico tal como óleo. As aplicações especificas incluem chumaceiras de veios em linha de bomba que podem ser lubrificadas pelo fluido a ser bombeado ou chumaceiras de veios maritimos as quais são lubrificadas pela água.

As chumaceiras hidrodinâmicas colhem vantagem do facto de quando o objecto rodando se move, o mesmo não desliza ao longo do topo do fluido. Em vez disso, o fluido em contacto com o objecto rodando adere firmemente ao objecto rodando, e o movimento é acompanhado por escorregamento ou corte entre as partículas de fluido através de toda a altura da pelicula fluida. Assim, se o objecto rodando e a camada de contacto de fluido se moverem a uma velocidade que é conhecida, a velocidade nas alturas intermédias da espessura de fluido diminui com uma relação conhecida até o fluido em contacto com a almofada de chumaceira estacionária aderir a almofada de chumaceira e não ter movimento. Quando, em virtude da carga resultante do seu suporte do objecto rodando, a almofada de chumaceira é deflectida com um ângulo pequeno em relação ao membro rodando, o fluido será descarregado dentro da abertura conformada em cunha, e uma pressão suficiente será gerada na pelicula fluida para suportar a carga. Este facto é utilizado em chumaceiras de impulso de turbinas hidráulicas e de veios propulsores de navios, assim como em chumaceiras de casquilho convencionais com lubrificação de fluido. Apesar do óleo ser tipicamente o fluido escolhido para cargas elevadas,

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-3cargas ligeiras podem ser suportadas por outros fluidos tais como ar ou água.

As chumaceiras do presente invento podem ser usadas como um substituto para as chamadas chumaceiras de borracha de modelo sem cortes ou tipo desgaste empregues normalmente em aplicações marítimas ou outras. Apesar.destas chumaceiras sem cortes ou tipo desgaste incluírem uma cunha de água para conseguirem um efeito hidrodinâmico, elas apresentam um certo número de limitações estruturais e inevitavelmente apresentam desgaste. Como explicado abaixo, o inventor verificou que as limitações destas chumaceiras são principalmente atribuíveis à sua estrutura que consiste de uma secção transversal relativamente grande de borracha mole com medida de dureza única montada num tubo metálico cilíndrico. Devido à moleza da borracha e à secção transversal axial relativamente grande da borracha mole, esta chumaceira tem rigidez radial insuficiente para conseguir actuação óptima.

presente invento refere-se também a uma chumaceira hidrodinâmica tendo almofadas de chumaceira montadas em feixes. Um bom exemplo de uma almofada de chumaceira montada em feixe está descrita na patente U.S. 3 107 955 de Trumpler. Em tais chumaceiras, a almofada de chumaceira hidrodinâmica está montada em membros de suporte tipo feixe de modo que a almofada pode deflectir para formar uma cunha hidrodinâmica.

Apesar das chumaceiras hidrodinâmicas e almofadas de chumaceira montadas em feixe serem conhecidas há algum tempo, foi apenas recentemente, com a ajuda da analise de elementos finitos auxiliada por computador, que o presente inventor verificou o enorme significado das deflexões relativamente pequenas que ocorrem quando chumaceiras hidrodinâmicas são carregadas. A parte de um número limitado de excepções tal como a patente U.S. no 3 107 955 de Trumpler estas deflexões, que são difíceis de medir fisicamente, foram anteriormente olhadas como insignificantes e/ ou ignoradas pelos projectistas de chumaceiras. No entanto, o presente inventor verificou que através da modelação da actuação

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-4das chumaceiras hidrodinâmicas em computadores as deflexões podem ser determinadas e chumaceiras com características de actuação enormemente melhoradas podem ser projectadas. Estas chumaceiras podem ser genericamente caracterizadas como incluindo pelo menos uma almofada de chumaceira montada em feixe. Exemplos de tais chumaceiras aperfeiçoadas estão descritos nas anteriores patentes US nos. 4 496 251i 4 526 482 e 4 676 668 do inventor.

A patente US no 4 496 251 descreve, entre outras coisas, uma chumaceira que inclui uma almofada que deflecte com ligamentos tipo banda de modo que a película lubrificante conformada em cunha e formada entre as partes com movimento relativo. A patente US no 4 515 586 descreve, entre outras coisas, chumaceiras hidrodinâmicas de casquilho e impulso que compreendem um certo numero de almofadas de chumaceiras, tendo cada almofada um membro de face e um membro de suporte que estão separados e ligados conjuntamente por um material elastomérico.

A patente US no 4 676 668 descreve, entre outras coisas, uma chumaceira na qual as almofadas de chumaceira podem ser espaçadas do membro de suporte por, pelo menos, uma perna que proporciona flexibilidade em trés direçções.Para proporcionar flexibilidade no plano do movimento , as pernas são inclinadas para dentro para conformarem uma forma cónica com um ponto de intercepção em frente da superfície de almofada. Cada perna tem um módulo de secção que é relativamente pequeno na direcção do movimento desejado para permitir compensação de desalinhamento.

Finalmente, a patente US no 4 526 482 descreve entre outras coisas, uma chumaceira hidrodinâmica que se destina prínclpalmente a aplicações de processo lubrificado, isto é, a chumaceira é projectada para trabalhar no fluído. A chumaceira hidrodinâmica é conformada com uma secção central de superfície de suporte de carga que ó mais complacente do que o remanescente da chumaceira de modo que deflectlrá em carga e formará uma bolsa de pressão de fluido para suportar cargas elevadas.

As chumaceiras descritas na patente acima mencionada são tipicamente pelo menos, parçialmente metálicas e têm conformações

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-5que nâo podem ser facilmente extrudidas mas verificou-se que são muito adequadas para certas aplicações no entanto, estas chumaceiras podem, tipicamente, ser produzidas a custos de longe a baixo das chumaceiras com capacidades de actuação similares. Isto é devido às chumaceiras do presente invento serem tipicamente menos complexas do que as chumaceiras concorrentes e mais pequenas do que as chumaceiras concorrentes. Além disso, estas chumaceiras apresentam características de desgaste notavelmente aperfeiçoadas. Esta actuação aperfeiçoada é principalmente atribuível à apreciação do projectista das forças a que as chumaceiras serão sujeitas e ao projecto de chumaceira resultante que acomoda as forças.

Apesar das muitas vantagens e economias associadas a estas chumaceiras, é desejável descobrir um modo de reduzir adicionalmente o custo de produção de tais chumaceiras. Isto é particularmente verdadeiro nos contextos em que a elevada actuação das chumaceiras descritas nas patentes anteriores da requerente não é requerida.

presente invento refere-se também ao uso de fluidos não newtonianos tais como plástico borracha e semelhantes em chumaceiras hidrodinâmicas. Os fluidos não newtonianos são caracterizados como fluidos reais. Todos os fluidos reais apresentam fricção interna de modo que a relação da deformação e proporcional à tensão de corte aplicada. Se a relação de deformação é directamente proporcional o mesmo denomina-se um fluido newtoniano senão, o fluido denomina-se um fluido não newtoniano. Assim, os fluidos não newtonianos podem ser genericamente caracterizados como fluidos cuja viscosidade muda com a velocidade do fluxo. A utilização de materiais fluidicos não newtonianos oferece vantagens únicas e apresente obstáculos significativos em virtude das características únicas dos fluidos não newtonianos.

Por exemplo quando um fluido não newtoniano tal como o plástico ou a borracha é restringido, ele torna-se incompressivel. No entanto, quando o mesmo material não é

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-6restringldo flui de uma maneira previsível em resposta a uma carga aplicada. Além disso, os materiais fluidlcos não newtonianos tais como borracha plástico ou semelhantes são tipicamente menos caros do que os materiais metálicos empregues genericamente na construção de chumaceiras. 0 fabrico de partes de material fluidlco não newtoniano é tipicamente mais fácil do que o fabrico de partes metálicas comparáveis.

Apesar das multas vantagens que se esperam que resultem da utilização de materiais fluidlcos não newtonianos em chumaceiras hidrodinâmicas, tais materiais têm apenas sido utilizados numa escala limitada.

Sumário do invento presente invento é uma chumaceira hidrodinâmica adequada para utilização em aplicações de processo lubrificado bem como outras aplicações e um processo de fabrico de chumaceira. A chumaceira tem uma secção transversal constante de modo que a mesma pode ser extrudlda facilmente , isto é, a mesma tem uma forma extrudivel. A chumaceira inclui uma pluralidade de almofadas de chumaceira montadas em feixes. Adicionalmente a chumaceira é extrudlda como um compósito de 2 ou mais materiais não newtonianos, de preferência elastomérícos ou poliméricos tais como plástico borracha ou semelhantes tendo rigidez variada, por outras palavras um plástico compósito com medidas de dureza múltiplas de modo a conseguir os benefícios da rigidez variada.

Mais específicamente, a chumaceira do presente invento é uma chumaceira hidrodinâmica com medidas de dureza múltiplas extrudivel. A chumaceira é inteíramente construída com materiais fluidlcos não newtonianos e tem uma secção transversal axial extrudivel.A chumaceira inclui uma porção de suporte de almofada de chumaceira esquelética genericamente clrcunferenclal tendo uma dureza predeterminada. A porção esquelética tem superfícies circunferenciais interior e exterior. Uma pluralidade de ranhuras axiais são formadas na superfície interior e uma pluralidade de ranhuras exteriores axiais são formadas na superfície exterior. As ranhuras interiores axiais e as ranhuras exteriores axiais

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—7— lubríficação e disposição e estão espaçadas em relação umas às outras para definirem uma pluralidade de superfícies de suporte de almofada de chumaceira suportadas em feixes, λ chumaceira inclui também uma pluralidade de almofadas de chumaceira tendo uma dureza predeterminada, a qual é menor do que a dureza predeterminada da porção esquelética. Cada uma das almofadas de chumaceira funde-se a uma superfície de suporte de almofada de chumaceira correspondente. A chumaceira pode também incluir membros de controlo de deflexão fundidos nas ranhuras interiores e ou nas ranhuras exteriores. Os membros de controlo de deflexão são de preferência mais macios do que a porção de suporte de almofada de chumaceira esquelética.

inventor verificou que em muitas aplicações específicas tais como em aplicações de alta velocidade, é necessário examinar e quantificar a flexibilidade dinâmica de toda a disposição consistindo do veio ou rotor, da película hidrodinâmica de da chumaceira. Na análise de computador desta utilizando um modelo de elemento finito, determinou-se que é necessário tratar toda a chumaceira como um membro completamente flexível que muda de forma conforme as cargas de funcionamento. Adicionando mais ou menos flexibilidade através de maquínagem da estrutura básica, podem ser conseguidas caracteristicas de chumaceira que proporcionam funcionamentos estável de baixa fricção numa larga gama de funcionamentos. Um certo número de variáveis pode ser verificado como afectando substancialmente as caracteristicas de actuação das chumaceiras entre elas as variáveis mais importantes são a forma, tamanho, localização e caracteristicas do material (por exemplo, o modo de elasticidade, etc.) da almofada e membros de suporte da chumaceira hidrodinâmica. A forma dos membros de suporte verifícou-se ser particularmente importante.

presente invento refere-se também a uma chumaceira hidrodinâmica tendo uma pluralidade de almofadas de chumaceira formadas por um material fluidico não newtonlano relativamente mole. As almofadas de chumaceira têm faces conformadas em arco ou côncavas e são constrangidas de modo a deflectlrem sob a carga

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-8normalmente aplicada por um veio suportado, de uma maneira que proporciona um intervalo conformado em cunha entre o veio e a face conformada em arco da almofada de chumaceira.

Em virtude da variação da rigidez, a chumaceira apresenta caracteristicas aperfeiçoadas de actuação. Em particular, a utilização de materiais fluidlcos não newtonlanos rigidos assim como flexíveis macios para permitirem à chumaceira reter a rigidez suficiente para assegurar a formação adequada de uma cunha hidrodinâmica. Assim, o presente invento obvia os problemas experimentados com as chumaceiras sem cortes ou tipo desgaste.

Além disso, em virtude da sua construção em materiais fluidlcos não newtonlanos relativamente baratos de preferência materiais elastoméricos ou poliméricos tais como plástico, borracha ou semelhantes e a sua capacidade para ser extrudida, a chumaceira pode ser produzida com custos signlficativamente mais baixos do que outras chumaceiras não extrudiveís. De facto, as indicações preliminares sugerem que a chumaceira pode ser produzida em quantidade por menos de 1% do custo das chumaceiras de modelo marítimo da concorrência.

presente invento tira também vantagem das caracteristicas físicas associadas ao fluídos não newtonlanos. Por exemplo, como notado acima de certos limites os fluidos não newtonlanos tais como polímeros e elastómeros tornam-se lncompressiveis quando restringidos. 0 presente invento proporciona uma chumaceira hidrodinâmica construída inteiramente com fluidos não newtonlanos tendo uma pluralidade de secções tendo as secções medidas de dureza significativamente diferentes (dureza ou rigidez).As secções são formadas de modo que uma primeira secção de maior dureza restringe uma segunda secção mais mole de modo que a segunda secção é rigída isto é, substancialmente incompressivel numa direcção radial mas flexivel na direcção de corte. Proporcionando as secções mais moles e as secções de maior dureza de modo a definir uma pluralidade de almofadas de chumaceiras montadas em feixe relativamente moles e côncavas montadas em faces de suporte de almofada de chumaceira montada em feixe

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-9relatIvamente rígidas, a chumaceira torna-se conformada de modo a deflectlr de uma maneira conhecida para proporcionar uma cunha hidrodinâmica para suportar ura veio rodando.

A chumaceira do presente invento é adequada para utilização em multas aplicações. No entanto a chumaceira é partlcularmente bem adequada para utilização em aplicações de processo lubrificado tais como aplicações de perfuração de poços de petróleo aplicações de bombas submersíveis ou turbinas e aplicações de veios de accionamento maritimos.

A chumaceira é extrudida utilizando técnicas de extrusão conhecidas como medidas de dureza múltiplas que são normalmente empregues na extrusão de componentes plásticos com medidas de dureza múltiplas tais como juntas de janelas e portas, parà-choques de absorção de choque e dobradiças flexiveis, mas tanto quanto ó do conhecimento da requerente não foram ainda utilizados no fabrico de chumaceiras.

Quando utilizada para extrudir peças com medidas de dureza múltiplas tais como as chumaceiras do presente invento, a técnica envolveria tipicamente um processo no qual as secções como medidas de dureza múltiplas são extrudidas sucessivamente dentro umas das outras num estado parcialmente curado ou não curado de modo que não é necessário adesivo para formar a extrusão compósita.Isto é assim, porque no estado parcialmente curado ou não curado os materiais extrudidos são Inerentemente pegajosos ou adesivos. Após toda a secção tubular ser extrudida, toda a extrusão é curada para produzir um membro tubular compósito tendo secções múltiplas de rigidez variável (Isto é, medidas de dureza). No caso das chumaceiras do presente invento, a extrusão relativamente longa, tendo a necessária secção transversal axial e as secções apropriadas com medidas de dureza múltipla é extrudida e depois cortada para formar chumaceiras individuais. As chumaceiras individuais são dimensionadas por maquinagem para, entre outras coisas, se definir com precisão o diâmetro interior requerido e o diâmetro exterior.

Descrição breve dos desenhos

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-10A figura 1 é uma secção transversal axial de uma chumaceira de acordo com o presente Invento.

A figura 2 é uma vista em perspectiva de uma extrusão tubular de acordo com o presente invento .

A figura 3 é uma secção transversal axial parcial ampliada de uma chumaceira de acordo com o presente Invento.

A figura 4 é uma secção transversal parcial representando uma chumaceira de acordo com o presente invento deflectlndo sob a carga de um veio rodando.

A figura 5 é um diagrama dos passos gerais utilizados no fabrico de uma chumaceira de acordo com o processo do presente invento.

Descrição detalhada dos desenhos

A figura 1 é uma secção transversal de uma chumaceira extrudível típica, de acordo com o presente invento.No exemplo representado, a chumaceira é considerada extrudível porque a mesma tem uma secção transversal axial constante como se vê na figura 1.

Como representado na figura 1, a chumaceira foi maquinada para o diâmetro exterior O.D. e para o diâmetro interior I.D. precisos requeridos.

As linhas a tracejado da figura 1 representam o diâmetro interior e exterior após a extrusão antes da maqulnagem . Numa utilização normal, a chumaceira é colocada num alojamento o qual contacta intimamente o diâmetro exterior da chumaceira e a chumaceira suporta um veio localizado dentro do diâmetro interior da chumaceira. Consequentemente o diâmetro exterior da chumaceira é uma função do diâmetro interior do alojamento dentro do qual a chumaceira ó para ser localizada e o diâmetro interior *e uma função do tamanho do veio a ser suportado.Evidentemente, como com qualquer chumaceira hidrodinâmica o diâmetro interior da chumaceira tem um maior valor predeterminado do que o diâmetro exterior do velo que é para ser suportado pela chumaceira de modo a permitir uma película de fluído que suporta o veio.

Como mostrado na figura 1, a chumaceira do presente invento //

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-11é construída lnteiramente em materiais fluidicos não newtoníanos, de preferência, materiais poliméricos ou elastoméricos tais como uma borracha, um plástico ou semelhantes. A chumaceira consiste num compósito de secções de materiais fluidicos não newtoníanos tendo diferentes durezas. Especificamente a chumaceira inclui uma porção unitária de suporte de almofada esquelética tipo feixe 10 construída num material relativamente rigldo ou duro, por exemplo borracha dura com medida de dureza ShoreD A porção de suporte de almofada esquelética 10 tem genericamente forma clrcunferenclal e Inclui uma pluralidade de ranhuras axiais interiores prolongando-se radialmente para fora clrcunferencialmente espaçadas 12 formadas na superfície clrcunferencialmente interior da chumaceira e ranhuras axiais exteriores prolongando-se radlalmente para dentro espaçadas clrcunferencialmente 14 formadas na superfície clrcunferenclal exterior da chumaceira. Devido a estas ranhuras a porção de suporte de almofada esquelética 10 da chumaceira representada tem uma aparência clrcunferenclal descontínua algo denteada.

A forma particular da chumaceira representada na figura 1 não é de qualquer maneira essencial para presente invento e de facto é desejável apenas para aplicações especificas. A secção transversal especifica da chumaceira de acordo com o presente invento para qualquer aplicação particular depende das deflexões requeridas para se conseguirem resultados óptimos. Assim, em certos casos pode ser desejável proporcionar uma chumaceira que não incluí ranhuras axiais exteriores tais como as mostradas em 14 na figura 1. Além disso as ranhuras podiam ter várias secções transversais,por exemplo mais ou menos cónicas, para se conseguir as funções mais desejáveis sob carga.

Quando a chumaceira do presente invento ê proporcionada com ranhuras axiais tanto interiores como exteriores e quando as ranhuras interiores estão localizadas entre ranhuras exteriores adjacentes como representado na figura 1, a estrutura de suporte de almofada esquelética funciona como um entrecruzamento de feixes essencialmente círcunferenciais e radiais adaptados para

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-12deflectirem carga. A figura 3 representa uma porção de entrecruzamento de feixes para uma porção de uma chumaceira similar à mostrada na figura 1. A chumaceira mostrada na figura 1 inclui 8 sectores ou segmentos de suporte de almofada de chumaceira. Os sectores ou segmentos do suporte de almofada são definidos pelas ranhuras axiais interiores espaçadas 12. Cada sector ou suporte de almofada inclui uma fase de almofada de chumaceira arqueada 16 definida pela superfície radialmente mais interior do segmento do suporte de almofada, uma superfície de contacto de alojamento 18 definida por porções radialmente mais exteriores 18 dos segmentos de suporte de almofada e um par de porções de ligação 20 ligando asporções de contacto de alojamento 18 à face de suporte de chumaceira 16. Em virtude desta construção a porção de suporte de almofada esquelética 10 funciona como um entrecruzamento de feixes como representado na figura 3. 0 entrecruzamento de feixes inclui feixes interiores circunferências representados em 26, os feixes exteriores circunferenciais representados em 27 e os feixes radiais representados em 30. Em carga, este entrecruzamento de feixes deflecte de uma maneira que é determinável com base no grau da carga o material utilizado na estrutura esquelética de suporte de almofada 10 e o tamanho e espaçamento das ranhuras axiais interiores e exteriores.

Neste ponto dever-se-á notar que apesar do material fluidico não newtoniano utilizado na porção esquelética de suporte de almofada 10 ser descrito aqui como relativamente rígido ou duro quando comparado aos materiais relativamente flexíveis ou macios utilizados noutras porções da chumaceira descrita abaixo, o material utilizado para formar a porção esquelética de suporte de almofada 10 é significativamente mais flexivel do que os mcluis que tipicamente formam as porções esqueléticas de almofadas de casquilho ou manga. Consequentemente dever-se-á esperar que a porção esquelética da chumaceira do presente invento deflicta em carga num grau de longe maior do que as chumaceiras tendo porções esqueléticas metálicas, um material esquelético tipico no

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-13presente invento deve ter uma dureza na escala ShoreD.

Referindo a figura 1 a chumaceira do presente invento inclui também uma pluralidade de almofadas de chumaceira relativamente macias ou flexíveis 50 correspondendo em número ao número de superfícies de suporte de almofada de chumaceira proporcionadas na porção esquelética 10. De acordo com um aspecto importante do presente invento as almofadas de chumaceira sâo, de preferência fundidas A porção esquelética. As almofadas de chumaceira 50 são côncavas em secção transversal como se mostra na figura 1 e são algo radialmente espessas no meio e afunilam para dentro arqueadamente para as suas extremidades circunferenciais. A razão para esta porção média grossa e de extremidade fina é para facilitar a deflexão da almofada de chumaceira em carga. As almofadas de chumaceira 50 são formadas de material fluidico não newtoniano relativamente mole ou flexível, de preferência, um polimero ou elastómero tal como borracha, plástico ou semelhante. Por exemplo, as almofadas de chumaceira 50 podem ser construídas com borracha com medida de dureza Shore A. 0 material utilizado para formar a almofada de chumaceira é de preferência, substancialmente mais macio ou mais flexível do que o material utilizado para formar a porção esquelética 10. 0 material mais macio proporciona melhor actuação e reduz o desgaste do veio em condições de funcionamento com lubrificante de baixa viscosidade ou abrasivo.

Uma vez que tanto a porção esquelética 10 como as almofadas de chumaceira 50 são construídas com fluidos não newtonianos elas tem tendência para fluirem de uma maneira determinável em carga. Numa situação de utilização tipica, a chumaceira é submetida tanto a cargas radiais resultantes do peso do veio como as cargas de corte resultantes da rotação do veio. Uma vez que a chumaceira é restringida na direcção radial por um alojamento, em utilização, normal os materiais fluldicos com os quais a chumaceira é construída são incompressiveis na direcção radial. No entanto, isto é verdadeiro apenas no sentido que a chumaceira é restringida pelo alojamento na direcção radial. Por exemplo, se

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-14as ranhuras axiais exteriores 14 não são enchidas, com membros de controlo de deflexão, como descrito abaixo, porções ao longo da circunferência exterior da chumaceira não são restringidas pelo alojamento na direcção radial. Em consequência, alguma deflexão radial da chumaceira pode ocorrer.

Quando a chumaceira é intelramente restringida na direcção radial pelo alojamento, a mesma é quase incompressivel na direcção radial e a carga radial é absorvida pela película fluida entre as almofadas de chumaceira 50 e o velo rodando. Por outro lado, em virtude das ranhuras axiais 12, nem as almofadas de chumaceira, nem a porção esquelética 10 é restringida a partir da deflexão circunferenclal em resposta à carga de corte aplicada pelo velo rodando. Além disso, uma vez que existe um Intervalo entre o velo e a superfície radialmente mais interior das almofadas de chumaceira 50, toda a almofada de chumaceira 50 e o segmento associado da porção esquelética 10, podem dobrar-se para cima em resposta à carga de corte aplicada pelo velo rodando para formar uma cunha hidrodinâmica.Um exemplo de tal deflexão (grandemente exagerada) é representada na figura 4. Evidentemente devido ao material usado na almofada de chumaceira 50 ser muito mais mole e mais flexível do que o material utilizado na porção esquelética 10 as porções de chumaceira 50 deflectem ou fluem num grau muito maior do que a porção esquelética 10. Idealmente, as almofadas de chumaceira 50 e a porção esquelética 10 deflectem de modo a formarem uma cunha através de toda a face circunferenclal das almofadas de chumaceira 50. Quando é criada uma cunha através de toda a face da almofada de chumaceira, são conseguidos os resultados óptimos porque é produzida a maior vantagem hidrodinâmica possível.

Em qualquer aplicação particular, a chumaceira do presente invento pode ser projectada de modo a deflectir uma maneira que permite a formação de uma cunha hidrodinâmica através de toda a face circunferenclal mais Interior das almofadas de chumaceira. Vários factores devem ser tidos em conta para projectar uma chumaceira para deflectir numa tal maneira. Por exemplo, o grau

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-15carga de corte e carga radial aplicada a flexibilidade doa materiais utilizados na almofada de chumaceira e porção esquelética, o tamanho e forma das ranhuras axiais interiores e exteriores e a flexibilidade das almofadas de chumaceira e porção esquelética devem todas ser consideradas.

A flexibilidade da almofada de chumaceira e porção esquelética é por último uma consequência do projecto da chumaceira. Por exemplo, a flexibilidade destes elementos pode obviamente ser variada pela variação do tipo de material utilizado nas almofadas de chumaceira e porções esqueléticas. A flexibilidade é também influenciada pelo tamanho, forma e posicionamento circunferencial das ranhuras axiais interiores e exteriores. De acordo com um aspecto importante do presente invento, a flexibilidade das almofadas de chumaceira e porções esqueléticas pode também ser influenciada proporcionando materiais fluldicos não newtonianos em todas ou em parte das ranhuras axiais quer exteriores quer interiores. Por exemplo, como mostrado na figura 1, cada uma das ranhuras axiais exteriores 14 é enchida substancial e corapletamente pelos membros de controlo de deflexão 80. Apesar de na concretização representada, os membros de controlo de deflexão 80 serem proporcionados nas ranhuras axiais exteriores é possivel também proporcionar membros de controlo de deflexão nas ranhuras axiais interiores. Em qualquer caso, os membros de controlo são, de preferência, fundidos ou à porção esquelética e/ou à almofada de chumaceira.

No exemplo representado, os membros de controlo de deflexão 80 são de um material fluídico não newtoniano relativamente mole ou flexível, de preferência, um elastómero ou polímero tal como borracha, plástico ou semelhante. Por exemplo, a borracha como medida de dureza Shore A mole podia ser utilizada para formar os membros de controlo de deflexão assim como as almofadas de chumaceira. Alternativamente, materiais diferentes podiam ser utilizados dependendo do grau de controlo de deflexão requerido ou desejado. Como mostrado na figura 1, os membros de controlo de

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-16deflexão 80 têm a mesma forma do que as ranhuras axiais exteriores 14. Consequentemente os membros de controlo de deflexão 80 preenchem as ranhuras axiais 14 completamente. No entanto, isto não é necessariamente assim. Especificamente, é possível que os membros de controlo de deflexão possam ser proporcionados de modo a apenas preencherem as ranhuras 14. Isto afectaria evidentemente, o grau de controlo de deflexão proporcionado pelos membros de controlo de deflexão.

Os membros de controlo de deflexão 80 actuam preenchendo as ranhuras num grau predeterminado de modo a limitarem a flexibilidade na direcção de corte da porção esquelética 10. Se= gue-se que o grau de limitação da flexibilidade da porção esquelética depende do grau em que os membros de controlo de deflexão preenchem as ranhuras interiores e exteriores e a flexibilidade do material utilizado nos membros de controlo de deflexão. £ também possível que os membros de controlo de deflexão pudessem ser construídos no mesmo material que as almofadas de chumaceira e serem formados de modo a constituírem com eles uma unidade. Note-se que com uma ranhura preenchida a restrição radial é alta apesar de que na direcção de corte ou clrcunferenclal a flexibilidade é alta. Por outras palavras a estrutura de almofada total é rígida na direcção radial e flexível na direcção de corte para formar uma cunha para lubrificação hidrodinâmica. Como se salientou anteriormente, a chumaceira do presente invento é, de preferência, construída inteíramente de matériaís fluidlcos não newtonianos, de preferência materiais poliméricos ou elastomérícos tais como borracha, plástico e semelhantes. Em virtude da sua construção ser inteíramente de tais materiais fluidlcos, a chumaceira do presente invento apresenta um certo número de características de actuação únicas. Por exemplo, a alta rigidez radial combinada com o movimento para dentro da almofada tem como resultado o posicionamento preciso do veio e a formação de película fluida óptima. A formação de película reduz o desgaste do veio e proporciona alta capacidade de suporte de carga. Adicionalmente

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-17as chumaceiras construídas com materiais fluidicos não newtonlanos tais como elastómeros apresentam resistência excepclonal à abrasão em aplicações de processo lubrificado. Finalmente, alguns materiais fluidicos não newtonlanos tais como elastómeros e polímeros são também resistentes à corrosão de substâncias que corroem materiais não fluidicos tais como metais. A necessidade de rigidez radial e a necessidade de resistência à abrasão tem até agora sido tidas como incompatíveis. No entanto, a utilização de um compósito como medida de dureza múltiplas consistindo inteiramente de materiais fluidicos não newtonlanos torna possível conseguir ambos os resultados benéficos. Finalmente, alguns materiais fluidicos não newtonlanos tais como elastómeros e polímeros são também resistentes à corrosão por substancias que corroem materiais não fluidicos tais como metais.

Os materiais fluidicos não newtonlanos utilizados na chumaceira do presente invento são restringido ao longo das suas periferias exteriores pelo alojamento em que a chumaceira está localizada. Consequentemente, as chumaceiras são constrangidas para deflectlrem ou abaularem ao longo das porções de extremidade axiais que não são restringidas. 0 grau de abaulamento da chumaceira para fora das extremidades axiais restringidas das mesmas é indicativa da rigidez radial da chumaceira. 0 grau de abaulamento e, portanto, a rigidez radial da chumaceira depende do tamanho ou área de material fluidico não newtonlano não restringido e a rigidez do material fluidico não newtonlano ut i1Izado.

Como salientado acima, as chumaceiras de casquilho sem cortes ou tipo de desgaste são tipicamente construídas com um elastómero como medida de dureza única montado num cilindro metálico. Devido ao metal ser lncompressivel secções relativamente grandes do material como medida de dureza macia podem ser proporcionadas. Consequentemente, e porque não existe nada para restringir as secções relativamente grandes do material estas chumaceiras apresentam um grau relatIvamente grande de abaulamento para fora das extremidades axiais das chumaceiras. 0

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-18grande grau de abaulamento significa que a chumaceira tem muito pouca rigidez radial.Evidentemente espera-se que isto dè a grande secção transversal da área não restringida e do material mole usado. Em resposta à carga de um veio estas chumaceiras deformam-se tipicamente de modo a conformarem-se à forma do veio de modo que não é formada uma verdadeira cunha hidrodinâmica. Assim. estas chumaceiras tipo de desgaste funcionam prlncipalmente como mangas de desgaste elastomérlcas para o veio. 0 contacto resultante entre as almofadas de chumaceira e o velo podem gerar uma grande quantidade de calor que pode alterar as características materiais do material de almofada de chumaceira e reduzir assim a expectatlva de vida da chumaceira.

Uma vez que, como mostrado na figura 1, a porção esquelética relativamente rígida 10 é uma porção grande da secção axial transversal das chumaceiras do presente invento, a área da secção transversal não restringida do material com medida de dureza relat1vamente macia nas chumaceiras do presente invento é significativamente reduzida. Em particular, devido à porção esquelética 10 ser construída de um material relatlvamente rígido, o mesmo não é sujeito a uma grande quantidade de tal abaulamento. Consequentemente, apenas os materiais utilizados nas secções 80 e almofadas de chumaceira 50 são sujeitos a abaulamento axial apreciável. Por outras palavras, a área de abaulamento em secção transversal das chumaceiras do presente invento é significativamente reduzida em relação à das chumaceiras de tipo desgaste da arte anterior. Assim a previsão da porção esquelética relativamente rígida proporciona à chumaceira rigidez radial muito maior. Como resultado desta rigidez radial a chumaceira do presente Invento forma uma cunha hidrodinâmica que permite à chumaceira do presente invento suportar uma carga de longe maior e, mais Importante, reduz o desgaste em chumaceiras aumentando assim a expectatlva de vida das chumaceiras. Assim uma outra vantagem significativa do presente invento é a redução do abaulamento das extremidades axiais da chumaceira o que aumenta a rigidez radial da chumaceira

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X

-19e reduz o desgaste.

Em sumário a chumaceira do presente invento inclui uma porção esquelética genericamente circunferencial formada por um fluido não newtoniano relativamente rigido. Uma pluralidade de ranhuras radiais prolongando-se axialmente são formadas na circunferência interior da porção esquelética. As ranhuras axiais interiores são espaçadas circunferencialmente em relação umas às outras. A porção esquelética pode também incluir uma pluralidade de ranhuras axiais exteriores de preferência iguais em número às ranhuras axiais interiores espaçadas em torno da circunferência exterior da porção esquelética de preferência, centradas em torno de um ponto médio que está directamente entre duas ranhuras axiais interiores opostas. A chumaceira inclui adicionalmente uma pluralidade de almofadas de chumaceiras igual em número às ranhuras axiais interiores e ligadas a porções da porção esquelética definida pelas ranhuras axiais interiores e ligadas às mesmas. A chumaceira pode também incluir membros de controlo de deflexão localizados nas ranhuras axiais interiores e/ou nas ranhuras axiais exteriores. Os membros de controlo de deflexão podem preencher inteiramente as ranhuras axiais ou apenas preencherem parcialmente as ranhuras axiais.

Com a construção de chumaceira descrita acima é possível conseguir virtualmente qualquer deflexão desejada em resposta a uma carga conhecida ou determinável. Especificamente, o suporte de almofada de chumaceira é capaz de mover-se com seis graus de liberdade. Em contraste, o suporte de almofada de chumaceira das chumaceiras convencionais tipo desgaste não se pode mover na direcção radial. A tendência das almofadas de chumaceira para deflectirem e o grau de deflexão sob uma carga conhecida pode ser variado variando um certo número de parâmetros diferentes.Primeiro, o grau de deflexão pode ser variado variando a secção transversal da chumaceira. Especificamente o número e a profundidade das ranhuras axiais interiores e exteriores e as dimensões circunferenciais das almofadas de chumaceira e porção esquelética definem um entrecruzamento de feixes para suportar as

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-20almofadas de chumaceira e consequentemente influenciam o grau de deflexão das almofadas de chumaceira em carga.

Adicionalmente, a escolha dos materiais para os vários componentes da chumaceira afecta as caracteristicas de deflexão da chumaceira. Em relação a isto a dureza ou flexibilidade do material fluidico não newtonlano empregue é a caracteristica mais critica a ser tomada em consideração.

Fínalmente a dimensão e localização dos membros de controlo de deflexão influencia as caracteristicas de deflexão da chumaceira. Em casos extremos, o membro de controlo de deflexão pode ser construído no mesmo material que a porção esquelética de modo que, para fins práticos, a porção esquelética não incluí ranhuras axiais exteriores. Noutro caso extremo, as ranhuras axiais exteriores ou as ranhuras axiais interiores podem ser deixadas completamente por preencher para permitirem deflexão livre não restringida. Em sumário, variando os parâmetros acima referidos, as chumaceiras podem ser projectadas de acordo com o presente invento para conseguirem virtualmente qualquer deflexão desejada.

Ao projectarem-se as chumaceiras de acordo com o presente invento, devem ser tidos em consideração diversos pontos. Entre estes os mais importantes é a necessidade de manter uma secção transversal extrudivel tal como uma secção transversal constante na chumaceira, quando a secção transversal axial da chumaceira é constante, a chumaceira pode ser facilmente extrudida como explicado abaixo a um custo tremendamente baixo. Naturalmente, as caracteristicas de deflexão da chumaceira podem ser variadas variando a secção transversal da chumaceira individual tal como proporcionando ranhuras clrcunferenclals, ranhuras radiais parciais ou orifícios parciais. No entanto, tais variações da secção transversal constante preferida requerem maquínagem adicional após a extrusão e dimensionamento da chumaceira (maquínagem dos diâmetros internos e externos) e devia por isso ser evitada a não ser que os benefícios de actuação resultante justificassem o aumento de custo de fabrico. As chumaceiras do

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—21 — presente Invento podem também ser genericamente caracterizadas como chumaceiras com medidas de dureza múltiplas uma vez que as mesmas Incluem secções múltiplas tendo medidas de dureza diferentes (graus de rigidez). Específicamente são utilizados fluidos não newtonianos com medida de dureza maior (mais rigidos) para resistência e materiais fluidlcos não newtonianos de medida de dureza baixa (maior flexibilidade para flexibilidade). As secções com medidas de dureza várias são ligadas em conjunto. Por exemplo, na chumaceira representada, materiais diferentes podiam ser utilizados para a porção esquelética para as almofadas de chumaceira e para os membros de controlo de deflexão. Genericamente, materiais mais rigidos podiam ser utilizados para a porção esquelética e materiais menos rigidos e mais flexiveis podiam ser utilizados para as almofadas de chumaceira e membros de controlo de deflexão.

A nova chumaceira do presente invento pode ser feita, de acordo com um processo de fabrico novo, que é explicado em seguida com referência à figura 5.

Como indicado na figura 5 o processo de fabrico de uma chumaceira de acordo com o presente invento envolve quatro passos genéricos a fixar, extrusão, cura, corte e dimensionamento.

Primeiro passo extrusão envolve dois ou mais subpassos de um certo número de subpassos dependentes do número de materiais diferentes a serem usados na chumaceira e da localização das várias secções de chumaceira. Deve-se indicar que a chumaceira é extrudida utilizando técnicas de extrusão com medidas de dureza múltiplas conhecidas que são empregues normalmente na extrusão de componentes de plástico tais como vedantes de janelas e portas pára-choques e dobradiças flexiveis. No exemplo representado na figura 5 são empregues três subpassos de extrusão. Isto corresponde ao número de sub passos de extrusão que seriam usados de preferência para formar uma chumaceira do tipo mostrado na figura 1.

No primeiro subpasso 101, uma primeira porção da chumaceira é extrudida. No exemplo representado na produção da chumaceira

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Sc 'S’

-22representada na figura 1 a primeira porção a ser extrudida teria presumivelmente a porção interior 50. Esta porção seria extrudida num estado não curado ou parcialmente curado.

passo 102 segue de perto o passo 101 e envolve a extrusão de uma segunda porção sob a primeira porção não curada ou parcialmente curada. Ao extrudir a chumaceira representada na figura 1 o passo 102, envolveria presumivelmente a extrusão da porção esquelética 10 sobre a porção associada da face de almofada 50.

Após o acabamento do passo 102, se são requeridas secções de chumaceira adicionais, as mesmas são extrudidas em subpassos de extrusão adicionais. Ao extrudir a chumaceira representada na figura 1 um terceiro subpasso de extrusão 103 é executado. Durante este subpasso de extrusão os membros de controlo de deflexão exteriores 80 são extrudidos dentro de ranhuras axiais exteriores.

é importante notar que cada extrusão sucessiva não é curada ou é apenas parcialmente curada de modo que não é necessário aplicar um adesivo para unir as extrusões sucessivas durante o processo de extrusão. Especificamente no estado não curado ou parcialmente curado, os materiais fluidicos não newtonianos empregues nas chumaceiras do presente invento são gomosos ou pegajosos de modo que não são necessários adesivos para se fazer a aderência das extrusões que saem sucessivamente. Isto de acordo com o presente invento é a razão pelas quais as secções de chumaceira são fundidas uma às outras sem a utilização de uma substância estranha tal como um adesivo.

acabamento do processo de extrusão produz uma extrusão tubular compósita não curada ou parcialmente curada.Após o processo de extrusão estar terminado, a extrusão tubular é curada no passo 104 para produzir uma extrusão tubular curada na qual as várias secções de chumaceira são fundidas entre si.

A figura 2 representa um exemplo de uma extrusão tubular de acordo com o presente invento. Como sugerido na figura 2, a extrusão é de preferência bastante comprida de modo que um grande

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-23número de chumaceiras pode ser formado a partir de qualquer extrusão.

No passo 105, a extrusão tubular curada é cortada em segmentos tendo espessura axial que corresponde à espessura axial desejada da chumaceira. Por outras palavras uma extrusão tubular é dividida em segmentos de chumaceira. Por exemplo, uma extrusão tubular, tal como a mostrada na figura 2, pode ser dividida em 40-50 segmentos de chumaceira Individuais.

No passo 106, os segmentos de chumaceira individuais são dimensionados. Numa concretização muito simples e preferida, o passo de dimensionamento envolve simplesmente a maquínagem dos segmentos de chumaceira para definir com precisão os diâmetros interno e externo desejados. Naturalmente, este passo é apenas possível se a extrusão tubular tiver um diâmetro exterior que é maior do que o diâmetro exterior desejado e um diâmetro interior que é mais pequeno do que o diâmetro interior desejado. Na figura 1, as linhas a tracejado representam genericamente o grau de material extra que devia ser proporcionado para se assegurar que os segmentos de chumaceira possam ser dimensionados adequadamente.

passo de dimensionamento 106 pode também envolver maquínagem adicional dos segmentos de chumaceira, sendo o aumento de custo de tal maquínagem justificado pela actuação melhorada derivada da maquínagem adicional. Por exemplo, o mesmo pode ser desejado para proporcionar não uniformidades na secção transversal dos segmentos de chumaceira tais como ranhuras circunferenclals e orifícios potencialmente podem adicionar radiais. Tais um grande valor passos, ao custo que das chumaceiras individuais, não serão normalmente justificados, particularmente uma vez que uma ampla variedade de caracteristicas de deflexão podem ser conseguidas como explicado acima enquanto se mantém uma secção transversal extrudível de chumaceira constante.

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Claims

REIVINDICAÇÕES la - Chumaceira hidrodinâmica para suportar um veio num filme fluido, caracterizada por a dita chumaceira incluir uma porção de suporte de almofada de chumaceira esquelética circunferencial genérica, tendo uma dureza predeterminada, tendo a porção esquelética, superfícies circunferenciais interiores e exteriores;

uma pluralidade superfície interior de ranhuras axiais interiores formada na e espaçadas circunferencialmente para definirem uma pluralidade de superfícies de suporte de almofada de chumaceira montadas em feixe;

uma pluralidade de almofadas de chumaceira formada por um material fluidico não newtoniano, tendo uma dureza predeterminada que é inferior à dureza predeterminada da porção esquelética, sendo cada uma da dita pluralidade de almofadas de chumaceira fundida com a superfície de suporte de almofada correspondente.
2a - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a secção transversal da chumaceira ser constante de modo que a chumaceira pode ser facilmente extrudida.
3a ~ Chumaceira de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por as ditas secções adjacentes de materiais dissemelhantes serem fundidos em conjunto.
4a - Chumaceira de das reivindicações de 1 a 3, caracterizada por a chumaceira ser construída inteiramente por materiais fluídicos não newtonianos.
5a - Chumaceira de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada por uma pluralidade de ranhuras exteriores prolongando-se em geral radialmente para dentro serem formadas nas superfícies circunferenciais exteriores, estando as ranhuras exteriores espaçadas circunferencialmente em torno da superfície circunferencial exterior.
6a - Chumaceira de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por as ranhuras exteriores e ranhuras interiores estarem espaçadas em relação umas às outras de modo a definir uma acordo com qualquer uma

69 217 35100/032 porção de suporte de almofada de chumaceira esquelética, tendo superfícies de suporte de almofadas de chumaceira montadas em feixe, que podem ser movidas em seis graus de liberdade.
7a - Chumaceira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, compreendendo adicionalmente uma pluralidade de elementos de controlo de deflexão formados, em pelo menos, uma das suas ditas ranhuras interiores prolongando-se radíalmente para fora e ranhuras exteriores prolongando-se radialmente para dentro.
8a - Chumaceira de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada por cada almofada de chumaceira ser em geral côncava em secção transversal axial e ter extremidades circunferenciais no seu estado sem tensão, tendo a almofada de chumaceira um eixo de simetria equidistante das ditas extremidades circunferenciais e tendo a dita almofada de chumaceira uma espessura radialmente maior ao longo do dito eixo de simetria do que em qualquer das ditas extremidades circunferenciais.
9a - Chumaceira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8» caracterizada por a porção esquelética ser um elemento unitário.
10a - Chumaceira de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 e 8 a 9, caracterizado por compreender uma pluralidade de elementos de controlo de deflexão posicionados em pelo menos, uma das ditas ranhuras interior e exterior, tendo os ditos elementos de controlo de deflexão uma dureza predeterminada que é menor do que a dureza da porção esquelética.
11a - Chumaceira de acordo com a reivindicação 10. caracterizado por, pelo menos, um dos ditos elementos de controlo de deflexão ser formado do mesmo material do que pelo menos, uma das ditas almofadas de chumaceira e formar com a mesma uma peça única.
12a - Chumaceira de acordo com a reivindicação 10 caracterizada por os ditos elementos de controlo de deflexão serem formados por um material tendo uma dureza diferente da

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-26dureza predeterminada da almofada de chumaceira.
13a - Chumaceira de acordo com as reivindicações 7 ou 10 a 12, caracterizado por os elementos de controlo de deflexão serem fundidos à dita porção de suporte de almofada de chumaceira esquelét ica.
14a - Processo de fabrico de uma chumaceira hidrodinâmica para suportar um veio, caracterizado por compreender os passos de extrudír um primeiro elemento tubular de um material tendo uma dureza predeterminada quando curado, extrudír na dita primeira porção uma segunda porção de um material tendo uma segunda dureza predeterminada quando curado, que é diferente da primeira dureza predeterminada quando curado, para formar uma extrusão tubular compósita; curar a extrusão tubular compósita; cortar a extrusão tubular compósita em segmentos de chumaceira; e dimensionar os segmentos de chumaceira.
15a - Processo de acordo a reivindicação 14, caracterizado por compreender adiclonalmente o passo de extrudir uma terceira porção em, pelo menos uma das dita primeira porção e dita segunda porção antes de curar a extrusão tubular compósita.
16a - Processo de acordo a reivindicação 14, caracterizado por o passo de dimensionar os segmentos de chumaceira incluir os passo de maquinagem dos segmentos de chumaceira de modo a proporcionar não uniformidades em secção transversal axial de segmentos de chumaceira.

Lisboa, lí. wJ;.. í?39

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