Aula 4 MANCAIS

Prévia do material em texto

Prof. Benevides
ENGENHARIA SST
(11) 9 9560-8169
phcompany.com.br
contato@phcompany.com.br
Mancais
Mancais Axiais -Impedem o 
deslocamento na direção do eixo, isto 
é, absorvem esforços longitudinais. 
Mancais Radiais - Impedem o deslocamento 
na direção do raio, isto é, absorvem esforços 
transversais. 
Mancais Mixtos - Tem, simultaneamente, os 
efeitos dos mancais axiais e radiais. 
Fabricante de mancais http://www.fcm.ind.br/produto.htm
A maioria dos mancais trabalha com forças radiais e axiais.
O que são 
Mancais?
Mancais são elementos de máquinas que servem de
apoios fixos aos elementos dotados de movimentos
giratórios (eixos).
Ele é composto de uma estrutura geralmente de
ferro fundido e bipartida (base/tampa), que encerra o
casquilho, no interior do qual gira o eixo.
O que são Mancais?
Quais os tipos?
Quais os mais 
comuns?
Exemplos de mancais:
Mancais de rolamento
Vantagens
•Menor atrito e aquecimento
• Pouca variação do coeficiente de atrito com 
carga e velocidade
• Baixa exigência de lubrificação
• Intercambialidade internacional
• Mantém a forma do eixo
• Pouco aumento da folga durante a vida útil
Mancais deslizamento
Vantagens
• Maior resistência aos choques
•.Menores custos de fabricação
• Tolerância grande carcaça e alojamento do eixo
• Suporta cargas muito elavadas
• Ocupa menor espaço radial
Eles podem ser deslizantes ou de rolamento de 
acordo com as exigências e características de esforço.
Tipos de mancais
MANCAIS DE ROLAMENTO
Os mancais são elementos de máquinas que
servem de apoios fixos aos elementos giratórios (eixos).
É composto de uma estrutura geralmente de
ferro fundido e bipartida (base tampa), que encerra o
casquilho, no interior do qual gira o eixo .
Mancais de rolamento
Mancais de rolamento
Quanto aos elementos rolantes, rolamentos podem ser:
- Esferas;
- Rolos; ou
- Agulha. 
Tipos e seus elementos
De esferas - os corpos rolantes são esferas.
Apropriados para altas rotações.
Tipos e seus elementos
Tipos e seus elementos // esferas
De rolos - os corpos rolantes são formados por cilindros. 
Apropriados para rotações mais baixas, porem, 
suportam cargas mais elevadas.
Tipos e seus elementos
Tipos e seus elementos // rolos
De agulhas - os corpos rolantes são cilíndricos também, 
porem, com seu diâmetro relativamente pequeno em 
relação ao seu comprimento . Apropriados para 
mecanismos oscilantes.
Tipos e seus elementos
Tipos e seus elementos // agulhas
MANCAIS DE ROLAMENTO
Construção dos rolamentos
A maioria é constituída de anéis com pistas (um 
anel interno e um anel externo), corpos rolantes (tanto 
esferas como rolos) e um elemento retentor dos corpos 
rolantes (gaiola). 
O retentor (gaiola) separa os corpos rolantes em 
intervalos regulares entre as pistas internas e externas 
permitindo que girem livremente.
// Tipos e seus elementos
Corpos rolantes
Os corpos rolantes são classificados em dois 
tipos:
Esferas;
Rolos.
Existem quatro tipos de rolos: 
Cilíndricos, de agulhas, cônicos e esféricos.
// Tipos e seus elementos
Corpos rolantes
As esferas geometricamente têm um contato
pontual com as pistas dos anéis interno e externo,
enquanto a superfície de contato dos rolos é linear.
Teoricamente, os rolamentos são construídos
para permitir que os corpos rolantes girem
orbitalmente enquanto giram em seu próprio eixo ao
mesmo tempo.
// Tipos e seus elementos
Gaiolas
A gaiola mantém os corpos rolantes a uma
distância constante, entretanto a carga nunca é
aplicada diretamente na gaiola, além de prevenir que os
corpos rolantes caiam do rolamento quando são
manuseados.
// Tipos e seus elementos
Gaiolas
Os tipos de gaiolas variam de acordo com a 
maneira como são fabricados, podem ser prensadas, 
usinadas e forjadas.
// Tipos e seus elementos
// Tipos e seus elementos
// Tipos e seus elementos
Os rolamentos podem ser definidos por 4 
características principais:
- Diametro externo (D)
- Diametro interno (d)
- Raio de arredondamento (R)
- Largura (L)
Projeto de mancais
Independente do diâmetro interno, os
rolamentos poderão ser da série leve, média ou
pesada, variando conforme a carga suportada.
Projeto de mancais
Assim como o diâmetro interno, o diâmetro
externo e a largura serão dimensionados conforme o
peso que suportam, bem como a força que suportam,
podendo esta ser do tipo axial, radial ou mista.
Projeto de mancais
Rolamentos radiais
Não são indicados para cargas axiais. 
Esse tipo de rolamento impede qualquer 
deslocamento no sentido transversal ao eixo.
Seleção do rolamento certo
Rolamentos axiais
Não são indicados para cargas radiais.
Esse tipo de rolamento impede o deslocamento 
no sentido axial.
Seleção do rolamento certo
Rolamentos mistos
Esse tipo de rolamento suporta tanto cargas
axiais, quanto cargas radiais, impedindo o
deslocamento no sentido transversal ou longitudinal.
Seleção do rolamento certo
Fixação: porcas e anéis de retenção.
Seleção do rolamento certo
Fixação
Vários tipos diferentes de placas (ou blindagem)
são usadas. A mais simples é a placa de proteção
metálica, que é encaixada numa ranhura do anel
externo e forma um vão estreito com um ressalto na
face lateral do anel interno.
Seleção do rolamento certo
Fixação
Seleção do rolamento certo
Fixação
Os tipos de blindagem, vedação, limite de 
temperatura de aplicação são definidos pelos sufixos 
dos fabricantes.
Seleção do rolamento certo
A montagem de um rolamento atende à um 
conjunto básico de atividades:
- Verificar as dimensões;
- Lubrificar os rolamentos conforme indicação do fabricante;
- Remover as rebarbas do eixo; e
- Lavar e lubrificar os rolamentos quando for reaproveitá-los.
Montagem e manutenção
Os principais modos de falha são:
• Falhas de vedação – Abrasão causada por entrada de elemento estranho
no mancal de rolamento;
• Marcas durante instalação (montagem incorreta);
• Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente;
• Corrosão;
• Descargas elétricas;
• Lascamento;
Todos os modos acima descritos causam o início da falha do rolamento,
sendo que após o surgimento, as cargas cíclicas sobre o rolamento fazem
com que o dano se estenda até a falha do mancal de rolamento.
Modos de falhas de mancais de rolamento 
1) Falha de vedação - Abrasão por entrada de elemento estranho no
mancal de rolamento
Modos de falhas de mancais de rolamento
Apresentação dos modos de falha 
Exemplo de pista de mancais de rolamento foscas por abrasão 
resultante de elemento estranho
2) Marcas durante instalação (Indentações ou impactos)
Modos de falhas de mancais de rolamento 
Apresentação dos modos de falha
Impacto na 
gaiola
3) Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente
Modos de falhas de mancais de rolamento
Apresentação dos modos de falha
Escorregamento causado por excesso de lubrificante
4) Corrosão
Modos de falhas de mancais de rolamento 
Apresentação dos modos de falha
Corrosão na esfera e na pista de rolamento de uma carreira de 
esferas
5) Descarga elétrica
Modos de falhas de mancais de rolamento 
Apresentação dos modos de falha
Exposição contínua a cargas elétricas geram marcas axiais de 
tonalidade escura em grande parte da pista
6) Lascamento
Modos de falhas de mancais de rolamento 
Apresentação dos modos de falha
Marcas de lascamento em esferas vistas em microscópio ótico
Diferentemente dos demais tipos de defeito, os mancais de rolamento
não possuem uma freqüência característica de defeito única que
possa ser calculada atravésde múltiplos de rotação de eixo.
Dado que o mancal de rolamento é composto de vários componentes:
pistas, esferas e gaiola e existe movimento relativo entre eles, as
freqüências de defeito são calculadas em função da geometria de
cada mancal de rolamento.
Explicando de outra forma: Considere um ponto fixo na pista por onde
passarão as esferas, é necessário calcular a freqüência com que as
esferas passarão por este ponto, pois caso haja um defeito neste
ponto cada esfera que passar irá registrar um impacto no sinal.
Freqüências de defeito em mancais de rolamento 
Teoria 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
São conjuntos destinados a 
suportar as solicitações de peso e 
rotação de eixos e árvores, também 
são conhecidos como buchas.
São constituídos de uma bucha 
fixada num suporte
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
A série SNH é constituída de uma carcaça 
bipartida com uma grande gama de opções de 
vedação e lubrificação. Possui dois furos de 
fixação na base. 
Especificação de mancais
O material padrão é ferro fundido cinzento, sendo opcional em 
ferro fundido nodular, aço fundido ou aluminio. 
As séries SBP são constituídas de uma carcaça bipartida com uma 
tampa lateral e vedação combinada com retentor de borracha e 
labirinto axial. Indicadas para lubrificação a graxa. Possuem quatro 
furos de fixação na base; opcionalmente para eixos até 90 mm são 
disponíveis com dois furos. 
A série F500 é constituída de uma carcaça tipo 
flange com uma tampa cega ou passante e vedação 
de feltro, opcionalmente retentor de borracha. Para 
eixos de 20 mm a 60 mm o formato da base é 
triangular com três furos de fixação. 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
MANCAIS INTERIÇOS
MANCAIS AJUSTÁVEIS
MANCAIS BIPARTIDOS
Animação disponivel no 
http://www.youtube.com/watch?v=ZGlfLW4-
sMM&feature=related
mancal de deslizamento
carcaça bipartida
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
• Mancal a gás
• O gás (nitrogênio, ar comprimido, etc.) é
introduzido no mancal e mantém o eixo
suspenso no furo.
• Isso permite altas velocidades e baixo atrito.
• Empregado em turbinas e outros
equipamentos de alta velocidade.
MANCAIS À GÁS
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
• Materiais para buchas:
• Os materiais para buchas devem ter as seguintes 
propriedades:
A). baixa resistência ao cisalhamento, para facilitar o 
alisamento da superfície;
B). baixa soldabilidade ao aço, para evitar defeitos e 
cortes na superfície;
C). resistência à compressão, à fadiga, à temperatura de 
trabalho e à corrosão;
D). boa condutibilidade térmica;
E). coeficiente de dilatação semelhante ao do aço.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
• Os materiais mais usados são: 
Bronze fosforoso,
Bronze ao chumbo,
Latão,
Ligas de alumínio,
Ligas de cobre sinterizado com adição de 
chumbo ou estanho ou grafite em pó,
Materiais plásticos como o náilon e o teflon.
Buchas Bronzinas
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Os sinterizados são auto lubrificantes por
serem mergulhados em óleo quente após sua
fabricação.
Este processo faz com que o óleo fique
retido na porosidade do material e com o
calor do trabalho venha à superfície cumprir
sua função.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Os materiais empregados na fabricação das buchas são em função de seu 
emprego, como por exemplo: 
1º). Metal patente: são ligas fundamentalmente a base de Estanho 
(89%), Antimônio (8%), Cobre (3%). Este metal é muito utilizado. 
2º) Ligas binárias de Cobre e Chumbo (20 à 40% de Chumbo): A boa 
resistência a fadiga indica o seu uso em mancais que trabalham em 
condições severas. 
3º) Bronzes: Três são os principais tipos de bronzes: 
• - Bronze a base de Estanho; 
• - Bronze a base de Chumbo; 
• - Bronze de alta resistência. 
Todos os tipos especificados acima são utilizados em mancais de 
bombas de água, motores marítimos, trens de laminação, mancais de 
vagões ferroviários. 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
4º) Alumínio: 
Suas ligas resistem bem a corrosão
produzida pela acidez do lubrificante.
São muito usados em mancais de motores
de explosão, alguns compressores,
equipamentos aeronáuticos.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
5º) Prata:
Mancais com prata são muito usados em 
aeronaves e motores diesel. 
São camadas (0.001 à 0.005 in) de prata 
depositada internamente em mancais de aço. 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
6º) Ferro fundido: São raramente usados. 
7º) Grafite: é misturado com cobre, 
bronze, e plásticos, obtendo assim, uma maior 
diminuição do coeficiente de fricção. 
8º) Plásticos: Muito utilizados em 
máquinas de indústrias têxteis, alimentícias, 
com produtos corrosivos, oxigênio líquido.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Vantagens:
Amortece as vibrações, os choques e 
ruídos; 
Construção simples; 
Mancais de grandes diâmetros são mais 
baratos; 
Suportam altas pressões. 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Desvantagens:
Atrito maior de partida;
Consumo maior de lubrificante; 
Exige maiores cuidados com a circulação 
do lubrificante e manutenção; 
Maior estático e dinâmico (torque).
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Aplicações:
Motores de automóveis e aviões 
Motores a gás e a óleo 
Motores marítimos 
Máquinas a vapor estacionárias 
Bombas e compressores alternativos 
Turbinas a vapor 
Motores e bombas rotativas
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Atrito no mancal 
O movimento das peças nos mancais é
dificultado por uma resistência chamada
atrito.
O QUE É ATRITO
É a fricção entre dois corpos duros ou com 
sua superfície apresentando certa áspereza
em contato uma com a outra;
Surge quando as superfícies de dois 
corpos estão em contato. A sua 
determinação depende da força Normal e do 
coeficiente de atrito
A força de atrito é uma força que se opõe
ao movimento dos corpos. Ela pode ser
estática, se o corpo estiver em repouso, ou
dinâmica, para corpos em ...
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Atrito:
Quando em rotação, o eixo desloca-se para
uma posição lateral, na direção do sentido de
rotação.
Com esse desvio lateral do motor, deforma-se
um espaço cuneiforme no lado oposto. O
lubrificante deve afluir através de uma ranhura a
essa folga em forma de cunha, para que nele se
forme uma cunha de material lubrificante,
originando-se assim forças de pressão que
suportem o eixo.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Lubrificantes e Lubrificação
Lubrificantes:
a) Objetivos Principais: reduzir o atrito; -
reduzir o desgaste; - reduzir o aquecimento -
das superfícies em contato. 
b) Objetivos Complementares: proteger as 
superfícies contra a ferrugem; e - efetuar uma 
vedação adequada.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Lubrificantes e Lubrificação
a) Objetivos Principais: 
reduzir o atrito;
reduzir o desgaste;
reduzir o aquecimento das 
superfícies em contato. 
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Lubrificantes e Lubrificação
b) Objetivos Complementares: 
proteger as superfícies contra a 
ferrugem;
efetuar uma vedação adequada.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Divisão geral: 
Óleos minerais: destilação do petróleo;
Óleos orgânicos: óleo de oliva, óleo de rícino, etc; -
Misturas: óleos minerais/orgânicos (engordurados); 
Óleos sintéticos; 
Soluções aquosas de álcalis;
Lubrificantes grafíticos. 
“Quando os mancais devem ser operados a 
temperaturas extremas, um lubrificante de filme sólido, 
como grafite ou dissulfeto de molibdênio, deve ser 
utilizado, pois os óleos minerais não são satisfatórios”.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
Divisão geral: 
Óleos minerais: destilação do petróleo;
Óleos orgânicos: óleo de oliva, óleo de rícino, etc; -
Misturas: óleos minerais/orgânicos (engordurados); 
Óleos sintéticos; 
Soluções aquosas de álcalis;
Lubrificantes grafíticos. 
“Quando os mancais devem ser operados a 
temperaturasextremas, um lubrificante de filme sólido, 
como grafite ou dissulfeto de molibdênio, deve ser 
utilizado, pois os óleos minerais não são satisfatórios”.
MANCAIS DE DESLIZAMENTO
a) Lubrificação limitada: é aquela onde a película de 
óleo se rompe não resistindo às condições de trabalho. 
É como se não existisse lubrificante algum entre as 
superfícies; 
b) Lubrificação fluída: acontece quando as superfícies 
são separadas pela interposição de uma película 
lubrificante; 
c) Lubrificação semifluida: ocorre quando a espessura da 
película inicia a fase perigosa de poder se romper, pois, 
tende a se encaminhar para a zona onde as condições 
de lubrificação são limitadas. 
Bibliografia
• BUDYNAS, R. G.; NISBETT J. K. Elementos de Máquinas de
Shigley – Projeto de engenharia mecánica. Porto Alegre: Bookman,
2011.
• JUVINALL, Robert & MARSHEK, Kurt M., Projeto de
Componentes de Máquinas, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2008.
• NORTON, Robert L., Projeto de Máquinas – Uma abordagem
integrada, Porto Alegre: Bookmann, 2013.
• Trabalho Acadêmico e Apresentação formatada por meio de
seminário da Turma de 7º e 8º semestres Engª Mecânica da UNIP
– Universidade Paulista, Campus Rangel , Santos/SP, out/2015.
• Trabalho Acadêmico e Apresentação formatada por meio de
seminário da Turma de 9º e 10º semestres Engª Mecânica da
UNIP – Universidade Paulista, Campus Rangel, Santos/SP,
out/2015.