História e Funcionamento dos Rolamentos

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História do rolamento
A primeira utilidade de um "rolamento" que poderia nos vir à cabeça seria servir como elemento auxiliar no transporte.
E nisso os "rolamentos" são bem antigos. Alguns historiadores situam o início do seu uso por volta do ano 4.000 A.C, ajudando os Scandinavos a deslizar com seus trenós.
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
No Egito antigo, trabalhadores transportavam enormes blocos de pedra para a construção de monumentos que eram deslizados sobre troncos de árvores como rolos. Esse método tinha como objetivo aliviar a árdua tarefa, aumentar a velocidade e resolver o problema da fricção. Este é o princípio de rotação que os une, ambos girando em torno de uma árvore. O desafio era assim: a luta contra o atrito, aumentando a velocidade de rotação.
Os restos de uma plataforma giratória de um navio do imperador Calígula, encontrado no fundo do lago Nemi (Itália) em 1930, mostram que os rolamentos utilizados eram rudimentares desde a antiguidade. Esta plataforma pode ser considerada um dos primeiros exemplos de rolamento axial, construído para suportar os pesos diretos e rolando em torno de seu eixo.
No século XV, Leonardo da Vinci descobriu o princípio de rotação, e percebeu que o atrito seria reduzido se as esferas não se tocassem. Ele então começou a desenvolver separadores permitindo que as esferas se movessem livremente.
Da Vinci não viveu para construí-lo, mas posteriormente seu projeto saiu do papel. Este mecanismo foi reinventado no século XVIII, quando foi patenteado na Inglaterra, feito com um eixo de carruagem equipada com um anel de esferas rolando nas ranhuras de seção transversal semicircular realizada no mesmo eixo (foto abaixo).
Rolamento
Sabemos que existem vários tipos de rolamentos e diversas aplicações para esse elemento e que sua historia e evolução vem de muito tempo atrás no antigo Egito, mas antes de falarmos e especificarmos cada um desses tipos. Iremos definir o que é rolamento em geral e qual a sua funcionalidade, depois iremos também falarmos sobre sua fabricação, padronização entre outra curiosidade sobre o assunto rolamento.
Rolamentos são normalmente elementos metálicos que apresentam forma cilíndrica composta por vários sub-elementos. São vazados em sua parte central visando o acoplamento em um eixo.
 Os rolamentos limitam, ao máximo, as perdas de energia em consequência do atrito, possuem também a função de sustentar (apoio) um sistema de transmissão de torque suportando muitas vezes esforços simples ou combinados.
Estrutura dos rolamentos
Os rolamentos normalmente consistem de anéis de rolamento, elementos de rolagem e uma gaiola (veja Fig. 1-1).
Os elementos de rolagem são dispostos entre os anéis internos e externos com uma gaiola, a qual retém os elementos de rolagem na posição relativa correta, para que assim não toquem uns nos outros. Com essa estrutura, é realizado um movimento suave de rolagem durante a operação.
Os rolamentos são classificados como a seguir, pelo número de elementos de rolagem: rolamentos de uma carreira, duas carreiras ou multicarreira (três ou quatro carreiras).
A via dos elementos de rolagem é chamada de pista e a seção dos anéis do rolamento onde os elementos rolam é chamada de superfície da pista. No caso dos rolamentos de esferas, já que são fornecidas ranhuras para esferas, estas são conhecidas também como ranhuras da pista. O anel interno é normalmente encaixado um eixo e o anel externo com um alojamento.
Os elementos de rolagem podem ser esferas ou rolos. Há disponíveis muitos tipos de rolamentos com vários formatos de rolos.
• Rolos Cilíndricos;
• Rolos tipo Agulhas: As agulhas têm no máximo 5mm de diâmetro e seu comprimento é de 3 a 10 vezes maior que seu diâmetro;
• Rolos Cônicos;
• Esféricos.
MATERIAIS PARA ROLAMENTOS
	O desempenho e a confiabilidade dos rolamentos são influenciados diretamente pelos materiais com que seus componentes são fabricados.
Anéis e Corpos Rolantes
São fabricados geralmente de aços. Os aços utilizados para fabricação devem ser endurecidos e de alta resistência à fadiga e ao desgaste.
Gaiola
A gaiola guia os elementos de rolagem juntamente com os anéis do rolamento, retendo os elementos de rolagem na posição relativa correta. Há vários tipos de gaiolas, incluindo os tipos: prensado, usinado, moldado e com pinos. Devido resistência de fricção menor do que a encontrada em rolamentos de rolos e esferas de complemento total, os rolamentos com gaiola são mais adequados para uso em rotação de alta velocidade.
Tipos de gaiola
Gaiolas de chapa de aço- são usados em rolamentos grandes ou onde há risco de ter trinca.
Gaiola tamboreada: para rolamentos fixos de esferas
Gaiola rebitada: para rolamentos fixos de esferas.
Gaiola tipo janela: para rolamentos autocompensadores de rolos
Gaiolas maciças de latão- para rolamentos pequenos e médios onde o torque não seja muito alto.
 Gaiola rebitada: para rolamentos fixos de esferas 
Gaiola tipo janela: para rolamentos de contato angular de esferas
Gaiola de nervuras rebitadas: para rolamentos de rolos cilíndricos
Gaiolas maciças de poliamida reforçada com fibra de vidro
Gaiola tipo janela: para rolamentos fixos de esferas
Gaiola tipo janela: para rolamentos de rolos cilíndricos
Influências para escolha do rolamento
Devem ser conhecidos os seguintes dados:
– A máquina/aparelho e os locais de aplicação dos rolamentos (mediante um esboço)
– As condições de trabalho (cargas, rotação, espaço disponível, temperatura, condições ambientais, disposição dos eixos, rigidez das peças contíguas)
– Exigências (vida, precisão, ruído, atrito e temperatura em serviço, lubrificação e manutenção, montagem e desmontagem)
Antes de iniciar a construção do mancal, ainda deverá ser feita uma análise em relação a cada influência, segundo o esquema:
– Carga e número de rotações
– Há elevada carga axial ou radial?
A direção se modifica? Qual o número de rotações? Há mudança no sentido da rotação? Qual o tempo de trabalho? Ocorrem choques? Como deve ser considerada a conjugação da carga e da rotação no dimensionamento?
– Espaço disponível
O espaço é predeterminado? Alguma dimensão pode ser modificada sem influir no funcionamento da máquina?
– Temperatura
Qual é a temperatura ambiente? Pode-se contar com um aquecimento ou uma refrigeração externa? Quais as deformações lineares causadas por dilatações térmicas (rolamento livre)?
– Condições ambientais
Existe uma grande umidade do ar? Deve o mancal ser protegido contra uma contaminação elevada? Atuam meios agressivos? São transmitidas vibrações aos rolamentos?
– Disposição dos eixos
Os eixos são na vertical, horizontal ou inclinado?
– Vida 
Qual a vida requerida? O mancal pode ser comparado a um já comprovado (vida nominal Lh, capacidade de carga dinâmica fL)?
Deverá ser usado o cálculo de vida ampliado em função de condições de serviço específicas? Qual o tempo de funcionamento da máquina?
– Precisão
Existem exigências elevadas quanto à precisão de giro como, p.ex. em mancais de máquinas e ferramenta?
– Ruído
É exigido um giro silencioso como, p.ex. em motores elétricos de aparelhos domésticos?
Tipo construtivo do rolamento
Seleção do tipo construtivo
Existe uma grande variedade de tipos construtivos, dentre os quais o projetista pode escolher aquele que se mostre mais adequado ao campo de aplicação.
Conforme o tipo dos corpos rolantes, os rolamentos se classificam em rolamentos de esferas e de rolos.
Tipos de carga
Os rolamentos são classificados principalmente segundo a direção de carga a ser suportada:
• Radial
• Axial
• Combinado
Rolamentos Radiais
Os rolamentos radiais são constituídos basicamente de dois anéis concêntricos, sendo o anel externo montado na caixado mancal e o anel interno montado no eixo.
Entre os anéis existem os elementos girantes que podem ser esferas, rolos cilíndricos, rolos tipo agulha ou rolos cônicos.
Para manter a uniformidade do espaçamento entre os elementos girantes e, principalmente, para diminuir o atrito entre eles, existem as gaiolas.
ESFERAS
ROLOS
Rolamentos Axiais
A diferença fundamental entre os rolamentos radiais e os rolamentos axiais é que nestes os anéis são montados lado a lado
Rolamentos Combinados / Mistos ou Auto Compensadores
Os rolamentos auto compensadores são insensíveis a desalinhamentos angulares do eixo em relação à caixa. São particularmente adequados para aplicações em que possa haver deflexões do eixo ou desalinhamento consideráveis.
Apresenta o menor atrito entre todos os rolamentos, o que lhes permite funcionar com uma temperatura mais baixa mesmo em altas velocidades.
Esférico
São rolamentos adequados para altas rotações. Suportam cargas radiais e axiais. Podem ser fornecidos com vários tipos de blindagem ou placas, com ranhura para anel de retenção no anel externo (capa). Em algumas execuções são fornecidos pré - lubrificados, não devendo por isso, ser lavados nem aquecidos para a montagem. São rolamentos compactos, baratos e de fácil aquisição.
Rolos Cilíndricos
Suportam elevada carga radial e via de regra nenhuma carga axial. Somente quando equipados com anéis de encosto podem receber pequenas cargas axiais. São rolamentos que podem deslocar-se axialmente sobre as pistas, compensando assim as dilatações longitudinais do eixo ou eventuais erros de posicionamento dos mancais. São rígidos e, portanto, não podem ser montados em mancais independentes, salvo em aplicações muito especiais.
Rolos Tipo Agulha
Funcionam de maneira análoga aos rolamentos de rolos cilíndricos. 	Apresentam vantagens quanto a sua pequena altura de seção e elevada capacidade de carga. São muito utilizados nas engrenagens do câmbio de automóveis em geral, face à necessidade de se obter montagens bastante compactas.
Nessas aplicações, às vezes, o próprio eixo substitui o anel interno e o cubo da engrenagem o externo, o rolamento é constituído apenas por uma gaiola e as agulhas.
Naturalmente tanto o eixo como o cubo da engrenagem devem ser tratados para alcançar características semelhantes às das agulhas: dureza 58 a 64 HRC.
Rolos Cônicos
Suportam elevadas cargas radicais e axiais (axiais num único sentido). Devem ser sempre montados em pares, a fim de suportar cargas nos dois sentidos. Graças à possibilidade de regular a sua folga, conseguem-se montagens bastante rígidas. Exemplo: rolamentos de pinhão. As capacidades de carga axial e radial dos rolamentos de rolos cônicos variam bastante em função do ângulo de contato de seus rolos e pistas, quando maior esse ângulo, maior a capacidade de carga axial e menor a radial.
Vedações
Previne a contaminação por penetração de partículas e retém o lubrificante no rolamento.
Quanto às Vedações podem ser:
_ Abertos
_ Selados (em um ou ambos os lados)
_ Blindados.
TIPOS E APLICAÇÕES
É impossível apresentar informações completas sobre todas as aplicações de rolamentos.
Cada tipo de rolamento tem propriedades características que o tornam particularmente apropriado para certas aplicações.
Na maioria dos casos, vários fatores devem ser considerados quando da seleção do tipo de rolamento e nenhuma regra geral pode ser estabelecida, apresentam uma infinidade de tipos para aplicação específica como: máquinas agrícolas, motores elétricos, máquinas ferramenta, compressores, construção naval, aeronáutica, etc.
Rolamentos fixos de uma carreira de esferas
Os rolamentos fixos de uma carreira de esferas são entre os rolamentos, os de tipo mais representativo e atendem um extenso campo de aplicações. Os canais da pista no anel interno e no anel externo apresentam um perfi l lateral em arco, com raio ligeiramente maior que o raio das esferas. Além da carga radial, permite o apoio da carga axial em ambos os sentidos. O torque de atrito é pequeno, sendo o mais adequado para aplicações que requerem baixo ruído e vibração, e em locais de alta velocidade de rotação. Neste rolamento, além do tipo aberto, existem os blindados com placas de aço, os vedados com proteção de borracha, e os com anel de retenção no anel externo. Geralmente, as gaiolas utilizadas são as prensadas de aço.
Norma: DIN 625 parte 1.
Rolamentos de contato angular de esfera de uma carreira 
 
Rolamentos de contato angular de esfera de uma carreira permitem o apoio da carga radial e num único sentido a carga axial. A esfera e o anel interno e externo formam ângulos de contato de 15°, 25°, 30° ou 40°. Quanto maior o ângulo de contato maior será a capacidade de carga axial, e quanto menor o ângulo de contato melhor será para altas rotações. Normalmente, duas peças do rolamento são contrapostas e utilizadas com o ajuste da folga. 	Geralmente, as gaiolas utilizadas são as prensadas de aço, mas para os rolamentos de alta precisão com ângulo de contato menor que 30°, são utilizadas principalmente, as gaiolas de poliamida. Norma: DIN 628 parte 1.
Rolamentos de contato angular de esfera de duas carreiras
Os rolamentos de duas carreiras de esferas de contato angular, possuem a confi guração básica de duas peças do rolamento de uma carreira de esferas de contato angular dispostas costa a costa, em que os anéis internos e externos estão cada qual integrados numa única peça. Conseqüentemente, têm a capacidade de apoiar a carga axial em ambos os sentidos.
Norma: DIN 628 parte 3.
Rolamentos de esferas de quatro pontos de contato
Os rolamentos de esferas de quatro pontos de contato possuem o anel interno bipartido num plano perpendicular ao centro do eixo e são rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular com os anéis internos e externos separáveis. Permite apoiar a carga axial em ambos os sentidos com uma única peça. O ângulo de contato formado pela esfera e os anéis interno e externo é de 35°. Com uma peça deste rolamento pode-se substituir a combinação face a face ou costa a costa do rolamento de esferas de contato angular. Geralmente, as gaiolas utilizadas são as usinadas de latão.
Norma: DIN 628 parte 4
Rolamentos Autocompensadores de Esferas
Rolamentos Autocompensadores de Esferas O anel interno possui duas pistas e a pista do anel externo é esférica. O centro do raio que forma esta superfície esférica é coincidente ao centro do rolamento, conseqüentemente, o anel interno, as esferas e a gaiola inclinam-se livremente em relação ao anel externo. Os erros de alinhamento que ocorrem devido aos casos como o do desvio na usinagem do eixo e alojamento, e as defi ciências na instalação são corrigidos automaticamente. Além disso, existem também os rolamentos de furo cônico que são fi xados através de buchas.
Norma: DIN 630
Rolamentos axiais de esferas de escora simples
Os rolamentos axiais de esferas são constituídos por anéis em configuração de arruelas com canal e gaiolas com as esferas embutidas. O anel a ser instalado no eixo é denominado de anel interno e o anel a ser instalado no alojamento é denominado de anel externo.
Norma: DIN 711
Rolamentos de escora dupla
Nos rolamentos de escora dupla, o anel central (anel intermediário) é o instalado no eixo. Os rolamentos axiais de esferas de escora simples suportam a carga axial em um sentido e os rolamentos de escora dupla suportam a carga axial em ambos os sentidos. No intuito de minimizar a influência de desvios na instalação, existem também os rolamentos axiais de esferas com contraplaca esférica no anel externo. Nos rolamentos pequenos são usadas, principalmente, as gaiolas prensadas de aço e nos rolamentos grandes as gaiolas usinadas.
Norma: DIN 715
Rolamento axial de contato angular de esferas de escora dupla
 Os rolamentos axiais de contato angular de esferas de escora dupla são rolamentos de precisão com tolerâncias estreitadas e montados principalmenteem fusos de precisão de máquinas-ferramenta. O rolamento axial de contato angular de esferas é montado justaposto a um rolamento de duas carreiras de rolos cilíndricos com furo cônico.
Rolamentos de rolos
Rolamento de rolos cilíndricos de uma carreira
Os rolamentos de rolos cilíndricos de uma carreira são separáveis o que simplifica a sua montagem e desmontagem; ambos os anéis podem ser ajustados com interferência. Devido ao contato modificado entre os rolos e as pistas são evitadas as tensões de canto. Os rolamentos de uma carreira não vedados são principalmente usados na construção de caixas de engrenagens, Norma: DIN 5412 parte 1
Rolamento de duas carreiras de rolos cilíndricos
Os rolamentos de duas carreiras de rolos cilíndricos são rolamentos livres. Como são separáveis simplificam a sua montagem e desmontagem e ambos os anéis podem ser ajustados com interferência. Os rolamentos de duas carreiras não vedadas são principalmente usados na construção de caixas de engrenagens também assim como o de uma carreira. já os vedados são utilizado em construção de guindastes
Norma: DIN 5412 parte 4
Rolamento de rolos cilíndricos sem gaiola
Os rolamentos de rolos cilíndricos sem gaiolas são adequados para assentamentos altamente solicitados e número de rotações moderado. Os rolamentos de uma carreira de rolos cilíndricos sem gaiola não são separáveis, a não serem os rolamentos da série NJ23VH. Nos rolamentos separáveis, os dois anéis podem ser ajustados com interferência. Isto facilita a montagem e a desmontagem.
Norma: DIN 5412 parte 9
Rolamento de rolos cônicos
Os rolamentos de rolos cônicos são separáveis; o anel interno com a coroa de rolos e o anel externo podem ser montados separadamente. O contato linear modificado entre os rolos e as pistas evita tensões de canto. Os rolamentos de rolos cônicos admitem elevadas forças radiais e axiais. Como os rolamentos só admitem forças axiais em um sentido, normalmente é necessário um segundo rolamento ajustado simetricamente para a guia contrária.
Norma: DIN ISO 355 e DIN 720
Rolamento de rolos esféricos
 	O rolamento de rolos esféricos é um rolamento de uma carreira de rolos, angularmente ajustável. É adequado principalmente para construções nas quais seja exigida uma alta capacidade de carga radial e uma compensação de erros de alinhamento.
A construção robusta tem se comprovado sobremaneira nos casos em que as forças radiais surgem aos golpes. A capacidade de carga axial, no entanto, é reduzida. Os rolamentos não são separáveis.
Norma: DIN 635 parte 1.
Rolamento autocompensador de rolos
O rolamento autocompensador de rolos é um rolamento para solicitações elevadas. Ele contém duas carreiras de rolos esféricos simétricos, que se ajustam com facilidade na pista côncava-esférica do anel externo. Isso compensa desalinhamentos e flexões do eixo dos assentamentos.
Os rolamentos autocompensadores de rolos têm uma quantidade máxima de rolos de grande diâmetro e de grande comprimento. Pelo contato estreito entre os rolos e as pistas é atingida uma distribuição uniforme das tensões e uma alta capacidade de carga. 
Norma: DIN 635, parte 2.
Rolamento axial de rolos cilíndricos
Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos são rígidos, com uma alta capacidade de carga e insensíveis a golpes. Em uma direção os rolamentos admitem cargas axiais bem elevadas, entretanto não admitem forças radiais. Não são angularmente ajustáveis.
Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos são separáveis em coroas axiais de rolos cilíndricos, anel de eixo e anel de caixa.
Norma: DIN 722
Rolamento axial autocompensador de rolos
Os rolamentos autocompensador de rolos admitem elevadas cargas axiais e são apropriados para um número relativamente alto de rotações.
Devido às pistas inclinadas em relação ao eixo do rolamento, os rolamentos também podem ser carregados radialmente. A carga radial deverá ser 55% menor que a carga axial.
Norma: ISO 104 e DIN 728
Cuidados
_ Na troca de rolamentos, deve-se tomar muito cuidado, verificando sua procedência e seu código correto.
_ Antes da instalação é preciso verificar cuidadosamente os catálogos dos fabricantes e das máquinas, seguindo as especificações recomendadas.
Na montagem, entre outros, devem ser tomados os seguintes cuidados:
_ Verificar se as dimensões do eixo e cubo estão corretas;
_ Usar o lubrificante recomendado pelo fabricante;
_ Remover rebarbas;
_ No caso de reaproveitamento do rolamento, deve-se lavar e lubrificar imediatamente para evitar oxidação;
_ Não usar estopa nas operações de limpeza;
_ Trabalhar em ambiente livre de pó e umidade.
Identificação
Os números de identificação dos rolamentos são designações que expressam o tipo do rolamento, as dimensões principais, a precisão dimensional e de giro, a folga interna e outras especificações, sendo constituídos pelo número básico e símbolos suplementares alfanuméricos.
As dimensões principais dos rolamentos normalmente usados, em grande parte dos casos, são baseadas no plano geral das dimensões principais da norma ISO, os números de identificação destes rolamentos normais são regulamentados pela JIS B 1513 (Números de Identificação dos Rolamentos).
DEFEITOS COMUNS
• desgaste; 
• fadiga; 
• falhas mecânicas
	
DESGASTE
deficiência de lubrificação; 
presença de partículas abrasivas; 
oxidação (ferrugem); 
desgaste por patinação (girar em falso);
FADIGA
A origem da fadiga está no deslocamento da peça, ao girar em falso. A peça se descasca, principalmente nos casos de carga excessiva. 
FALHAS MECÂNICAS 
O brinelamento é caracterizado por depressões correspondentes aos roletes ou esferas nas pistas do rolamento. 
Resulta de aplicação da pré-carga, sem girar o rolamento, ou da prensagem do rolamento com excesso de interferência. 
VANTAGENS:
Menor atrito e aquecimento; 
 Baixa exigência de lubrificação; 
 Intercambialidade internacional; 
 Não há desgaste do eixo; 
 Pequeno aumento da folga durante a vida útil. 
DESVANTAGEM
Maior sensibilidade aos choques; 
 Maiores custo de fabricação; 
 Tolerância pequena para a carcaça e alojamento do eixo; 
 Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento;