MANCAIS DE ROLAMENTOS. 1. Introdução 2- Classificação. 3. Designação de rolamentos. 4. Defeitos comuns dos rolamentos. 5. Critérios de seleção.

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1 MANCAIS DE ROLAMENTOS. 1. Introdução 2- Classificação. 3. Designação de rolamentos. 4. Defeitos comuns dos rolamentos. 5. Critérios de seleção.

2 Os mancais em geral têm como finalidade servir de apóio às árvores e eixos que giram no espaço, para que estes possam rodar livremente e suportar as cargas que atuam sobre eles. Podem ser classificados em: Mancais de Deslizamento (buchas). Mancais de Rolamento (de esferas o rolos). Os rolamentos são muito empregados devido a suas numerosas vantagens, destacando-se por: Grande padronização e baixo custo. A resistência ao movimento no arranque dos rolamentos pode ser entre 5 e 10 vezes menor que a resistência dos mancais de deslizamento. Pouca geração de calor. Poucas exigências de manutenção e lubrificação. Grande capacidade na direção axial. Menor consumo de metais não ferrosos. Menores perdas por atrito para baixas velocidades e movimentos oscilantes.

3 Também têm certas desvantagens: Elevadas dimensões radiais. Altas tensões de contato. Menor capacidade para amortecer vibrações que os mancais de deslizamento. Não são recomendáveis para velocidades extremamente altas. Não são convenientes em árvores acotoveladas (virabrequim), embora se fabrique alguns tipos de mancais partidos para estes usos. Em geral os rolamentos são apoios ideais para as máquinas com freqüentes arranques e paradas, velocidades baixas, ou movimentos de vaivém. Na atualidade, as mais diversas máquinas empregam em seus apoios mancais de rolamento por sua ampla padronização de vários tipos e uma variada gama de dimensões.

4 2- Classificação Classificação segundo a forma dos elementos rolantes. Esferas (Bolas) Rolos (cilindros, cônicos, esféricos, agulhas) 2.2. Classificação segundo o sentido de aplicação da carga. Radiais. Radiais-axiais. Axiais Axiais-radiais 2.3. Classificação segundo sua capacidade de compensação. Autompensados. Não autocompensados.

5 PARTES COMPONENTES 1 - anel interno; 2 - elementos rolantes; 3 - espaçadores ou gaiola. 4 anel externo;

6 Cargas Carga Carga Radial Radial Carga Axial

7 Cargas

8 Aplicações Aviões Tratores Máquinas e Equipamentos Indústrias Navios Ônibus e Caminhões Eletrodomésticos Automóveis Eletroeletrônicos

9 2.4. Classificação segundo o tipo. Rolamento fixo de uma carreira de esferas É o mais comum dos rolamentos. Suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada. É necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa.

10 Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Admite cargas axiais somente em um sentido, possuem pistas condutoras nos anéis interno e externo deslocados uma em relação à outra, na direção do eixo do rolamento. A capacidade de carga axial de rolamentos de esferas de contato angular torna-se maior à medida que se aumenta o ângulo de contato. Rolamento autocompensador de esferas É um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo.

11 Rolamento de rolo cilíndrico. É apropriado para cargas radiais elevadas. Seus componentes são separáveis, o que facilita a montagem e desmontagem. Os rolamentos com gaiola podem suportar cargas radiais altas e funcionar em velocidades elevadas. Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos. Seu emprego é particularmente indicado para construções em que se exige uma grande capacidade para suportar carga radial e a compensação de falhas de alinhamento.

12 Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos. É um rolamento adequado aos mais pesados serviços. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento. distribuição uniforme da carga. Rolamento de rolos cônicos. Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido. Os anéis são separáveis. O anel interno e o externo podem ser montados separadamente.

13 Rolamento axial de esfera. Ambos os tipos de rolamento axial de esfera (escora simples e escora dupla) admitem elevadas cargas axiais, porém, não podem ser submetidos a cargas radiais. Os rolamentos são separáveis, de montagem simples, uma vez que as arruelas e o conjunto de esferas e gaiola podem ser montados separadamente.

14 Rolamento axial autocompensador de rolos. Possui grande capacidade de carga axial devido á disposição inclinada dos rolos. Também pode suportar consideráveis cargas radiais. A pista esférica do anel da caixa confere ao rolamento a propriedade de alinhamento angular, compensando possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo. Rolamento de agulha. Os rolamentos de rolos de agulhas são rolamentos com rolos cilíndricos que são finos e longos em relação a seu diâmetro. A despeito de sua baixa seção transversal, os rolamentos possuem uma alta capacidade de carga e são, portanto, extremamente apropriados para arranjos de rolamentos nos quais o espaço radial é limitado.

15 Tipo x Características Esferas Rolos Agulhas Autocompensa Cilíndricos dor de Rolos Rolos Cônicos Carga Radial Carga Axial Dimensões Ângulo

18 Tipo x Características Esferas Rolos Agulhas Cilíndricos Autocompensador de Rolos Rolos Cônicos Carga Radial Carga Axial Dimensões Ângulo

19 Tipo x Características Esferas Rolos Agulhas Cilíndricos Autocompensador de Rolos Rolos Cônicos Carga Radial Carga Axial Dimensões Ângulo

20 3. Designação de rolamentos. Por exemplo: Rolamento L1C3 6= código de tipo de rolamento correspondente aos rolamentos rígidos de uma fileira de bolas. 3= série de largura. 2= série de diâmetro exterior. 12= diâmetro interior ou código de diâmetro interior, segundo os casos (neste caso, d=12x5=60 mm.). L1= código de gaiola mecanizada de latão. C3= código de jogo radial interno maior que o normal.

21 DADOS GERAIS SOBRE Dimensão: ROLAMENTOS

22 Tamanhos (7)

23 Identificação do Tipo de Rolamento 0 rolamentos de duas carreiras de esferas de contato angular 1- rolamentos autocompensadores de esferas 2 rolamentos autocompensadores de rolos, rolamentos axiais autocompensadores de rolos 3 rolamentos de rolos cônicos 4 rolamentos rígidos de duas carreiras de esferas 5 rolamentos axiais de esferas 6 rolamentos rígidos de uma carreira de esferas 7 rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular 8 rolamentos axiais de rolos cilíndricos BK - Buchas de agulhas com fundo HK - Buchas de agulhas sem fundo N - Rolamentos de rolos cilíndricos Utiliza-se uma segunda e por vezes uma terceira letra para identificar a configuração das flanges, por exemplo, NJ, NU, NUP; as designações de rolamentos de duas ou de múltiplas carreiras de rolos cilíndricos começam sempre com NN. NA - Rolamentos de agulhas com dimensões limite da ISO 15. NK - Rolamentos de agulhas QJ - Rolamentos de esferas de quatro pontos de contato T - Rolamentos métricos de rolos, algumas dimensões métricas de acordo com a ISO

24 Símbolos dos furos 1ª Regra: Para rolamentos fixos de uma carreira de esferas pequenos e miniaturas (diâmetro de 1 à 9 mm). O número de identificação é composto por 3 dígitos, sendo que o último dígito indica a dimensão do furo em milímetros. 601 : = 1 mm; 602 : = 2 mm; 609 : = 9 mm. 2ª Regra: Para as quatro dimensões a seguir, a regra é fixa, ou seja: xx00 : = 10 mm; xx01 : = 12 mm; xx02 : = 15 mm xx03 : = 17 mm. 3ª Regra: Para furos acima de 20 mm, têm-se uma regra, na qual basta multiplicar os dois últimos dígitos por 5. xx04 : = 20 mm (04 x 5); xx05 : = 25 mm; xx96 : = 480 mm. 4ª Regra: Para furos maiores que 480 mm, após a série dimensional, acrescenta-se uma barra ( / ) e a dimensão nominal do diâmetro interno. xx/500 : = 500 mm; xx/1800 : = 1800 mm; xx/7800 : = 7800 mm.

25 Exemplos de Identificação 1) NU310 NU Rolamento de rolos cilíndricos; 3 - Série de diâmetros 3; 10 - Diâmetro interno de 50 mm (10 x 5). 2) Rolamentos rígidos de uma carreira de esferas; 3 - Série de diâmetros 3; 10 - Diâmetro interno de 50 mm (10 x 5).

26 4. Defeitos comuns dos rolamentos. Fadiga superficial dos elementos rolantes ou aros (pistas). É a deterioração mais freqüente e se deve à existência de grandes esforços de contato que se manifestam de forma cíclica. Ruptura dos elementos rolantes ou aros. Para condições normais de exploração, mas em caso de sobrecargas, ou problemas de alinhamento em rolamentos de rolos. Desgaste dos elementos rolantes ou aros, para condições ambientais onde há grande quantidade de materiais abrasivos. Deformação plástica dos elementos rolantes ou aros. Geralmente se produzem pela aplicação de cargas superiores às máximas permissíveis dos rolamentos, para baixas velocidades. Destruição das jaulas. produz-se para grandes velocidades de rotação, vibrações, desalinhamentos.

27 5. Critérios de seleção. Segundo o tipo de rolamento: devem tomar em conta os seguintes aspectos: Magnitude e direção das cargas. Velocidade de giro Necessidade de deslocamento dos apoios. Dimensões radiais e axiais. Auto alinhamento Lubrificantes a empregar Rigidez Formas de montagem e desmonte a aplicar. Se empregarão como critérios fundamentais para a seleção os critérios de capacidade de carga estática e Capacidade de carga dinâmica. A seleção de rolamentos segundo o critério de capacidade de carga estática se realiza quando a freqüência de rotação deste é menor de 10 rpm (velocidade de rotação muito lenta). Em caso contrário se emprega o critério de capacidade de carga dinâmica, se o rolamento permanecer nas paradas e arranques sob o efeito da carga deve realizarse adicionalmente a comprovação a capacidade de carga estática.

28 5.1 Critério de capacidade de trabalho de carga estática. Chama-se capacidade de carga estática ao valor de força (CO), que produz entre os elementos rolantes e a pista, no ponto de contato, uma deformação (marca do penetrador Brinell) de um: diâmetro da marca 0,0001 d CORPOROLANTE. Para garantir que a carga aplicada sobre o rolamento não afeta seu funcionamento se deve verificar que o fator de segurança (fs) seja maior que o recomendado: fs > fs RECOMENDADO

29 Cálculo do fator de segurança: fs: Fator de segurança fs= Co Po Co: Capacidade de carga estática. Este valor estão disponíveis nos catálogos de rolamentos. Po: Carga radial equivalente. É a carga radial que simula o efeito da combinação de carga axial e radial no rolamento. Po = xo Fr + yo Fa xo: Fator de carga radial. yo: Fator de carga axial. Fr: Força radial. Fa: Força axial.

30 Tabela: Fator fs RECOMENADADO para rolamentos em rotação. Tabela: Fator fs RECOMENDADO para rolamentos sem rodar.

31 5.2 Critério de capacidade de trabalho de carga dinâmica. A fadiga superficial é a deterioração mais frequente sempre que o rolamento esteja bem lubrificado, protegido da sujeira e a entrada de corpos estranhos, sobrecarrega etc. A fadiga superficial, reconhecida como uma picada nas pistas ou os elementos rolantes do rolamento, dá-se pela ação repetida de tensões cíclicas de contato, que origina um ponto de falha no material, propiciando a formação de uma trinca e consequente escoriação superficial (descascado) depois de um número determinado de ciclos de carga. Por definição se estabelece, que a Capacidade de Carga Dinâmica de um rolamento é a força que pode suportar um rolamento que girou 1 milhão de ciclos sem que apareça a fadiga superficial com 90% de confiabilidade (quer dizer: em um lote de 100 rolamentos é admissível que 10 falhem a picada).

32 Para calcular a duração de um rolamento com qualquer carga aplicada se emprega a seguinte relação: L 10 C = P P L 10 - Duração de um rolamento submetido a uma carga sem que ocorra a fadiga superficial em um tempo menor a 1 milhão de ciclos com 90% de confiabilidade. [Milhões de ciclos] C - Capacidade de carga dinâmica. [N] p - Expoente de duração. (p = 3 Rolamentos de bolas, p= 1/3 rolos) P - Força radial equivalente. É a força radial que simula o efeito da combinação das cargas axiais e radiais no rolamento. [N]. P = x Fr + y Fa x : Fator de carga radial. y : Fator de carga axial. Fr : Força radial. Fa : Força axial.

33 É aceito que um rolamento garante a capacidade de carga dinâmica nominal quando: L 10 > L nec L 10 Duração do rolamento para o 90% de confiabilidade. [Milhões de ciclos] L nec Duração necessária. [Milhões de ciclos] L nec n 60 Lna = 6 10 L na - Duração necessária em horas. n - Freqüência de rotação nominal (rpm).

34 5.4 Seleção de rolamentos de bolas rígidos. Exemplo. Calcular a vida útil em milhões de ciclos dos rolamentos com uma confiabilidade de 90%, designação 6306, sobre a árvore atua um força axial igual a 1120N e em cada um uma força radial de 3 400N, os rolamentos giram a 1000 rpm e estão, lubrificados com um óleo ISO VG 70. A temperatura de trabalho é 70ºC. Ver o esquema: Designação: (bolas) Largo Médio d=30mm Como n >10 rpm então se deve calcular a vida útil usando o critério de seleção para cargas dinâmicas. O rolamento A suporta a carga radial e toda a carga axial da árvore, já que o rolamento B é flutuante como se pode observar na figura.

35 Cálculo de vida útil do rolamento A. Fr = 3400 N Fa = 1120 N ( D =72 mm, d =30 mm, C =29600 N, C0=16000 N, B = 19 mm

36 L nec = C P P a 1 a 23 p = 3 (rolamento de esferas) [p - Expoente de duração. (p = 3 Rolamentos de esferas, p = 1/3 rolos)] a1 = 1... da tabela.

37 Determina-se a 23 : Calcula-se a relação de viscosidade: χ = υ υ 1 Para determinar a viscosidade do lubrificante á temperatura de trabalho (ν) da tabela: interpolando: ν = 21,5 mm 2 /s

38 Para determinar a viscosidade cinemática (ν1) usa-se o seguinte gráfico: Com dm = 51 mm e n = 1000 rpm ν 1 = 19,9 mm 2 /s

39 χ = 21,5 = 1,08 19,9 a 23 = 1 obtido do gráfico.

40 Cálculo da força radial equivalente (P): Determinar os fatores x e y pela tabela: P = x Fr + y Fa Fa Co = 1120 = ,07 e = 0,27 Fa Fr 1120 = = ,329 Fa Fr e Então: x = 0,56 e y = 1,6

41 P = 0,56 (3400) + 1,6 (1120) P = 3696 N Lnec = 29600N Lna = 513,66 milhões de ciclos L na Lnec 106 = n 60 Lna = 8561 horas