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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-19072016-115451
Documento
Autor
Nome completo
Renan Augusto Pavani
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Horikawa, Oswaldo (Presidente)
Andrade, Aron Jose Pazin de
Hirakawa, Andre Riyuiti
Título em português
Mancal magnético passivo radial por atração combinado com mancal de escora.
Palavras-chave em português
Dispositivo de assistência circulatória
Estudo de caso
Magnetismo
Mancais
Método dos elementos finitos
Resumo em português
Mancais são elementos importantes para o funcionamento adequado de muitos conjuntos mecânicos. Sendo assim, o contínuo desenvolvimento de novos tipos de mancais permite melhorar as condições atuais de funcionamento de dispositivos com necessidades específicas. Além disso, novos mancais proporcionam novos recursos para novos projetos. Este trabalho visa investigar a funcionalidade de um novo tipo de mancal rotativo híbrido resultante da combinação de um par de mancais magnéticos radiais passivos com um par de mancais de escora. Na direção radial, o eixo é mantido em posição central graças a dois mancais magnéticos compostos por imãs permanentes. Na direção axial, a restrição do movimento é devido a um par de mancais de escora localizados nas extremidades do eixo. Pelo ajuste do entreferro de cada par magnético é possível minimizar a carga axial que age em cada mancal de escora. Por meio de estudos baseados no método dos elementos finitos e experimentações, pretende-se esclarecer a relação entre os parâmetros construtivos e o desempenho do mancal. Os experimentos envolvem a verificação do desempenho do mancal por meio de um conjunto para testes, bem como um estudo de caso. O conjunto para testes possibilitou um ensaio de desgaste acelerado, onde uma esfera de aço, utilizada como pivô, manteve contato com uma superfície de PVC rígido. Tal ensaio resultou em um desgaste desprezível da superfície de contato devido à aplicação do novo conceito proposto, validando o mancal híbrido. Em relação ao estudo de caso, o mancal proposto foi empregado em uma bomba centrífuga representando um dispositivo de assistência ventricular, sendo seu desempenho discutido. Através da comparação entre algumas configurações possíveis para este tipo mancal, a rigidez radial é apresentada e discutida. Embora não constitua objeto principal deste trabalho, são discutidos os aspectos ligados ao desgaste causado pelo contato decorrente do uso dos mancais de escora, analisando o benefício do uso conjunto do mancal magnético com o mancal de escora. A expectativa é a de que este tipo de mancal possa ser utilizado em aplicações onde a existência de uma força resultante na direção radial seja muito pequena se comparada com os esforços presentes na direção axial.
Título em inglês
Radial passive magnetic bearing in attractive configuration combined with thrust bearing.
Palavras-chave em inglês
Bearing
Case study
Circulatory assist device
Finite element method
Magnetism
Resumo em inglês
Bearings are important elements for the proper working of many mechanical assemblies. Thus, the continuous development of new types of bearings improves the current operating conditions of devices with specific needs. In addition, new bearings provide new resources for new projects. This research aims to investigate the functionality of a new type of hybrid rotational bearing that combines a pair of radial magnetic bearing with a pair of thrust bearings. In the radial direction, the central axis is kept in position due to two magnetic bearings comprising permanent magnets. In the axial direction, the movement is constrained due to a pair of thrust bearings located at the shaft ends. By adjusting the air gap of each magnetic pair, it is possible to minimize the axial load that acts on each thrust bearing. Through studies based on finite elements methods and experiments, the relationship between the constructive parameters and the performance of the bearing are clarified. The experiments involve the performance checking of the proposed bearing through a test bed and a case study. The test bed allows an accelerated wear test, using a steel sphere as pivot against a rigid PVC surface. This test showed that the wear of PVC contact surface was negligible due to the applications of the proposed bearing concept, validating the hybrid bearing. Regarding the case study, the bearing was used in a centrifugal pump representing a ventricular assist device, and so the performance was discussed. By comparing some possible settings for this bearing type, the radial stiffness is presented and discussed. Although it is not the main goal of this paper, it was discussed the aspects related to the wear caused by contact from the use of thrust bearings in order to analyze the benefits of using magnetic bearing with the thrust bearing. The expectation is that this type of bearing can be used in applications where there is a very small net force acting in the radial direction compared with forces acting in the axial direction.
 
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Data de Publicação
2016-07-22
 
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