MANCAIS E LUBRIFICANTES

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO 
Em geral, usamos o termo mancal para definir duas partes que tem movimento 
relativo entre elas, sem levar em conta sua forma ou configuração. O termo mancal de 
rolamento descreve a classe de mancal onde a carga principal é transferida por meio de 
elementos em contato rolante, em vez de contato de escorregamento. Mancais de 
rolamento podem resistir a cargas radiais, axiais ou uma combinação de ambas, 
dependendo de como o elemento é projetado e, para esse tipo de projeto, a carga, 
velocidade e viscosidade de operação do lubrificante afetam diretamente as características 
do projeto e devem ser levados em conta. Um lubrificante é qualquer substância que, 
quando inserida entre superfícies móveis, tem o papel de reduzir a fricção, o desgaste e o 
aquecimento das peças de máquina que se movem relativamente umas às outras. 
Os lubrificantes podem ser gasosos, líquidos ou sólidos, os dois últimos têm em 
comum as propriedades de baixa resistência a cisalhamento e alta resistência à 
compressão. Os lubrificantes líquidos são os mais comumente usados e os óleos minerais 
são os líquidos mais comuns, os sólidos são utilizados em situações em que os 
lubrificantes líquidos não podem ser mantidos nas superfícies ou carecem de alguma 
propriedade requerida, como resistência a alta temperatura; já os lubrificantes gasosos são 
utilizados para situações especiais para obter atrito muito baixo e retirar calor da interface. 
Sabendo disso, se torna visível a ligação direta entre os lubrificantes e projetos 
que envolvem mancais de rolamento tornando importante o estudo cuidadoso e adequado 
dessas duas áreas de conhecimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LUBRIFICANTES E LUBRIFICAÇÃO 
A lubrificação é uma atividade de extrema importância para o funcionamento de 
máquinas, é ela que assegura a redução de atrito de partes móveis e , assim, garante o 
bom funcionamento das máquinas e seus dispositivos por um longo período. Existem 
cinco formas distintas de lubrificação 
Lubrificação hidrodinâmica 
As superfícies de carregamento de carga do mancal encontram-se separadas por 
um filme relativamente espesso de lubrificante, prevenindo o contato entre os metais. 
Essa lubrificação não depende da introdução do lubrificante sob pressão mas requer a 
existência de um suprimento adequado constante. A pressão do filme é criada pela 
superfície móvel puxando o lubrificante para a zona em forma de cunha, a uma velocidade 
suficiente alta para criar a pressão necessária para separação das superfícies contra a carga 
do mancal. 
Lubrificação hidrostática 
Lubrifica em fluxo contínuo, para a interface de deslizamento a pressão 
hidrostática elevadas. Para esse tipo de lubrificação torna-se necessário um reservatório 
um reservatório para guardar o lubrificante, uma bomba para pressurizá-lo e uma 
tubulação para distribuí-lo. As superfícies são separadas por um filme de lubrificante que, 
se mantido limpo, reduz a taxa de desgaste e atrito a praticamente zero. 
Lubrificação elasto-hidrodinâmica 
Quando as superfícies de contato não são conformantes, então torna-se mais difícil 
a formação de um filme completo de lubrificante, também pelo fato que esse tipo de 
junção tende a expulsar o fluxo em vez de prendê-lo. A baixas velocidades, essas juntas 
estarão em lubrificação de contorno e podem resultar altas taxas de desgaste com 
possíveis riscos e marca. A carga cria uma área de contato de deflexões elásticas das 
superfícies, e essa, pode prover tamanho suficiente de superfície plana para permitir a 
formação de um filme completo hidrodinâmico com a condição de a velocidade relativa 
de escorregamento ser suficiente alta para isso, fato esse que é conhecido como 
lubrificação elasto-hidrodinâmica. 
Lubrificação de contorno 
Fatores como área insuficiente de superfície, uma queda na velocidade da 
superfície móvel, diminuição na quantidade de lubrificante enviado a um mancal, 
aumento na carga do mancal ou na temperatura do lubrificante, resultando em uma 
diminuição da viscosidade, podem prevenir a construção de um filme espesso o suficiente 
para a lubrificação por completo. Se o filme lubrificante não for espesso o suficiente para 
“preencher” as asperezas nas superfícies, ocorrerá contato de metal com metal na 
interface caracterizando assim a lubrificação de contorno. Pelo fato de haver contato entre 
as partes e, consequentemente, desgaste entre elas, esse tipo de lubrificação é menos 
desejável que as outras. 
 
Lubrificante de filme sólido 
Tipos especiais de lubrificantes que são utilizados em temperaturas elevadas onde 
os lubrificantes convencionais não possuem a mesma eficácia para esse determinado tipo 
de aplicação. São exemplos desse tipo de aplicação o grafite ou o dissulfeto de 
molibdênio. 
 
Tipos de lubrificantes utilizados na indústria 
Existe uma grande variedade de lubrificantes utilizados na indústria, porém todos 
possuem a mesma função: assegurar que as peças móveis funcionem de forma mais suave 
com redução de atritos que causam danos aos equipamentos ao longo dos anos de uso. Os 
lubrificantes industriais variam muito em termos de composição química, alguns contêm 
fluidos a base de silício, mineral ou alguns óleos derivados do petróleo, enquanto outros 
podem conter óleos naturais. Alguns contêm alto teor de água, esses são conhecidos como 
fluidos HWCF, eles apresentam alto nível de resistência ao calor e também acelera o 
processo de resfriamento. Os lubrificantes líquidos e ou fluidos incluem os óleos e 
refrigerantes, eles possuem uma grande importância e uma vasta aplicação como, por 
exemplo, no ramo automotivo, onde algumas partes precisam de resfriamento constante. 
Existem também os lubrificantes sólidos, como por exemplo, o composto o grafite em 
flocos hexagonais ou nitreto de boro, esses são normalmente eficazes quando se trate de 
manter a umidade, bem como reduzir o desgaste geral. Alguns lubrificantes industriais 
são biodegradáveis, resistentes ao fogo ou inibem a oxidação. Muitos são também 
inodoros e incolores. A maioria dos fluidos sintéticos oferece excelentes propriedades de 
arrefecimento e de resistência ao fogo, tornando-os particularmente versátil. Os fluidos 
sintéticos podem ser utilizados de forma diluída, geralmente com concentrações variando 
de 3% a 10%. 
 
MANCAIS DE ELEMENTOS ROLANTES 
Mancais de elementos rolantes são aqueles cujo o trabalho se baseia no rolamento 
dos elementos envolvidos, eles podem ser classificados em dois principais grupos: 
Mancais de esferas e mancais de rolos. 
Mancais de esferas 
Esses tipos de mancais são mais adequados para aplicações com cargas leves, 
tamanho pequeno e de alta velocidade e podem suportar combinações de cargas radiais e 
axiais em vários ângulos. Esse tipo de elemento é composto por várias esferas de aço 
endurecido presas entre duas superfícies, uma superior e inferior para mancais axiais ou 
exterior e interior para mancais radiais. Um separador é utilizado para realizar o 
espaçamento adequado entre as esferas. A Figura 1 mostra um exemplo de um mancal de 
esfera 
 
 
Figura 1: Exemplo de mancal de esferas 
Mancais de rolos 
Esses tipos de mancais são mais adequados em aplicações envolvendo sistemas 
grandes e de cargas pesadas, podendo suportar cargas estáticas e dinâmicas maiores que 
os mancais de esferas. Outra vantagem sobre os mancais de esferas ocorre pelo fato deles 
serem mais baratos para cargas e tamanhos maiores. A menos que os rolos sejam 
afunilados ou abaulados, eles suportam cargas apenas em uma direção. Mancais de rolos 
cilíndricos retos (Figura 2) são projetados para suportar apenas cargas axiais, eles tempouca quantidade de atrito e flutua axialmente levando vantagem para eixos longos. Os 
mancais de agulhas (Figura 3) apresentam rolos com pequeno diâmetro e podem ou não 
ter uma pista interna ou gaiola, a vantagem desse tipo de montagem é sua capacidade de 
suportar carga maiores pela possibilidade da utilização completa de todos os rolos 
simultaneamente e a dimensão radial compacta. Uma desvantagem desse tipo de mancal 
é sua alta taxa de desgaste em relação aos demais. Os mancais de rolos cônicos (Figura 
4) são projetados para suportar cargas axiais grandes e axiais. 
 
Figura 2: Mancal de rolos cilíndricos 
 
Figura 3: Mancal de agulhas 
 
Figura 4: mancal de rolos cônicos 
Falha dos mancais de elementos rolantes 
Se houver lubrificante em quantidade suficiente, a falha ocorrerá por fadiga superficial; 
o mancal será considerado em estado crítico (prestes a falhar) quando a pista ou as esferas 
apresentarem a primeira vala, normalmente ocorrendo primeiramente na pista. O início 
da falha poderá ser identificado através de um ruído audível e da vibração, que são sinais 
de início falha por cavitação no mancal. 
 
CONSIDERAÇÕES PARA PROJETOS DE MANCAIS 
Para projetos de mancais não podemos avaliar apenas o elemento em si (ou 
próprio mancal) existem outras variáveis do sistema que devem ser levadas em conta 
quando um projetista desempenhar sua função. Os elementos imediatamente adjacentes ( 
o munhão, extremidade de eixo ou orifício de compartimento) têm influência direta no 
desempenho, assim como outros elementos, posteriormente removidos como engrenagem 
que produz carga no mancal, desse modo, um esboço de uma consideração de projeto 
para um mancal deve incluir: 
 Confiabilidade existente para a carga imposta e para vida esperada. 
 Encosto em eixo e compartimento satisfatórios 
 Acabamento de munhão e de compartimento, diâmetro e tolerância compatível 
 Tipo de lubrificante utilizado 
 Pré-cargas 
Carga dinâmica básica de classificação 𝐶 
A carga dinâmica básica de classificação C é definida como a carga que dará vida 
de 1 milhão de revoluções a pista interna; ela é geralmente maior que qualquer carga 
prática a qual submeteríamos o mancal específico, porque sua vida desejada é 
normalmente muito mais alta que 1 milhão de revoluções. 
Carga estática básica de classificação 𝐶0 
O limite do carregamento estático em um mancal é definido como a carga que irá 
produzir uma deformação total permanente na pista e no elemento rolante em qualquer 
ponto de contato de 0,0001 vezes o diâmetro d do elemento rolante. Deformações maiores 
causarão aumento da vibração e barulho, e podem levar a uma falha por fadiga. As tensões 
requeridas para causar esse tipo de deformação em mancais de aço são muito elevadas, 
os fabricantes publicam a carga a carga estática básica de classificação 𝐶0 cada mancal 
de acordo com a padronização. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO 
A conclusão obtida através da realização é baseada na importância dos dois 
elementos abordados. Primeiramente em relação aos lubrificantes a pesquisa nos leva a 
perceber que a utilização desse tipo de fluido se torna indispensável para determinadas 
aplicações, tendo ele papel fundamental e direto no funcionamento e prevenção das partes 
mecânicas de diversas áreas de aplicação. Os mancais também demostram um elemento 
presente em uma vasta área de atuação onde, a partir do seu emprego, tornar possível a 
aplicação e utilização de diversos sistemas, facilitando o funcionamento, principalmente 
quando falamos em esforços e cargas aplicadas. A relação entre lubrificantes e Mancais 
de rolamentos também fica clara, já que, é de fundamental importância a lubrificação do 
Mancal para que ocorra um bom funcionamento, diminuindo o atrito entre as superfícies 
e os rolamentos e assim tornando possível o funcionamento do mesmo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
NORTON, Robert L.. Projetos de Máquinas: uma abordagem integrada. 4. ed. Porto 
Alegre: Bookman, 2013. 
SHIGLEY, Joseph E.; MISCHKE, Charles R.; BUDYNAS, Richard G.. Projeto de 
engenharia mecânica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005.