Projeto preliminar de tribômetro linear recíproco

Abstract

O estudo do atrito e do desgaste de componentes em contato é assunto de crescente interesse na engenharia, pois sua aplicação na indústria amplia a vida útil de máquinas e reduz o consumo de energia durante o seu funcionamento. Os resultados empíricos utilizados nestes estudos são usualmente obtidos por meio de ensaios mecânicos com equipamentos denominados tribômetros. Neste trabalho, aborda-se o projeto preliminar de um tribômetro para ensaio de atrito por movimento linear recíproco. São definidos requisitos de projeto da máquina proposta e apresentados métodos de instrumentação e ensaio, conforme práticas padronizadadas. Uma configuração cinemática é definida para o equipamento, onde são determinados os componentes integrantes da máquina necessários para realização dos movimentos pretendidos. Com base nesta configuração, é realizado um estudo teórico da dinâmica da máquina durante funcionamento, através da sua modelagem física e solução das suas equações de movimento. Com as soluções obtidas, foram avaliados de forma quantitavia os efeitos de vibrações torcionais no eixo de transmissão, de sobrecarga do motor de acionamento, de vibrações de flexão do eixo sobre os mancais e de esforços dinâmicos na estrutura da máquina. São assim fornecidas recomendações para o dimensiomento do equipamento sob a configuração proposta.

The study of friction and wear in components under mechanical contact is a subject of increasing interest to engineers since its application in industry expands the lifespan of machines and reduces its power consumption. Empirical results used within these studies are commonly obtained through use of apparatus called tribometers. This paper consists in a preliminary study regarding the design of a tribometer intended for reciprocating-motion friction testing. Design requirements are defined and instrumentation and testing methods are presented in accordance to standard practice. A kinematic configuration is defined for the machine where the components necessary for the production of the intended movement are selected. Based on this configuration, a theoretical study of the dynamics of the machine is performed based on an appropriated physical model and the solution of its equations of motion. Through the results obtained, it was possible to evaluate such effects as the torsional vibrations of the axis of transmission, the overloading conditions of the motor driver, the flexural vibrations of the axis over its bearings and the dynamic forces on the structure. Practical design recommendations are therefore provided for the proposed machine configuration.