Dissertação

{pt_PT=Dynamics of Tapered Roller Bearings: Modelling and Analysis} {} APPROVED

{pt=A resposta dinâmica de rolamentos usados em veículos ferroviários é o principal objetivo do projeto MAXBE, que motiva o trabalho aqui apresentado. A monitorização de rolamentos via sistemas adequados usa a informação em termos de vibração para avaliar a condição dos seus componentes mecânicos. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta de analise dinâmica, referida como BearDyn, em MATLAB®, capaz de avaliar o movimento de modelos representativos de rolamentos usados em aplicações ferroviárias, através de uma formulação multicorpo para descrever os elementos mecânicos do rolamento e as suas interações. Métodos de deteção de contacto são estudados para geometrias em estado estacionário. Um programa de análise dinâmica com dois corpos é desenvolvido para validar os métodos de deteção de contacto em corpos com movimento. No BearDyn, modelos de força de contacto baseadas na teoria de contacto elástico de Hertz são utilizados. Modelos tribológicos de lubrificação são aplicados para descrever as forças tangenciais na presença de lubrificante. Por fim, BearDyn é testado para condições ferroviárias realísticas, considerando a carga proveniente do contacto roda-carril e mecanismos de suporte. A resposta dinâmica é obtida em termos de forças, quantidades cinemáticas e diferentes medidas de interações no domínio do tempo e frequência. Duas ferramentas de visualização são desenvolvidas utilizando MATLAB® e SAGA, para observar as geometrias usadas e localização dos pontos de contacto., en=The understanding of the dynamic performance of roller bearings, used in railway vehicles for instance, is fundamental to support the evaluation of the bearings performance via monitoring systems. The vibration output of the axleboxes is the measurable outcome of the bearing dynamic response, under operating conditions, that is characterized in this work. The main goal of this work is to develop a dynamic analysis tool, referred to as BearDyn, in MATLAB®, able to handle models representative of actual railway axle bearings, by using a multibody formulation to describe the mechanical elements of the bearing and their interactions, using realistic bearing geometric data is obtained by precise measurements of tapered bearings. Online contact detection is studied in steady state general geometries. A dynamic analysis program of two colliding bodies is developed to validate the contact detection methods. In BearDyn, continuous contact force models based on the Hertz elastic contact theory and modified according to experimental evidence describe the interactions between the elements. Tribological lubrication models are applied to describe the tangential forces in the presence of lubricant. Finally, the BearDyn is demonstrated in the framework of realistic train operations that include the bearing loading due to the wheel-rail contact and the supporting mechanisms. The bearing dynamic response is obtained in terms of forces, kinematic quantities and different interaction measures, in the time and frequency domain. Two visualization tools are developed using MATLAB® and SAGA, to visually identify the geometries used and contact points locations.}
{pt=Rolamentos Cónicos, Dinâmica Multicorpo, Detecção de Contacto, Dinamica ferroviária, Contacto Hertziano, Lubrificação elastohidrodinâmica, en=Tapered Roller Bearings, Multibody Dynamics, Contact Detection, Railway Dynamics, Hertz Contact, Elastohydrodynamic lubrication}

Orientação

ORIENTADOR

Jorge Alberto Cadete Ambrósio

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático