Influence of grease rheology on thrust ball bearings friction torque

The friction torque and the operating temperatures in a thrust ball bearing were measured for seven different types of greases, including three biodegradable greases having low toxicity. These friction torque tests were performed using a modified Four-Ball machine. Rheological evaluations of the lubricating greases were made using a rheometer. Bleed oils were extracted from the greases and the dynamic viscosities were measured. In order to compare the performance of the lubricant greases in terms of friction, the grease characteristics were related to experimental results, showing that the interaction between thickener and base oil have strong influences in the bearing friction torque.

Experimental measuring procedure for the friction torque in rolling bearings

The reduction of the power loss generated in mechanical transmissions and the use of low friction biodegradable lubricants has been attracting considerable attention in recent times. Therefore, it is necessary to develop methods to test and evaluate the performance of such lubricants and compare them with conventional ones. In this sense, a Four-Ball Machine was modified allowing the test of rolling bearings. A 51107 thrust ball bearing was used to test two different greases and the corresponding base oils. Friction torque and operating temperatures were continuously monitored to quantify the power loss and the heat evacuation for each lubricant tested. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Low torque loss gears: austempered ductile iron versus carburized steel

Low-loss power transmission gears operate at lower temperature than conventional ones because their teeth geometry is optimized to reduce friction. The main objective of this work is to compare the operating stabilization temperature and efficiency of low-loss austempered ductile iron (ADI) and carburized steel gears. Three different low-loss tooth geometries were adopted (types 311, 411 and 611, all produced using standard 20° pressure angle tools) and corresponding steel and ADI gears were tested in a FZG machine. The results obtained showed that low-loss geometries had a significant influence on power loss, gears 611 generating lower power loss than gears 311. At low speeds (500 and 1000 rpm) and high torque ADI gears generated lower power loss than steel gears. However, at high speed and high torque (high input power and high stabilization temperature) steel gears had better efficiency.

Friction torque in grease lubricated thrust ball bearings

Thrust ball bearings lubricated with several different greases were tested on a modified Four-Ball Machine, where the Four-Ball arrangement was replaced by a bearing assembly. The friction torque and operating temperatures in a thrust ball bearing were measured during the tests. At the end of each test a grease sample was analyzed through ferrographic techniques in order to quantify and evaluate bearing wear. A rolling bearing friction torque model was used and the coefficient of friction in full film lubrication was determined for each grease, depending on the operating conditions. The experimental results obtained showed that grease formulation had a very significant influence on friction torque and operating temperature. The friction torque depends on the viscosity of the grease base oil, on its nature (mineral, ester, PAO, etc.), on the coefficient of friction in full film conditions, but also on the interaction between grease thickener and base oil, which affected contact replenishment and contact starvation, and thus influenced the friction torque.

PM Motors for High Efficiency Applications

PM motors are suitable for nearly all applications, like pumps, elevators, compressors, blowers, extruders, generators, electric vehicles, servodrives, cooling towers, household appliances, etc. This paper will present some applications where the use of PM motors allowed for enhancements in energy efficiency and process quality.

Avaliação isocinética da força muscular dos isquiotibiais e quadricípite em atletas da equipa nacional portuguesa de taekwondo

Objectivos: Avaliar a força muscular bilateralmente ao nível dos músculos quadricípite e isquiotibiais em atletas da equipa nacional Portuguesa de Taekwondo. Amostra: Foi constituída por 6 dos 10 elementos que constituem a população de Taekwondistas do sexo masculino inscritos na Federação Portuguesa de Taekwondo, com presença regular nas selecções nacionais todos com um mínimo de 6 anos de prática. Os atletas apresentaram uma idade média 17,5 (+ 1,9) anos, com uma altura de 181,2 (+ 2,8) cm e com uma massa corporal total de 74,1 (+ 11,6) kg Metodologia: Procedeu-se à avaliação da força muscular dos participantes ao nível da musculatura flexora e extensora do joelho, no dinamómetro Biodex System 4, a uma velocidade de execução de 60º/s (4 repetições) e de 180º/s (10 repetições) com 60 segundos de intervalo, numa amplitude de movimento compreendida entre os 90 e os 0 graus. Todos os dados foram tratados no programa SPSS, versão 18.0, com um nível de significância de 0,05. Resultados: Verificou-se a existência de diferenças estatísticas significativas na análise do Peak Torque (p=0,023) aos 180º/seg para os flexores do joelho e do Peak Torque 30º (p=0,023) aos 180º/seg na acção dos extensores e flexores (p=0,037) do joelho, entre o membro dominante e não dominante. Constatou-se ainda a existência de um rácio Isquiotibiais/Quadricípite (55%) dentro dos valores normais do equilíbrio muscular do joelho. Discussão/Conclusão: Concluiu-se que foram encontradas diferenças nos níveis de força obtidos entre o membro dominante e não dominante, no entanto não foram encontrados desequilíbrios musculares clinicamente significativos. Assim como na relação Isquiotibiais/Quadricípite do próprio membro, não apontando por isso risco de lesão articular do joelho.

Ligadura funcional num caso de entorse da acrómio-clavicolar, grau III: que resultados em termos de restabelecimento de força muscular?

Com o presente estudo pretendeu-se: (1) verificar se a ligadura funcional para a lesão da articulação Acrómio-Clavicular (AC), descrita por Chanussot e Danowski (2001), contribui para o restabelecimento da força muscular num paciente com lesão grau III; e, (2) observar se a ligadura funcional altera o padrão electromiográfico dos principais músculos superficiais do complexo articular do ombro: infra-espinhoso, deltóide anterior, grande peitoral, trapézio superior e trapézio inferior. Efectuou-se assim um estudo de caso do tipo observacional, descritivo transversal. Para avaliação da força muscular foi utilizado um dinamómetro isocinético e para a avaliação do nível de activação de fibras musculares foi utilizada a EMG de superfície. Os movimentos em análise foram os de rotação interna e externa, a 60º/s e 180º/s. Os resultados revelaram, na presença de ligadura, um aumento do Peak Torque dos rotadores internos, assim como da actividade do grande peitoral e trapézio inferior. Constatou-se ainda uma diminuição do Peak Torque e da percentagem do Root Mean Square do trapézio inferior, trapézio superior e grande peitoral, do ombro esquerdo, sem ligadura, quando comparado com o ombro contralateral. A ligadura funcional, numa entorse da acromio-clavicular grau III, poderá contribuir para a recuperação de força muscular e activação de fibras musculares.

Avaliação da função muscular do ombro, em jogadores de voleibol, com e sem dor

Introdução: A sequência de activação e a actividade muscular, são importantes na coordenação do movimento da omoplata com a elevação do úmero. Objectivos: Avaliar sequência de activação, actividade e força de músculos do ombro comparando jogadores com/sem dor. Metodologia: Amostra de 15 atletas (7 - grupo experimental; 8 - grupo controlo). Avaliou-se electromiograficamente o Deltóide Anterior, Grande Peitoral, Trapézio Superior, Trapézio Inferior e Infra- Espinhoso na diagonal do Isocinético (90°/s; 180°/s). Resultados: Encontraram-se diferenças na sequência e tempos de activação; não havendo diferenças na actividade, peak torque e rácio antagonistas/agonistas. Conclusão: A dor crónica afectou sequência e tempos de activação muscular.

Banco de ensaios para micro geração eólica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Stiffness da tibiotársica em sujeitos com Acidente Vascular Encefálico - processo de raciocínio clínico

regula a posição do corpo no espaço, sendo um pré-requisito para o movimento. À periferia este processo de Controlo Postural pode ser identificado também através da variação do stiffness. O Acidente Vascular Encefálico apresenta-se como a patologia onde os sujeitos são referenciados como tendo alteração do stiffness, e poderão verificar-se modificações nesta variável no âmbito da reabilitação neuro-motora. Objetivo: Descrever o comportamento do stiffness da tibiotársica, nos dois membros inferiores, em indivíduos pós Acidente Vascular Encefálico, face a uma intervenção em fisioterapia baseada num processo de raciocínio clínico. Métodos: 5 sujeitos participaram no estudo, tendo sido implementado um programa de reabilitação para cada um dos sujeitos, por um período de 3 meses, com 2 momentos de avaliação (M0 e M1). O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, durante o movimento passivo de dorsiflexão, a diferentes velocidades (5º/s, 1º/s e 0,25º/s) A atividade eletromiográfica dos músculos Gastrocnémio Interno e Solear foi também recolhida. O valor de stiffness foi calculado através da relação torque/posição. Resultados: Em todos os sujeitos em estudo verificou-se que de uma forma geral o stiffness do membro contralateral à lesão apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes em M1. Nos sujeitos A e C, verificou-se que o stiffness do membro ipsilateral apresentou uma modificação no sentido da diminuição em M1 (em amplitudes intermédias). Nos sujeitos B, D e E o stiffness não apresentou modificações. O stiffness não variou com a velocidade. Conclusão: O stiffness apontou para uma diminuição, nos sujeitos em estudo no membro contralateral à lesão e no membro ipsilateral à lesão nos sujeitos A e C em amplitudes intermédias.

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Optimização de recursos numa industria de curtumes

O presente relatório descreve o trabalho de estágio efectuado na empresa Curtumes Aveneda, Lda com o objectivo de optimizar recursos como a água e energia. Foi realizado um diagnóstico energético que permitiu concluir que o consumo de energia na empresa é de 300 tep/ano, pelo que a empresa não é obrigada a adoptar as medidas de Regulamento de Gestão do Consumo de Energia (RGCE). O mesmo diagnóstico aponta para a existência de ineficiências, nomeadamente na tinturaria. Assim, foi projectado um sistema de controlo para adição de água na tinturaria com o intuito de reduzir o consumo de energia e água, e também melhorar a qualidade dos processos de tinturaria, dado que a adição de água é feita manualmente sem controlo de quantidade. Após consulta de fornecedor, o investimento em equipamento para tal sistema é de 10.012,00€ Foi desenvolvido um processo de recurtume compacto no sentido de promover a redução do consumo de água e de energia. Tal processo, quando comparado com um processo normal da empresa, gera uma redução de energia eléctrica no valor de 6.157,05 €/ano, uma redução no consumo de energia térmica da ordem de 904,00 €/ano, e ainda uma redução do consumo de água na ordem de 962 m3/ano correspondente a uma redução de 2.998,76 €/ano no tratamento de efluentes. Outras medidas foram sugeridas, mas sem uma fundamentação técnica e científica suficiente pelo que carecem de um estudo pormenorizado, como a instalação de arrancadores progressivos nos motores dos fulões, a optimização do aquecimento do ar de secagem na estufa com eventual recurso a painéis solares, e a optimização do funcionamento da caldeira dado o seu baixo rendimento.

Sistema de treino para pilotos de parapente

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

A sensor classification strategy for robotic manipulators

In practice the robotic manipulators present some degree of unwanted vibrations. The advent of lightweight arm manipulators, mainly in the aerospace industry, where weight is an important issue, leads to the problem of intense vibrations. On the other hand, robots interacting with the environment often generate impacts that propagate through the mechanical structure and produce also vibrations. In order to analyze these phenomena a robot signal acquisition system was developed. The manipulator motion produces vibrations, either from the structural modes or from endeffector impacts. The instrumentation system acquires signals from several sensors that capture the joint positions, mass accelerations, forces and moments, and electrical currents in the motors. Afterwards, an analysis package, running off-line, reads the data recorded by the acquisition system and extracts the signal characteristics. Due to the multiplicity of sensors, the data obtained can be redundant because the same type of information may be seen by two or more sensors. Because of the price of the sensors, this aspect can be considered in order to reduce the cost of the system. On the other hand, the placement of the sensors is an important issue in order to obtain the suitable signals of the vibration phenomenon. Moreover, the study of these issues can help in the design optimization of the acquisition system. In this line of thought a sensor classification scheme is presented. Several authors have addressed the subject of the sensor classification scheme. White (White, 1987) presents a flexible and comprehensive categorizing scheme that is useful for describing and comparing sensors. The author organizes the sensors according to several aspects: measurands, technological aspects, detection means, conversion phenomena, sensor materials and fields of application. Michahelles and Schiele (Michahelles & Schiele, 2003) systematize the use of sensor technology. They identified several dimensions of sensing that represent the sensing goals for physical interaction. A conceptual framework is introduced that allows categorizing existing sensors and evaluates their utility in various applications. This framework not only guides application designers for choosing meaningful sensor subsets, but also can inspire new systems and leads to the evaluation of existing applications. Today’s technology offers a wide variety of sensors. In order to use all the data from the diversity of sensors a framework of integration is needed. Sensor fusion, fuzzy logic, and neural networks are often mentioned when dealing with problem of combing information from several sensors to get a more general picture of a given situation. The study of data fusion has been receiving considerable attention (Esteban et al., 2005; Luo & Kay, 1990). A survey of the state of the art in sensor fusion for robotics can be found in (Hackett & Shah, 1990). Henderson and Shilcrat (Henderson & Shilcrat, 1984) introduced the concept of logic sensor that defines an abstract specification of the sensors to integrate in a multisensor system. The recent developments of micro electro mechanical sensors (MEMS) with unwired communication capabilities allow a sensor network with interesting capacity. This technology was applied in several applications (Arampatzis & Manesis, 2005), including robotics. Cheekiralla and Engels (Cheekiralla & Engels, 2005) propose a classification of the unwired sensor networks according to its functionalities and properties. This paper presents a development of a sensor classification scheme based on the frequency spectrum of the signals and on a statistical metrics. Bearing these ideas in mind, this paper is organized as follows. Section 2 describes briefly the robotic system enhanced with the instrumentation setup. Section 3 presents the experimental results. Finally, section 4 draws the main conclusions and points out future work.

Friction and wear in thrust ball bearings lubricated with biodegradable greases

Thrust ball bearings lubricated with several different types of grease, including three biodegradable low-toxicity greases, were tested in a modified four-ball machine in order to evaluate the bearing friction torque. At the end of each test, grease samples were obtained and analysed through ferrography, allowing the quantification and evaluation of the bearing wear. In order to compare the grease performance in terms of friction and wear, a correlation between the grease characteristics (base oil, bleed oil, thickener structure, and rheological parameters) and the experimental results was established.