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Técnicas de Manutenção SENAI-SP, 2004 Trabalho elaborado pela Escola SENAI Roberto Simonsen do Departamento Regional de São Paulo. Coordenação Geral José Carlos Dalfré Coordenação Laur Scalzaretto Alcindo Daniel Favero Elaboração João Carlos Voltarelli Editoração Adriana Ribeiro Nebuloni Écio Gomes Lemos da Silva Sílvio Audi Escola SENAI Roberto Simonsen Rua Monsenhor Andrade, 298 Brás CEP 03008-000 - São Paulo, SP Tel. 11 3322-5000 Fax. 11 3322-5029 E-mail: senaibras@sp.senai.br Home page: http://www.sp.senai.br Sumário Página Utilização de ferramentas com técnicas e segurança 3 Utilização de ferramentas com técnicas e segurança 5 Acoplamento 13 Correias e Polias 17 Rolamentos 33 Montagem de rolamento 45 Dispositivos auxiliares 53 Controle de folga 55 Desmontagem 67 Montagem e desmontagem 79 Falhas em rolamentos e suas causas 107 Ajustes e tolerâncias 125 Lubrificação I 141 Lubrificação II 151 Alinhamento a laser 163 Planicidade 183 Apêndice 191 Alinhamento de conjuntos 195 Preservação ambiental 249 Classificação de resíduos sólidos NBR 10.004 253 Conscientização 261 Destinação de Resíduos 277 Atrito 287 Tipos de lubrificantes 291 Características físicas dos lubrificantes 295 Aditivos 301 Classificação dos óleos lubrificantes 305 Classificação das graxas 307 Precauções na aplicação de lubrificantes 317 Mancais 321 Engrenagens 333 Sistemas hidráulicos 341 Compressores 349 Lubrificação de motores de combustão interna 363 Armazenagem e manuseio de lubrificantes 371 Plano de lubrificação 381 Sistema ISO/ ASTM 383 Referências bibliográficas 399 3 Aplicação de ferramentas de manutenção Relação de tipos de falhas • As ferramentas utilizadas não são de fácil alcance; • As ferramentas se encontram sujas e misturadas; • Não são as ferramentas adequadas para as medidas de porcas e parafusos; • As ferramentas se encontram desgastadas, sujas, etc. Tão importante quanto saber usar as ferramentas manuais é saber escolher a ferramenta adequada para cada tipo de serviço. 4 Lembre-se: O uso não adequado de ferramentas é a principal causa de rupturas de parafusos. É importante considerar que o uso e cuidado adequado das ferramentas resulta em: • Prevenção de acidentes para o operador; • Prevenção de danos para a ferramenta; • Prevenção de danos para o equipamento; • Prevenção de danos para os parafusos e porcas; e • Trabalho com segurança e resultados profissionais Aplicação das ferramentas manuais Chaves São ferramentas manuais destinadas ao aperto e desaperto de porcas ou cabeças de parafusos de vários tipos de perfis. As chaves são ferramentas mais comumente, utilizadas tanto por amadores como por profissionais e são apresentadas por vários tipos e medidas. As medidas mais comumente utilizadas são as chaves em milímetros e polegadas inglesa. Tipos Os tipos de ferramentas mais comuns utilizadas em nossa planta são: 1. Após a utilização de qualquer ferramenta manual limpe-a; 2. Caso não exista proteção na ferramenta (cromada, oxidada ou outro tipo de proteção), aplique uma camada de óleo anti- corrosivo para protegê-la. 3. Armazene-a, colocando-a, se possível em sua embalagem original, caixa especial ou armários. 5 Utilização de ferramentas com técnicas e segurança Dez mandamentos 1. Utilize a ferramenta manual sempre para o fim a que ela se destina a respeitando os padrões de medidas. 2. nunca use prolongadores sobre as ferramentas manuais, pois estarão alteradas as condições do uso normal, (existe projetos e testes) provocando rupturas e possivelmente, acidentes. 3. nunca altere as condições originais da ferramenta, por isso acarretará alterações de ordem estrutural e falhas no seu desempenho. 4. Respeite as linhas de atuação de cada ferramenta, obedecendo os procedimentos recomendados pelo fabricante. 5. Observe as normas de segurança em sua totalidade, ou seja, além da escolha da ferramenta adequada, utilize os EPI´s 6 necessários para o tipo de serviço recomendado na área de atuação. 6. É muito comum atribuir-se às ferramentas a responsabilidade por problemas na sua aplicação. Portanto, certifique-se de que o material onde a ferramenta é empregada encontra-se perfeitamente enquadrado nas normas. 7. Nunca exponha as ferramentas manuais ao calor excessivo, pois poderão ser alteradas suas condições de têmpera, com prejuízos em sua aplicação. 8. Em caso de parafusos montados há muito tempo utilizar auxiliares (líquido penetrante lubrificante) para efetuar a desmontagem. 9. Caso o equipamento necessite de ferramenta especial, projetar e confeccionar especialmente para tal tipo de serviço ou equipamento. 10. Não bata nas ferramentas manuais, pois poderá danificar a proteção e causar acidentes. Cuidados na utilização para chave fixa e chave combinada 1. Já falamos nos “10 mandamentos”, nunca utilize prolongadores sobre as chaves, pois com esse procedimento estarão alterados as condições de torque e de uso normal da ferramenta, com sérias conseqüências para o operador e para o produto. 7 2. Se possível, sempre puxe a ferramenta manual na sua direção. Se não tiver alternativa, por problema de espaço, trabalhe sempre com as mãos espalmadas. 3. Antes de operar, certifique-se, sempre, de que a chave se encaixa perfeitamente na porca ou cabeça do parafuso. Nas chaves fixas o esforço deve ser aplicado permanentemente ao eixo do parafuso. Isto é, num ângulo de 90 graus em relação ao mesmo. Sempre que possível, mantenha a boca da chave estrela perfeitamente assentada sobre a porca ou a cabeça do parafuso. A não observância do acima descrito poderá resultar no escapamento da chave com o risco de acidente. 8 4. Não bata com martelos ou marretas nas chaves manuais para soltar cabeças de parafusos ou porcas encravadas, pois estas são ferramentas desenvolvidas para receber uma aplicação de força gradativa e contínua. Cuidados na utilização para chave de fenda cruzada (Philips) 1. As chaves de fenda são produzidas de forma a oferecer uma gama variada de medidas, integrando, racionalmente, comprimento, largura e espessura da lâmina. Portanto, não foram destinadas a serem usadas como pé-de- cabra, alavanca, talhadeira e punção. 2. A regra de ouro para aumentar a vida útil de uma chave de fenda é usá-la nas medidas compatíveis com os tamanhos de fenda dos parafusos. 3. Nunca bata com martelo na chave de fenda, pois ocorrerá o risco de danificar o cabo, bem como a lâmina da chave. 9 4. Não aumente o torque da chave de fenda através do emprego de alicates ou chaves. 5. Nunca use a chave de fenda circuitos elétricos onde a amperagem é elevada, ou seja, onde a corrente elétrica for suficiente para formar o arco voltaico e fundir a lâmina. Incorreto 10 O uso de chaves inadequadas é uma das causas principais de ruptura de parafusos e porcas e acidentes de trabalho. Correto Incorreto O mal uso da chave fixa é uma das causas principais de ruptura de parafusos e porcas e acidentes de trabalho. Correto Incorreto 11 É imprescindível usar a chave adequada para evitar a deterioração do alojamento. Atenção: • O alojamento deve estar limpo. • A chave deve estar em bom estado. • A chave deve ser introduzida adequadamente. • A chave deve ter o tamanho adequado (Não usar chave milimétrica em parafusos em polegadas e vice-versa). CorretoIncorreto É importante, que a largura correta de ponta da chave de fenda, seja a mais aproximada possível à largura da ranhura (fenda) do parafuso. Correto Incorreto 12 Não usar chave de fenda em parafusos do tipo fenda cruzada. (Obs.: A chave de fenda cruzada também é conhecida como chave estrela ou chave Philips). Correto 13 Acoplamento Os acoplamentos são elementos de máquinas utilizados para unir eixos e eixos-árvores. Os acoplamentos são classificados em: fixos, elásticos ou móveis. Acoplamento fixo Servem para unir eixos de tal maneira que funcionem como uma peça única. Exemplo: acoplamento tipo luva. Acoplamento com luva de compressão ou de aperto Acoplamento rígido com flanges parafusados 14 Acoplamentos elásticos Esses elementos tornam mais suaves a transmissão do movimento em eixos que tenham movimentos bruscos, e permitem o funcionamento do conjunto com desalinhamento paralelo, angular e axial entre os eixos. Acompanhamento elástico Perflex Acoplamento de corrente Acoplamento de carga de impacto Acoplamento elástico de garras Acoplamento elástico de fita de aço Acoplamento de engrenagens Acoplamentos móveis São empregados para permitir um pequeno movimento longitudinal dos eixos. 15 Esses acoplamentos transmitem o movimento somente quando acionados. Acoplamento de garras ativado Acoplamento de garras desativado Junta universal (cruzeta) Este tipo de acoplamento articulado usado para transmitir movimento entre árvores que precisam sofrer variações angulares, durante suas atividades. Um ponto primordial na utilização desses acoplamentos é a lubrificação. 1. Junta Universal (Homocinética) Acoplamento de laminas (disco) Este tipo de acoplamento, é feito totalmente em aço e sua forma construtiva elimina qualquer folga torsional (torsionalmente rígido) esta característica é obtida através de mínima tolerâncias de usinagem e alojamentos especiais para porcas e parafusos. 16 São indicados para aplicações que envolvam altíssimas rotações, apresentam a vantagem de exigirem pouca manutenção devido ao fato de não utilizarem lubrificantes. Alguns modelos suportam torque de até 300.000 N.m com rotações de 33.000 rpm. Acoplamento para eixo desalinhado O acoplamento para eixo desalinhado é composto de discos de metal sincronizado. Este acoplamento tem a função de permitir a instalação de eixos com desalinhamento eliminando vibrações. 17 Correias e Polias Correias e Polias são o conjunto de elementos que transferem potência e movimento a outro sistema. Na figura abaixo, a polia condutora transmite energia e movimento á polia conduzida. 18 Transmissão por correias São empregadas em eixos paralelos (eventualmente reversos). As principais vantagens são: • Construção simples; • Funcionamento silencioso; • Grande capacidade de absorver choques; • Alto rendimento; • Preço reduzido. As desvantagens são: • Transmissão de grandes dimensões; • Necessitam grandes distâncias entre centros; • Grande carga nos eixos e mancais; • Vida de correia pequena; • Apresentam escorregamento. Polias As polias são peças cilíndricas, movimentadas pela rotação do eixo do motor e pelas correias. 19 Tipos de polia Os tipos de polia são determinados pela forma da superfície na qual a correia se assenta. Elas podem ser planas ou trapezoidais. As polias apresentam braços a partir de 200mm de diâmetro. Abaixo deste valor, a coroa é ligada ao cubo por meio de discos. Polia trapezoidal A polia trapezoidal recebe esse nome porque a superfície na qual a correia se assenta, apresenta a forma de trapézio. As polias trapezoidais devem ser providas de canaletes (ou canais) e são dimensionadas de acordo com o perfil padrão da correia a ser utilizada. Além das polias para correias planas e trapezoidais, existem as polias para cabos de aço, para correntes, polias (ou rodas) de atrito, polias para correias redondas e para correias dentadas. 20 Algumas vezes, as palavras roda e polia são utilizadas como sinônimos. Polia para correia e cabo de aço redondos Tabela – Tipos de Polia Polia de aro plano Polia de aro abaulado Polia escalonada de aro plano Polia escalonada de aro abaulado Polia em “V” simples Polia em “V” múltipla 21 Correias As correntes mais usadas são planas e trapezoidais. A correia em “V” ou trapezoidal é inteiriça, fabricada com seção transversal em forma de trapézio. O emprego da correia trapezoidal ou em “V” é preferível ao da correia plana porque: • Praticamente não apresenta deslizamento; • Permite o uso de polias bem próximas; • Elimina os ruídos e os choques, típicos das correias emendadas (planas). Existem vários perfis padronizados de correias trapezoidais. 22 Para casos em que não se pode ter nenhum deslizamento, como no comando de válvula de um automóvel, utiliza-se a correia dentada. Correias sincronizadas As correias sincronizadas são muito utilizadas nas transmissões do movimento em sistemas mecânicos. Suas principais vantagens sobre as correias trapezoidais (em V) são: • Ampla faixa de transmissão de potências (de valores fracionários até centenas de HP). • Ampla faixa de velocidades (de zero até 4800 m/min., por medida de segurança não devemos ultrapassar 1980 m/min.). • Projeto compacto (ocupam menores espaços com menores distâncias entre centros). 23 • Baixo tensionamento (a transmissão não depende da fricção, menor tensão, menor esforço nos rolamentos). • Garante velocidade constante (não existe variação de passo nem deslizamento). • Pequeno peso (a relação peso / HP é alta). • Operação silenciosa (o nível de ruído aumenta em velocidade altas). • Engrenando anti-derrapante (os dentes encaixam-se nos sulcos da polia eliminando o deslizamento e mantendo um movimento uniforme). Correias sincronizadoras montagem e manutenção O correto projeto de transmissões utilizando correias sincronizadoras garantem um alto grau de rentabilidade e uma longa vida de uso. Tem se comprovado na prática que o rendimento insatisfatório é freqüentemente atribuído a erros de instalação e inadmissíveis condições de funcionamento. Para isso, as recomendações abaixo são muito importantes. Funcionamento As correias sincronizadoras são sensíveis a presença de corpos estranhos, portanto o sistema deve ser cuidadosamente protegido. As de poliuretano (Pu) suportam uma temperatura entre – 30o C até 80o C com a umidade relativa do ar em seu estado normal. Além disso, as correias de poliuretano são resistentes a numerosos produtos químicos. Fatores de segurança Transmissões abertas devem estar protegidas a fim de evitar danos e riscos de acidentes. Antes de começar a instalação, o motor deve estar parado e protegido contra qualquer possibilidade de acionamento, evitando assim possíveis acidentes. 24 Instalação A distância entre centros deve ser diminuída para facilitar a instalação da correia sem o uso de “alavanca”. Se a correia não ficar ajustada, devem ser utilizadas polias tensoras, de preferência internas, e com diâmetro igual ao diâmetro da polia menor. Tensionamento A tensão deve ser ajustada segundo o valor calculado. Após 30 minutos de pleno funcionamento, a correia deve ser retensionada. É fundamental repetir o processo após 4 horas de uso para dar o ajuste final do tensionamento. AlinhamentoO correto alinhamento das polias e eixos garantirá o funcionamento livre da correia entre as flanges, diminuindo o atrito de engrenamento dos dentes e distribuindo uniformemente a carga sobre a largura total do dente. Manutenção Verificar periodicamente o tensionamento da correia, o alinhamento das polias, tanto horizontalmente como verticalmente, bem como se existem saliências nas polias ou vincos nas correias. Montagem do sistema de correia Sentido direto de rotação: A correia fica reta e as polias têm o mesmo sentido de rotação: 25 Sentido de rotação inverso: A correia fica cruzada e o sentido de rotação das polias inverte- se: Transmissão de rotação entre eixos não paralelos (reversos) Para ajustar as correias nas polias, mantendo tensão correta, utiliza-se o esticador de correia. 26 Deflexão: 0,4mm para cada 25,4mm de “E” Relação de transmissão Portanto: 1D 2D 2n 1ni == Onde: D1= Diâmetro da polia menor D2= Diâmetro da polia maior n1= Número de rotação por minuto (rpm) da polia menor n2= Número de rotações por minuto (rpm) da polia maior 27 Proteção dos sistemas de transmissão Mantenha sempre as transmissões protegidas adequadamente. Estas proteções devem ser adequadas as normas de segurança, garantindo uma proteção para a transmissão e para os operadores. 28 Causa Provável Solução Prática 1. Caixa cheia de graxa ou nível de óleo elevado... causando excessivo batimento do lubrificante, altas temperaturas de operação, vazamento de óleo. 1. Retire o excesso de graxa, deixando uma quantidade de 1/2 até 2/3 dos espaços vazios da metade inferior da caixa. Se estiver usando óleo. Reduza o nível do mesmo à linha imediatamente abaixo daquela do centro de esfera ou rolo mais baixo do rolamento 2. Rolamento aplicado está com folga radial interna não adequada para as condições de trabalho. A transmissão externa de calor é conduzida pelo eixo, fazendo com que o anel interno do rolamento expanda excessivamente. 2. Verifique se você substituiu o rolamento com a folga interna idêntica à gravada no original (C3, C4, etc). Cuidado, os fabricantes podem marcar as características de folga, com lápis elétrico ou por ataque ácido. Isto permite que firmas inescrupulosas comerciantes de rolamento marquem elas mesmas estas características. Adquira, portanto, rolamentos de fonte autorizada e idônea. 3. Couro ou borracha sintética das vedações de contato com excessiva tensão da mola ou secos. 3. Substitua o couro ou borracha sintética das vedações por aquelas que reduzam a tensão da mola. Lubrifique as vedações. 4. Montagem incorreta do alimentador constante de óleo (nível alto ou muito baixo), localizado opostamente à rotação do rolamento, permite excessivo fluxo de óleo, resultando num nível de óleo muito alto. 4. Nível de óleo deverá estar imediatamente abaixo da linha de centro da esfera ou rolo mais baixo do rolamento, quando em operação. Localize o alimentador conforme à rotação do rolamento. A substituição de óleo será melhor quando existir visor de nível de óleo do alimentador 5. Carga desbalanceada. Furo da caixa muito grande. 5. Rebalanceie a máquina. Substitua caixa com furo correto 6. Ressalto do eixo roçando contra as vedações do rolamento. 6. Reusine o ressalto do eixo deixando livre a vedação. Siga as instruções dimensionais contidas nos catálogos de fabricantes de rolamentos. 29 Causa Provável Solução Prática 6. Nível incorreto de óleo no visor de nível de óleo. Resultado: nenhum lubrificante no rolamentos. 6. Limpe o furo interrompido do respiradouro do visor de óleo. 7. Vedações de contato submetidas a velocidades periféricas e temperatura não condizentes. Além de serem fonte excessiva de calor, danificam permitindo entrada de impurezas no rolamento. 7. Verifique as velocidades periféricas atuantes e as temperaturas. Recomendações: Os retentores de filtros: Máximo 4 m/s temperatura até 100º C. Os retentores de couro: Máximo 7,5 m/s e temperatura até 80º C. Os retentores de borracha sintética: Máximo até 12 m/s e temperatura até 100º C. Importante : Entre 4 a 8 m/s a superfície do eixo deve ser retificada e acima de 8 m/s deve-se garantir a dureza do eixo superior a 20 ROCKWELL C. cálculo de velocidade periférica: V = 52 x N x d 1.000.000 V = Velocidade periférica m/s N = rotação do eixo em r/Min d = diâmetro do eixo, em mm Substitua a vedação, caso necessário, por mais adequada, se possível por vedação sem contato. Causa provável Solução Prática 8. Alinhamento linear ou angular incorreto de dois ou mais eixos acoplados, com dois ou mais rolamentos. 8. Alinhe corretamente, calçando os mancais. Assegure-se que os eixos acoplados estejam em linha reta – especialmente quando três ou mais rolamentos operam sobre um deles. 30 Causa Provável Solução Prática 9. Caixa com furo ovalizado. Caixa distorcida e ou empenada. Diâmetro do furo de caixa com submedida. 9. Verifique o furo da caixa. Examine se o rolamento está prendendo e/ou agarrando no mesmo. Sucateie e substitua a caixa por outra, caso necessário. Assegure-se de que a superfície de suporte da caixa esteja nivelada e desempenada. Verifique se os calços cobrem inteiramente a área de base da caixa. 10. Assento do rolamento usinado com diâmetro a maior causando excessiva expansão do eixo e anel interno do rolamento, reduzindo assim excessivamente a folga interna do mesmo. 10. Retifique o eixo para a tolerância correta de montagem entre o anel interno do rolamento e eixo. 11. Ponta metálica roçando contra o rolamento. 11. Remova a arruela de aperto. Recoloque-a paralelamente à face do rolamento ou então substitua por uma nova arruela. 12. Desgaste do furo da caixa devido ao material mole. (caixas de material não ferroso) Resultado: alargamento do furo... causando repuxamento (giro) do anel externo na caixa. 12. Refaça o furo da caixa e prense uma bucha de aço no furo. Usine o furo da bucha para o diâmetro correto. No caso de cargas não elevadas, tolerância apertada na caixa, sem o uso de bucha de aço, pode corrigir o problema. Rolamento está com ruído Causa Provável Solução Prática 1. Tipo de graxa o óleo errado, causando quebra da película lubrificante entre os corpos rolantes e pistas. 1. Consulte um dos fabricantes de lubrificante com o mesmo tipo de lubrificante adequado. Verifique instruções em um dos manuais de lubrificação para rolamentos e determine o tipo de óleo ou graxa a ser utilizado. 31 Causa Provável Solução Prática 2. Nível de óleo baixo. Perda de lubrificante pelas vedações. Quantidade insuficiente de graxa. 2. Nível de óleo deverá estar imediatamente abaixo da linha de centro da esfera ou rolo mais Baixo do rolamento. Usando graxa, a metade inferior do mancal deverá conter de ½ até 2/3 de seus espaços c/graxa. 3. Rolamento aplicado está com folga radial interna não adequada para as condições de trabalho. A transmissão externa de calor é conduzida pelo eixo fazendo com que o anel interno do rolamento expanda excessivamente. 3. Verifique se você substituiu o rolamento com a folga interna idêntica a gravada no original (C3, C4, etc.).Os fabricantes podem marcar as características de folga, com lápis elétrico ou por ataque ácido. Isto permite que firmas inescrupulosas, comerciantes de rolamentos, marquem elas mesmas estas características. Adquira, portanto rolamentos de fonte autorizada e idônea.4. Materiais externos (sujeira, areia, minério, etc) penetrando na caixa de rolamento. 4. Limpe a caixa do rolamento, substitua as vedações ou melhore o sistema de vedação a fim de obter proteção adequada para o rolamento. 5. Agentes corrosivos (água, ácido, tintas, etc.) penetrando na caixa do rolamento. 5. Adição de um sistema adicional que lance para fora ou reduz a ação dos agentes corrosivos. 6. Caixa com furo ovalizado. Caixa distorcida e /ou empenhada. Diâmetro do furo da caixa com subedida. 6. Verifique o furo da sua caixa. Examine se o rolamento está prendendo e/ou agarrando no mesmo. Sucateie e substitua a caixa por outra, caso necessário. Assegure-se de que a superfície de suporte da caixa esteja nivelada e desempenada. Verifique se os calços cobrem inteiramente a área de base da caixa. 32 33 Rolamentos Rolamentos Da antiguidade aos tempos atuais A primeira utilidade do rolamento que nos vem à cabeça é servir como elemento auxiliar no transporte (até por causa dos carrinhos de “rolimã” da infância). E nisso os rolamentos são bem antigos. Alguns situam o início do seu uso por volta do ano 4.000 a.C., ajudando os escandinavos a deslizar com seus trenós. Através de pictografias existentes na Noruega podemos ver uma estrutura formada por madeiras com rodas que se assemelhava a um trenó. Outros Historiadores preferem apontar o seu início por volta de 3.500 a.C., quando os sumérios utilizaram um cubo de roda construído em madeira montado sobre um eixo também de madeira, conforme uma ilustração de uma biga usada por este povo. Já os egípcios apresentam diversas provas do seu uso. A construção de seus inúmeros monumentos foi muito facilitada quando passaram a usar rolos de madeira para transportar pedras de grande peso. Há inclusive uma ilustração datada de cerca de 1.800 a.C., que mostra um egípcio na ponta de pedra entornando um lubrificante no chão essa ilustração é freqüentemente referida como a mais antiga figura de um “engenheiro de lubrificação” trabalhando. 34 Nas civilizações clássicas, Grécia e Roma, temos grandes aplicações de elementos rolantes. Em muitos escritos gregos encontramos referências ao uso de rolimãs ou esferas e sobre as vantagens do uso de objetos esféricos para propósitos geométricos e para aplicações de engenharia, como em suas catapultas. Porém, é na civilização romana onde os mais espetaculares desenvolvimentos são encontrados. Cerca de 30 quilômetros de Roma há um lago chamando Nemi, onde, no início deste século, arqueologistas descobriram duas embarcações. Entre os inúmeros objetos encontrados, temos duas esferas que representam dois pontos de sumo interesse: um é o uso de metal nessas esferas, uma transição do uso de madeira para metal em rolamentos, e o outro é o fato de que representa uma das mais antigas formas de rolamentos propriamente disto, apesar de que as esferas ou bolas não tinham livre rotação como nos modernos rolamentos. Na mesma época dos romanos, Os celtas também mostram evidências do uso de rolamentos. Ao longo do período da idade média, o chamado “período negro” em termos de desenvolvimento tecnológico, existe poça evidência do uso ou desenvolvimento continuado de rolamentos. Isto é, na verdade, uma realidade pra vários aspectos da tecnologia e da cultura em geral, de modo que somente no início do século XVI voltamos a falar de rolamentos. Por volta do ano de 1.500 é que Leonardo da Vinci consubstanciou um dos sonhos mais antigos da humanidade, o de possuir um veículo que se locomove sem o emprego de força muscular, em idéia concreta, fixando suas concepções em desenhos técnicos. Não há qualquer dúvida a respeito de que foi Leonardo da Vinci também quem primeiro pensou num veículo de locomoção por força própria. Comprova-se isto por uma ilustração sua e pelo projeto de um carro, impulsionado por um sistema de molas que possui até uma transmissão com diferencial. 35 Provavelmente, Leonardo nunca chegou a realizar seu carro de autopropulsão no entanto cabe-lhe o mérito de ter tido a idéia de utilizar a energia armazenada num sistema de molas pra locomover um veículo. Este carro, que pode ser considerado como o precursor do automóvel moderno, provavelmente represente o último estágio de um processo de desenvolvimento de Leonardo da Vinci. Isto se depende claramente de seus desenhos. Vários dos componentes essenciais do automóvel de hoje podem ser atribuídos diretamente a Leonardo. Assim, por exemplo, Leonardo foi o primeiro a idealizar e desenhar um sistema de transmissão para um veículo com caixa de redução e volante de direção. Em outro projeto de veículo, também tinha previsto rodas dirigíveis. A força motriz neste projeto era proporcionada pro “8 homens” acionando manivelas, sendo transmitida para as rodas através de uma caixa redutora. Finalmente, idealizou para o veículo autopropulsionado o sistema de tração individual das rodas, e um engrenamento epicíclico, que pode ser considerado como precursor do diferencial moderno. São perfeitamente identificáveis essas peças do veículo nos seus desenhos. Em compensação, não é muito nítida a representação daquela parte que se refere ao sistema de acionamento com molas, o qual deveria suprir o veículo com a necessária força motriz. Conclui-se que foi a falta de um “motor” adequado que obrigou Leonardo a renunciar à concretização á de seu “’veículo autopropulsionado”. Como é notório, o gênio universalista de Leonardo da Vinci se ocupou com inúmeras coisas e déias. Mesmo um assunto hoje tal atual quando a economia de energia pode ser atribuído a ele, pois que Leonardo estudou muito intensamente o princípio do fenômeno do atrito. Deve-se a ele a clara e completa teóricas e práticas abrangeram também as diferenças de magnitude do atrito conforme espécie dos materiais em contato e também conforme a utilização de meios lubrificantes entre as superfícies. 36 Leonardo da Vinci dedicou especial atenção à questão da redução da resistência de atrito, utilizando na sustentação de corpos rotativos. Para tanto, muitas vezes ele previu cilindros, conforme os mostradores como corpos rolantes. Estes rudimentares projetos de “rolamento provam que Leonardo da Vinci já tinha descoberto a maneira de reduzir a resistência de giro, mediante o auxílio de cilindros que servem como corpos rolantes. As idéias de um veículo autopropulsionado e as concepções de mancais com baixo índice de atrito já existam lá pelo ano de 1.500. Entretanto, até a concretização destes projetos deve-se- íam passar ainda alguns séculos. Somente no século XVIII surgiu um fonte de energia razoável, com a máquina movida a vapor, que facultou James Watt em 1759 a construir um pequeno modelo de um veículo autopropulsionado, próprio para locomover-se pelas ruas. Um certo desenvolvimento técnico destes veículos a vapor ocorreu nos séculos XVIII e XIX. Mas só com a descoberta do motor à combustão foi dada uma base decisiva para o advento do automóvel como nós o conhecemos hoje. A história dos primeiros rolamentos se assemelha à do desenvolvimento do automóvel. Da idéia até a condição de fabricação industrial foi o longo e difícil caminho. Sob o enfoque do princípio fundamental, já na mais remota antiguidade foram empregados rolos cilíndricos de madeira para o transporte de pedras pesadas, que podemos considerar, de certa forma, os rústicos ancestrais e as aplicações modernas dos rolamento de nossos dias. Do mesmo modo como aconteceu a Leonardo da Vinci, o sucesso prático foi negado aos inventores do fim do século XVIII e início do século XIX.. A transformação das idéias em prática esbarrava, segundo as evidencia, na impossibilidade de se produzir esferas com aprecisão necessária. 37 A idéia fundamental da redução do atrito e a conseqüente economia de energia com a utilização do rolamento permanece até hoje. A concretização técnica deste princípio básico foi imposta com o surgimento das bicicletas em meados do século XIX, quando a necessidade de se economizar força podia ser sentida no próprio corpo. O desenvolvimento dos primeiros rolamentos de esferas recebeu um grande impulso graças à bicicleta. Após algumas mutações nos projetos, desenvolveu-se o assim chamado “rolamento tipo cone”. Eram rolamento de esferas em que seus anéis formavam a figura de um cone. Foram considerados com a solução adequada para cubos de rodas e pedaleiros. Não admira, portanto, que um rolamento tipo cone ajustável tem, no fim do século passado , substituído o mancal deslizante até então utilizado nas rodas dos veículos. O baixo índice de atrito e a maior segurança de funcionamento foram os fatores determinantes para a introdução dos rolamentos. Na Europa, inicialmente, o desenvolvimento concentrou-se nos rolamentos de esferas. As experiências com rolamentos de rolos não foram as melhores. Nos Estados Unidos o desenvolvimento da indústria automobilística se baseou mais nos rolamentos de rolos e, em especial, nos rolamentos de rolos cônicos. Na mesma época, na Europa, desenvolveu-se o rolamento de rolos cilíndricos e o rolamento autocompensador de uma carreira de rolos esféricos. Bem, aqui já ingressamos nos tempos modernos. E o desenvolvimento do rolamento continua até hoje. A pesquisa é contínua e novos produtos mais adequados às necessidades dos clientes vão surgindo. É importante ressaltar também a pesquisa de novas matérias-primas, como poliamida e cerâmica. Enfim, o rolamento do século XXI já está entrando nas pranchetas de hoje. 38 Aplicações, características principais e processos de fabricação dos rolamentos Rolamento O rolamento é uma peça de importância fundamental para os equipamentos mecânicos, isto é, equipamentos nos quais há transmissão de força e movimento. Motores, automóveis, guindastes, eletrodomésticos, tratores e aviões: uma série interminável de máquinas faz parte da nossa vida, produzindo e transportando riquezas, movimentando toda a economia de um país. Ao examinarmos estas criações da Engenharia Mecânica, notamos uma característica comum a todas elas: a existência de eixos, rodas, hélices girando e transmitindo forças. E onde houver um eixo girando , lá estará um rolamento, o imprescindível intermediário entre a peça móvel e a parte estacionária da máquina. O eixo de um motor elétrico apóia-se sobre rolamentos, assim como as rodas de automóveis ou as rodas do trem de pouso dos aviões: as engrenagens dos câmbios, os cilindros de laminação das aciarias, as antenas dos radares, todos giram suavemente sobre esta maravilha da moderna indústria mecânica de precisão. Os rolamentos consistem, basicamente, de: • Dois anéis de aço temperado, sendo geralmente um deles fixo e o outro solidário ao eixo.; • Corpos rolantes também de ac temperado – esferas, rolos, agulhas – que, em número variável, separam os anéis. • Gaiola, cuja função é manter os corpos rolantes separados e uniformemente distribuídos entre os dois anéis. Através desta construção, isto é, da introdução de esferas, rolos ou agulhas entre os dois anéis, consegue-se, praticamente, eliminar o atrito entre a parte fixa e móvel das máquinas. 39 Fabrica-se atualmente no mundo cerca de 50.000 tipos de rolamentos de esferas e rolos. Cada uma destas classes pode ser subdividida em radiais e axiais, dependendo da direção da força a ser transmitida. Em determinadas aplicações, visando reduzir o espaço a ser ocupado pelo rolamento ou facilitar a sua montagem n equipamento, pode-se dispensar um ou ambos os anéis. Neste caso as pistas necessárias ao giro suave dos corpos rolantes serão usinados diretamente sobre o eixo e/ou sobro o alojamento do rolamento. Sendo eliminados ambos os anéis, o rolamento será constituído de uma gaiola montada com corpos rolantes. Características Principais Quando em funcionamento, ao transmitir uma força e movimento, o rolamento é submetido a elevadas cargas, em regime contínuo ou intermitente. Em conseqüência disto, o anel, interno e externo, assim como os corpos rolantes, através dos quais ocorre a efetiva transmissão dos esforços, devem resistir a intensas solicitações mecânicas. Além disto, o rolamento deve apresentar bom desempenho em serviços por longo período de tempo, visto que a substituição do mesmo implica a paralisação de todo o equipamento. Finalmente, quando em rotação , o movimento de rolamento deve ser suave, sem vibração ou trepidação, objetivando assegurar o funcionamento adequado dos eixos e demais componentes do equipamento. Alta resistência às cargas aplicadas, resistência ao desgaste e giro suave: são estas as três características fundamentais exigidas dos rolamentos pela moderna indústria mecânica. Dentro deste enfoque, exige-se do anel interno, anel externo e dos compôs rolantes propriedades metalúrgicas excepcionais, razão pela qual utiliza-se na produção dos mesmos um tipo especial de aço, denominado universalmente aço para rolamento: as peças feitas deste aço são ainda, durante a fabricação submetidas a um processo metalúrgico específico, 40 chamado tratamento térmico, cujo objetivo é maximizar a resistência mecânica e a resistência ao desgaste. Quanto ao giro suave, silencioso e sem vibração, as peças devem adquirir, a final das sucessivas operações de usinagem, características dimensionais e de acabamento situadas nos limites do que a mecânica fina mais, moderna pode atingir; a utilização de material e de processos de fabricação da mais alta tecnologia. Entretanto , não dispensa a necessidade de inspeção contínua dos componentes, através da utilização de toda uma gama de instrumentos da mais alta precisão e de técnicas de controle de qualidade. Somente desta maneira pode-se assegurar, que o produto final realmente apresente as propriedades indispensáveis ao desempenho satisfatório em serviço. Fabricação dos Rolamentos A Matéria-Prima O aço para rolamento é um laço liga especial com certo teor de carbono e elementos químicos tais como cromo e níquel que lhe conferem propriedades metalúrgicas especificas. A sua características mais marcantes, entretanto, é o seu grau extremamente baixo de impurezas. Estas impurezas, também chamadas inclusões não metálicas permanecem alojadas em microscópicas bolhas de aço, provocando fissuras e o conseqüente desgaste acelerado da peã quando em serviço. Por esta razão, o aço para rolamento é submetido na aciaria, a processos de refinamento, com o objetivo de reduzir o teor de enxofre e de fósforo, principais constituintes das impurezas, a níveis baixíssimos. Alem deste refinamento, desgaseificação, com a finalidade de eliminar do seu conteúdo os resíduos de oxigênio e de hidrogênio que possam tê-lo contaminado durante processo de elaboração. O aço para rolamento é transformado pelas usinas em tarugos, barras, tubos e arames, sendo neste estado fornecido aos fabricantes de rolamento. As barras, tubos e arames são 41 submetidos ainda a um recozimento, para reduzir sua, em geral, destinados à confecção de peças forjadas, sendo as mesmas recozidas antes da usinagem. Usinagem mole A fabricação dos anéis e dos corpos rolantes inicia-se co as operações de usinagem dos tubos, barras e arames, assim como das peças brutas previamente forjadas a frio ou a quente. O conjunto destas operações denomina-se usinagem mole, visto que a matéria-prima encontra-se em estado recozido e, portanto, com dureza baixa. Os anéis são torneados,furados e cortados,adquirindo o componente a forma geométrica e as dimensões desejadas. Estas operações são efetuadas em máquinas operatrizes de grande velocidade de corte, sendo comum a atuação simultânea de 20 a 30 ferramentas; nessas operações ocorre a remoção, em forma de cavaco, de em média 25% do peso da matéria prima prevista para o anel. No caso das esferas corta-se o arame inicialmente em pequenos tarugos, os quais a seguir são forjados a frio em prensas especiais, obtendo-se desta forma uma peça aproximadamente esférica. Por tudo isto, não é exagerado dizer, que no tratamento térmico que o rolamento adquire sua verdadeira alma. Retífica e Lapidação Estas operações de usinagem, efetuadas após o tratamento térmico, visam conferir às peças a sua dimensão, forma e acabamento final. A retifica é executada por meio de discos de material abrasivo, os quais, tocando a superfície das peças em alta rotação, arrancam das mesmas milhares de partículas de aço. Os abrasivos mais utilizados são o óxido de alumínio, o carbureto de silício e compostos de boro; a dureza destes materiais, próxima da do diamante, permite ao abrasivo sobrepujar a elevada 42 resistência do aço-cromo temperado, possibilitando a remoção dos pequenos cavacos metálicos. Os anéis passam, sucessivamente, por operação de retifica das faces laterais, da superfície cilíndrica externa (anéis externos) e do furo (anel interno); atinge-se, desta forma, as dimensões externas finais do rolamento a ser montado. A seguir executa-se a retificação das pistas, como operação preparatória para a lapidação. Universalmente os rolamentos são fabricados dentro de tolerâncias dimensionais extremamente reduzidas. Isto significa que rolamentos de mesma designação, fabricados em qualquer parte do globo, apresentarão entre si, variações da ordem de alguns milionésimos de milímetro. Para melhor aquilatar o significado milésimos de mm. Portanto, a maioria dos rolamentos é fabricada dentro de variações correspondentes a 25% do diâmetro do cabelo. É justamente a manutenção das variações dimensionais dentro de limites tão estreitos que torna viável a ampla intercambialidade dos componentes das máquinas, mormente dos rolamentos. Além das dimensões externas, a retífica das pistas, merece cuidado. O defeito de circularidade das pistas , isto é, o afastamento real das pistas em relação ao círculo perfeito também deve ser mantido dentro de limites micrométricos, visto que tal parâmetro, juntamente com a rugosidade da superfície, determinará o nível de ruído e vibração o rolamento. Some-se a isto os perigos representados pelo brusco aquecimento provocado pelo atrito entre o abrasivo e o aço, com possibilidade de se provocar a queima ou amolecimento do aço temperado, assim como o surgimento de fissuras e trincas na peça. Após a retifica passa-se à lapidação das pistas, com a finalidade de obter superfícies praticamente espelhadas. Utiliza-se neste caso pedras abrasivas de finíssima granulação, descrevendo os mesmos movimentos oscilantes durante a operação. A qualidade do acabamento, vital para o nível de ruído do rolamento, é avaliada através de medições da rugosidade, chegando a 43 precisão dos instrumentos de medição ou milionésimo de milímetro cientificamente denominado nanometer (0,000001 mm). Os corpos rolantes são usados por processos semelhantes, com operações sucessivas de retífica a lapidação, com a utilização de discos abrasivos, assim como pedras e pastas de lapidação. Manter os processos de usinagem acima descritos permanentemente sob controle, para garantir uma produção econômica de peças de alta precisão, significa lançar mão de máquinas operatrizes e instrumento de medição de tecnologia avançada, manuseadas por pessoal técnico da mais alta qualificação. Gaiolas As gaiolas ou separadores são confeccionados de diversos materiais, sendo os mais comuns: chapa de aço baixo – carbono, bronze ou materiais sintéticos como poliamida. A escolha do material é feita em função da forma da gaiola das condições de operação do rolamento e do custo de fabricação. As gaiolas estampadas de chapa de aço baxo-carbono são as de uso mais difundido; entretanto, quando a temperatura de operação do rolamento não excede 120ºC, as gaiolas injetadas de material sintético com concorrido vantajosamente com as gaiolas metálicas. Montagem Terminamos os componentes, os mesmos convergem para a operação de montagem. Esta se inicia com medição do diâmetro das pistas dos anéis, em fundação do resultado, seleciona-se o diâmetro correspondente dos corpos rolantes a serem inseridos no conjunto. Dessa forma o rolamento passa a ter um folga radial e/ou axial especificada, parâmetro vital para o seu funcionamento. Segue-se a inspeção da folga do ruído tendo este objeto de simular o nível de ruído a ser emitido pelo rolamento quando posto em serviço . a 44 colocação. A colocação de graxa. De vedadores e a embalagem encerram o ciclo produtivo. 45 Montagem de rolamento Montagem de Rolamentos O aquecedor indutivo foi desenvolvido para otimizar a montagem de rolamentos, buchas, engrenagens ou peça metálica em forma de anel que deve ser montada com interferência sobre o eixo. O aparelho opera por aquecimento indutivo, dilatando o diâmetro interno da peça, permitindo uma montagem por deslizamento. O aquecimento por indução é um método moderno que, além da rapidez de aquecimento da peça, elimina por completo os danos que podem ocorrer durante a montagem. O método de aquecimento indutivo é bem mais prático que os métodos tradicionais atualmente em uso, como o aquecimento em torno, uso de placas de aquecimento ou banho em óleo. Vantagens • Pode ser usado tanto para rolamentos blindados como para rolamentos normais. • E adequado para a expansão de qualquer peça metálica em forma de anel. • Aqueça a peça de maneira uniforme e controlada. • Elimina todos os danos que possam ocorrer durante o processo de montagem da Peça • Aumenta a vida útil do rolamento, pois expande seu anel interno, reduzindo, deste modo, qualquer interferência mecânica que normalmente ocorre durante a montagem. • Possibilita a montagem da peça em qualquer local devido á facilidade de transporte do aparelho. • Reduz o tempo de montagem. 46 • Proporciona rápido retorno do capital investido devido ao seu baixo custo de aquisição. • Apresenta baixo consumo de energia. • Simplicidade de manuseio. • Oferece alta segurança em operação (sem risco de incêndio). • Não apresenta efeitos nocivos sobre o meio ambiente. Rolamentos de rolos cilíndricos As partes separáveis dos rolamentos de rolos cilíndricos são geralmente montadas independentemente.Monte primeiramente o anel separável e lubrifique ligeiramente sua pista. Depois de lubrificar os rolos, monte o outro anel que possui o conjunto de rolos e gaiola. Introduza então este anel no anel separável, girando o eixo ou a caixa durante está operação. Certifique-se que o conjunto de rolos não se desalinhe na montagem; uma bucha de guia pode ser usada, para evitar que isto aconteça. Se o conjunto de rolos entrar enviesado. Sem ter sido lubrificado ou girado durante sua entrada, um anel ou alguns rolos poderão facilmente ser danificados. 47 Rolamentos de rolos cônicos A montagem dos rolamentos de rolos cônicos é um pouco mais complicada. Geralmente estes são ajustados para um certo valor de folga interna ou para uma dada pré-carga, usando, molas ou calços (peças distanciadoras calibradas). Se as instruções do fabricante da máquina não estiverem disponíveis. Os conjuntos de rolamentos de cubos de rodas usuais podem, porém, ser montados com relativafacilidade. Começa-se montando os anéis externos no cubo, usando uma “caneca” ou um pedaço de tubo limpo. Verifique se os anéis realmente atingem o encosto. 48 O cone ( anel interno com rolos e gaiola) do rolamento de dentro deve então ser montado. Preencha os espaços existentes entre os rolos com uma graxa adequada. Coloque a roda em sua posição e finalmente note o cone do rolamento fora. Rosqueia a porca e aperte-a, girando a roda ao mesmo tempo. Quando a roda não puder mais girar com facilidade, solte a porca apenas o suficiente para permitir que a roda gire livre novamente. Trave a porca e coloque a tampa do cubo imediatamente. Verifique, se possível, a folga do conjunto e]de rolamentos, por exemplo: balançando a roda, a caixa ou o eixo. 49 Se os rolamentos forem montados muito apertados, poderá ocorrer rapidamente uma danificação. Se uma alta precisão for desejada, poderá ser usado um instrumento para medir a folga interna axial dos rolamentos. É importante que durante a ajustagem e antes da medição, o eixo o a caixa sejam girados de algumas voltas, de formas que as extremidades dos rolos ocupem suas posições corretas contra o flange de guia Rolamentos montados sobre bucha O anel interno dos rolamentos com furo cônico é sempre montado com um ajuste interferente, geralmente em uma bucha de fixação ou de desmontagem. O grau de interferência depende da distância que o rolamento é deslocado sobre a superfície cônica. A folga interna radial original do rolamento é gradualmente reduzida, a medida que o rolamento é deslocado. Esta redução de folga é, portanto, uma medida do grau de interferência. 50 Remova o protetor anti-ferruginoso do furo do rolamento antes da montagem. Coloque o rolamento na bucha e rosqueie a porca de fixação. Desloque o rolamento na bucha apertando a porta. Bucha de fixação Coloque a bucha no eixo, no local marcado antes da desmontagem; isto pode ser feito com facilidade, se o rasgo de buchas for aberto levemente, usando uma chave de fenda, por exemplo. Se, por algum motivo ], a posição da bucha no eixo não foi marcada, então a posição correta do rolamento deve ser estabelecida, para então colocar a bucha em relação a este. Em certos casos, uma montagem simulada dos rolamentos pode ser necessária, para certificar-se da que a bucha está posicionada corretamente. Ao montar um rolamento autocompensa-dor de esferas sobre bucha de fixação, a redução da folga interna radial debe ser verificada, girando o rolamento desalinhando o anel externo. Quando a porca tiver atingido o aperto correto, dera possível 51 girar o anel externo com facilidade, mas começará haver certas resistência ao tentar desalinhar o mesmo. Antes de montar os rolamentos autocompensadores de rolos em buchas de fixação, a folga interna radial deve ser medida com um calibrador de lâminas. Coloque o rolamento de pé na bancada, gire o anel interno algumas vezes para que os rolos assumam suas posições corretas, e então introduza a lâmina do calibrador entre o rolo superior e a pista do anel externo. Use uma lâmina fina para começar e aumente gradualmente a espessura, até que a lâmina entre bem justa. A folga medida deverá ser a mesma para ambas as carreiras de rolos. Verifique a redução de folga várias vezes durante a montagem. Meça a folga entre o rolo da posição mais inferior e a pista do anel externo. 52 A tabela a seguir contém valores recomendáveis para a redução de folga interna radial e o deslocamento axial para os rolamentos autocompensadores de rolos. Cargas pesadas, altas rotações e grandes diferenças de temperaturas entre os anéis interno e externo (anel interno mais quente que o externo) indicam que uma grande folga interna residual é necessária. Em tais casos, um rolamento tendo uma folga interna radial maior que a normal, p.ex., C3 ou C4, é geralmente usado, sendo montado com a máxima redução de folga indicada na tabela. Se o anel externo aquecer mais que o anel interno um rolamento com uma folga interna inicial menor que a normal será geralmente usado. 53 Dispositivos auxiliares 54 55 Controle de folga Folga interna A folga interna de um rolamento é definida como a distância total que um anel pode ser movido em relação ao outro na direção radial (folga interna radial) ou na direção axial (folga interna axial). É necessário distinguir entre a folga interna do rolamento antes da montagem e depois da montagem quando, nesta última situação, o rolamento atinge sua temperatura de trabalho (folga em trabalho). A folga interna inicial (antes da montagem) é maior do que a folga em trabalho, pois os anéis são expandidos ou comprimidos por ajustes com interferência e também porque há diferenças no posicionamento dos anéis do rolamento, devido às dilatações térmicas dos componentes associados. A folga interna radial de um rolamento é muito importante para um desempenho satisfatório. Como regra geral, os rolamentos de esferas devem ter uma folga de trabalho igual a zero, ou então uma pequena pré-carga. Rolamentos de rolos cilíndricos e autocompensadores de rolos por outro lado, devem sempre ter alguma folga residual, mesmo que pequena. O mesmo é válido para rolamentos de rolos cônicos, exceto em aplicações onde uma grande rigidez seja requerida, como p. ex. em arranjos de rolamentos para pinhão, de diferencial, onde os rolamentos são montados com um certo grau de pré-carga. 56 A folga interna radial conhecida com normal foi selecionada de tal forma que, quando os rolamentos são montados com os ajustes recomendados e trabalham em condições normais, uma folga interna em trabalho adequada será obtida. Quando as condições de trabalho e montagem diferem das usuais, como p. ex., em aplicações onde são utilizados ajustes interferentes em ambos os anéis ou onde as temperaturas de trabalho são criticas, deve-se selecionar rolamentos com uma folga interna maior ou menos que a Normal. Nestes casos, é recomendado verificar a folga residual do rolamento após sua montagem. Os rolamentos que possuem folga interna diferente da Norma são identificados pelo sufixo C1 e C5. Para rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular em pares, rolamentos de rolos cônicos em pares, rolamentos de duas carreiras de esferas de contato angular e rolamento de quatro pontos de contato, os valores de folga interna especificados são para folga axial em vez de folga radial, uma vez que a folga axial é de menor importância em projetos de aplicações para esses tipos de rolamentos. 57 Pré-carga em rolamentos Dependendo da aplicação é necessário que haja uma folga em trabalho positiva ou negativa no arranjo de rolamentos. Na maioria das aplicações, a folga em trabalho positiva ou negativa no arranjo de rolamentos. Na maioria das aplicações, a folga em trabalho deve ser positiva, ou seja, qual em operação o rolamento deverá ter uma operação o rolamento deverá ter uma folga residual, embora pequena. Entretanto, em muitos casos será necessário uma folga residual, embora pequena. Entretanto, em muitos casos será necessário uma folga negativa ou pré-carga, a fim de aumentar a rigidez do arranjo de rolamentos ou melhorar a precisão de giro, p. ex., em fusos de máquinas-ferramentas, rolamentos de pinhão em diferenciais de automóveis, arranjos de rolamentos em pequenos motores elétricos e em arranjos para movimentos oscilatórios. A aplicação da pré-carga, p. ex., através de molas, também é recomendada para rolamentos que operarão sem carga submetidos a cargas muito baixas e a altas velocidades. Nestes casos, a pré-carga garanteuma carga mínima no rolamento, prevenindo a falha prematura resultante de um movimento de escorregamento. Tipos de pré-carga Dependendo do tipo de rolamento a pré-carga pode ser radial ou axial. Os rolamentos de rolos cilíndricos, devido à sua construção, somente poderão ser pré-carregados radialmente, e rolamentos axiais de esferas somente poderão ser pré-carregados axialmente. Os rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular e os rolamentos de rolos cônicos, montados geralmente contra um segundo rolamento do mesmo tipo dispostos em O (back-to-back) ou em X (face-to-face), são pré carregados axialmente. Neste caso, a aplicação de uma pré-carga axial significa que os rolamentos também estão pré-carregados axialmente, porém deverão possuir uma folga interna radial, maior que a Norma (p.ex., C3) para se obter um ângulo de contato maior que zero com nos rolamentos de esferas de contato angular. 58 A distância L entre os centros de pressão de dois rolamentos que possuam ângulo de contato ( de esferas de contato angular de rolos cônicos) é maior quando os rolamentos estão dispostos de O e menor quando estes são arranjados em x do que a distância I, entre os centros dos rolamentos. Isto significa que os rolamentos dispostos em O suportam momentos fletores maiores, mesmo se a distância entre os centros dos rolamentos for relativamente pequena. A deformação causada pelas forças radiais resultantes de momentos é menor neste caso do que nos rolamentos dispostos em X. Caso o eixo se aqueça mais a caixa, durante a operação, a pré- carga que havia sido ajustada na temperatura ambiente durante a montagem, irá aumentar, sendo que, este aumento será maior na disposição em X que na em O. A expansão térmica na direção radial reduzirá a folga ou aumentará a pré-carga em ambas as disposições. Este efeito também é observado pela expansão térmica na direção axial, porém, é mais acentuado na disposição em X, que na em O. Para uma dada distância entre rolamentos numa disposição em O, que possuam o mesmo coeficiente de dilatação térmica dos componentes associados, as expansões térmicas radiais serão anuladas entre si, de modo que a pré- carga não será alterada. 59 Efeito da pré-carga em rolamentos Os principais efeitos da pré-carga em rolamentos são: • Aumento da rigidez • Redução do nível de ruído em trabalho • Aumento da precisão de orientação do eixo • Compensação do desgaste e processo de amaciamento em operação, • Vida em serviço longa Alta rigidez A rigidez do rolamento (em N/um) é definida como sendo a relação entre a força atuante no rolamento e a deformação elástica do mesmo. Para uma determinada faixas de cargas, as deformações elásticas que ocorrem são menores que nos rolamentos que não são pré-carregados. Giro silencioso Quanto menor a folga operacional de um rolamento, melhor a orientação dos corpos rolantes na zona descarregada, e mais silencioso rolamento será em operação. Orientação precisa do eixo O apoio de um eixo em rolamentos pré-carregados, permite uma orientação mais precisa devido à restrição do eixo, em fletir sob cargas. Quanto mais precisa a orientação e maior a rigidez obtida por rolamentos pré-carregado, p. ex., em pinhão e coroa, mais preciso e constante será mantido o engrenamento, além das forças dinâmicas adicionais permanecerem baixas. Como resultado, a operação será silenciosa e o conjunto terá uma longa vida de serviço. Compensação do desgaste e processo de amaciamento Num arranjo de rolamentos, o desgaste e o amaciamento aumentam a folga durante o trabalho, porém isto é compensado pela pré-carga. 60 Longa vida em serviço Em certas aplicações, os arranjos de rolamentos pré-carregados aumentam a confiabilidade operacional e a vida em serviço. Uma pré-carga dimensionada corretamente tem uma influência favorável na distribuição de cargas nos rolamentos, e, portanto, na sua vida. Determinação da força de pré-carga A pré-carga pode ser expressa como uma força, ou como uma distância, apesar da força ser a especificação mais utilizada. Dependendo do método de ajuste a pré-carga também está relacionada indiretamente com o torque de atrito no rolamento. Valores empíricos para uma força de pré-carga otimizada podem ser obtidos de projetos já existentes, e podem ser obtidos de projetos já existentes, e podem ser aplicados em projetos similares. Para novos projetos recomenda-se que a força de pré- carga seja calculada e verificada através de testes. Como geralmente todos os fatores que influenciam a operação real não são precisamente conhecidos, serão necessárias correções na prática. A confiabilidade dos cálculos depende do conhecimento das condições reais da temperatura de trabalho e do comportamento elástico dos componentes associados – principalmente da caixa. Pré-carregando com molas Através da pré-carga dos rolamentos em pequenos motores elétricos e aplicações similares, é possível reduzir o ruído em operação. O arranjo de rolamentos nestes casos, compreende um rolamento rígido de esferas em cada extremidade do eixo. O método é simples e aplica a pré-carga através de uma mola ou pacote de molas. A mola age no anel externo de um dos dois rolamentos que possa deslocar-se axialmente. A força de pré- carga permanece praticamente constante mesmo quando ocorre um deslocamento axial no rolamento, como resultado de expansão térmica. A força de pré-carga requerida pode ser estimada por. 61 F=k.d Onde F = força de pré-carga, N k = fator d = diâmetro do furo do rolamento, mm. Dependendo do projeto do motor elétrico, utilizam-se valores de 5 a 10 para o fator k. se a pré-carga for aplicada para proteger os rolamentos da vibrações quando estiverem parados, deve-se utilizar k – 20. A carga por mola também é um método comum de aplicação de pré-carga em rolamentos de esferas de contato angular de fusos de retífica de alta velocidade. O método não é adequado, no entanto, para arranjos de rolamentos onde seja requerida uma alta rigidez, a direção de carga variar, ou onde possam ocorrer cargas de choque indeterminadas. Mantendo a pré-carga correta Quando selecionar a força de pré-carga para um arranjo de rolamentos, deve-se lembrar que a rigidez aumenta marginalmente somente quando a pré-carga excede um valor ótimo, porém neste caso o atrito, e conseqüentemente a geração de calor aumentam, e há uma grande queda na vida do rolamento como resultado da carga adicional que atua constantemente. 62 Lubrificação Objetivo da lubrificação a) Diminuição do atrito e do desgaste, evitando o contato metálico direto dos componentes internos do rolamento: b) Influência sobre a vida útil: a vida útil do rolamento e prolongada quando a lubrificação é perfeita durante o funcionamento e diminui quando a lubrificação é insatisfatória, por rompimento da película devido a deterioração da mesma. c) Dissipação térmica e esfriamento: no sistema de lubrificação por circulação, o calor gerado pelo atrito ou induzido exteriormente é dissipado através da fluência do lubrificante, esfriando o sistema e evitando a alteração do lubrificante. d) Outros: protege contra oxidação e evita a penetração de corpos estranhos no interior do rolamento. Sistema de lubrificação O sistema de lubrificação pode ser a graxa ou a óleo. Para desenvolver plenamente a capacidade funcional do rolamento, é importante determinar corretamente o tipo e o sistema de lubrificação. Quando considerados apenas quando à eficiência da lubrificação, o óleo é bastante superior â graxa; no entanto, deve-se lembrar, também, de outros aspectos práticos, incluindo-se as vantagens e desvantagens da operação e construção dos equipamentos.(Tabela A). 63 Tabela A Características examinadas A graxa A óleo Sistema de vedação do mancal Simples Pode tornar-se complexo e necessita de inspeção periódica Velocidade permissível Em comparação com ao óleo o seu valor é de 65 a 80% Aplicável também a elevadas temperaturas Efeitos de resfriamento Não há Pode servir como condutor de calor (quando se utilizar o sistema por circulação forçada). Fulidez do lubrificante Razoável Ótimo Reposição do lubrificante Difícil em certos casos Fácil Filtragem das impurezas Impossível Fácil Vazamento do lubrificante Raramente Freqüentemente, se não houver medidas apropriadas. Inaplicável se tiver de se evitar contaminação externa Lubrificação a graxa Quantidade a ser colocada no mancal: esta quantidade varia conforme a construção do mancal, espaço existente, tipo da graxa e aplicação. Inicialmente, coloca-se graxa em abundância no interior do rolamento, na superfície de guia do espaçador; e, em seguida, no interior do mancal, observando-se que a quantidade será, quando a rotação da aplicação em relação ao limite de rotação (catálogo) for: • Abaixo de 50% = ½ à 2/3 do espaço existente • Acima de 50% = 1/3 à ½ do espaço existente 64 Inspeção da graxa: apesar de, uma vez colocada a graxa, não haver necessidade de reposição por um longo período, em determinados casos serão necessários a inspeção e reposição periódica da graxa. Isto deve ser levado em consideração quando o mancal for projetado. Sendo o período de troca bastante curto, são abertos, na posição adequada do mancal, furos de colocação e drenagem da graxa para permitir a retirada da graxa e reposição da nova Exemplificando: na face por onde a graxa é colocada, no lado da tampa são deixados vários sulcos secretores de graxa, para que esta fula, através deles, para dentro do rolamento. A graxa expulsa do interior do rolamento escoará através da válvula de drenagem para o exterior do mancal. Não havendo válvula dreno, aumenta-se o espaço oposto ao de colocação da graxa nova, depositando-se nele a graxa antiga, retirando-se posteriormente, na ocasião em que for efetuada a drenagem. Período de reengraxamento: mesmo as graxas de alta qualidade, no decurso de sua utilização, perde a eficiência, diminuindo o efeito lubrificante e sendo necessário, então, um reengraxamento ou troca de graxa. Os períodos de reengraxamento estão indicados nas figuras 5 e 6 aplicáveis a temperaturas de rolamentos inferiores a 70ºC; para temperaturas acima de 70ºC, este período se reduzirá à metade, para cada 15ºC de aumento. Vida útil da graxa nos rolamentos blindados: pode-se presumir, através da fórmula abaixo, a vida útil da graxa nos rolamentos fixos de ma carreira de esferas com blindagem metálica ou de borracha sintética: 65 Onde: t = vida média da graxa (horas); n = rotação (rpm); Nmax = rotação permissível, com lubrificação a graxa (rpm); T = temperatura do rolamento em funcionamento (C). Esta fórmula é válida somente nas seguintes condições: 1. a rotação submetida deve ser tal que: 0,25 ≤ (n/Nmax) ≤ 1 caso (n/Nmax) < 0,25, considerar (n/Nmax) = 0,25 caso (n/Nmax) < 0,25 considerar (n/Nmax) = 0,25 2. a temperatura do rolamento deve ser: 40ºC ≤ T ≤ 120ºC caso T < 40ºC, considerar T = 40ºC 3. A graxa em questão é de aplicação normal do rolamento, tal como a graxa a base de lítio 66 67 Desmontagem Quando um rolamento cai ser novamente usado após a desmontagem, em hipótese alguma a força de desmontagem deverá ser transmitida através dos corpos rolantes. Tratando-se de rolamentos não separáveis deve ser desmontado primeiro o anel com ajuste méis folgado. Dependendo do tamanho e do tipo de rolamento, a desmontagem dos anéis que tenham um ajuste com interferência pode ser executada com as ferramentas relacionadas a seguir. Rolamentos com furo cilíndrico Os rolamentos pequenos podem ser removidos do assento pela aplicação de pequenos golpes de martelo por meio de um punção adequado ao redor da face do anel, ou mediante um extrator de rolamentos. As garras do extrator deverão ser aplicadas contra a face lateral do anel a ser desmontado, ou sobre uma peça adjacente. A desmontagem é facilitada quando, no projeto da aplicação, forem previstas ranhuras fresadas no ressalto do eixo ou da caixa, para introdução das garras do extrator, ou, a alternativamente, furos rosqueados no ressalto para adaptar parafusos de extração. Os rolamentos grandes montados com ajustes com interferências, geralmente requerem uma força maior na desmontagem, especialmente se depois de um longo período de serviço tenha aparecido corrosão de contato. O método de injeção de óleo facilita consideravelmente a desmontagem em tais casos. 68 Para desmontar os anéis internos de rolamentos de rolos cilíndricos, sem flanges ou com apenas um flange, tem-se criado dispositivos especiais os quais aquecem rapidamente o anel, expandindo-o sem quase afetar o eixo, podendo ser facilmente removido. Os dispositivos de aquecimento por indução elétrica compreendem uma série de bobinas alimentadas por corrente alternada. Estas estão dispostas de tal modo, que o anel a ser removido é colocado em um campo magnético alternado. A circulação de correntes provoca um rápido aquecimento e dilatação do anel. Os aquecedores grandes possuem, normalmente, um interruptor controlado termostaticamente, o qual está ligado à rede elétrica por intermédio de um relé de tempo; isto assegura que a temperatura permissível à qual pode ser aquecida a bobina de indução e o anel interno não seja excedida. Depois da desmontagem o anel interno deve ser desmagnetizado. O uso de aquecimento por indução da resultados econômicos quando freqüentemente é montado e desmontado um certo número de rolamentos de mesmo tamanho (por exemplo, rolamentos de cilindros de laminação ou de mancais ferroviários). Quando se tem que desmontar anéis internos de rolamentos de rolos cilíndricos (com até uns 400 mm de furo), ou quando anéis maiores devem ser removidos em intervalos poucos freqüentes, é mais simples e mais econômicos usar para o aquecimento um anel de desmontagem previamente aquecido. Este anel, geralmente de metal leve, é ranhurado e provido de alças adequadas. O furo do anel interno do rolamento (dimensão F nas tabelas de rolamentos, tolerância Z9). O anel pode ser aquecido em uma chapa elétrica, por uma bobina ou por maçarico, a uma temperatura de 200º a 220º C, e o logo é colocado ao redor da pista do anel interno, que deve ser previamente recoberta com um óleo resistente à oxidação e bastante viscoso, para assegurar uma transferência de calor satisfatória. Por meio das alças o anel de aquecimento é apertado ao redor do anel interno do rolamento, até produzir a rápida dilatação deste último. 69 Rolamentos com furos cônicos Os rolamentos montados sobre uma bucha de fixação podem ser removidos primeiramente, soltando-se a orça de fixação de algumas voltas; então usa-se um martelo e um pedaço de metal de forma tubular ou uma ferramenta especial. São necessárias somente algumas pancadas contra o anel interno. Quando se tem que desmontar as buchas de desmontagem, retiram-se primeiramente os dispositivos de fixação axial (porcas do eixo, placas do topo do eixo, etc). A seguir é parafusada uma porca na rosca da bucha apertando-a contra a face lateral do anel interno de modo que se extraia a bucha do furo do rolamento. Se a rosca da bucha ficar fora da extremidade do eixo deverá ser introduzido um anel de apoio no furo da bucha, de modo que quando se aperte a porca, a bucha não se deforme nem seja danificada sua rosca. A remoção de grandes rolamentosde assentos cônicos, buchas de fixação ou de desmontagem, é facilitada consideravelmente usando-se uma porca hidráulica ou empregando o método de injeção de óleo. Ao injetar-se o óleo entre as superfícies cônicas em contato, em geral estas se soltam bruscamente, e deve ser previsto algum tipo de escora para limitar o movimento axial do rolamento, como por exemplo, uma porca ou uma placa na extremidade do eixo. 70 Desmontagem de rolamentos Ajuste com interferência no eixo Ajuste com interferência na caixa Rolamentos montados sobre buchas Inspeção de rolamentos desmontados Nunca desmonte os rolamentos que estão em boas condições a não ser que seja absolutamente necessário! Caso o rolamento deva ser desmontado, é aconselhável marcar a posição relativa de montagem, p. ex. qual a seção do rolamento que está para cima, qual o lado que está de frente, etc. o rolamento deverá ser montado novamente na mesma posição. Inicie a desmontagem pela seleção correta das ferramentas a serem utilizadas. 71 Assegure-se de que a sujeira e a umidade não possam penetrar na máquina, após a remoção das tampas e vedadores. Proteja a máquina, rolamentos e assentos com papel parafinado, plástico ou material similar, caso o trabalho seja interrompido . evite o uso de estopa, que poderá contaminar o rolamento com fiapos. Lembre-se de manusear os rolamentos com cuidado. Garanta um bom apoio ou escora para o eixo, caso contrário os rolamentos poderão ser danificados pelas altas forcas normalmente originadas na desmontagem. Lave o rolamento exposto, onde é possível fazer uma inspeção sem desmontá-lo. Use um pincel molhado em aguarrás ou querosene e seque-o com um panos limpo e isento de fiapos ou ar comprimido (assegure que nenhum componente do rolamento entre em rotação). Nunca lave rolamento blindados (com dias placas de proteção ou de vedação). Um pequeno espelho com haste, semelhante ao dos dentistas, pode ser útil na inspeção das pistas, gaiola e corpos rolantes do rolamento. Se os rolamentos estão perfeitos, estes deverão ser relubrificados de acordo com as instruções dadas pelo fabricante da máquina. Recoloque cuidadosamente os vedadores e as tampas. 72 Se não se dispõe de saca-polia, poderá ser usado um punção de ferro ou metal mole com ponta arredondada, ou outra ferramenta similar. Este deverá ser aplicado na face do anel interno. É muito importante que o rolamento não receba golpes de martelo diretamente. Contudo deve-se tomar muito cuidado com este método, pois é muito fácil danificar o eixo e rolamento. Use um punção de ferro ou metal mole com ponta arredondada ou ferramenta similar, caso haja um ressalto entre os rolamentos. Os esforços devem ser aplicados sempre no anel externo. Ajuste com interferência na caixa Quando o rolamento possui ajuste co interferência na caixa, p. ex. em uma roda, este pode ser desmontado usando-se uma “ caneca” ou um pedaço de tubo, na qual se aplicam golpes uniformes ao redor de sua extremidade. 73 As faces do tubo deverão ser plantas e livres de rebarbas. O conjunto do anel interno de um rolamento autocompesador de rolos ou de esferas , pode ser desalinhado, permitindo assim o uso de um saca-polia no anel externo. Ajuste com interferência no eixo Se o rolamento é montado com interferência no eixo, deverá ser usado um extrator (ou saca-polia. As garras deverão apoiar diretamente na face do anel interno. Os rolamentos grandes podem ser desmontados facilmente com auxílio das ferramentas hidráulicas. 74 Quando não é possível alcançar a face do anel interno,o saca- polia poderá ser aplicado na face do anel externo. Entretanto, é muito importante que o anel externo seja girado durante a desmontagem, distribuindo os esforços pelas pistas e evitando que os corpos rolantes marquem as mesmas em pontos localizados. Nesse caso o parafuso deverá ser travado, ou segurado com uma chave, e as garras é que deverão ser giradas com a mão ou com uma alavanca. Rolamentos montados sobre buchas Os rolamentos autocompensadores de roles ou esferas são geralmente montados co bucha de fixação ou de desmontagem. A vantagem do uso destas buchas é que o assento do eixo não necessita de uma usinagem precisa, além de facilitar muito montagem e a desmontagem dos rolamentos. A figura mostra, da esquerda para a direita, a porca de fixação, a arruela de trava, o rolamento e a bucha de fixação. 75 Coloque uma “caneca” ou um pedaço de tubo contra a porca de fixação e aplique fortes golpes distribuídos uniformemente até que o rolamento se solte da bucha. Bucha de fixação A desmontagem só deve ser iniciada após marcar a posição da bucha sobre o eixo. Em seguida endireite a orelha da arruela de trava dobrada no rasgo da porca de fixação, e solte de algumas voltas a porca. Quando a face da porca é inacessível, ou quando não existe um espaçador entre o anel interno e o encosto do eixo, a ferramenta deve ser aplicada na face do anel interno do rolamento. 76 Bucha de desmontagem Para rolamentos de tamanho pequeno ou médio, a bucha pode ser removida usando uma porca de fixação similar à usada em buchas de fixação. Lembre-se de lubrificar os fios de rosca e a face adjacente ao rolamento com pasta de bissulfeto de molibdênio. Se a bucha é pequena, um punção de metal mole poderá ser usado no lugar de uma chave de gancho. Aperte a porca usando a chave de gancho ou de batidas, até que o rolamento seja liberado. Se a bucha se sobressai no final do eixo, um suporte adequando deverá ser utilizado. 77 Os rolamentos grandes podem facilmente ser desmontados com o auxílio da porca hidráulica. Inspeção de rolamentos desmontados Quando o rolamento for desmontado, esta deverá ser inspecionado. Primeiro lave-o com querosene ou aguarrás e seque-o cuidadosamente com um pano limpo e isento de fiapos ou ar comprimido (assegure que nenhum componente do rolamento entre em rotação). As pistas e os corpos rolantes devem ser inspecionados para verificar se existem sinais de danificações. Entretanto os rolamentos blindados, com duas placas de proteção ou de vedação, não poderão ser lavados e, conseqüentemente, não poderão ser inspecionados. 78 79 Montagem e desmontagem 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 Falhas em rolamentos e suas causas 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 Ajustes e tolerâncias
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