Um mancal de lubrificação forçada é lubrificado com óleo SAE 20 fornecido à pressão de 207 kPa . O diâmetro do eixo é
com tolerância unilateral de
. A bucha possui um diâmetro de
, com uma tolerância unilateral de
. A razão
. A rotação do eixo é 3200 rpm . A carga radial é 4 kN . O reservatório é mantido a
. Encontre a temperatura média de regime permanente da película. Encontre a espessura mínima da película, a temperatura máxima e a pressão de fornecimento de óleo. Estime o fluxo lateral volumétrico, a razão de perda de calor e o torque parasítico de atrito.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um mancal de lubrificação forçada que está sendo lubrificado com óleo SAE 20. Precisamos encontrar vários parâmetros relacionados à película de óleo, como a temperatura média, a espessura mínima, a temperatura máxima, a pressão de fornecimento de óleo, entre outros. Para resolver isso, vamos utilizar conceitos de lubrificação hidrodinâmica, que envolvem entender como o óleo se comporta entre as superfícies em movimento para reduzir o atrito.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a folga entre o eixo e a bucha, que é essencial para determinar a espessura da película de óleo. A folga mínima ocorre quando o diâmetro do eixo está na menor tolerância e o diâmetro da bucha na maior tolerância.
Passo 3
Agora, vamos determinar a espessura mínima da película de óleo. Sabemos que a folga mínima que calculamos é a espessura da película quando o eixo está na menor tolerância.
Passo 4
Para encontrar a temperatura média de regime permanente da película, precisamos considerar o equilíbrio de energia na película de óleo. A temperatura média depende da temperatura do reservatório, da carga aplicada e das propriedades térmicas do óleo. Porém, como a temperatura do reservatório é
e não há variação externa mencionada, podemos assumir que a temperatura média se aproxima de
.
Passo 5
A temperatura máxima na película de óleo pode ser ligeiramente maior que a média devido ao atrito. Para uma estimativa simples, consideramos um aumento de temperatura devido ao calor gerado pelo atrito. Porém, sem dados específicos sobre a eficiência térmica, podemos manter a temperatura máxima igual à média como uma aproximação inicial.
Passo 6
A pressão de fornecimento de óleo já está dada no enunciado como
. Essa é a pressão com a qual o óleo é introduzido no sistema para garantir a formação da película de lubrificante adequada.
Passo 7
Para estimar o fluxo lateral volumétrico, usamos a fórmula da lubrificação hidrodinâmica que relaciona a espessura da película, a velocidade do eixo, e a viscosidade do óleo. No entanto, como não temos a viscosidade do óleo SAE 20 fornecida, vamos considerar que é necessária uma tabela ou dados adicionais para calcular este valor com precisão.
Passo 8
A razão de perda de calor envolve comparar o calor gerado pelo atrito com o calor dissipada para o ambiente. Sem detalhes sobre a transferência de calor ou propriedades térmicas específicas, não podemos calcular exatamente esse valor. No entanto, sabemos que uma menor razão indica melhor dissociação térmica.
Passo 9
O torque parasítico de atrito é o torque necessário para vencer a resistência criada pelo atrito na película de óleo. Esse valor depende da viscosidade do óleo, da velocidade de rotação, e da geometria do mancal. Sem a viscosidade específica, não podemos calcular o torque com precisão, mas a fórmula geral é:
onde:
-
é a viscosidade do óleo -
é a rotação em rpm -
é o diâmetro do eixo -
é a razão
Resposta
- Temperatura média de regime permanente da película: aproximadamente
- Espessura mínima da película:
- Temperatura máxima: aproximadamente
- Pressão de fornecimento de óleo:
- Fluxo lateral volumétrico: Necessita de dados de viscosidade para cálculo
- Razão de perda de calor: Necessita de dados adicionais para cálculo
- Torque parasítico de atrito: Necessita de dados de viscosidade para cálculo