Rolamentos ultrassilenciosos, projeto ultraeficiente: parcerias com clientes em NVH

Perícia

Rolamentos ultrassilenciosos, projeto ultraeficiente: parcerias com clientes em NVH

Victor Li, especialista sênior em engenharia de NVH

Todos sabem: um rolamento silencioso é um rolamento de qualidade. Quanto mais firmemente um rolamento se encaixar em seu mancal, mais balanceados e indetectáveis serão seus movimentos e mais provavelmente ele durará por anos.

Ao longo das últimas décadas, OEMs (fabricantes de equipamentos originais) cada vez mais têm agregado requisitos sonoros às suas especificações de rolamentos para aplicações industriais em geral.

“Em muitos casos, os clientes estão preocupados com vibrações que causam ruídos que podem gerar desafios de desempenho no sistema maior”, explicou Victor Li, especialista sênior em engenharia de NVH da Timken. Em outros casos, ele afirma, novos regulamentos governamentais desempenham o papel de proteger a audição de operadores que trabalham perto de equipamentos pesados ou reduzir a poluição sonora em comunidades residenciais.

Para ajudar a lidar com requisitos rigorosos de NVH (ruído, vibrações e aspereza) reduzindo, ao mesmo tempo, custos ao longo da vida útil de um rolamento, o departamento de P&D da Timken continua a fazer investimentos significativos na área. Quando Li ingressou no departamento em 2012, ele começou a trabalhar em ferramentas de software que os engenheiros da Timken poderiam usar para simular ruídos e vibrações no início do processo de projeto para ajudar a tornar o processo de projetar rolamentos com baixo NVH mais eficiente e preciso.

Desenvolvimento do software de simulação de NVH da Timken

Um rolamento silencioso é um rolamento de qualidade —– mas qual é a diferença entre um rolamento que vibra e faz ruído e um que não faz isso? Praveen Pauskar, líder de grupo e tecnólogo da Timken, explica que ao observar está além do que os olhos podem ver, é possível perceber que uma superfície perfeitamente plana e lisa não existe. Tudo está sujeito a uma determinada quantidade de variação durante o processo de fabricação.

“Existem ondulações na superfície, além de alguma rugosidade”, explica ele. “Os engenheiros da Timken podem controlar a quantidade de ondulação ou rugosidade, mas, em geral, quanto maior a precisão, mais caro é o processo de fabricação.”

O desafio, portanto, é projetar rolamentos que satisfaçam os requisitos de desempenho e, ao mesmo tempo, permaneçam dentro de parâmetros de fabricação razoáveis. Sem o software de simulação, os engenheiros são forçados a realizar um processo repetitivo de projetar rolamentos, fabricar as peças físicas, colocá-los em equipamentos de teste e medir NVH.

Após realizar algumas pesquisas com clientes, Li começou a medir o ruído e a vibração de rolamentos no laboratório de testes sonoros usando os dados como entrada para projetar o software de modelagem computadorizada que os projetistas poderiam usar para encontrar o “ponto ideal” de desempenho de NVH de forma mais rápida e precisa. Ele começou com uma ferramenta de modelagem dinâmica com base em domínio do tempo que funcionou bem, mas às vezes levava dois dias para concluir uma única simulação.

Para agilizar a análise, Li passou a desenvolver um modelo com base do domínio da frequência — o que agora é o VSTS (Sistema virtual de testes sonoros) da Timken.

Prazos de entrega menores. Rolamentos de alta qualidade mais precisos.

Após um ano de testes bem-sucedidos, a equipe começou a usar o VSTS com os clientes. Começaram com um cliente cuja equipe de projeto tinha solicitado especificações rigorosas para todos os componentes do rolamento — dos anéis internos e externos aos rolos individuais.

Juntas, as equipes de vendas e engenharia personalizada da Timken trabalharam com o departamento de P&D para executar simulações de VSTS para os cenários que o cliente estava projetando. Apresentaram os dados resultantes como prova de que o rolamento alternativo proposto pela Timken teria um desempenho igual ou melhor do que o rolamento solicitado pelo cliente.

Previsão de NVH no nível do sistema

Como uma ferramenta de engenharia simultânea, o VSTS permite aos engenheiros da Timken trabalharem com projetistas de OEMs nos estágios iniciais de desenvolvimento de produtos. “Podemos simular todos os recursos de projeto de um rolamento”, disse Li, “girando-o em velocidades diferentes ou em condições de carga diferentes. Podemos simular como os anéis interno e externo estão girando, bem como as condições típicas de funcionamento do caso de uso.”

Ao combinar todos os dados de entrada do VSTS, explicou Li, é possível simular ruídos e vibrações de sistemas inteiros, em vez de apenas de um rolamento. Prever NVH no nível do sistema facilita o trabalho com projetistas de OEMs, que geralmente não fornecem todos os detalhes do projeto de seu caso de uso ao solicitar os rolamentos.

“A primeira etapa sempre é validar o modelo do VSTS para o cliente”, ressalta Li, “para mostrar a ele quão bem a simulação corresponde à realidade.” Para fazer isso, ele cria um pequeno entalhe na superfície de um anel ou corpo de rolo. Em seguida, mede o entalhe no laboratório de metrologia e usa-o como entrada para o modelo que prevê a vibração. Por fim, usa equipamentos sofisticados de testes sonoros nos laboratórios de P&D para validar os resultados do VSTS

Parcerias com clientes para solucionar problemas de NVH

Os mais recentes equipamentos de teste sonoros da Timken expandem a capacidade da empresa de testar rolamentos maiores de até 60,96 centímetros de D.E. (diâmetro externo) em rolamentos de rolos cônicos, cilíndricos, esféricos, bem como em rolamentos de esferas. “Estamos desenvolvendo um pacote de recursos avançados de NVH”, disse Ryan Evans, diretos de P&D (pesquisa e desenvolvimento) da Timken.

“Os equipamentos de diagnóstico de NVH são como um ECG para máquinas”, afirmou. Com ele, Li pode analisar o som no local ou por meio de uma gravação de áudio para medir o desempenho de NVH e identificar de onde os sons estão vindo. “Com a experiência de Victor e essas ferramentas, a Timken oferece aos clientes uma forma exclusiva de lidar com seus problemas de NVH, sejam eles ou não problemas especificamente relativos a rolamentos”, disse Evans.

“Na Timken, estamos interessados em ajudar os clientes no campo com análise sonora e no escritório com a simulação do VSTS”, afirmou ele. “Abordamos toda a gama. Conforme NVH aumenta em importância para os clientes, a Timken espera trabalhar em parceria com eles para lidar com os desafios que isso representa para cada setor que atendemos.”