Resumo: Rotores são componentes críticos de máquinas rotativas, amplamente utilizados em diferentes áreas da indústria, como compressores, motores elétricos, transmissões automotivas, turbinas eólicas e outros. O desenvolvimento de modelos computacionais precisos capazes de simplificar a fase de projeto das máquinas rotativas é essencial para reduzir os custos de testes e protótipos e reduzir o consumo de tempo de processamento, melhorando o desempenho na previsão dos comportamentos dinâmicos dos sistemas. Neste contexto, o presente trabalho estuda um modelo para mancais de esferas com contato angular, otimizado, por parâmetros de força equivalente. São utilizados, para aplicação destes mancais, modelos de rotores por parâmetros concentrados, variando a posição do disco (centrado e descentrado), sujeitos a um desbalanceamento rotativo, também combinando cargas radiais e axiais. A matriz de rigidez é obtida usando coeficientes de influência. Para as forças dissipativas, considera-se que o amortecimento seja proporcional à rigidez. O rotor é apoiado em dois rolamentos de esferas com contato angular sob lubrificação elastohidrodinâmica (EHD). É feito também um modelo de rotor por elementos finitos, utilizando a teoria de Timoshenko para o eixo, para uma modelagem mais completa, contemplando efeitos de inércia, elasticidade e cisalhamento. Para obter os parâmetros de rigidez e o amortecimento das forças de reação equivalentes para cada mancal, nas direções axial e radial, é realizada uma otimização, integrando o equilíbrio de forças das esferas dos rolamentos com a solução do algoritmo de integração numérica multiníveis das equações EHD. As forças não-lineares de reação dos rolamentos são incluídas no modelo como forças externas e o sistema completo de equações é, então, resolvido no domínio do tempo, permitindo a análise das respostas do rotor e do rolamento. Obtêm-se, também, as frequências fundamentais do sistema completo. Finalmente, utilizando o modelo de rotor por elementos finitos, compara-se os resultados simulados com experimentais da Literatura. Encontram-se, então, as principais frequências do sistema completo e uma boa aproximação das amplitudes finais. O que sugere que a metodologia apresentada neste trabalho é promissora para representação do comportamento de um sistema rotor-mancal de esferas com contato angular lubrificado Ver menos

Abstract: Rotors are critical components of rotary machines, widely used in different areas of the industry, such as compressors, electric motors, automotive transmissions, wind turbines and others. The development of accurate computational models capable of simplifying the design phase of rotating machines is essential to reduce testing and prototyping costs and reduce processing time consumption by improving performance in predicting the dynamic behavior of systems. In this context, the present work studies a model for angular contact ball bearings optimized by equivalent force parameters. The numerical application uses rotor-bearings model by lumped parameters, varying the position of the disc (centered and offset), subject to a rotational imbalance and also combining radial and axial loads. The stiffness matrix is obtained using coefficients of influence. For the dissipative forces, one considers damping as being proportional to stiffness. The rotor is supported by two angular contact ball bearings under elastohydrodynamic lubrication (EHD). A finite element model is also built, using Timoshenko¿s theory for the shaft, for a more complete modeling, including effects of inertia, elasticity and shear. To obtain the stiffness and damping parameters of the equivalent reaction forces for each bearing, in the axial and radial directions, an optimization is performed, integrating the forces equilibrium of the ball bearings with the multilevel numerical integration algorithm solution of the EHD equations. The non-linear reaction forces of the bearings are included in the model as external forces and the complete system of equations is then solved in the time domain, allowing the analysis of rotor and bearings responses. It is also obtained the fundamental frequencies of the complete system. Finally, using the finite element model for the rotor, it is carried out a comparison of the results simulated with experimental literature. The main frequencies of the complete system are thus found with a good approximation of the final amplitudes. This suggests that the methodology presented in this work is promising to represent the behavior of a rotor-ball-bearing system with lubricated angular contact Ver menos