PT97518A

PT97518A - Chumaceira hidrodinamica tendo uma superficie de suporte continua montada em vigas

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Publication number: PT97518A
Application number: PT97518A
Authority: PT
Original assignee: Ide Russell D
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1993-07-30
Also published as: IE911340A1; CN1058457A; WO1991017366A1; AU641893B2; PL168027B1; CN1026816C; EP0527837A1; AU647340B2; AU7794791A; IL97955A; ZA913281B; JPH05506911A; CA2080809A1; AU3984693A; MX173413B; US5066144A; IL97955A0; EP0527837A4

Description

72 520 KMOOll 3· _·-Λ *9

MEMÓRIA DESCRITIVA

Antecedentes do.....invento. 0 presente invento refere-se a chumaceiras hidrodinâmicas» Em tais chumaceiras* um objecto rotativo* tal como um veio é suportado por uma almofada de chumaceira estacionária por intermédio de um fluido pressurizado* tal como óleo* ar ou água» As chumaceiras hidrodinâmicas tiram vantagem do facto de* quando o ob-jecto rotativo se move* o mesmo não desliza ao longo do topo do fluido» Em vez disso* o fluido* em contacto com o objecto rotativo* adere apertadamente ao objecto rotativo* e o movimento é acompanhado pelo deslizamento ou corte entre as partículas de fluido através de toda a altura de partícula de fluido» Assim* se o objecto rotativo e a camada de contacto do fluido se movern a uma velocidade que é conhecida, a velocidades nas alturas intermédias da espessura de fluido diminui com uma relação conhecida até que o fluido em contacto com a almofada de chumaceira estacionária adere à almofada estacionária e esteja sem movimento» Quando* em virtude da carga resultante do seu suporte do ob-jecto rotativo* a almofada de chumaceira é deflectida num pequeno ângulo* em relação ao componente rotativo* o fluído será arrastado para a abertura em forma de cunha* e será gerada pressão suficiente na película de fluido para suportar a carga» Este facto é utilizado nas chumaceiras de impulso para turbinas hidráulicas e veios propulsores de navios* bem como rias chumaceiras de casquilho hidrodinâmico convencionais»

Tanto as chumaceiras de impulso como as chumaceiras radiais ou de casquilho* normalmente são caracterizadas por compreenderem almofadas de suporte de veio espaçadas em torno de um eixo» 0 eixo* em torno do qual as almofadas estão espaçadas* corresponde geralmente ao eixo longitudinal do veio a ser suportado pelas chumaceiras tanto de impulso como de casquilho» Este eixo pode ser denominado eixo principal»

Numa chumaceira hidrodinâmica ideal* a cunha hidrodinâmica prolonga-se através de toda a face de almofada de chumaceira* a 72 520 ΚΜΟ-011

película de fluido é apenas suficiente espessa, para suportar a carga, o eixo principal da chumaceira e o eixo do veio estão alinhados, a fuga de fluida nas extremidades da superfície de almofadas de chumaceira que são adjacentes aos bordos dianteiro e traseiro é minimizada, a película de fluido desenvolve-se logo que o veio começa a rodar e, no caso das chumaceiras de impulso, as almofadas de chumaceiras são igualmente carregadas- Enquanto que uma chumaceira hidrodinâmica ideal tem ainda de ser obtida, uma chumaceira que obtém substancialmente cada um destes objecti-vos é dita como sendo projectada de modo a optimizar a formação de cunha hidrodinâmica-

Na patente U.S. nQ. 3 107 955 de Trumpler é descrito um exemplo de uma chumaceira tendo almofadas de chumaceira montadas em viga que se desloca com um movimento de articulação ou tipo oscilação em torno de um centro localizado na frente da superfície de almofada- Esta chumaceira, como muitas chumaceiras da arte anterior, baseia-se apenas num modelo de duas dimensões de deflexão de almofada. Consequentemente, não é obtida a formação de cunha óptima.

Na patente U.S- nQ. 2 137 487 de Hall, é mostrada uma chumaceira de almofada móvel hidrodinâmica que desenvolve a sua cunha hidrodinâmica pelo deslizamento da sua almofada ao longo de superfícies esféricas- Em muitos casos a almofada cola-se e a cunha correspondente não pode ser desenvolvida» Na patente U»S. nS« 3 930 691 de Greene a oscilação é proporcionada por elastómeros que são submetidos a contaminação e deterioração.

Na patente U.S. nS. 4 099 799 de Etsion é descrita uma chumaceira de gás de almofada resiliente não unitária montada em cantilever. A chumaceira descrita emprega uma almofada montada numa viga em cantilever rectangular para produzir uma cunha lubrificante entre a face de almofada e o veio rotativo- São descritas chumaceiras de impulso e chumaceiras radiais ou de casquilho. É mostrado na patente U-S- nQ. 4 496 251 de Ide uma almofada β 72 520 KiÍC-011 5 c ..

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que deflecte com ligamentos tipo faixa de modo que uma película em forma de cunha de lubrificante é formada entre as partes em movimento relativo» A patente U.S» nQ» 4 515 486 descreve chumaceiras de impulso e de casquilho hidrodinâmicas, compreendendo um certo número de almofadas de chumaceira, tendo cada uma um componente de face e um componente de suporte, que estão separados e são ligados em conjunto por um material elastomérico» A patente U»S» n8» 4 526 482 descreve chumaceiras hidrodinâmicas, que se destinam principalmente a aplicações de processo com lubrificação, isto é, a chumaceira é projectada para trabalhar num fluido- As chumaceiras hidrodinâmicas são formadas com uma secção central da superfície de suporte de carga, que está mais de acordo com o remanescente das chumaceiras de modo que as mesmas deflectirão sob carga e formarão uma bolsa de pressão do fluido para suportarem cargas altas»

Foi também salientado na patente U-S- nQ- 4 676 668 de Ide que as almofadas de chumaceira podem ser espaçadas do componente de suporte por, pelo menos, uma perna que proporciona flexibilidade em três direcções- Para proporcionar flexibilidade no plano do movimento, as pernas estão inclinadas para dentro para formarem, uma forma cónica com o vértice do cone ou ponto de intercepção em torno da superfície almofada- Cada perna tem um módulo de secção que é relativamente pequeno na direcçao do movimento desejado para permitir compensação para o desalinhamento-Estas técnicas são aplicáveis a chumaceiras tanto de casquilho como de impulso- Apesar da descrição desta patente representar um avanço significativo na arte, a mesma tem certos inconvenientes. Um desses inconvenientes é a rigidez da estrutura de suporte e da. almofada de chumaceira o que inibe a deformação da superfície d© almofada. Além disso, a construção da chumaceira não é unitária»

Nas últimas duas patentes são de interesse particular devido às mesmas demonstrarem que apesar das diferenças inerentes e significativas entre as chumaceiras de impulso e de casquilho, exis- 6" 72 52Ô KMC-011 β ϊ;ΐ te alguma similaridade conceptual entre as chumaceiras de casquilho hidrodinâmicas e as chumaceiras de impulso hidrodinâmicas -

Este pedido refere-se em parte a chumaceiras de impulso hidrodinâmicas- Quando a cunha hidrodinâmica nessa chumaceira é optimizada* a carga em cada uma das chumaceiras espaçadas circun-f erencialmente é* substancialmente,, igual -

Presentemente as chumaceiras de impulso hidrodinâmica mais amplamente utilizada é chamada chumaceira tipo sapata de Kings-bury- A chumaceira Kingsbury tipo sapata é caracterizada por uma estrutura complexa que inclui sapa.tas articuladas* um colar de impulso que roda com o veio e aplica a carga. às sapatas* um anel de base para suportar as sapatas, um alojamento ou montagem que contém e suporta os elementos de chumaceira internos* uma disposição de lubrificação e uma disposição de arrefecimento- Como um resultado desta estrutura complexa, as chumaceiras tipo sapata de Kingsbury são tipicamente extraordinariamente caras-

Uma alternativa à chumaceira tipo sapata Kingsbury é a chumaceira de pedestal unitária que tem sido empregue em* entre outras coisas em bombas de poços profundos- Esta estrutura relativamente simples é tipicamente formada por fundição de areia* ou algumas outras técnicas de fabrico em bruto- A chumaceira é estruturalmente caracterizada por compreender uma base plana tendo uma projecção circunferencial interior grossa* uma pluralidade de pedestais rígidos* prolongando-se transversalmente da base e uma almofada de impulso centrada em cada pedestal rígido. 0 presente inventor verificou também que a natureza de articulação central tanto da chumaceira de pedestal rígido conhecida como da chumaceira tipo sapata Kingsbury contribui para a ineficiência da chumaceira- Devei—se-ia notar que* devido às articulações centrais rígidas* nem as chumaceiras tipo sapata Kingsbury nem a chumaceira podem deflectir com seis graus de liberdade para optimízar a formação de cunha- Assim* enquanto que* em alguns caso* a chumaceira da arte anterior são capazes de movimento com seis graus de liberdade devido às chumaceiras não serem modeladas 72 520 KMC-011 -7- 7

iV com base ou projectadas para seis graus de liberdade, as capacidades de desempenho resultantes destas chumaceiras são limitadas»

As chumaceiras hidrodinâmicas conhecidas, quer radiais quer de impulso, sofrem todas de um certo número de problemas (em graus que variam)» Por exemplo, as chumaceiras hidrodinâmicas da arte anterior sofrem, frequentemente, de fuga de fluido, o que provoca a quebra de película de fluido» Em chumaceiras radiais, a fuga ocorre principalmente nas extremidades axiais da superfície de almofada de chumaceira» Nas chumaceiras de impulso, a fuga ocorre principalmente na periferia circunferencial exterior da superfície de almofada como um resultado da acção das forças centrífugas no fluido» Fuga de fluido que pode ser significativamente reduzida, suportando as almofadas de chumaceira para deflexão óptima, a chumaceira conhecida que tem almofadas discretas (e, consequentemente, os espaços nas superfícies de chumaceira) , tem inerentemente alguma fuga de fluido»

Adicionalmente, é difícil optimizar a qualidade do acabamento da superfície de almofada de chumaceira das chumaceiras convencionais tendo almofadas separadas» A qualidade do acabamento é importante para assegurar a distribuição uniforme de película de fluido»

Sumário do invento 0 presente invento refere-se a uma chumaceira hidrodinâmica montada em vigas, na qual o diâmetro interior da chumaceira radial ou da face de impulso da chumaceira de impulso é contínua, de modo que as almofadas individuais não são definidas ou desenvolvidas» Esta construção permite o acabamento por esmerilamento/po-limento da superfície de chumaceira para se conseguir uma qualidade que não pode ser conseguida por uma chumaceira tendo almofadas discretas» Tomado em conjugação com a ausência de desconti-nuidades na superfície de chumaceira, este produz uma chumaceira com capacidades de retenção de fluido superiores» A superfície de chumaceira contínua é suportada por uma estrutura de suporte, de preferência, unitária» A estrutura de suporte é, de preferência, 72 520 KMC-011 ·' // _g„ " tíft definida por cortes, nos lados e parte traseira da chumaceira» Para uma chumaceira radial os cortes teriam em frente e seriam cortes de maquinagem de diâmetro exterior» Para as chumaceiras de impulso, os cortes estariam na parte traseira e lados»

Numa concretização, a estrutura de suporte inclui uma série, repetindo-se, de secções de suporte. Cada secção inclui uma porção que é completamente rígida (isto é, substancialmente rígida em todas as diracções), uma primeira porção de ligação, não tendo virtualmente capacidade de suporte de binário ou uma capacidade de suporte de binário substancialmente reduzida, ou uma porção parcialmente rígida, que é rígida numa primeira direcção predeterminada e flexível numa segunda direcção predeterminada, que é substancialmente transversal à primeira direcção predeterminada e uma segunda porção da ligação, não tendo virtualmente capacidade de suporte binário ou uma capacidade de suporte de binário substancialmente reduzida. A porção totalmente rígida de cada secção está ligada a uma segunda porção de ligação (que tem uma capacidade de suporte de binário substancialmente reduzida) de uma secção adjacente de modo a definir uma rede de suporte contínua» A chumaceira pode ser uma chumaceira radial, uma chumaceira de impulso, ou uma chumaceira combinada radial e de impulso» A porção de suporte vertical, isto é, a porção que é rígida numa direcção predeterminada e flexível numa direcção que é transversal à direcção predeterminada, pode ser montada num componente de suporte adicional, o qual pode ser um componente rígido, uma membrana flexível e/ou uma rede de vigas» Adicionalmente, a porção de suporte vertical pode ser formada com uma secção reduzida, para lhe conferir flexibilidade numa terceira direcção, é também possível proporcionar um material absorvedor de lubrificante, tal como um plástico poroso na abertura da estrutura de suporte e carregar o material absorvedor de lubrificante com lubrificante, para proporcionar acessos comunicando com a fonte de lubrificante para uma superfície de chumaceira contínua»

Alternativamente, a estrutura de suporte da superfície de suporte contínuo pode incluir, uma pluralidade de porções de ore- -9- 72 520 KMC-011 c. .sy lha, dispostas circunferencialmente, ligadas à superfície de suporte por porções de pescoço finas» Cada porção de orelha tem um bordo radialmente ma is interior e um bordo radialmente ma is exterior, estando o bordo radialmente mais interior espaçado da superfície radíalmente exterior da porção de superfície contínua se estando a superfície radialmente mais interior espaçada do eixo de chumaceira de uma distância maior do que o raio do alojamento» Cada porção de pescoço liga um bordo circunferencial da superfície radialmente mais interior de uma porção de orelha à superfície radialmente exterior das porções de superfície de suporte contínuas» As porções de orelha e pescoço estão dispostas de modo que, quando a chumaceira é moldada no alojamento, a superfície de suporte contínua deforma-se, de modo a formar uma série de cunhas hidrodinâmicas substancial e circunferencialmente espaçadas»

As chumaceiras do presente invento são projectadas em três dimensões, para proporcionarem deflexão com seis graus de liberdade, de modo a assegurarem a formação de cunha óptima em todas as circunstâncias» Consequentemente, a estrutura de suporte deve ser capaz de suportar a superfície de chumaceira para movimento com seis graus de liberdade (isto é, translação ou movimento nas direcções fx, -x, +y, -y, +z e -z) e rotação em torno dos eixos X, Y e Z de modo a optimizar a formação da cunha hidrodinâmica- Em resultado desta, construção, em carga (isto é, atrito e pressão), a superfície de chumaceira contínua deforma-se numa série de cunhas hidrodinâmicas substancialmente espaçadas» Cada cunha corresponde e é suportada por uma secção da estrutura de suporte» Apesar das cunhas não terem bordo dianteiro e bordo traseiro verdadeiros (devido à superfície ser contínua, as mesmas são confirmadas de modo a conseguirem bordos dianteiros e bordos traseiros funcionais» Tipicamente, uma chumaceira hidrodinâmica funciona mais efectivamente, quando a cunha hidrodinâmica tem diversas características» Especificamente, a cunha deve prolongai— se através de toda a superfície de almofada; a cunha deve ter uma espessura apropriada em todas as circunstâncias; a cunha deve ser conformada de modo a minimizar a fuga de fluido, a cunha deve acomodar o desalirihamento de modo que o eixo principal da chuma- "•10“ 72 520 KMC-011 ceira fique colinear ou substancíalmente paralelo ao eixo do veio; e a cunha deve ser formada à menor velocidade possível para evitar avarias na superfície de formação de cunha que geralmente ocorrem como um resultado da superfície de contacto do veio na almofada a baixa velocidade- Além disso, com chumaceiras de impulso, a carga entre as almofadas de chumaceira espaçadas deve ser igual-

Em relação à espessura da película de fluido dever-se-á compreender, que a espessura óptima varia com a carga- Sob carga alta ou intensa, uma película de fluído relativamente espessa é desejável para suportar adequadamente a carga. Ho entanto, películas rnais espessas aumentam o atrito e a perda de potência. Assim, as chumaceiras são preferivelmente projectadas de modo a proporcionarem, a. espessura mínima necessária para suportar o veio à carga máxima. Isto é uma razão, pela qual as características "cunha óptima" dependem da aplicação de chumaceira específica.

As chumaceiras podem incluir uma estrutura de suporte adicional que é, de preferência, unitária e compreende abas de suporte, vigas e/ou membranas ligadas a um alojamento, o qual é algumas vezes definido pela porção radialmente rnais exterior da chumaceira no caso de uma chumaceira de casquilho, ou no caso das chumaceiras de impulso, um alojamento dentro do qual está montada a chumaceira.

Verificou-se que em muitas aplicações específicas tais como em aplicações de alta velocidade, é necessário examinar e avaliar a flexibilidade dinâmica de todo o sistema, consistindo do veio ou rotor, película de lubrificação hidrodinâmica e a chumaceira» E, análise computorizada deste sistema utilizando um modelo de elementos finitos, foi determinado que é necessário tratar toda a chumaceira como um componente completamente flexível, que muda de forma sob as cargas de funcionamento. Adicionando rnais ou menos flexibilidade, através da maquinagem da estrutura básica podem ser conseguidas características de chumaceira, que proporcionem o funcionamento estável com baixo atrito, através duma gama ampla 72 520 KMC-011

£ 11-de funcionamento- Verificou-se que um certo número de variáveis afectam substancialmente as características de actuaçáo da chumaceira- Entre as variáveis mais importantes estão as característi-cas de forma, tamanho, localização e de material (por exemplo, o módulo de elasticidade, etc.) dos componentes de almofada e suporte definidos pelas perfurações, rasgos ou cortes e ranhuras formadas na chumaceira. Verificou-se que a forma dos componentes de suporte era particularmente importante- Também proporcionando--se um retorno de fluido para os componentes flexíveis, pode ser conseguido um alto grau de amortecimento que além disso se adiciona à estabilidade do sistema- Em algumas circunstâncias, este amortecimento foi substituído por amortecimento de película de aperto secundário que está presente quando a película de óleo está presente entre a caixa da chumaceira e o alojamento.

Veríficou-se que, em alguns casos, as chumaceiras que são projectadas com base em condições de operação simuladas não funcionam de modo óptimo, sob condições de funcionamento efectivas. Em consequência, existe uma necessidade de uma chumaceira que possa ser ajustada em resposta as condições de funcionamento de-tectadas» 0 presente invento refere-se adicionalmente a chumaceiras hidrodinâmicas, nas quais a estrutura de suporte inclui um ou mais elementos piezeléctricos nos interstícios dentro da estrutura de suporte de chumaceira e entre a estrutura de suporte e a almofada de chumaceira- A previsão de elementos piezeléctricos desta maneira torna possível controlar activamente ou ajustar a forma da almofada e a sua orientação e afectar as características de deflexão da estrutura de suporte- Isto pode ser feito fornecendo um valor de corrente preciso aos elementos piezeléctricos localizados apropríadamente, para alterar a forma da cunha ou a superfície de almofada para minimizar o atrito, maximizar a capacidade suporte de carga, alterar a rigidez ou amortecimento da estrutura de suporte para eliminar a ressonância e rodopiar do veio, isto é, optimizar a actuação da chumaceira por regulação fina da almofada e estrutura de suporte em resposta às condições de funcionamento efectivas- -12- 72 520 KMC-011

De acordo com um outro aspecto do presente invento, a corrente fornecida a cada elemento piezeléctricos pode ser controlada por uma unidade de processamento central (CPU) em resposta às condições detectadas para optimizar a formação da cunha- Mais es-pecificamente a CPU pode receber sinais de sensores capazes de detectarem as características físicas tais como temperatura contacto veio almofada, ruído, atrito em termos de consumo de potência (isto é, arrastamento amplificado), que são indicativas da qualidade da cunha- A CPU processa estes sinais e controla o foi— necimento de corrente para cada um dos dois elementos piezeléctricos, de modo a melhorar a qualidade da cunha ou manter a qualidade da cunha se se verifica estar numa gama satisfatória- Alternativamente, a CPU pode proporcionar corrente aos elementos piezeléctricos em resposta a instruções de entrada manual para deformações ou deflexões específicas- Por exemplo, um operador pode fazer entrar um comando para "aumentar a rigidez" ou "elevar o bordo traseiro" e a CPU fornecerá corrente aos elementos piezeléctricos apropriados para conseguir o resultado desejado» A qualidade da cunha pode também ser variada mecanicamente por um parafuso de macaco ou fluido hidráulico para alteração física das características de deflexão da estrutura de suporte da chumaceira- Ambos estes sistemas podiam ser controlados electri-camente em resposta a condições detectadas ou sinais de entrada manuais. No entanto, crê-se que os elementos piezeléctricos são a maneira mais efectiva de alterar as características da chumaceira em resposta a condições detectadas ou de modo contrário»

As chumaceiras do presente invento são úteis em muitas aplicações» As aplicações específicas das chumaceiras de superfície de suporte contínua do presente invento incluem compressores, turbo-alimentadores, motores eléctricos, caixas de engrenagens, aparelhos de ar condicionado, equipamento de refrigeraçao, bom-bas, misturadores, motores de perfuração, supercompressores, ventoinhas, accionadores de discos e rolos»

Apesar das chumaceiras de tipo almofada interiores, que ti- -13- 72 520 KMC-011 •— P' nham uma estrutura de suporte» que era essenoíalmente orientada na direcção da carga, o presente invento proporciona uma orientação que permite deflexões comparáveis, dentro de um invólucro mais pequeno, isto é, a diferença entre a superfície de casquilho radialmente interior e a superfície de casquilho radialmente exterior nas chumaceiras de casquilho), especialmente em chumaceiras de casquilhos permite o movimento da almofada de chumaceira em qualquer direcção (isto é, seis graus de liberdade para formar uma forma de cunha convergentes permite à própria almofada mudar de forma (por exemplo, plana) para actuação melhorada; permite o desenvolvimento de um sistema de amortecimento de membrana para estabilidade melhorada; e permite às chumaceiras compensarem desalínhamento da parte suportada ou veio e igualar a carga entre as almofadas de chumaceira numa chumaceira de impulso» Todas estas características contribuem para a formação de uma cunha hidrodinâmica óptima»

Apesar de existirem numerosas disposições de estruturas de suporte suplementares ou adicionais possam ser definidas por perfurações» ranhuras» cortes» ou rasgo no casquilho cilíndrico» existem principalmente dois modos de deflexões» nomeadamente um ou mais ligamentos ou membranas» que deflectem na direcção geral da carga num modo de deflexão e, em segundo lugar, por deflexão torcional numa viga ou membrana, numa direcção prolongando-se em afastamento da almofada ao longo do eixo longitudinal do veio em chumaceiras de casquilho» 0 grau de deflexão num modo de flexão é» em parte» uma função da rigidez da estrutura de suporte na direcção radial» A própria almofada pode ser feita» de modo a deflectir sob uma carga para formar uma forma diferente proporcionando-se cortes internos por debaixo da almofada ou cortando por debaixo dos bordos da almofada» Em qualquer caso, os cortes são feitos especificamente para resultarem numa forma determinada sob carga» Envolvendo ou suportando certos ligamentos ou membranas com fluido de lubrificação, pode ser adicionado um elemento de amortecimento ao projecto. São utilizados cortes similares nas chumaceiras de casquilho e nas chumaceiras de impulso» 0 determinante principal são as de- 14- 72 520 KMC-011 /“ ______-ο

C>'fV flexões desejadas para actuação óptima- No entanto, uma vez que as chumaceiras de casquilho e impulso executam funções significa-tivamente diferentes existem diferenças inerentes na actuação desejada, requerendo diferentes deflexões desejadas. Consequentemente apesar da similaridade conceptual geral entre as chumaceiras de casquilho e as chumaceiras de impulso no presente invento existem também diferenças conceptuais significativas e não similaridades estruturais plenamente evidentes. A chumaceira do presente invento inclui uma estrutura de suporte de chumaceira contínua) que pode mudar de forma e movei—se em qualquer direcção (isto é, é suportada para movimento com seis graus de liberdade). A chumaceira pode também ter um sistema de amortecimento incorporado e é de preferência, de construção unitária ou de peça única para fabrico económico de grande volume. As chumaceiras de casquilho do presente invento também se ajustam num invólucro relativamente pequeno (isto é, o espaçamento entre o diâmetro exterior de alojamento e o diâmetro interior da almofada) „

Nas chumaceiras do presente invento, a superfície de chumaceira pode ser suportada de modo a permitir as superfícies ajustarem-se ao desalinhamento do veio e à carga desigual entre as pás. Isto é, principalmente, conseguido através de modificações nas estruturas de suporte e nas porções de suporte adicionais. 0 presente invento pode ser aplicado a qualquer forma de chumaceira radial, de impulso ou combinada radial e de impulso e pode ser de natureza unidireccional, dependendo da configuração da chumaceira. Mais especificamente, se a estrutura de suporte de chumaceira é simétrica em torno da linha de centro circunf erencial da almofada da chumaceira, a chumaceira será. bidireccional, isto é capaz de suportar um veio em rotação com duas direcções de um modo idêntico. No entanto, se a estrutura de suporte de chumaceira não é simétrica em torno da. linha de centro ci rcunferencial da almofada da chumaceira, a chumaceira reflectirá de modo diferente quando suporta um veio para rotação numa primeira direcção quando comparada à rotação na direcção 72 52.0 KMC--011

™15 <; oposta» Para chumaceiras tanto de casquilho ou radiais como de impulso, o eixo principal é o eixo central da peça em bruto cilíndrica a partir da qual a chumaceira é formada»

De acordo com um outro aspecto importante da chumaceira do presente invento, as almofadas de chumaceira podem ser suportadas para deflexão de modo a reterem o fluido hidrodinâmico, obviando assim o problema de fuga de fluido» Em relação âs chumaceiras radiais ou de casquilho, a estrutura e suporte é projectada de modo que, em carga, a almofada e chumaceira deflecte para formar uma bolsa de retenção de fluido» Qeralmente, um tal suporte é conseguido quando a porção de suporte principal está ligada à almofada de chumaceira próxima dos bordos axiais da almofada de chumaceira e o centro da almofada de chumaceira não está suportado directamerite, isto é, é livre de deflectir radial mente para fora. Em relação às chumaceiras de impulso, a superfície é suportada de modo a oscilar para o diâmetro interior da chumaceira em carga de modo a evitar fuga centrífuga. Genericamente, isto é conseguido quando a superfície de suporte é supoi— tada num ponto que está localizado mais perto do diâmetro exterior de chumaceira do que do diâmetro interior de chumaceira» Como explicado abaixo podem ser utilizados elementos piezeléctricos para aumentarem ou proporcionarem a deformação de retenção de fluido»

As chumaceiras podem ser feitas em metal, metal em pó, plástico, cerâmica ou compósitos» Quando fabricado em pequenas quantidades as chumaceiras são maquinadas tipicamente por faceja-mento, torneamento e fresagem de peças em bruto para formar as ranhuras ou aberturas maiores; as ranhuras mais pequenas são foi— madas por processos de corte por jacto de água, descarga eléctrica ou maquinagem laser e permitem flexibilidade de projec™ to total para afinar as chumaceiras para proporcionar as características desejadas» 0 torneamento muda essericialmerite a rigidez que por sua vez elimina a vibração» 0 fabrico de maiores quantidades de um único tipo de chumaceira é, de preferência, conseguido através de moldação por irijecção, extrusão, moldaçâo por matriz de metal em pó, vazamento de fundição ou qualquer 72 520 KMC-011

' á --16 técnica de fabrico similar» De acordo com um aspecto do presente invento, quantidades intermédias de chumaceiras são fabricadas de acordo com um novo processo, combinando a maquinagem e técnicas de vazamento de substituição» 0 presente invento contempla também chumaceiras facilmente moldáveis que não incluem aberturas ocultas de modo que podem ser moldadas num molde simples de duas peças» Em geral as chumaceiras do presente invento podem ser fabricadas a uma fracçao do custo das chumaceiras da concorrência»

Um certo número de processos de fabrico de chumaceiras do presente invento estão também contemplados» A selecção de um processo particular de fabrico depende amplamente do volume da chumaceira particular ser fabricada e dos materiais utilizados» Em aplicações de baixo volume ou quando é desejado reproduzir protótipos para teste e/ou produção de moldes ou semelhante as chumaceiras são preferivelmente fabricadas a partir de peças em bruto cilíndricas metálicas tais como tubagem de paredes grossas ou outro casquilhos, os quais são maquinados para proporcionarem furos ou ranhuras radiais ou frontais e formadas com cortes ou rasgos radiais através quer de técnicas de fabrico de descarga eléctrica controladas numericamente, técnicas de corte laser controladas numericamente, ou corte por jacto de água controlado numericamente, para volumes intermédios, as chumaceiras do presente invento são de preferência fabricadas utilizando um processo de vazamento de substituição de acordo com o presente invento» Em aplicações de grande volume as chumaceiras do presente invento podem ser fabricadas utilizando uma ampla variedade de materiais tal como plástico, cerâmica, metais em pó e não pulverizados, e compósitos» Em aplicações de grande volume um certo número de processos de fabrico incluindo a moldaçâo por irijecção, vazamento, metal pulverizado, moldaçâo em matriz e extrusão, podem ser empregues economicamente» As chumaceiras do presente invento podem ser formadas com uma forma que é facilmente moldãvel»

Descrição.....breve.....dos.....desenhos

As figuras 1(A)-1(C) são vistas esquemáticas de uma disposi 72 520 c/"/ ..:....-- KMC-011 //\ “17“ ....... ção idealizada concretizando os conceitos do presente invento.

As figuras 2(A)-2(B) são vistas em corte de uma disposição de chumaceira de acordo com o presente invento. A figura 3 é uma vista lateral de uma secção de uma chumaceira radial de acordo com o presente invento. A figura 4 é uma vista lateral de uma outra chumaceira radial de acordo com o presente invento.

As figuras 5(A) e 5(B) são vistas em corte transversal e lateral de uma outra chumaceira radial de acordo com o presente invento.

As figuras 6(A) e 6(B) são vistas em corte transversal e lateral de uma outra chumaceira radial de acordo com o presente invento. A figura 7 é uma vista lateral, de uma outra chumaceira radial de acordo com o presente invento. A figura S é uma vista lateral de uma chumaceira radial modificada. A figura 9(A) é uma vista de topo de uma chumaceira de impulso de acordo com o presente invento. A figura 9(B) é uma vista lateral plana da chumaceira de impulso da figura 9(A). A figura 9(0) é uma vista em perspectiva da chumaceira de impulso da figura 9(A).

As figuras 10(A) e 10(B) são vistas de fundo e em corte transversal de uma outra chumaceira de impulso de acordo com o presente invento. 18” 72 S20 KMOOll 11(B) são chumaceira

As figuras 11(A) a transversal d© uma outra presente invento» vistas d© fundo'· í^em de impulso de acordo corte com o

As figuras 12(A) & 12(B) são vistas de fundo e em corte transversal de uma outra chumaceira de acordo com o presente invento»

As figuras 13(A) e 13(B) são vistas de fundo e em secção transversal de uma outra chumaceira de impulso de acordo com o presente invento»

As figuras 14(A) © 14(B) são vistas de fundo e em corte transversal de uma outra chumaceira de impulso de acordo com o presente invento» A figura 15 é uma vista em corte transversal de um outra chumaceira de impulso de acordo com o presente invento» A figura 16 é uma vista em corte transversal de uma outra chumaceira de impulso de acordo com o presente invento» A figura 17(A) é uma vista em corte pelas linhas mostradas na figura 17(B) de uma chumaceira combinada radial e de impulso de acordo com o presente invento» A figura 17(B) é uma vista de topo da chumaceira combinada radial e de impulso da figura 17(A)» A figura 17(C) é uma vista lateral plana (pelas linhas indicadas na figura 17(B) da chumaceira combinada radial e de impulso da figura 17(A)„

As figuras 18(A)-18(C) representam uma chumaceira de impulso facilmente moldãvel de acordo com o presente invento» A figura 19(A) é uma vista lateral de um casquilho cilíndrico ou peça em bruto cilíndrica antes da maquinagem» -19- 72 520 KMC-011 A figura 19(B) é uma vista lateral de um casquilho maquinado ou peça em bruto maquinada.. A figura .19(C) é uma vista lateral do casquilho ou peça em bruto da figura 19(B) adicionalmente maquinados. A figura 19(D) é um corte transversal do casquilho da figura 19(A) . A figura 19(E) é um corte transversal do casquilho da figura 19(B)m A figura 19(F) é um corte transversal do casquilho da figura 19(C). A figura 20 é uma vista lateral de uma outra chumaceira de acordo com o presente invento. A figura .20(A)) é um corte transversal pelas linhas indicadas na figura 20. A figura 20(B) é um corte transversal pelas linhas indicadas na figura 20. A figura 20(C) é um corte transversal pelas linhas indicadas na figura 20. A figura 20(D) é uma representação esquemática das caracte-rísticas de deflexão da chumaceira da figura 20.

Qf.^Ê..r.i.ç.Io.....detal,b.ada.

As figuras 1A-1C representam os princípios operativos da chumaceira de diâmetro interno contínuo. Especificamente, como mostrado na figura IA, a chumaceira baseia-se em princípio,, numa disposição que inclui urna série de blocos de suporte totalmente rígidos 10, os quais são rígidos tanto na direcção vertical V como na direcção horizontal H; uma série de blocos de suporte par- 72 520

cialmente, isto é, verticalmente rígidos 20, cada utn espaçado entre dois blocos totalmente rígidos 10 e uma série de suportes 30, que são incapazes de resistirem a um binário., Os suportes 30 podem ser pensados conceptualmente como cordas que ligam os cantos dos blocos de suporte totalmente rígidos 10, aos cantos do suporte particularmente rígido 20, como mostrado na figura ΙΑ figura IA representa uma secção F de uma estrutura de suporte repetindo-se- Cada secção inclui um bloco de suporte totalmente rígido 10, um suporte vertical parcialmente rígido 20 e porções de ligação 30, que são incapazes de resistir a um binário- As porções de ligação 30 prolongam-se entre o bloco de suporte de carga totalmente rígido 10 e o suporte vertical 20 de cada secção e entre o suporte vertical 20 de cada secção e o bloco de suporte e carga totalmente rígido 10 da secção adjacente»

Uma vez que as chumaceiras, quer radiais, quer de impulso, quer combinadas radiais e de impulso, incluem geralmente uma rede de suporte contínua, isto é, circular, as secções de qualquer chumaceira, que aplicam este invento seriam também geralmente ligadas de um modo contínuo, isto é a extremidade da última secção seria ligada ao início da primeira secção de modo a proporcionar uma rede de suporte contínua»

Vista como uma estrutura de suporte idealizada estática, o bloco de suporte de carga totalmente rígido 10 actua como uma porção de almofada infinitamente rígida, o suporte vertical 20 actua como um suporte em cantilever e as porções de ligação 30 actuam como cabos, tendo capacidade de resistir a binário» Assim, quando, como mostrado na figura 1B, quando uma força F é aplicada a esta disposição, o suporte vertical deflecte de um modo em cantilever- (As deflexões representadas ao longo dos desenhos são grandemente exageradas)» Além disso, devido às porções de ligação 30 serem incapazes de resistir a binário e devido ao bloco de suporte 10 ser totalmente rígido, isto é, incapaz de deflexão, & deflexão em cantilever dos suportes verticais 20 provoca que os blocos rígidos 10 oscilam da maneira mostrada na figura 1B» Como

72 520 KMC-011 // c... 21- //?^1 ////—·— ^(ί\ - ., -n adicionalmente mostrado na figura 1B a deflexão da disposição estática provoca, que algumas porções de ligação, tipo cordão, fiquem laças, enquanto que outras porções de ligação tipo cordão são esticadas* Assim, enquanto as porções de ligação 30 são incapazes de resistirem a um binário, as mesmas podem provocar a deflexão dos blocos 10, porque têm um comprimento substancialmente fixo, isto é, as mesmas são inelásticas.

0 valor da oscilação dos blocos 10 depende da diferença de elevação entre os cantos de topo do suporte de vertical 20* Em particular, quando, como mostrado na figura IA, o canto superior esquerdo 20L e o canto superior direito 20R do suporte vertical estão no mesmo nível horizontal, a disposição está em equilíbrio e os blocos 10 estão nivelados» No entanto, quanto, como um resultado da deflexão em canti levar do suporte vertical 20, o canto superior esquerdo 20L. deflecte para uma posição acima do canto superior direito 20R do suporte vertical 20 e a disposição é forçada para um equilíbrio, no qual os blocos 10 oscilam em resultado da não elasticidade das porções de ligação 30 e da rigidez do bloco 10*

Uma vez que o grau de oscilação do bloco 10 depende da diferença de altura, entre os cantos superiores do suporte vertical, o valor da oscilação pode ser aumentado aumentando a flexibilidade do suporte vertical na direcção horizontal- No entanto, isto apresenta um certo número de problemas e existem limites para o valor da flexibilidade do componente de suporte vertical* Uma maneira melhor de aumentar o grau de oscilação do bloco 10 é aumentar o espaço entre o canto superior esquerdo 20L e o canto superior direito 20R do componente de suporte vertical, de modo que, para cada ângulo de deflexão do suporte 20, um espaçamento horizontal maior, entre o canto superior esquerdo 20L e o canto superior direito 20R, seja conseguido. Evidentemente, se o suporte vertical 20 fosse simplesmente feito mais largo, de modo a aumentar o espaço entre o canto superior esquerdo 20L e o canto superior direito 20R, o suporte vertical 20 tornai—se-ia mais rígido horizontalmente e, em consequência, sofreria menos deflexão em cantilever em carga* -22' 1 / -22' 1 / ο 72 520 KMC-011

A solução óptima é proporcionar um suporte vertical” em forma de T» tal como mostrado na figura 1C- Devido ao topo do suporte vertical;, correspondendo à barra cruzada do T» ser aumentado» a diferença de elevação por deflexão angular é» significativamente» aumentada» Ainda» devido ao suporte vertical» correspondendo a porção inferior do T ser ainda relativamente fino» o suporte vertical pode deflectir ou flectír em caritilever adequadamente- Como representado na figura 1C» a utilização de um suporte vertical» em forma de T» aumenta drasticamente o ângulo de inclinação do bloco de suporte para um valor grosseiramente equivalente à deflexão do suporte vertical 20-

As figuras 2A e 2B representam» conceptualmente» a aplicação dos princípios atrás mencionados a uma chumaceira» tendo uma face de chumaceira contínua- Específicamente» estes desenhos mostram uma secção de uma chumaceira construída a partir de uma série de secções idênticas ligadas entre si, de um modo contínuo- A chumaceira inclui uma superfície de chumaceira contínua 8 e uma estrutura de suporte, a qual inclui uma série de secções idênticas- Cada secção inclui uma secção de suporte de carga totalmente rígida. .10» uma secção de suporte vertical em forma de T verticalmente rígida (parcialmente) 20 e secções de ligação 30 entre as secções rígidas 10 e as secções em forma de T 20-

Apesar do cordão explicado acima» as secções de ligação 30 têm pequena capacidade para resistir a binário; no entanto as secções são feitas tão finas quanto possível» para reduzirem substancialmente a sua capacidade de resistência a binário- Quando as porções de ligação 30 são feitas mais finas» a sua capacidade para resistir a binário é reduzida e a estrutura funciona como a disposição conceptual» descrita atrás e representada nas figuras 1A-1C- Evidentemente as porções de ligação devem ser suficientemente expressas para evitar avaria de fadiga ou qualquer outra avaria em carga-

Se o componente transversal da porção em forma de T flectir em caritilever, significativamente, são negadas as vantagens conseguidas proporcionando componente transversal nomeadamente» o -23- -23- c C - ' /s 72 520 KMC-011 espaçamento diferencial e horizontal aumentado entre o canto superior esquerdo 20L e o canto superior direito 20R, por deflexão angular do suporte vertical 20. Consequentemente, uma outra consideração de projecto importante é que o componente transversal horizontal em forma de T 29 devia ser relativamente rígido na direcção vertical, de modo que esta porção não flicta significativamente em cantilever em carga. A figura 2A representa a estrutura de chumaceira no estado não carregado. Neste estado a superfície de chumaceira contínua é plana. A figura 2B representa a deflexão (grandemente exagerada da estrutura de suporte e de formação consequente da superfície de suporte 8, quando uma carga é aplicada através da superfície de chumaceira 8. Em particular, como mostrado na figura 2B, a viga de suporte vertical deflecte ou flecte em cantilever, de modo tal que o canto superior esquerdo 20L assume uma posição, substancialmente, acima do canto superior direito 20R. Como atrás mencionado o componente transversal devia ser relativamente rígido, de outro modo o componente em T deflectiria de um modo de cantilever duplo, tipo guarda chuva, diminuindo por isso o grau de elevação horizontal do canto esquerdo 20L em relação ao canto direito 20R. A estrutura de suporte assume a posição de equilíbrio mostrada na figura 2B, como uma consequência de deflexão do componente em forma de T 20 (o que produz diferencial elevado entre o canto esquerdo 20L e o canto direito 20R) e devido à capacidade de resistência a binário extremamente limitada das porções de ligação 30, e a quase total ausência de deflexão dos componentes totalmente rígidos 10. Nesta posição, a superfície de chumaceira contínua é deformada numa série circunferencialmente espaçada de forma de superfície conformadas em cunha. Se a estrutura de suporte é projectada, de modo a deflectir adequadamente, as formas conformadas em cunha correspondem a uma cunha hidrodinâmica óptima, de modo que, quando o veio a ser suportado roda, é suportado pelo fluido que é pressurizado pela cunha hidrodinâmica entre a superfície de veio e a superfície de chumaceira contínua.

Apesar de ser feita referência específica, quer a chumaceira de casquilho quer a chumaceira de impulso para facilitar a 72 520 . } KMC-011 - . -24- y - ' o ^ compreensão deste invento alguns dos mesmos princípios de projec-to de chumaceira, aplicam-se, indiferentemente, das formas específicas da chumaceira a serem projectadas* Por exemplo, ambos os tipos de chumaceiras funcionam com base no princípio da formação de uma cunha hidrodinâmica- Adicionalmente, o eixo principal tanto das chumaceiras de casquilho como das chumaceiras de impulso é o eixo central da peça em bruto cilíndrica, a partir da qual a chumaceira é formada- A linha de centro de almofada circunferencial é a linha que se prolonga radialmente passando através do centro geométrico da almofada e do eixo principal da chumaceira- Em consequência, se quer uma chumaceira de impulso quer uma chumaceira de casquilho é simétrica em torno deste eixo de linha central, isto é, principal, a chumaceira será bidireccional-

Existem diferenças significativas entre as chumaceiras de impulso e as chumaceiras de casquilho ou radiais- A diferença maior é, evidentemente, a porção de veio suportada e, consequentemente a orientação e/ou atitude da superfície de suporte de almofada de chumaceira- Especificamente, as chumaceiras de casquilho suportam porções circunferenciais dos veios, as chumaceiras de impulso suportam porções de ressalto ou de extremidade axial dos veios- Outras diferenças seguem desta diferença fundamental, por exemplo, numa chumaceira radial ou de casquilho a carga é aplicada irregularmente através da superfície de suporte de almofada; a massa do veio é aplicada a porção mais baixa da superfície de suporte de almofada- Numa chumaceira de impulso a carga é distribuída substancial e regularmente através de toda a superfície de suporte de almofada- Além disso, uma chumaceira de casquilho geralmente tem uma cunha incorporada devido às diferenças nos diâmetros do veio e da chumaceira; contrariamente não existe tal cunha incorporada nas chumaceiras de impulso. Adicionalmente enquanto que uma chumaceira de casquilho ou radial controla a estabilidade rotacional bem como a carga, uma chumaceira de impulso suporta apenas tipicamente a carga» Deve ser também compreendido que o projecto das chumaceira de casquilho, em particular, as chumaceiras de casquilho hidrodinâmicas é significativamente mais complicada do que o 72 520 KMC-011 projecto das chumaceiras de impulso» Para acomodar estas diferenças a configuração das chumaceiras de impulso é, naturalmente a algo diferente das chumaceiras de casquilho» No entanto, como é evidente desta descrição, muitos dos princípios aqui explicados são aplicáveis à chumaceiras quer de impulso quer de casquilho»

Ao descrever as chumaceiras do presente invento de um modo compreensível;, é útil descrever as estruturas de chumaceiras como sendo formadas a partir de uma peça em bruto cilíndrica proporcionando ranhuras rasgos, perfurações e outras aberturas na peça em bruto cilíndrica» Como se nota abaixo, isto é algumas vezes uma técnica útil para o fabrico de uma chumaceira protótipo» No entanto, a referência à peça em bruto cilíndrica destina-se principalmente a auxiliar a compreensão do presente invento» Deve-se notar que apesar de muitas das chumaceiras do presente invento poderem ser fabricadas a partir de uma peça em bruto cilíndrica não é necessário que qualquer delas seja fabricada assim» Na vei— dade as chumaceiras podem ser fabricadas de numerosas maneirasB algumas das quais são explicadas aqui em seguida» A estrutura representada na figura 3 é um sector de um conjunto de chumaceira de casquilho, tendo ranhuras, rasgos e aberturas formadas na mesma, de modo a definirem uma superfície de almofada de chumaceira contínua 8 que é suportada por uma estrutura de suporte, que inclui o alojamento, uma pluralidade de porções total mente rígidas espaçadas circunf erericialmente .10, um número igual de porções geralmente em forma de T, especialmente rígidas, 20, interpostas entre as porções totalmente rígidas 10, e uma pluralidade de porções de ligação, que ligam as porções totalmente rígidas às porções geralmente em forma de T. A chumaceira, definida pelas ranhuras e rasgos, é simétrica em torno do eixo central 7 da peça em bruto cilíndrica, a partir da qual a chumaceira é formada, isto é, o eixo principal da chumaceira» Consequentemente, a chumaceira representada é uma chumaceira radial bidireccional, isto é, a mesma está adaptada para suportar radialmente um veio para rotação em duas direcções» Na concretização representada a chumaceira suporte o veio 5, para 72 520 KMC-011

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rotação quer na direcção oposta aos ponteiros do relógio quer na direcção dos ponteiros do relógio» Por outro lado, se a chumaceira não fosse simétrica em torno do eixo principal 7» a mesma seria capas: de suportar o veio 5, apenas para rotação no sentido dos ponteiros do relógio ou no sentido contrário aos ponteiros do relógio., mas não em ambos» A figura 3 representa uma secção representativa de uma chumaceira radial» tendo uma superfície de chumaceira contínua 8 e construída com uma estrutura de suporte, a qual funciona ao longo das linhas descritas anteriormente» A chumaceira radial inclui uma superfície de suporte de chumaceira, contínua 8 e uma estrutura de suporte, que inclui uma pluralidade de secções idênticas» Cada secção inclui um componente totalmente rígido 10, um componente de suporte vertical em forma de T 20 e porções de ligação 30, que ligam o componente rígido 10 ao componente em forma de T 20 e ligam o componente em forma de T 20 ao componente rígido 10 de uma secção adjacente» Na figura 3, é mostrada uma secção completa como a secção S; a chumaceira radial mostrada incluiria seis de tais secções» A chumaceira representada na figura 3 έ, de preferência, de uma construção unitária e pode ser formada a partir de uma peça em bruto cilíndrica, proporcionando cortes e ranhuras na peça em bruto cilíndrica, para definir as porções necessárias» Naturalmente, as dimensões das porções específicas dependem da utilização a que a mesma se destina; no entanto, certas regras gerais são aplicáveis» Primeiro, a porção totalmente rígida 10 deve ser relativamente larga e espessa, para assegurar a sua rigidez» Segundo, o corte ou ranhura que define a porção de ligação '30 seria relativamente profunda» para proporcionar a menor espessura possível sem avaria, de modo a reduzir, substancialmente, a capacidade da porção de ligação 30 resistir a binário» Terceiro, a base 20B do componente de suporte vertical em forma de T 20 seria apenas o componente da estrutura de suporte, que é fixado ao alojamento ou a qualquer outro componente, para assegurar a rigidez do componente 20 na direcção vertical» Quarto, os componentes transversais do suporte vertical 72 520 KMC-011 -27 em forma de T 20 seriam relativamente rígidos na direcção vertical * para assegurar que os mesmos não flectem em cantilever, significativamente, em resposta à força aplicada. Quinto, o componente, que se prolonga verticalmente da porção em forma de T teria um módulo de secção pequeno, para assegurar que o mesmo flecte em cantilever, em resposta à força aplicada. Ern geral, o módulo em secção do componente, que se prolonga verticalmente, pode ser diminuído, isto é, feito de modo a flectir em cantilever mais facilmente, quer prolongando o seu comprimento em relação à sua largura, quer reduzindo a sua largura, proporcionando cortes ou ranhuras frontais, de modo que o mesmo fique rnais fino na clirecçao do papel. Uma vez que a base 20B do componente de suporte vertical, ern forma de T, 20 é relativamente pequena em secção vertical, é, geralmente, conveniente proporcionar um componente de suporte adicional 50, para suportar o componente 20 no alojamento. Em alguns casos, este componente de suporte adicional 50, pode ser um componente de suporte sólido, de modo que as deflexões da estrutura de suporte 10, 20 e 30 controlem sozinhas a deflexão da chumaceira. No entanto, o componente de suporte adicional 50 pode também ser projectado, de modo a deflectir em carga, para alterar as características de deflexão da chumaceira. Isto pode ser particularmente útil para acomodar o desalirihamento do veio. Por exemplo, a porção de suporte adicional pode ser formada de modo a suportar a base 20D do componente vertical 20 numa membrana de modo que toda a estrutura de suporte 10, 20, 30 possa ser ajustada. Várias construções da porção de suporte adicional 50 são explicadas adiante e representadas nas figuras 5 - 7 e 10 - 17. A figura 4 representa uma construção de chumaceira radial, similar à mostrada na figura 3. Como a chumaceira mostrada na figura 3, esta chumaceira inclui uma superfície de chumaceira contínua 8, uma estrutura de suporte que inclui uma série de secções idênticas, cada uma das quais incluí um componente total-mente rígido 10, ou porções de ligação 30, tendo uma capacidade substancialmente reduzida para resistir a binário, uma porção de suporte vertical em forma de T 20 e uma porção adicional 30, que liga a porção vertical em forma de T ao componente rígido de uma 72 520 KMC-011 28~ c ç'.'·

porção adjacente. A figura 4 representa também, como as séries de secções repetindo-se podem ser ligadas de uma maneira contínua, de modo a definirem uma superfície de chumaceira contínua, geralmente contínua. A chumaceira mostrada na figura 4 inclui também uma porção de suporte adicional 50. Neste caso a porção de suporte adicional 50 é um elemento contínuo. Como explicado atras, esta porção de suporte adicional 50 pode ser modificada de várias ma™ neiras, para alterar as características de deflexão gerais da chumaceira. Por exemplo, se a porção de suporte adicional 50 suporta o elemento de suporte vertical em forma de T 20, numa membrana contínua, o eixo 8A da superfície de chumaceira contínua cilíndrica contínua 8 pode ser ajustado, de modo a acomodar o de-salinhamento com o eixo do veio a ser suportado. Isto é, porque a porção de suporte adicional 50 permite movimento da porção de base 20B do componente de suporte vertical em forma de T, para e em afastamento do eixo 8A. Várias construções da porção de suporte adicional são explicadas adiante.

Como a chumaceira representada na figura 3, a chumaceira na figura 4 pode ser fabricada de acordo com várias técnicas. A chumaceira é, geralmente, um elemento unitário. Os protótipos e pequenas quantidades de peças podem ser fabricados a partir de uma peça em bruto cilíndrica que é maquinada para proporcionar cortes, ranhuras e aberturas para definir os elementos requeridos na. construção de chumaceiras. Em grandes quantidades, as chumaceiras, tal como a mostrada na figura 4, podem ser formadas por extrusão ou moldação como explicado adiante.

As figuras 5A e 5B e as figuras ÓA e 6B representam outras construções de chumaceiras de casquilho, de acordo com o presente invento» Como na construção descrita atrás, a. chumaceira inclui uma superfície de suporte contínua 8, e uma estrutura de suporte que inclui uma série de secções idênticas. De novo, cada secção inclui um componente totalmente rígido 10, um componente de suporte vertical em forma de T 20 e porções de ligação 30. A construção básica da estrutura de suporte descrita atrás é criada 72 520 KMC-011 29

pela utilização de pequenos rasgos ou cortes através da parede. Tipicamente, estes cortes têm entre 0,508 e 3,67 mm de largura. 0 grau de deflexão pode variar» variando entre outras coisas» comprimento dos cortes. Cortes ma is compridos proporcionam um braço de momento maior que produz maior deflexão. Cortes ma is curtos produzem vigas tendo menor flexibilidade e capacidade de suporte de carga maís elevada. Seleccionando o comprimento do corte ou rasgo» deve ser tomado cuidado para evitar ressonância.

Localizando os cortes e ranhuras como mostrado nas figuras 5A e 5B e nas figuras 6A e 6B» a estrutura de suporte deflecte da maneira descrita atrás. Como um resultado desta deflexão» a folga entre a superfície de almofada 8 e a superfície exterior do veio» através da qual o fluido se escoa» se forma uma série de formas de cunha que produzem o bem conhecido efeito de suporte hidrodinâmico. Geralmente, a relação do espaçamento entre o bordo traseiro e o veio em função do espaçamento entre o bordo dianteiro e o veio está entre 1:2 a 1:5- Por outras palavras o espaçamento entre o bordo dianteiro e o veio deve ser 2 a 5 vezes maior do que o espaçamento entre o bordo traseiro e o veio. Para obter estes espaçamento ideal ou relação de cunha para qualquer aplicação específica, devem ser seleccionadas variáveis de deflexão apropriadas incluindo o número, o tamanho, a localização, a forma e as características de material do elemento unitário. Uma análise de elemento finito auxiliada por computador provou ser o meio ma is eficiente de optimizar estas variáveis. Devia ser também notado que a "cunha ideal" depende da característica de actuação desejadas. Por exemplo» a cunha ideal para maximizar a capacidade de suporte de carga não é a mesma do que a cunha ideal para minimizar o atrito associado ao consumo de potência. A análise auxiliada por computador é particularmente útil numa chumaceira, tal como a do tipo atrás que permite movimento em todas as seis dírecções (seis graus de liberdade).

Em alguns casos observou-se que, em alguns casos, uma chumaceira projectada para actuação óptima sob condições de funcionamento simulados não actua de modo óptimo sob as condições de funcionamento efectivas. As chumaceiras do presente invento podem 72 520 KMC-011

30-ser ajustadas, em resposta a condições de funcionamento detectadas, para corrigir quaisquer deficiências de funcionamento- Mais especificamante» as chumaceiras do presente invento podem incluir elementos separados para alteração física da forma de cunha, da superfície de almofada e das características da deflexão da estrutura de suporte- Os elementos separados podem ser controlados por uma unidade de processamento central (CPU), que por sua vez recebe sinais indicativos da qualidade de cunha. Por exemplo, os sensores podem detectar características físicas tais como a temperatura, o contacto veio--almofada, binário ruído, consumo de potência, etc». Os sinais dos sensores são transmitidos à CPU e comparados com condições indicativas da formação óptima de cunha- Quando existe um desvio substancial entre as condições efectivas detectadas e as condições indicativas da qualidade óptima de cunha, a CPU transmite um sinal para os meios para ajustarem fisicamente a forma de cunha, a superfície de almofada e/ou das características de deflexão da estrutura de suporte, ajustando à força a cunha para conseguir a formação de cunha óptima- Alternativamente ou adicionalmente, a CPU pode responder a comandos directos entrada manualmente tais como "aumentar a rigidez" ou "elevar o bordo traseiro". Quando um tal comando é recebido, a CPU é submetida a uma rotina predeterminada, para conseguir o resultado desejado. Vários meios podem ser utilizados para alterar fisicamente a qualidade de cunha. Por exemplo, a qualidade de cunha pode ser fisicamente alterada, forçando o fluido hidráulico para câmaras de amortecimento (explicadas adiante), para alterar as características de amortecimento da estrutura de suporte de chumaceira. Alternativamente, uma vareta mecânica ou um macaco de parafuso podem ser trazidos para contacto com a estrutura de suporte, para alterar fisicamente as características de deflexão do parafuso de suporte. Quaisquer destes meios podia ser electronicamente controlado.

Apesar de muitos meios poderem ser utilizados para ajustarem fisicamente a cunha, em resposta a condições de funcionamento detectadas, crê-se actualmente que os melhores de tais meios é pro~ porcionar um ou mais elementos piezeléctrícos nos Tnteèrstícios dentro da estrutura de suporte de chumaceira, ou entre a estrutura de suporte e a almofada de chumaceira» A previsão dos elementos piezeléctrícos* neste caso* torna possível controlar efectivamente ou ajustar a forma e a orientação da almofada* e afectar as características de deflexão da estrutura de suporte,. Mais especificamente* é conhecido que a aplicação de uma corrente eléctrica a certos cristais e materiais cerâmicos pode produzir forças de expansão mecânicas» Quando uma tensão é aplicada* o cristal ou o material cerâmico sofre oscilações de espessura» No entanto* quando uma corrente contínua é constantemente aplicada a alteração em espessura não varia. Assim, sabe-se que certos materiais podem mudar as dimensões* quando submetidos a tensão» Notáveis entre estes materiais* são o quartzo* o sal de "Rochel” (tartarato de potássio e sódio)* titanato de bário adequadamente polarizado* dissulfato de amónia hidrogenado* açúcar ordinário e certas cerâmicas» De todos os materiais que apresentam efeitos piezeléctrícos nenhum possui todas as propriedades desejáveis* tais como estabilidade, elevada resposta, insensibilidade a temperaturas extremas e humidade, e a capacidade de serem conformados para qualquer forma desejada» 0 sal de "Rochel" proporciona a resposta mais alta, mas requer protecção da humidade e ar não pode ser utilizado acima de 45^0- 0 quartzo é sem dúvida o mais estável* ainda que a sua resposta seja baixa» Devido a sua estabilidade o quartzo é bastante utilizado habitualmente para a estabilização em osciladores electróriicos. A selecção de um elemento piezeléctrico específico para utilização em ligação com as chumaceiras do presente invento envolve naturalmente a consideração destas e outras características conhecidas dos materiais piezeléctricos bem como a consideração da utilização pretendida da chumaceira»

Qs elementos piezeléctricos podem ser localizados nos interstícios de quaisquer das chumaceiras hidrodinâmicas do presente invento- No entanto* a conveniência de colocação de um elemento piezeléctrico dentro da estrutura de suporte ou entre a estrutura de suporte e a almofada de chumaceira* depende naturalmente dos espaçamentos entre a estrutura de suporte e a almofada 72 520 KMC-Oll -32- 32'

de chumaceira» ou dentro da estrutura de suporte» Uma vez que as chumaceiras descritas aqui em seguida têm uma ampla variedade de espaçamento intersticial e porque o tamanho actual do espaçamento depende do tamanho das chumaceiras» a selecçao de uma forma de chumaceira da variedade descrita aqui em seguida» para utilização numa chumaceira piezelectrícamente controlada» depende entre outras coisas do diâmetro da chumaceira a ser utilizada»

As chumaceiras mostradas nas figuras 5A» 5B» 6A e 68 diferem das chumaceiras das figuras 3 e 4» porque a porção de suporte adicional 50 está modificada» para proporcionar flexibilidade na disposição de suporte»

Na chumaceira das figuras 5A e 5B» um suporte de membrana continuo para a estrutura de suporte é obtido» proporcionando uma ranhura periférica contínua na periferia exterior de uma chumaceira radial de modo a cortar por baixo o componente de suporte adicional 50» A membrana é suportada por duas vigas periféricas contínuas 52 dispostas rias extremidades axiais da membrana» Uma membrana similar pode ser proporcionada» proporcionando uma ranhura frontal axial» no furido de uma chumaceira de impulso ou chumaceira combinada radial e de impulso» A membrana actua como um amortecedor de fluido, no qual a estrutura de suporte é suportada de uma maneira flutuante, de modo que toda a estrutura de suporte possa ser ajustada» para acomodar o desalínhamento do veio» A flexibilidade da membrana combinada com o lubrificante fluido proporciona meios para variar a acção de amortecimento e para isolar a almofada do alojamento» 0 amortecimento é similar ao que um amortecedor que apresenta características de amortecimento elevadas» A porção de suporte adicional 50 é munida com cortes, ranhuras» rasgos e aberturas para dividirem a membrana contínua ou as vigas periféricas contínuas 52 numa ou mais vigas discretas, para suportarem a estrutura de suporte» A membrana é definida formando uma ranhura círcunferencial baixa na periferia exterior da chumaceiras a membrana assim for- -33- -33- -Γΐ** 72 520 KMC-011 mada é suportada por um par de elementos tipo viga contínuos 382» A membrana contínua pode ser dividida numa membrana de suporte discretaj, compreendendo uma rede de vigas e membranas para supoi— tarem os componentes parcialmente rígidos 20» Isto é conseguida, por exemplo, proporcionando uma pluralidade de perfurações dispostas simetricamente, proporcionando perfurações dispostas simetricamente ma is pequenas, e opcional mente proporcionando perfurações pequenas dispostas não simetricamente., Proporcionando perfurações dispostas não simetricamente consegue-se uma estrutura de suporte que é mais flexível e assim é pressionada na direcção das perfurações»

Por exemplo, os rasgos ou cortes internos podem ser proporcionados para criarem uma viga ou estrutura de vigas de suporte- Especificamente, a chumaceira é formada com ranhuras ou rasgos ou cortes para definirem a viga que é suportada a partir de um alojamento pelas vigas» A almofada é ligada às vigas nas abas de suporte» De novo a chumaceira consiste nos cortes ou rasgos finos mostrados cortados através da parede de chumaceira»

Um corte ou rasgo pode ser formado abaixo da superfície de suporte, para introduzir flexibilidade adicional, de modo que em carga a superfície muda de forma, de modo a formar uma película de ar para a introdução do lubrificante» Assim, como um resultado da viga nos dois pontos de suporte da viga da almofada actua como uma membrana tipo mala»

Na construção de chumaceira das figuras 6(A) - 6(B) a porção de suporte adicional está dividida numa rede de vigas, para suportar cada porção parcialmente rígida em forma de T 20. A rede de vigas inclui uma membrana fina curva 54 e vigas periféricas 52» É proporcionado um elemento piezeléctrico 100 por debaixo de cada membrana» Meios de alimentação de corrente, tais como fios 101 ou tiras metálicas estão fixados a cada elemento piezeléctrico, de modo a permitir à corrente ser alimentada para cada elemento piezeléctrico» A alimentação de corrente é controlada por uma CPU ou meios similares aos quais os meios de alimentação de corrente estão ligados» -34- 72 520 KMC-011 c &/// F &Λ £"~" A figura 7 representa uma outra construção de chumaceira casquilho, de acordo com o presente invento» A chumaceira é formada por ranhuras proporcionalmente grandes e como as chumaceira^ descritas atras, inclui um certo número de secções idênticas, incluindo cada uma delas uma porção totalmente rígida 10, uroa porção totalmente rígida 20 e porções de ligação 30« Devido ^ chumaceira ter um corte transversal contínuo a construção de chumaceira da figura 7 é extrusável e moldável num molde simples de duas peças, isto é, facilmente moldável. A chumaceira da figura 7 incluí, adicíonalmente, mais uma porção de suporte 50, que está modificada, de modo a incluir nervuras de suporte espaçadas circunferencialmente 56, Em virtude desta construção a porção parcialmente rígida 20 é suportada flexivelmente, sem se sacrificar a secção transversal contínua © respectivas vantagens. Em particular, as nervuras adjacentes 56 actuam como vigas suportando o remanescente da porção de suporte adicional 50 de uma maneira flexível. Entre outras coisas, isto permite à chumaceira ajustar o desalirihamerito com o veio a ser suportado.

As construções de chumaceiras representadas nas figuras 3 -4 são caracterizadas pelo facto da estrutura de suporte ser definida por ranhuras relativamente grandes e aberturas, formadas numa peça em bruto cilíndrica. Normalmente, este tipo de construção seria formado por frezagem da peça em bruto, em vez de por maquinagem por descarga eléctríca ou qualquer outra técnica similar para formar pequenas ranhuras. Uma vantagem destas construções de chumaceiras é que, em aplicações requerendo chumaceiras extremamente pequenas, é mais fácil formar precisamente os cortes e aberturas proporcionalmente maiores requeridas para formar uma chumaceira do tipo representado nas figuras 3 - 4 em comparação com os cortes e aberturas proporcionalmente mais pequenos requeridos pela construção de, por exemplo, das figuras 5 e 6, Além disso, as ranhuras ou aberturas maiores são, geralmente, mais fáceis de moldar ou extrudir. As chumaceiras formadas por cortes maiores têm utilização em aplicações que requerem chumaceiras extremamente 72 320 KMC-011 35-

grandes com estruturas de suporte de almofada de chumaceira rígidas-

Além disso» as chumaceiras mostradas na figura 3» 4 e 7 têm secções transversais contínuos sem aberturas ocultas- Portanto» as mesmas são facilmente extrudiveis e facilmente moldáveis- Naturalmente » a estrutura de suporte pode ser alterada» após a secção» por exemplo» proporcionando ranhuras prolongando-se cii— cunferencialmente ou aberturas prolongando-se radialmente dispostas não simetricamente» para alterar a estrutura de suporte e» por isso» alterar as earacterístieas de actuação- A figura 8 representa uma chumaceira» tendo uma construção similar à da figura 4» mas na qual as aberturas» cortes e ranhuras que definem a estrutura de suporte estão cheias com plástico poroso 40» que é carregado com lubrificante- Uma pluralidade de passagens de lubrificante 42 prolongam-se através da estrutura de suporte» para a estrutura de chumaceira contínua 8, de modo a proporcionar comunicação entre o plástico poroso» que é uma fonte de lubrificante» e a superfície de chumaceira. Em carga, o plástico poroso liberta o seu lubrificante através das passagens de lubrificante 42 para a superfície contínua 48, de modo a proporcionar o lubrificante como requerido-

As figuras 9(A) - 9(C) representam uma chumaceira de impulso, tendo uma superfície de chumaceira contínua» de acordo com o presente invento- A figura 9(A) é uma vista de topo da chumaceira de impulso, mostrando a superfície contínua circular e, substancialmente plana 8, tendo uma porção cortada para se puder ver uma vista de topo da. secção da. estrutura de suporte, que inclui uma porção totalmente rígida 10, uma porção de ligação 30 que liga a porção rígida 10» uma porção de ligação 30 que liga a porção de ligação 10 a uma porção de suporte rígida vertical-mente em forma de T 20 e uma segunda porção de ligação 30 que liga a porção de suporte vertical em forma de T 20 ao componente rígido 10 de uma secção adjacente na figura 9A- Uma porção adicional de uma superfície de uma chumaceira contínua 8 é cortada para se puder ver uma construção alternativa do componente vertical

72 520 KMOOll em forma de T 20» Eepecificamente, a porção que se prolonga vei— ticalmente do componente em forma de T tem uma secção reduzida, de modo a aumentar a sua flexibilidade e aumentar a sua capacidade de fleetir em cantilever. Apesar da figura 9A mostrar, para fins de representação, construções alternativas da mesma chumaceira, devei—se-á apreciar que as secções de qualquer chumaceira particular seriam idênticas. A figura 9B mostra uma secção transversal algo esquemática da chumaceira de impulso da figura 9A. Como mostrado nesta figura, a chumaceira de impulso inclui também uma porção de suporte adicional 50, que pode ser formada de um certo número de maneiras como explicado adiante para alterar as características de flexão de chumaceira como um todo. Em carga, a chumaceira deflecte da maneira explicada atrás. A figura 9C mostra uma vista em perspectlva da chumaceira de impulso da figura 9A. A figura 9C mostra também que as passagens de lubrificante 42 podem ser proporcionadas na superfície contínua 8 da chumaceira de impulso. Naturalmente, tais passagens são apenas proporcionadas, se as aberturas estiverem cheias com um plástico poroso carregado com lubrificante (não mostrado).

As figuras 9(A) - 9(C) representam uma chumaceira de impulso hidrodinâmica unitária, de acordo com o presente invento. Como notado anteriormente as chumaceiras de Impulso, de acordo com o presente invento, incluem algumas das mesmas características que as chumaceiras de casquilho, de acordo com o invento. Por exemplo, como as chumaceiras de casquilho, as chumaceiras de Impulso do presente Invento têm um eixo principal definido como o eixo central da peça em bruto, a partir da qual a chumaceira é formada. Quando a chumaceira de impulso é simétrica em torno do seu eixo principal é bidireccional; quando a chumaceira não é simétrica em torno do seu eixo principal é unidíreccional« No entanto, devido à natureza das suas diferentes funções, as chumaceiras de impulso têm uma configuração ligeiramente diferente- //

72 520 KMC-Oll -37 <3 CI" A figura 9(A) mostra a linha de divisão radial RDL da superfície de suporte de chumaceira- A superfície de suporte de chumaceira assente num plano, que é essencialmente transversal ao eixo do veio a ser suportado, e ao eixo principal da chumaceira. Evidentemente, quando a superfície de suporte se deforma em car-ga, ou se é desejado se a chumaceira seja lígeiramente inclinada, de modo a contactar o veio no estado instalado ou estático, a superfície de suporte da chumaceira pode ser algo não plana e algo inclinada em relação ao eixo principal ou ao eixo do veio a ser suportado.

Uma consideração partículaririente importante, no p rojes to da chumaceira de impulso do presente invento, é o evitar de fuga de fluido- Em virtude da construção de superfície de chumaceira contínua as chumaceiras do presente invento proporcionam controlo de fuga de fluído excepciorial- Em grande parte este obgectívo ê atingido, projectarido as estruturas de suporte, de modo que em carga, o bordo interior da superfície de suporte deflecte para baixo (quando visto na figura 9(A)), e o bordo exterior deflecte para cima. Qualquer das chumaceiras de impulso descritas aqui pode ser projectada desta maneira- Por exemplo, na chumaceira mostrada na figura 9, os componentes parcialmente rígidos podem ser cortados por baixo, de modo a serem unidos à superfície de almofada 8, num ponto que está próximo do bordo periférico exterior da almofada de chumaceira contínua. Assim, o centro de suporte da superfície de suporte está localizado radialmente para fora da linha de divisão radial RDL mostrada na figura 9(A). Portanto, a chumaceira é projectada de modo que em carga, o bordo interior da chumaceira deflicta para baixo. Em funcionamento, a deflexão para baixo do bordo interior da almofada de chumaceira corresponde à deflexão em afastamento do veio suportado e á deflexão para cima do bordo exterior da superfície de chumaceira, que corresponde à deflexão para o veio. A orientação deflectida da almofada de chumaceira inibe significativamente a parda de fluido, que de outro modo ocorre, como um resultado da acção das forças centrífugas no fluido- Adicionalmente ou alternatívamente, as almofadas podem ser deformadas à força por elementos separados, tais como os elementos piezeléctricos para auxiliar na

V -38- 72 520 KMC-011 • ,· - fV. _ <r retenção de fluido» A superfície de suporte de chumaceira é suportada pela estrutura de suporte (descrita atrás)» A estrutura de suporte pode ser suportada por uma porção de suporte adicional 50» A porção de suporte podia incluir a viga ou membrana suportada por um componente de suporte, tal como o par de pernas contínuas tipo vicia 52»

Proporcionando orifícios ou aberturas na viga ou porção de membrana, a membrana contínua torna-se um conjunto de vigas» Alternativamente, as pernas interiores tipo viga podiam ser substituídas por uma pluralidade de vigas curtas tipo aba, ou mesmo eliminadas para definir um suporte, de tal modo que a estrutura de suporte fosse suportada de um modo em cantilever» Finalmente, quando os orifícios ou aberturas são dispostos simetricamente em relação ao eixo principal, a chumaceira fica simétrica em torno do eixo principal e é, em consequência, bidireccional-

Os orifícios ou aberturas que dividem a membrana contínua em vigas separadas podem ser redondos, para facilitar o fabrico do protótipo de chumaceira (as aberturas circulares podem ser perfuradas facilmente no material de chumaceira)» Isto é verdadeiro para todas as chumaceiras aqui descritas»

Apesar da forma dos componentes de viga poder ser ditada por conveniência de fabrico, a forma afecta também a actuaçâo das chumaceiras individuais» Assim, apesar da forma específica das chumaceiras aqui descritas, incluindo a chumaceira de impulso mostrada na figura 15-18 é principalmente atribuível à facilidade de fabrico de um protótipo, verificou-se que produzia excelentes resultados, para uma aplicação específica» Quaisquer alterações na forma podiam, evidentemente, influenciar as características de actuaçâo da chumaceira, por exemplo, alterando as características deflexão ou torção das vigas que suportam a almofada de chumaceira» Assim, apesar de outras formas de chumaceiras, almofadas de membranas estarem na verdade contempladas, quer a facilidade de fabrico quer o efeito da forma da almofada ou membrana de viga C- __ C‘ 72 520 KMC-011 V// ο- •“39“· devem ser consideradas na ac tu ação da chumaceira,,

Exemplos de outras formas de chumaceira de impulso são mostrados nas figuras 10-16» Cada uma destas figuras incluem uma vista de fundo (A) e uma vista em corte (B) (visto que a superfície de suporte B é sempre contínua e as chumaceiras de impulso têm construções de superfície do tipo mostrado nas figuras 9(A) e 9(C))m A diferença entre estas chumaceiras e a construção de chumaceira mostrada na figura 9(A) -.9(0) reside principalmente nas construções diferentes da porção inferior,, da porção de forma parcialmente rígida 20» Apesar de não mostradas qualquer das chumaceiras de impulso deste invento podia ser modifiçada, como explicado atrás, proporcionando aberturas, cortes ou ranhuras na porção de suporte adicional para definir vários suportes de viga e/ou membrana»

As figuras ,11(A)~11(B) representam uma outra concretização da chumaceira do presente invento» Como mostrado nos desenhos esta chumaceira inclui uma chumaceira parcíalmente rígida, que inclui uma viga de suporte circunf erencíal. interior 201 e uma viga de suporte circunferencíalmente exterior 200, uma membrana periférica interior 551 e uma membrana periférica exterior 550 e vigas de suporte periféricas interior e exterior 52» Como se vê melhor na figura 29, as vigas de suporte circunferenciais 201, 200 são definidas em parte, por um canal profundo circunferen-cial, que se prolonga do fundo da chumaceira» As vigas de suporte podem ser definidas, adicionalmente, por uma pluralidade de orifícios ou aberturas dispostas simetricamente em torno da estrutura de suporte de almofada de chumaceira, que divide as vigas em vigas múltiplas.

As figuras 12(A) - 12(B) representam uma outra chumaceira, de acordo com o presente invento» De acordo com esta construção, o componente parcialmente rígido 20 inclui uma porção de aba 20S, que é, por sua vez, suportada numa porção orientada horizontal-mente 20H, que é, por sua vez, suportada numa porção de viga inclinada de modo inverso 201» As chumaceiras são similares em relação a tudo o mais» Um elemento piezeléctrico 100 pode ser lo- /'/ 72 520 KMOOll -40- 40 &- calizado entre a superfície contínua e a porção de viga horizontal » A figura 13 mostra uma chumaceira similar com uma porção de viga vertical. 20V, em vez da porção de viga inclinada» A ausência de uma porção inclinada na chumaceira da figura 13, tende a dar ã chumaceira mais rigidez na direcção vertical»

As figuras 14(A) - 14(B) representam uma outra concretização da construção de chumaceira do presente invento» A porção inferior de cada componente parcialmente rígido 20 é composta por um tronco de cone exterior relativamente rígido 200„ e os troncos de cone anichados são suportados na porção de suporte secundária, que inclui uma membrana periférica, de divisão 55, que é suportada num par de vigas periféricas 52» As vigas periféricas 52 são similares às das construções descritas atrás» A membrana 55 difere da membrana das construções descritas atrás, porque a membrana 55 é dividida radialmente pela ranhura formada no fundo da estrutura de suporte de chumaceira, que forma os troncos de cone anichados» 0 tronco de cone exterior é invertido em relação à porção vertical, de modo que as linhas de centro médias das porções se fundem num ponto 35 acima da superfície de suporte 8, e têm uma secção transversal que parece similar a um V invertido» Uma vez que as linhas de centro das porções se interceptam no ponto 35 acima da superfície de almofada, a superfície é suportada para articulação em torno de urn ponto acima da superfície de almofada» Isto assegura deflexão adequada»

Alternativamente, as porções 200 e 2QV podem ser inclinadas uma para a outra com o mesmo ângulo, inclinadas uma para a outra com ângulos diferentes, uma viga inclinada e a outra não inclinada e inclinadas na mesma direcção» Evidentemente, as variações no grau de Inclinação das vigas na estrutura de suporte primária tem efeito nas características de deflexão da chumaceira»

Uma pluralidade de orifícios ou aberturas podem ser dispostos simetricamente, em torno da abertura de suporte de chumacei- 72 520 KMC-011 C c\. “41· o

na, para dividir a estrutura em V invertida numa pluralidade de vigas de suporte, e dividir o vértice dos troncos de cone anichados, de modo a definir vigas de suporte discretas» Oeste modo, a porção inferior do componente parcialmente rígido pode ser definida por um par de vigas de suporte complexas, que são cónicas uma para a outra e têm uma configuração geométrica complexa, definida pelas aberturas, prolongando-se cilindrica-mente, que passam através da secção em V invertida» São possíveis numerosas modificações na estrutura de suporte de chumaceira- Por exemplo, a deflexão da estrutura de suporte pode ser modificada, mudando o ângulo das vigas, mudando a localização dos orifícios ou aberturas que definem as pernas, variando o comprimento de quaisquer das vigas ou membranas, e mudando a largura ou espessura de quaisquer das vigas ou membranas» A figura 15 representa uma chumaceira modificada, na qual a porção de tronco de cone exterior 200 é muito menos rígida do que a das figuras 14A e 14B» A chumaceira é, por outro lado, similar à das figuras 14A e 14B» A figura 16 representa uma chumaceira modificada, na qual o componente parcialmente rígido 20 tem uma porção de viga côncava--convexa 2.0C»

As figuras 20, 20A, 20B, 200 e 20D representam uma outra forma de chumaceira de superfície contínua, de acordo com o presente invento» A chumaceira mostrada na figura 20 é do tipo que incluí genericamente, pelo menos, uma superfície de suporte cilíndrica contínua 70, uma pluralidade de porções de orelha deflectíveís, tendo um diâmetro exterior 0»D», e uma porção de pescoço relativamente fina 80, que liga um lado de cada porção de orelha 90 à porção de superfície de suporte contínua 70» Como mostrado na figura 20, a chumaceira tem um perfil lateral tipo anel, com uma pluralidade de, neste caso quatro projecções radiais tipo orelha» 72 520 KMC-011 “42 ,-/,-

Como mostrado nas vistas parciais em corte transversal das figuras 20A, 20B e 200, a chumaceira tem uma secção transversal em forma de U.. 0 diâmetro exterior (Q.D«) da chumaceira definido pelas superfícies radialmente mais exteriores 93 das porções de orelha* é significativamente maior do que o alojamento cilíndrico* dentro do qual a chumaceira vai ser montada- No entanto* devido à sua ligação deflectida com a porção de superfície de suporte 70 através da porção de pescoço 80* as porções de orelha 90 podem ser deflectidas radialmente para dentro* para permitirem a montagem no alojamento. Se o diâmetro exterior (O.D.) é seleccionado adequadamente* a porção de orelha 90 deflectirá um valor suficiente* para provocar a deformação da porção de superfície contínua 70- A deformação da porção de superfície contínua 70 ocorre ao longo das linhas ilustradas (grandemente exageradas) na figura 20D- Especificamente* a superfície de suporte deforma-se numa série de cunhas que* como nas chumaceiras explicadas atrás permite o suporte hidrodinâmico de um veio em rotação. A forma não deformada da chumaceira está mostrada a tracejado na figura 200.

Exístem naturalmente muitos modos possíveis para proporcionar os elementos requeridos por esta chumaceira* isto é, a superfície de suporte contínua* a porção de pescoço e as porções de orelha deflectívais. Consequentemente* podem existir numerosas concretizações estruturais do presente invento. Na concretização representada nas figuras 20* 20A* 20B* 20C e 20D* a superfície de suporte contínua 70 tem a forma de uma membrana contínua 71* tendo porções da perna prolongando-se radialmente 72 em cada sua extremidade axial. Em virtude desta construção, a porção de membrana 71 tem uma tendência para formar um canal em carga; isto auxilia a retenção do lubrificante. As porções de orelha 90 são formadas como extensões de perna 72 e têm uma aparência algo circular quando vistas na figura 20. Devido às orelhas serem formadas como extensões das pernas 72* as orelhas são dispostas em pares circunferencialmente alinhados, como mostrado nas figuras 20A e 20B» Final mente a porção de pescoço 80* que liga 72 520 KMC-011

(li -43- /4 cada porção de orelha 90 à superfície de suporte 70 é formada* proporcionando (tal como por corte) uma ranhura 73 entre a superfície de suporte 70 e a porção de orelha 90» Em virtude desta construção, a porção de orelha 90 tem a superfície radial, mente inferior 97* que está ma is afastada da porção de pescoço 80» É esta superfície 99 que se move para um ponto 75 na superfície de suporte 70* quando as porções de orelha 90 são deflectidas, para permitir à chumaceira ser montada no alojamento»

Apesar da chumaceira da figura 20 oferecer bons resultados operacionais, são possíveis outras formas. Por exemplo, a chumaceira da figura 20 podia ter uma secção transversal contínua, em vez da secção transversal em forma de U representada nas figuras 20A-20C» Se a chumaceira tem uma secção transversal contínua, a mesma será facilmente moldãvel» Também, a espessura da porção de superfície contínua 90 podia variar e o tamanho ou forma das porções de pescoço e orelha podiam ser inteiramente diferentes, é também necessário que a superfície contínua 70 seja deflectida numa série de cunhas, quando a chumaceira é montada no alojamento»

De acordo com um outro aspecto do presente invento, um ou mais elementos piezeléctricos podem ser montados dentro ou na chumaceira da figura 20, para permitir o controlo preciso da formação de cunha, quando a chumaceira está a funcionar» Como um exemplo, a figura 29 mostra um elemento piezeléctrico 100 montado no ponto radialmente mais exterior 93 de uma porção de orelha 90, e um outro elemento piezeléctrico 100 montado ria superfície de contacto radialmente interior 97 da mesma porção de orelha 90» Na prática, os elementos piezeléctricos seriam utilizados simetricamente em todas as porções de orelha, para assegurarem funcionamento simétrico. Adicionalmente, é provável que os elementos piezeléctricos 100 fossem usados tanto na superfície 0»D„ 93 como na superfície de contacto 97, porque, como explicado abaixo, tais elementos piezeléctricos executam essencialmente a mesma função, isto é, o ajustamento da deflexão interno efectivo das porções de orelha, de modo a alterar o perfil de cunha» ο 72 520 KMC-011 •“44™ ^ (¾. <S?

Proporcionando corrente contínua aos elementos piezeléctri-cos 100, o tamanho dos elementos pode ser variado- Quando os elementos piezeléctricos 100 estão localizados como explicado atrás» ou numa qualquer outra localização apropriada a sua expansão ou contracção em tamanho provoca maior ou menor deflexão interior da superfície de suporte 70 próxima do ponto 75 e aumenta ou diminuí assim a dimensão de cunha. Isto» efectivamente, afecta a qualidade da cunha.

Se desejado» os elementos piezeléctricos 100 podiam ser controlados por unidade de processamento central ou CPU. A CPU podia ser programada para fornecer corrente contínua aos elementos piezeléctricos para obter um resultado especificamente desejado derivando para um comando de entrada manual por exemplo "AUMENTAR A ALTURA DE CUNHA". Alternativamente ou adicionalmente» a CPU podia ser programada para fornecer corrente aos elementos piezeléctricos em resposta às condições de operação efectivas, como determinadas por sensores capazes de detectarem as características físicas» tais como a temperatura, o binário, a pressão de fluido e o contacto do veio com a almofada, que são indicativas da qualidade de cunha.

As figuras .17(A) - 17(C) representam uma chumaceira hidrodinâmica combinada de impulso e radial de acordo com o presente invento. A chumaceira representada na figura 17 é bastante similar à chumaceira representada na figura 9 e números similares são usados para indicarem estruturas similares. Podem também ser construídas chumaceiras radiais de impulso, as quais diferem das chumaceiras apenas radiais descritas até aqui, porque a superfície de almofada de chumaceira 8 é inclinada em relação ao eixo principal. Em virtude da sua superfície de almofada inclinada as chumaceiras combinadas de impulso e radiais suportam cargas que actuam, quer ao longo do eixo principal quer radialmente do eixo. 0 veio que é para ser suportado pela face de suporte de almofada inclinada» deve ter montado com uma pista que é inclinada com um ângulo complementar ao ângulo da face de suporte de -45- - -45- - ·. 72 520 KMC-011 chumaceira» A porção da carga axial da chumaceira e a porção da carga radial suportada pela chumaceira depende do ângulo da superfície de almofada- Se a almofada é inclinada com um ângulo α em relação ao eixo principal 1006, a carga axial aplicada à chumaceira pode ser determinada pela seguinte equação: carga axial aplicada - a carga total axial (Sen a)»

De modo similar* a carga radial aplicada à chumaceira pode ser determinada pela seguinte equação: carga radial aplicada = a carga total radial (Cos a). A estrutura de suporte da chumaceira mostrada na Figura 17 é similar à estrutura de suporte da chumaceira mostrada na Figura

Fm geral qualquer das construções de chumaceira gerais descritas neste pedido pode ser empregue no projecto da chumaceira combinadas radiais de impulso do tipo representado na figura 17« Evidentemente* para obter a característica de chumaceira combina-da radial e de impulso* a superfície de almofada de chumaceira deve ser inclinada com um ângulo entre 0 e 90° em relação ao eixo principal- Além do mais* a necessidade de acomodar as cargas tanto radiais como axiais terá necessariamente efeito no projecto da estrutura de suporte de almofada de chumaceira.

Um aspecto importante do presente invento é a descrição das formas de chumaceira maquinadas» Por outras palavras* as formas de chumaceira que podem ser produzidas por maquinagem de uma peça de tubagem de paredes grossas ou casquilho cilíndrico similar* utilizando técnicas de maquinagem normalizadas existentes- Tais chumaceiras são caracterizadas pelo facto de as mesmas serem foi madas a partir de uma peça de tubagem com paredes grossas ou casquilho cilíndrico similar* através de se proporcionarem perfurações* rasgos e ranhuras. A vantagem de tais chumaceiras é que é fácil fabricar protótipos e modificar estes protótipos após teste. Naturalmente* quando as chumaceiras são para ser produzidas

72 520 KMC-011 em massa utilizando, por exemplo, técnicas de moldagem ou fundição, as diferentes considerações de fabrico podem ditar foi— mas diferentes. É importante reconhecer que alterações na forma afectam a. actuaçáo de chumaceira-

Uma outra consideração de fabrico é a facilidade de mo1dação. Naturalmente, a maioria das construções de chumaceira do presente invento são capazes de serem moldadas, pela mesma técnica de mo1dação. No entanto, apenas certas formas podem ser moldadas por injecçao num molde simples de duas peças, isto é, um molde que não inclua excêntricos., Uma outra vantagem das chumaceiras do presente invento é que as chumaceiras podem ser construídas com formas facilmente moldáveis que são definidas como formas que podem ser moldadas por irgecção, utilizando um molde simples de duas peças. Uma forma facilmente moldãvel é, genericamente caracterizada pela ausência de cavidades "ocultas" que requerem excêntricos para moldação. Por exemplo, em relação às chumaceiras radiais uma forma facilmente moldável não incluí ranhuras, prolongando-se radialmente no diâmetro interno e externo e numa secção transversal axial contínua. A chumaceira mostrada nas Figuras 32, 32A e do 328 é um exemplo de um exemplo de uma chumaceira radial ou de casquilho facilmente moldável.

De modo similar, as chumaceiras de impulso facilmente moldáveis são caracterizadas pelo facto de as mesmas poderem ser moldadas com uma linha de costura única de modo que, por exemplo, quando vistas apenas do topo e fundo, todas as superfícies são visíveis. A Figura 18 representa uma chumaceira de impulso facilmente moldável. A chumaceira inclui uma estrutura de suporte, que inclui porções rígidas 10, porções parcíalmente rígidas 20 e porções de ligação 30» A estrutura de suporte suporta a superfície 8. São possíveis variantes da estrutura de viga específica moldável representada. Por exemplo, corric qualquer chumaceira de acordo com o presente invento, a estrutura podia ser variada tam~ -47- 72 520 KMOOll L· bém, variando o comprimento ou a espessura de qualquer dos elementos na estrutura de suporte, para modificar as características de deflexão da estrutura de suporte» A porção inferior 20L da porção parcialmente rígida 20 pode ser facilmente modificada em termos de dimensão e forma para acomodar várias características de actuação desejadas»

Para representar um certo número de construções de estrutura de suporte, a Figura 18C representa uma estrutura de suporte diferente, para cada uma das porções parcialmente rígidas 20» Em particular, a Figura 18C é uma vista de fundo, com as modificações representadas nela» Devei—se-á compreender que estas várias estruturas de suporte estão mostradas numa única chumaceira para fins de representação do presente invento» Em utilização normal, cada uma das porções parcialmente rígidas teria uma estrutura de suporte similar embora não necessariamente idêntica, para assegurar a actuação uniforme»

Como é evidente a partir destes desenhos, as chumaceiras moldáveis não incluem quaisquer cavidades ocultas que necessitariam da utilização de um molde complexo e/ou um molde incluindo um excêntrico deslocável. Em particular, uma vez que cada superfície da estrutura de chumaceira é visível directamente, quer na vista de topo da Figura 18, a chumaceira pode ser moldada, simplesmente utilizando um molde de duas peças» Especificamente, uma primeira peça de molde define as superfícies que são directamente visíveis apenas na vista de topo da Figura 18» A segunda peça de molde define as superfícies que são apenas visíveis na vista de fundo da Figura 18B» As superfícies tendo bordos visíveis nas Figuras ISA e 38B podem ser moldadas, utilizando cada ou ambos os moldes» Na chumaceira representada, a facilidade de moldação é obtida, devido às porções de suporte secundária e terciária estarem localizadas circunferencialmente no espaço entre as almofadas de chumaceira»

Naturalmente cada estrutura proporciona características de deflexão únicas, que podem ser consideradas no projecto da chumaceira para formação de cunha óptima. Adicionalmente, as -48- 72 520 KMC-011 »1 * II l· ^ C ' características de uma cunha óptima dependem da utilização pretendida da chumaceira, por exemplo, carga alta em função do atrito baixo.

Em certas chumaceiras de almofada de deflexão lubrificadas a gás ou ar, existem casos em que as cargas ou velocidades excedem a capacidade de uma película de ar. Nestes casos, é necessário introduzir um lubrificante tipo líquido na cunha convergente sem proporcionar um reservatório ou banho de líquido» As Figuras & © 9(C) representam construções de chumaceira para conseguirem este objectivo» Em particular, estes desenhos representam uma nova chumaceira de almofada de deflexão autolubrifiçada, de acordo com um outro importante aspecto do presente invento- A chumaceira é, essencialmente, uma chumaceira de almofada de deflexão do tipo descrito aqui que tem sido modificada de modo a incluir plástico de lubrificação nas suas várias aberturas. 0 plástico empregue rias chumaceiras é um plástico poroso moldável convencional, que é capaz de absorver líquido lubrificante, quando embebido num tal líquido. Um tal plástico é vendido com o nome comercial FOREX. Qeralmente, o plástico poroso pode ser formado a partir de vários plásticos por írijecção de ar no material plástico, para formar os poros. Em particular, o líquido é absorvido no interior do plástico poroso de uma maneira tipo pavio e mantido no lugar pelo plástico. A chumaceira lubrificada é construída por meio de uma chumaceira de almofada de deflexão de casquilho, de impulso ou combinada radial e de impulso do tipo descrito atrás, e moldando ou injectando o plástico poroso convencional em redor e para dentro dos espaços entre os componentes de deflexão. Acessos ou aberturas são proporcionados na chumaceira para proporcionarem comunicação entre estes espaços e a superfície de suporte contínua. Como uma consequência desta construção durante o funcionamento, o movimento do veio e a compressão dos componentes de deflexão provocam que o líquido lubrificante deixe o plástico poroso, sendo arrastado para o bordo dianteiro da cunha convergente. A formação da cunha cheia de líquido aumenta 49- 72 520 KMC-Oll " (h θ'' enormemente a capacidade de carga e velocidade da chumaceira.

Um aspecto importante do presente invento é a estrutura compósita» combinando um material de chumaceira normalizado com o plástico poroso» Em virtude deste compósito» é possível tirar vantagem das características únicas de ambos os materiais» iiais especificamente o plástico poroso por si próprio torna os materiais de chumaceira de almofada de deflexão deficientes» porque os poros do plástico são vazios efectivos, que actuam contra o desenvolvimento de uma película de fluido muito fina» Por outro lado» os materiais de chumaceira convencionais de plástico ou de metal não tendo poros são incapazes de absorverem lubrificante em qualquer grau significativo» No entanto» através da utilização de ambos os materiais da maneira descrita» pode ser obtida uma chumaceira hidrodinâmica autolubrifiçada efectiva» Adicionalmente» existem resultados sinergísticos da utilização combinada de material de chumaceira normalizado e plástico poroso» absorvente de lubrificante. Por exemplo, as deflexões da superfície de chumaceira auxiliam no forçar do lubrificante líquido para o bordo dianteiro» Além do mais» o acanelamento ou retenção de lubrificante da formação da superfície de chumaceira auxilia na contenção do líquido»

As Figuras 8 e 9(C) mostram dois exemplos de chumaceira de almofada de lubrificação autolubrifiçada do presente invento» Em particular estes desenhos mostram desenhos similares às chumaceiras anteriormente descritas» que foram modificadas de modo a incluir o plástico poroso absorvente de liquido enchido nos passos entre os componentes de deflexão» Em algum grau» a chumaceira ac~ tua como uma porção esquelética e a porção de plástico poroso ao-tua como uma esponja de retenção e libertação de lubrificante» A figura 8 mostra uma chumaceira autolubrifiçada» tendo uma estrutura de chumaceira subjacente que é essencialmente idêntica à chumaceira mostrada nas figuras 32 e 32A» No entanto» a estrutura de chumaceira da figura 4 é modificada, de modo que plástico poroso encha as aberturas na estrutura de suporte e são proporcionadas passagens de lubrificante para porém» em comunicação o lu-

72 520 KMC-011 -50- brificante com a superfície de chumaceira 8»

De igual modo, a figura 9(C) mostra uma vista em perspectiva da construção de chumaceira das figuras 9(A) e 9(B)» No entanto, foi injectado plástico poroso nos interstícios ou espaços dentro da estrutura de suporte entre a extremidade e as almofadas» As passagens de lubrificante sâo de novo proporcionadas para permitirem ao lubrificante atingir a superfície de chumaceira»

Especificamente como a chumaceira da figura 8,, o diâmetro interno da chumaceira da figura 9(C) inclui aberturas espaçadas de libertação, e absorção, e retenção de lubrificante» Em funcionamento, o movimento do veio e a compressão dos componentes de deflexão provoca que o líquido lubrificante saia do plástico poroso e seja arrastado para o "bordo dianteiro" da cunha convergente» A formação da cunha cheia de líquido aumenta grandemente a capacidade de carga e velocidade das chumaceiras» 0 fabrico da chumaceira de almofada de deflexão autolubrifiçada envolve três passos gerais» Primeiro a chumaceira básica ou porção esquelética é formada de material de chumaceira normalizado» Segundo, o plástico poroso é injectado para os espaços desejados na estrutura de chumaceira» Para fins de conveniência de fabrico, o plástico é injectado na chumaceira sem lubrificante» Finalmente, a chumaceira com o plástico poroso injectado dentro dos espaços desejados é carregada com líquido lubrificante» Para carregar adequadamente o plástico com líquido lubrificante é necessário embeber o lubrificante a partir de um lado»

Como notado em relação a cada um dos exemplos representados e descritos atrás, as chumaceiras do presente invento podem ser formadas, de modo a proporcionarem uma relação de cunha de 1:2 a In5, têm uma superfície de chumaceira deformável, cuja forma pode ser modificada, permitem seis graus de liberdade da almofada, para proporcionar uma acção de amortecimento tipo amortecedor- As chumaceiras são tipicamente de uma construção unitária» 72 520 KMC-011

Em virtude da cunha» -51- formada pela

deflexão da almofada de chumaceira e da capacidade da almofada se mover com seis graus de liberdade» as chumaceiras do presente invento apresentam caracte-rísticas da actuação excepcíoriais. Especificamente, as dimensões de chumaceira e as variáveis de deflexão» incluindo o número» o tamanho» a forma» a localização e as características de material dos elementos definidos na chumaceira unitária» podem ser feitos por medida» para qualquer aplicação específica» para suportar uma ampla variedade de cargas. Destas variáveis» a forma dos componentes de suporte é» particularmente» importante- 0 impacto da forma dos componentes de suporte nas características de deflexão da estrutura de suporte pode ser apreciado quando a fórmula variável para o momento de inércia bh°/12 (unidades inglesas) (o componente principal do módulo de secção para a secção rectangular» z ~ I/c ~ bh2/6) utilizado no exemplo- Além do mais» a capacidade da almofada para se mover com seis graus de liberdade permite à chumaceira compensar e corrigir desalinhamento do veio. A este respeito note-se, que as chumaceiras do presente invento têm uma característica de autocorrecçao» que resulta da tendência da chumaceira para voltar ao seu estado não deflectido devido à rigidez da chumaceira. Evidentemente, a rigidez da chumaceira é principalmente uma função da forma da estrutura de suporte, e num grau menor das outras variáveis de deflexão» incluindo o número» o tamanho» a localização e as características de material do elemento, definido pelas ranhuras e cortes ou rasgos formados no elemento unitário- Chumaceiras mais rígidas têm uma maior tendência de autocorrecçao, mas são menos capazes de se ajustarem ao desal inhamento do veia.

Em pequenas quantidades» as chumaceiras aqui descritas são construídas, de preferência por processos de maquinagem de des-carga eléctrica ou de corte laser- As linhas duplas mostradas nos desenhos são percursos efectivos do arame ou viga, que tem tipicamente 0,50-1,52 mm de diâmetro. 0 lubrificante» que se escoa nos percursos maquinados por descarga eléctrica, actua como um amortecedor de fluido» que reduz qualquer vibração ou instabilidade às frequências de ressonância. Nas situações descritas -“52" - ' \ · ο 72. 520 KMC-011 /’/

atrás, em que uma membrana cilíndrica contínua é formada, o amortecimento toma a forma de um amortecedor que apresenta características de amortecimento elevadas- Uma consideração significativa no projecto é que o comprimento e a direcção da estrutura de suporte sejam orientados, de modo a proporcionarem a deflexão para dentro mostrada na Figura 3- Também as deflexões diminutas das próprias almofadas na direcção da carga, como mostrado na Figura 9, resultam em mudanças de excentricidade, que melhoram adicionalmente a actuaçao de chumaceira» Note-se que em Faires, Design of Machine Elements a distância entre o centro da chumaceira e o centro do veio é chamada a excentricidade da chumaceira- Esta terminologia é bem conhecida pelos peritos no projecto de chumaceiras- Com a nova abordagem de ajustamento ou de modificação da rigidez da configuração ou estrutura de chumaceira e, particularmente da viga, para adequação a uma aplicação de chumaceira particular, é facilmente obtida a actuação óptima» A análise de computador recente demonstrou que virtualmente pode ser conseguida qualquer rigidez ou deflexão»

Como se notou atrás, quando se fabricam baixos volumes ou protótipos das chumaceiras do presente invento, as chumaceiras são, de preferência, construídas por processos de maquínagem de descarga eléctrica ou corte laser- Tais pequenos volumes ou protótipos são, usualmente, construídos em metal- No entanto, quando são contemplados volumes de produção mais altos de uma chumaceira particular, outros processos de fabrico, tais como a moldação por injecção, vazamento, vazamento em matriz de metal pulverizado e extrusão são mais económicos» Em ligação com tais processos de fabrico pode ser mais económico empregar plásticos, cerâmicas, metais pulverizados ou compósitos para formar as chumaceiras do presente invento- Crê-se que os processos, tais como moldação por injecção, vazamento, vazamento em matriz de metal pulverizado com sinterização e extrusão são suficientemente bem conhecidos para que os processos não precisem de ser aqui descritos em detalhe- Crê-se também, que uma vez que seja construído um protótipo de chumaceira o processo de produção de um molde ou semelhante para produção de chumaceira é bem conhecido pelos peritos na arte de moldação e vazamento- Além do 53- 72 520 KMC-011 mais* deve ser compreendido que certos tipos das chumaceiras 'do presente invento estão adaptadas para serem feitas em elevados volumes através de extrusão» Geralmente* estas são as chumaceiras que são formadas* apenas através de se proporcionarem ranhuras circunferenciaís e cortes ou rasgos radiais e circunferencíais* os quais se prolongam axialmente através de toda a chumaceira» Por outras palavras as chumaceiras tendo uma secção transversal constante* ou de outro modo extrusável»

De acordo com um outro aspecto do presente invento* foi verificado um novo processo de vazamento de sacrifício que é particularmente útil no fabrico de quantidades intermédias* por exemplo inferior a 5 000 chumaceiras» De acordo com este processo de fabrico o primeiro passo do processo de vazamento de sacrifício é o fabrico de uma chumaceira protótipo. Como explicado atrás e detalhado abaixo* o protótipo pode ser fabricado de um qualquer numero de modos* mas é fabricado* de preferência* por maquinagem de uma peça de tubagem de paredes grossas ou casquilho cilíndrico similar» Em chumaceiras maiores* o casquilho cilíndrico* tipicamente, é maquinado, utilizando um torno para a formação de ranhuras de face e circunferenciais e uma freza para a formação de perfurações axiais e radiais» Na maquinagem de casquilhos cilíndricos mais pequenos* as técnicas tais como o corte por jacto de água* técnicas laser e de descarga de arame eléctrico são geralmente mais adequados» No entanto* em qualquer aplicação* os casquilhos são tipicamente torneados e frezados para a formação de ranhuras maiores»

Após a chumaceira protótipo estar formada, pode ser desejável testar o protótipo para confirmar que a chumaceira funciona da maneira prevista» Como um resultado de tal teste pode ser necessário modificar e afinar o protótipo para obter os resultados desejados»

Uma vez que seja obtido um protótipo satisfatório* é formado um molde de borracha do protótipo» Tipicamente este passo envolve o envolvimento do protótipo em borracha fundida e permitir à. borracha endurecer* de modo a formar um molde borracha do protótipo» 72 520 : KMC-011 .>; ^ .. "54- “‘‘(b ’ o 0 invólucro de borracha do protótipo é então dividido e o protótipo é removido, para produzir um molde borracha aberto.

Uma vez que seja obtido o molde borracha, o mesmo é usado para formar um molde cera. Este passo envolve, tipicamente, o vazamento de cera fundida no molde borracha e deixar a cera endurecer para formar um modelo de cera da chumaceira.

Após o modelo de cera ser obtido, o mesmo é utilizado para formar um molde argamassa. Este passo envolve tipicamente o envolvimento do modelo de cera com argamassa, deixando a argamassa endurecer em torno do modelo de cera, de modo a formar um molde argamassa. 0 molde argamassa pode então ser usado para. formar uma chumaceira. Especificamente, o material de chumaceira fundido, tal como bronze é vazado para o molde argamassa de modo a derreter e deslocar o modelo de cera do molde. Assim, o molde de argamassa é enchido com material de chumaceira fundido e a cera derretida é removida do molde argamassa.

Após o material de chumaceira fundido ser deixado endurecer, o molde de argamassa é removido da chumaceira e é obtida uma chumaceira.

Devido a este processo de fabrico envolver o sacrifício do modelo de cera é conhecido como vazamento de substituição ou vazamento de sacrifício.

Apesar do facto, do processo de vazamento de substituição ou de sacrifício descrito atrás, envolver o sacrifício de um modelo de cera e a produção dos moldes tanto de .borracha como de argamassa, e ser bastante consumidor de trabalho, provou ter custos atractivos, quando quantidades intermédias, por exemplo inferiores a 5 000 unidades de uma chumaceira particular são requeridos. A efectividade dos custos deste procedimento para requisitos de chumaceiras de quantidades mais baixas, é devido ao facto de os moldes utilizados neste processo serem de longe mais baratos para produção do que os moldes complexos requeridos pela moldação por injecção ou vazamento de metal pulverizado»

Como notado atras, o primeiro passo no processo de vazamento de substituição, na verdade em qualquer processo de produção de chumaceiras, de acordo com o presente invento, é a produção de uma chumaceira protótipo. De acordo com um outro aspecto do presente invento, as chumaceiras de casquilho ou de impulso, relativamente complexas do presente invento, podem ser formadas utilizando técnicas de fabrico simples» Técnicas similares são utilizadas para chumaceiras tanto de impulso como de casquilho»

Com o anterior em mente, crê-se suficiente descrever o processo de produção de uma chumaceira de casquilho simples através da utilização de produção e maquinagem por descarga eléctrica» Crê-se, que uma descrição de tal produção, demonstra a facilidade com que as formas de chumaceira relativamente complexas do presente invento podem ser obtidas»

Cada chumaceira tem inicialmente a forma de uma peça em bruto cilíndrica, tendo uma perfuração cilíndrica, como mostrado nas figuras 11A e 11B» A peça em bruto é então maquinada, para proporcionar uma ranhura radial de fluido de lubrificação, como mostrado nas Figuras 12A e 12B. Para certas aplicações é desejável maquinar adicionalmente a peça em bruto para fazer incluir ranhuras confrontantes, que são, de preferência, dispostas simetricamente nas faces radiais da chumaceiras, como mostrado nas Figuras 13 e 13B. Proporcionando tais ranhuras confrontantes resulta por fim numa chumaceira que é facilmente deflectída à torção» Apesar da ranhura mostrada nas Figuras 13A e 13B ser cilíndrica, é possível proporcionar ranhuras cónicas, como mostrado nas Figuras 14A e 14B. Como será evidente abaixo, isto produz uma chumaceira, que apresenta características de deflexão melhoradas em virtude do alinhamento inclinado das vigas de suporte» Neste contexto, podia ser notado que é preferível que as vigas de suporte, quando vistas na Figura 14A sejam cónicas ao longo de linhas que convergem num ponto próximo da linha de centro do veio» Isto assegura que a flexibilidade ocorre em torno 72 520 KMOOll

·· i t_J da linha de centro do vaio, estabelecendo um centro de acçáo para todo o sistema, de modo que as almofadas podem ajustar o desalinhamento do veio. Essencialmente, a conicidade das vigas de suporte provoca que a chumaceira actue de uma maneira similar a uma chumaceira esférica, concentrando as forças de suporte num único ponto em torno do qual o veio pode rodar em todas as direcções para corrigir qualquer desalinhamento. As setas na Figura 14A representam as linhas de acçâo da deflexão..

As chumaceiras, tendo secções transversais do tipo mostrado nas Figuras 12A e 14 A, são particularmente efectivas na retenção do fluido hidrodinâmico. Isto é devido à almofada de chumaceira ser suportada próximo das extremidades axiais da almofada de chumaceira e a porção central da almofada de chumaceira não ser suportada directamerite. Em virtude desta construção, a almofada de chumaceira é suportada, de modo a deformar em carga, para formar uma bolsa côncava de retenção de fluido, isto é, a porção central da almofada de chumaceira deflecte radialmente para fora. Isto diminui grandemente a fuga de fluido. Naturalmente o grau de formação de bordo depende das dimensões relativas da almofada de chumaceira e estrutura de suporte. Pode ser obtida uma bolsa de retenção de fluido maior, proporcionando uma superfície de almofada de chumaceira mais fina e suportando a superfície de almofada nas extremidades axiais extremas da almofada de chumaceira.

Após a peça em bruto cilíndrica ser maquinada adequadamente, como mostrado nas Figuras 12A e 12B, figuras 13A e 13B ou nas Figuras 14A e 14B, são formados rasgos ou ranhuras radiais e/ou circunferenciais ao longo da face radial da peça em bruto, maquinada para definir as almofadas de chumaceira, os suportes de víga e o alojamento. As Figuras 14C e 140 representam as ranhuras formadas na peça em bruto maquinada nas Figuras 14A e 14B» Quando se fabricam baixos volumes das chumaceiras ou protótipos das chumaceiras, para utilização da construção de um molde, os cortes ou rasgos são, de preferência, formados através de fabrico por descarga eléctrica ou através da utilização de um laser. A maquinagem de peças em bruto cilíndricas para se obterem as configurações representadas nas figuras 12A e 12B, nas Figuras

KMC—011 '·' - c~\, -57- c<........... 13A e 13B, nas Figuras 14A e 14B ou uma forma similar, podem ser obtidas através de máquinas ferramentas convencionais tais como o torno ou semelhante»

Apesar da explicação anterior ser dirigida especificamente para chumaceiras de casquilho, os princípios aplicam-se perfeitamente bem a chumaceiras de impulso» Por exemplo, a chumaceira de impulso mostrada nas figuras 15-18 pode ser formada maquinando uma secção de tubagem de paredes grossas, para proporcionar ranhuras radialmente interiores e exteriores, ranhuras confrontar-tes, perfurações axiais, cortes radiais e chanfros de modo a definir a almofada de chumaceira e a estrutura de suporte»

As características de actuação das chumaceiras do presente invento resultam da forma relativa, do tamanho, da localização e das características do material das almofadas de chumaceira e dos suportes de viga, definidos pelas perfurações e cortes ou rasgos formados na peça em bruto maquinada» Estes parâmetros são largamente definidos pelas dimensões e localização das perfurações, cortes ou rasgos circunferenciais e radiais, formados na chumaceira, em conjugação com a forma da peça em bruto maquinada, na qual as perfurações ou rasgos são formados para produzir a chumaceira»

Como se notou atrás, apesar da construção das chumaceiras do presente invento ser mais facilmente compreendida através da referência ao processo de maquinagem, quantidades maiores são, de preferência, fabricadas através do processo de vazamento de substituição do presente invento e mesmo a produção em grande escala das chumaceiras contempladas pela presente irivento podia ser executada mais economicamente através de moldaçao por injecção, vazamento, moldaçao em matriz de metal pulverizado, extrusão ou semelhante»

Ao extrudir-se um grande número de chumaceiras a partir de uma peça em bruto cilíndrica tipo tubo, as ranhuras de fluido de lubrificação radiais, como mostrado nas figuras 12A e 12B, podem ser proporcionadas ao longo do comprimento da peça em bruto -58“ KMC-011 ci 1índrica tipo tubo antes da extrusão. No entanto9 se forem desejadas ranhuras confrontantes na chumaceira, estas podem ser definidas individualmente., após o corte das chumaceiras individuais9 a partir da peça em bruto extrudida e maquinada. Por esta razão, a extrusão pode não ser um processo preferido de produção de chumaceiras, que requerem ranhuras confrontantes para aumentar a flexibilidade torcional»

Claims

KMC-011 -~S9- V—..... - ' R.....E.....I.....V.....1.....N.....D.....I.....C.....A.....Q.....Õ.....E S 1 ~ Chumaceira hidrodinâmica adaptada para suportar um veio, caracterizada por compreender: uma superfície de chumaceira contínua; uma estrutura de suporte, que suporta a superfície de chumaceira contínua, compreendendo a estrutura de suporte uma série repetitiva de secções de suporte, compreendendo cada secção de suporte: (a) uma porção completamente rígida, sendo a porção eomple-tamerite rígida, substancialmente rígida em todas as direcções; (b) uma porção parcialmente rígida, sendo as porções parcialmente rígidas, substancialmente rígidas numa primeira direcção transversal à porção da superfície de chumaceira que a mesma suporta mas flexível numa segunda direcção, a qual é, substancialmente, transversal à primeira direcção; (c) uma primeira porção de ligação, que liga as porções completamente rígidas â porção parcíalmente rígida ao longo de uma linha, sendo a primeira porção de ligação fina ao longo da linha de ligação, de modo que a primeira porção de ligação tenha, substancialmente, a capacidade de suportar momento reduzido; e (d) uma segunda porção de ligação que liga a porção parcialmente rígida à porção completamente rígida, de uma secção de suporte adjacente, ao longo de uma linha, sendo a segunda porção de ligação fina ao longo da linha de ligação, de modo que a segunda porção de ligação tenha, substancialmente, a capacidade de suporte de momento reduzido; suportando, a estrutura de suporte, a superfície de chumaceira de modo que, sob a acção do atrito e da pressão a superfície de chumaceira deforma-se, de modo a formar uma série de cu- ./ / 72 520 KMC-011 60- O

nhas hidrodinâmicas, substancialmente, espaçadas circunferencial mente.
2 ~ Chumaceira de acordo com a reivindicação l, caracteriza-da por a porção parcialmente rígida;, em cada secção de suporte compreender uma porção, tendo uma parte superior e uma parte inferior, sendo a parte superior significativamente mais larga do gue a parte inferior.
3 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 2, caracteriza-da por a porção parcialmente rígida em cada secção de suporte ter uma secção em forma de T, prolongando-se a primeira e segunda porções de ligação das extremidades opostas da parte superior da secção em T.
4 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-da por compreender adicionalmente uma porção de suporte adicional que suporta a estrutura de suporte unitária.
5 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 4, caracteriza-da por a porção de suporte adicional compreender urna membrana contínua fô um par de vigas periféricas contínuas, prolongando-se dos bordos da membrana, estando cada uma das porções parcialmerite rígidas da estrutura de suporte unitária, ligada à membrana.
6 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 5, caracteriza-da por a porção de suporte adicional compreender, pelo menos, uma viga que suporta cada porção parcialmente rígida e, pelo menos, uma viga adicional que suporta a dita pelo menos uma viga.
7 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-da por a porção parcialmente rígida ter uma secção reduzida nas duas direcções transversais, de modo que a porção parcialmente rígida seja flexível nestas duas direcções transversais, sendo as duas direcções transversais, substancialmente, transversais à primeira direcção.
8 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- 72 520 KMC-011 / 61 C

da por a chumaceira ser uma chumaceira de impulso e a superfície de chumaceira contínua ser, substancialmente, plana.
9 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-da por a chumaceira ser uma chumaceira radial e a superfície de chumaceira contínua ser, substancialmente, cilíndrica.
10 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada por a chumaceira ser uma chumaceira combinada radial e de impulso e a superfície de chumaceira ser troncónica.
11 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri" zada por a estrutura de suporte unitária não estar disposta simetricamente em relação às almofadas de chumaceira, de modo que as almofadas de chumaceira são pressionadas numa direcção.
12 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada por a estrutura de suporte unitária ser simétrica em relação às almofadas de chumaceira, de modo que as almofadas de chumacei-ra podem suportar um veio em rotação nas duas direcçôes.
13 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada por a chumaceira ser concebida de modo a ter uma forma facilmente moldável»
14 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada por os cortes radiais e as ranhuras cilíndricas serem enchidas com um material poroso.
.15 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 14, caracteri-zada por o material poroso ser carregado com lubrificante.
16 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zada por cada secção de suporte compreender, adicionalmente pelo menos, um elemento piezeléctríco para permitir o ajustamento das caracteristicas de deflexão da chumaceira.
17 - Chumaceira radial hidrodinâmica, tendo um eixo e estan- -62 72 520 KMC-011 do adaptada para ser montada num alojamento que tem um raio predeterminado, para suportar um veio, caracterízada por a chumaceira compreender: uma porção de superfície de suporte contínua, tendo a superfície de suporte uma superfície contínua de suporte de chumaceira radialmente interior e uma superfície radialmente exterior; uma pluralidade, de porções de orelha dispostas circunferen-cialmente, tendo cada porção de orelha um bordo radialmente mais interior e um bordo radialmente mais exterior, estando o bordo radialmente mais interior espaçado da superfície radialmente exterior da porção de superfície contínua e estando a superfície radialmente mais exterior espaçada do eixo da chumaceira de uma distância maior do que o raio do alojamento; e uma pluralidade de porções de pescoço, ligando cada porção de pescoço um bordo circunferencíal da superfície radialmente mais interior de uma porção de orelha, à superfície radialmente exterior da porção de superfície de suporte contínua; estando as porções de orelha e pescoço dispostas de modo que, quando a chumaceira é montada no alojamento, a superfície de suporte contínua deforma-se para formar uma série de cunhas hidrodinâmicas, substancialmente, espaçadas circunf erencialmente..
18 - Chumaceira radial hidrodinâmica de acordo com a reivindicação 17, caracterizada por a porção de superfície de suporte contínua compreender uma membrana fina, tendo extremidades axiais opostas e duas pernas circunferenciais, prolongando-se radialmente para fora das extremidades axiais da membrana e por cada uma das porções de pescoço estar fixada à superfície de suporte contínua, numa das pernas.
19 - Chumaceira radial hidrodinâmica de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por as porções de pescoço e as porções de orelha estarem dispostas em pares, circunferencialmente ali- 63 72 520 KMC-011 nhados, estando uma porção de orelha e pescoço ligada a uma perna e a outra porção de orelha e pescoço ligada à outra perna»
20 - Chumaceira de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zada por a chumaceira ter uma secção transversal sem aberturas escondidas, de modo que a chumaceira seja facilmente moldável» 21 - 'Chumaceira de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zada por compreender adicionalmente, pelo menos, um elemento piezeléctrico fixado a cada porção de orelha, para permitir o ajustamento sele.ctivo do espaço entre a porção de orelha e a superfície de suporte contínua» Lisboa, 29. UR. 1991 Por RUSSELL D» IDE • 0 ΑΘΕΝΤΕ OFICIAL