Rolamento de Esferas

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UNIFACS – Universidade Salvador
Engenharia mecânica
ELEMENTOS DE MÁQUINAS E MECANISMOS
Carlos Lima
Danilo Silva Santos
Fausto Bomfim Menezes
Rodrigo Silva
Vinícius Leão de Carvalho Cunha do Amaral
MANCAIS DE ROLAMENTO
HISTÓRIA
4000 a.C – Scandinavos;
3500 a.C – Sumérios;
1800 a.C – Egípcios;
Civilizações clássicas – Grécia e Roma;
Revolução Industrial.
INTRODUÇÃO
Rolamentos são normalmente elementos metálicos que apresentam forma cilíndrica compostos por vários sub-elementos. São vazados em sua parte central visando o acoplamento em um eixo. Possuem principalmente a função de sustentar (apoio) um sistema de transmissão de torque suportando muitas vezes esforços simples ou combinados. 
INTRODUÇÃO
Este elemento apresenta uma grande variedade de tamanhos, consequentemente pode ser utilizados em diversos campos de aplicação na área industrial.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Partes:
Anéis:
Interno;
Externo;
Corpos rolantes (esferas);
Gaiola ou separador.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Partes:
ROLAMENTO DE ESFERAS
Partes:
ROLAMENTO DE ESFERAS
Forças suportadas:
Fr – Força Radial;
Fa – Força Axial;
Combinada.
Classificação:
ROLAMENTO DE ESFERAS
Classificação: 
Radial;
Axial.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Classificação:
ROLAMENTO DE ESFERAS
Classificação:
 Aberto Selado Blindado
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamento Fixo de uma Carreira de Esferas:
Canal da pista com raio maior que as esferas;
Carga Radial;
Altas RPM.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamento de Contato Angular:
Ângulos de contato de 15°, 25°, 30° ou 40°;
Carregamento Radial e Axial;
Menor ângulo, maior rotação.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamento de Contato Angular de Duas Carreiras de Esferas:
Carregamento Radial e Axial;
Carregamento axial em ambos os lados;
Adequado para cargas combinadas.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamento Autocompensador de Esferas:
Carregamento Radial e Axial;
Correção dos erros de alinhamento;
Menor temperatura em altas velocidades.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamentos Axiais:
Rolamentos de Escora;
Cargas Axiais somente;
Apenas uma direção.
ROLAMENTO DE ESFERAS
Rolamentos Combinados:
Grandes cargas axiais e radiais;
Face a face, costas a costas, tandem;
Esferas e rolos.
	Mancais de Rolos
MANCAIS DE ROLOS CILÍNDRICOS
Aplicado onde as cargas radiais são elevadas e as velocidades de rotação altas;
Suportam maior carga que os mancais de esferas do mesmo tamanho, devido à maior área de contato;
As cargas axiais aplicadas a estes rolamentos devem permanecer pequenas.
MANCAIS DE ROLOS CILÍNDRICOS
Têm a desvantagem de requerer geometria quase perfeita das pistas e dos rolos;
Um pequeno desalinhamento fará com que esses últimos entortem e fiquem fora de linha;
Por tal razão, o retentor deve ser pesado. 
MANCAIS DE ROLOS CILÍNDRICOS
Exemplos de aplicações: Motores elétricos pesados, caixas de eixos de vagões, vagonetas de pressão, cilindros de laminadores. 
MANCAIS DE ROLOS CÔNICOS
Combinam as vantagens dos mancais de esferas e de rolos retos, visto que podem aguentar igualmente cargas radiais e axiais;
É projetado para que todos os elementos na superfície do rolo e nas pistas interceptem-se em um ponto comum no eixo do mancal.
MANCAIS DE ROLOS CÔNICOS
O anel interno e o externo podem ser montados separadamente;
Aplicação: Eixos de redutores, mudança de transmissão com pinhão cônico, bombas, compressores, indústrias papeleiras. 
MANCAIS DE ROLOS CÔNICOS
MANCAIS DE AGULHA
Os corpos rolantes são de pequeno diâmetro e grande comprimento.
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MANCAIS DE AGULHA
São recomendados para mecanismos oscilantes, onde a carga não é constante e o espaço radial é limitado;
Eles apresentam uma alta capacidade de carga quando separadores são utilizados, mas podem ser obtidos sem estes; 
São fornecidos com e sem pistas.
AUTOCOMPENSADORES
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.
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AUTOCOMPENSADORES
Os elementos esféricos têm a vantagem de ampliar suas áreas de contato à medida que a carga é aumentada;
Aplicações: Peneiras, trituradores, moedores, gaiola de laminador, pesados redutores, pesados ventiladores industriais, cilindros de máquinas impressoras, máquinas de pedreiras.
IDENTIFICAÇÃO DO PRODUTO
 Para a identificação do elemento, deve-se atentar para as seguintes características: 
Fabricante, 
Tipo de Rolamento, 
Diâmetro do Furo, 
Diâmetro Externo, 
Largura; 
RPM .
NÚMERO DE IDENTIFICAÇÃO DO PRODUTO
ESPECIFICAÇÃO
Prefixos
Designação
GS
Anel de caixa do rolamento axial de rolos cilindricos
K
Conjunto de gaiola e rolos para rolamentos radiaisou axiais de rolos cilindricos
L
Anel interno ou externo de um rolamentoseparavel
R
Anel, interno ouexterno com o conjunto de rolos e gaiola, de um rolamento separavel
WS
Anel de eixo de umrolamento axial de rolos cilindricos
ESPECIFICAÇÃO
Sufixos
Designações
Construção interna
A, B, C, D, E
Modificações no desenhointerno do rolamento
Características externas
K
Furo cônico – conicidade 1:12no diâmetro
N
Ranhura no anel externo para colocação do anel elástico
X
Dimensõesexternas norolamento alteradas para atender a padrões ISO
Gaiolas
F
Gaiola usinadade aço ou ferro fundido especial
J
Gaiola prensada de aço,não-endurecidda
L
Gaiola usinada a liga leve
ESPECIFICAÇÃO
Sufixos
Designações
Folga interna
C1
Folgamenor do que C2
C5
Folga maior do que C4
Qualidade
Q5
Nívelde vibração extra-baixo
Q6
Nível de vibração menor do que o normal
Estabilização térmica
S0
Até 150°C
S4
Até 350°C
ESPECIFICAÇÃO
Sufixos
Designações
Relubrificação
W20
Três furos de lubrificação no anel externodo rolamento
W33
Três furos de lubrificação e ranhura no anel externo do rolamento
Lubrificantes
HT
Graxa para alta temperatura
LT
Graxa para baixa temperatura
SELEÇÃO
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DIMENSIONAMENTO
Tanto para o dimensionamento quanto para a seleção de um rolamento, é importante definir inicialmente o tipo de solicitação ao qual este estará submetido, podemos verificar duas situações distintas: carga estática ou dinâmica;
Na carga estática, o rolamento encontra-se parada ou oscila lentamente (N<10 RPM). Na carga dinâmica, o rolamento se movimenta com N ≥ 10 RPM.
DIMENSIONAMENTO
Carga Estática:
Quando o rolamento estiver atuando parado ou com baixas oscilações (N<10 RPM), o dimensionamento é realizado por meio da capacidade de carga estática (Co).
DIMENSIONAMENTO
Capacidade de Carga Estática (Co):
É a carga atuante nos elementos rolantes e na pista. 
Onde: 
Co=Capacidade de carga estática (KN); 
fs=Fator de esforços estáticos (Adimensional); 
Po=Carga estática equivalente (KN). 
DIMENSIONAMENTO
Carga Estática Equivalente (Po): 
É uma suposta carga resultante, determinada em função das cargas axial e radial, que atuam simultaneamente no rolamento; 
Quando o rolamento for solicitado por uma carga radial ou axial isoladamente, esta será a carga equivalente.
DIMENSIONAMENTO
Carga Estática Equivalente (Po):
Na atuação da simultânea das cargas axial e radial, a carga equivalente é determinada da seguinte forma: 
Onde: 
Po=Carga estática equivalente (KN); 
Xo=Fator radial (Adimensional);
Yo=Fator axial (Adimensional);
Fr=Carga radial (KN);
Fa=Carga axial (KN). 
DIMENSIONAMENTO
Fator de Esforço Estático (fs): 
É um coeficiente de segurança que preserva a ocorrência de deformações plásticas excessivas nos pontos de contato, entre os corpos rolantes e a pista. 
Utiliza-se os seguintes valores: 
1,5 ≤ fs ≤ 2,5 para exigências elevadas; 
1,0 ≤ fs ≤ 1,5 para exigências normais; 
0,7 ≤ fs ≤ 1,0 para exigências reduzidas.
DIMENSIONAMENTO
Carga Dinâmica: 
Quando o rolamento atuar com movimento
N≥ 10 RPM, este é dimensionado por meio da capacidade de carga dinâmica (C).
DIMENSIONAMENTO
Capacidade de Carga Dinâmica (C):
Podemos calcular a capacidade de carga dinâmica utilizando a seguinte relação: 
Onde: 
C=Capacidade dinâmica equivalente (KN); 
fe=Fator de esforços dinâmicos (Adimensional); 
fn=Fator de rotação (Adimensional) ;
P=Carga dinâmica equivalente (KN).
DIMENSIONAMENTO
Fator de esforços dinâmicos (fe): 
Este fator está associado a aplicação do equipamento e as condições usuais de carga. A literatura relata diversos valores, estes já tabelados. 
Exemplos: 
Máquinas leves fe=1 a 2; 
Máquinas médias fe=2 a 3,5; 
Máquinas pesadas fe=3,5 a 6.
DIMENSIONAMENTO
Fator de rotação (fn): 
Este fator está associado a velocidade com o qual o rolamento gira, outra questão é quanto o tipo de elemento. 
Exemplos: 
DIMENSIONAMENTO
Capacidade de Carga Dinâmica (C): 
A capacidade de carga dinâmica dos diversos tipos de rolamento é encontrada nas tabelas que compõem os catálogos. 
DIMENSIONAMENTO
Carga Dinâmica Equivalente (P): 
Determina-se a carga dinâmica equivalente quando houver a atuação simultânea de cargas radial e axial no rolamento. 
DIMENSIONAMENTO
Carga Dinâmica Equivalente (P):
Esta carga constitui-se de uma suposta carga resultante, sendo definida por meio de: 
Onde: 
P=Carga dinâmica equivalente (KN); 
Fr=Carga radial (KN);
Fa=Carga axial (KN); 
x=Fator radial (Adimensional) ;
y=Fator axial (Adimensional).
DIMENSIONAMENTO
Vida Útil do Rolamento:
A vida útil do rolamento compreende o período no qual ele desempenha corretamente a sua função. A vida útil termina quando ocorre o desgaste causado pela fadiga do material.
DIMENSIONAMENTO
Vida Útil do Rolamento:
Temos que:
Onde:
Lna=Duração até a fadiga (h); 
a1=Fator de probabilidade (Adimensional); 
a2=Fator de matéria prima (Adimensional);
a3=Fator das condições de serviço (Adimensional); 
Lh=Vida nominal do rolamento (h) – Entre 10000 a 100000 horas.
DIMENSIONAMENTO
Vida Útil do Rolamento: 
a1=Fator de probabilidade 
Este fator prevê a probabilidade de falhas no material devida à fadiga. Este é regido por leis estatísticas, sendo obtido na seguinte tabela: 
DIMENSIONAMENTO
Vida Útil do Rolamento: 
a2=Fator de matéria prima 
Este fator considera as características da matéria prima e o respectivo tratamento térmico; 
Para aços de qualidade: a2=1; 
O fator se altera para materiais tratados termicamente: a2=1,2.
DIMENSIONAMENTO
Vida Útil do Rolamento: 
a3=Fator das condições de serviço 
As condições de serviço influenciam diretamente na vida útil do rolamento. A duração é prolongada quando o ambiente de trabalho é limpo, a lubrificação é adequada e a carga atuante não é excessiva. O término da vida útil do rolamento ocorre quando há formação de “pittings” (erosão por cavitação), originada na superfície das pistas; 
Condições ideais – a3=1; 
Condições drásticas – a3=0,6.
LUBRIFICAÇÃO
Movimento relativo – rolante e deslizante;
Lubrificação Hidrodinâmica;
Lubrificação Elastoidrodinâmica (EHD).
LUBRIFICAÇÃO
Própositos:
Prover filme de lubrificante entre superfícies rolantes e deslizantes;
Ajudar a distribuir e dissipar calor;
Prevenir corrosão;
Selar contra materiais estranhos.
LUBRIFICAÇÃO
MONTAGEM
Um mancal em cada extremidade – mais frequente;
Esferas – rolos cônicos;
Esferas – rolos retos.
MONTAGEM
Distância entre mancais não pode ser elevada.
MONTAGEM
Pré – carregamento:
Remover a folga interna;
Aumentando a vida;
Diminuindo a inclinação do eixo pro mancal;
Pré - carregamento de mancais de rolos retos:
Montando-se o mancal em um eixo cônico, ou em uma manga, para expandir o anel interno;
Ajuste de interferência para o anel externo;
Comprando-se um mancal com um anel externo pré – encolhido sobre os rolos;
Seguir as instruções do fabricante na determinação da pré – carga.
MONTAGEM
Alinhamento:
Desalinhamento de 0,001 rad;
0,0087 rad – esferas;
0,0035 a 0,0047 rad – esferas de sulco profundo;
Vida decresce;
Fator de segurança próximo de 2.
MONTAGEM
Recinto:
Excluir sujeira, matéria estranha e conservar o lubrificante.
Vedação de feltro:
Graxa – baixa velocidade;
Alto polimento superfícies de roçamento;
Sulcos usinados ou estampas de metal com blindagem.
Vedação comercial:
Elemento roçador, e geralmente, mola;
Ajustes a pressão em um orifício de escareação;
Não devem ser usadas em velocidades elevadas.
Vedação de labirinto:
Altas velocidades;
Óleo ou graxa;
Pelo menos três ranhuras;
Folga entre 0,010 a 0,040 in, dependendo da velocidade e da temperatura.
ANÁLISE DE FALHA
Equipamento: Motor Weg 
Fabricante da rolamento: LinkBelt
 
REFERÊNCIAS
Melconian, Skarkis. Elementos de Máquinas. São Paulo, RS: Érica, 2000.
SHIGLEY, Joseph Edward; MISCHKE, Charles R; BUDYNAS, Richard G. Projeto de engenharia mecânica. 7. ed. Porto Alegre, RS: Bookman, 2005.