PM 2016 Aula 6 Mancais de Rolamentos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
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A
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M
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m
e
Elementos de Máquinas II
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9. ELEMENTOS DE APOIO Mancais de Deslizamento
F
Mancais de Rolamento 
T
Eixo Lh á0O = e sen O
Óleo
Mancal FF
d
hmáx
h min
e
Óleo
e.sen O
p
FF
p
d
Qmáx p
máx
n
O =
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Escolha do tipo de mancal
Mancais de Rolamento Mancais de DeslizamentoMancais de Rolamento
•Suportam esforços radiais e axiais
Mancais de Deslizamento
•Suportam maiores cargas
•Podem ser pré-carregados para reduzir deflexão
•Exige maior espaço na direção axial
•Mais silenciosos em altas velocidades
•Exigem mais espaço radial
•Menores folgas ⇒ maior custo
•Padronização ⇒ menor custo
•Isolamento elétrico
•Problemas de temperatura
•“avisam”, através de ruído, a falha iminente
•Lubrificação permanente ⇒ dispensa manutençãoç p p ç
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CUNHAJAR
Highlight
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9. ELEMENTOS DE APOIO 
MANCAIS DE ROLAMENTO BearingsMANCAIS DE ROLAMENTO - Bearings
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.1. Nomenclatura
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
-1 ou 2 carreiras
p
-Contato angular
-Contato angular montagem dupla
radiais
-Auto compensadores1. Rolamentos de Esferas
- Rígido de 1 ou 2 carreiras
axiais
g
-Auto compensadores
Contato angular montagem dupla-Contato angular montagem dupla
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
-1, 2 ou 4 carreiras
- Agulhas
p
g
-1, 2 ou 4 carreiras rolos cônicos
- Auto compensadores
radiais
p
2. Rolamentos de Rolos
Rolos cilíndricos
axiais
- Rolos cilíndricos
- Agulhas
Contato angular montagem dupla- Contato angular montagem dupla
- Auto compensadores
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9 2 Tipos9.2. Tipos.
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentos
radiais de 
esferas
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentos
radiais de 
esferas (cont.)
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9.2. Tipos:
1. Rolamentos
radiais de 
esferas (cont.)
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentos 
radiais de 
A – Desenho técnico
do rolamento radial
de esferasesferas (cont.) de esferas. 
B – Rolamento radial
de esferas.
A B
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9.2. Tipos:
1. Rolamentos
radiais de 
A – Rolamento radial
de duas carreiras
de esferas e pistaesferas (cont.) de esferas e pista profunda. 
B – Rolamento
autocompensador
de esferas.
A B
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A B
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9.2. Tipos:
2. Rolamentos
de contato
angular
- Desenho técnico de 
rolamento esférico 
de contato angularangular. de contato angular.
A - Angulação menor.
B - Angulação maior.
A B
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A B
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9.2. Tipos:
2. Rolamentos de contato
angular - montagem.
Tandem "X" "O"
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9.2. Tipos:
2. Rolamentos
de contato
angularangular.
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9.2. Tipos:
3. Rolamentos 
axial de 
A - Desenho técnico 
de rolamento 
i l d lrolos axial de rolos.
B - Rolamento 
i l d laxial de rolos.
A B
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A B
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9.2. Tipos:
3. Rolamentos
de axial rolos (cont.)
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9.2. Tipos:
3. Rolamentos de axial rolos (cont.)
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9.2. Tipos:
4. Rolamentos
de rolos
A - Rolamento 
de rolos cônicos.
( d l ã )cônicos. (grande angulação)
B - Rolamento 
d l ô ide rolos cônicos
disposto e X.
(pequena angulação)
A B
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A B
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9.2. Tipos:
1. Rolamentos
de rolos 
cônicos
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9.2. Tipos:
4. Rolamento de rolos cônicos 
de 4 carreiras
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos
auto compensadores de rolos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos auto compensadores
de rolos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos
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9.2. Tipos:
6. Rolamentos de agulhas
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9.2. Tipos:
6. Rolamentos 
de agulhas
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9.2. Tipos:
7. Rolamentos 
axiais
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9.2. Tipos:
7. Rolamentos 
axiais
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos
Especiais
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9.2. Tipos:
8. Rolamento bipartido
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9.2. Tipos:8. Rolamentos
de rolos
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos
de rolos
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos
de vidro
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos
de vidro
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos com cobertura cerâmica.
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas 
temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para 
altas temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.3. Mancais
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9.3. Mancais
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.4. Aplicações
R d t d l id d
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Redutores de velocidades
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9.4. Aplicações
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9.4. Aplicações
Cabeçote de M. Opt.
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9.4. Aplicações
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9.4. Aplicações
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
R i d “ d t ”
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Raio de “adoçamento”
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9.5. Montagem e Desmontagem 
Acessórios
1 Saca rolamentos1. Saca-rolamentos
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9.5. Montagem e Desmontagem 
Acessórios (cont.)
2 Montagens térmicas2. Montagens térmicas
Aparelhos de aquecimento por indução
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9.6. Esforços
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9.6. Esforços
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9.6. Esforços
Esforço radial - Fr
Esforço axial - Fa
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9.6. Esforços e tensões
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9.7. Seleção de rolamentos
1. Espaço disponível;
2. Cargas atuantes;
3. Vida.
1 E di í l1. Espaço disponível;
Normalmente, pelo menos uma das dimensões principais do rolamento é 
d t i d j t diâ t d f P é i tdeterminada no projeto: o diâmetro do furo. Porém, existem, para um mesmo 
diâmetro, vários tipos de e tamanhos de rolamentos adequados. 
Os rolamentos mais adequados são determinados através dos catálogosOs rolamentos mais adequados são determinados através dos catálogos
dos fabricantes, onde outros parâmetros de escolha, também importantes,
estão disponíveis.
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes
DefiniçõesDefinições
2.1. Capacidade de carga estática – Co
- Carga que produz uma deformação permanente e total da esfera (ou rolo)- Carga que produz uma deformação permanente e total da esfera (ou rolo)
e pista, no ponto de contato mais carregado, igual a 0.01% do diâmetro
da esfera (rolo). 
Aplicação: 
- baixas rotações (quando a falha não é devido à fadiga);
pequenas oscilações e vibrações;- pequenas oscilações e vibrações;
- rolamentos estacionário (carga por pequeno período de tempo);
- cargas de choque elevadas.
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 1 Capacidade de carga estática C determinação2.1. Capacidade de carga estática - Co - determinação
C0 = n0 x P0
onde: - C0→ tabelado pelo fabricante.
- P0→ carga estática equivalente.
P = X Fr + Y Fa (se P < Fr⇒ P = Fr)P0 = X0.Fr + Y0.Fa (se P0 < Fr ⇒ P0 = Fr)
- n0→ fator de segurança para carga estática
- X0→ fator radial. Tabelado pelo fabricante
- Y0→ fator axial
- Fr → carga radial [N]
F i l [N]
p
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- Fa→ carga axial [N]
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C2.2. Capacidade de carga dinâmica – C
- Carga que permitiria ao rolamento atingir uma vida nominal de 106 ciclos, 
com o anel externo estacionário e o interno girandocom o anel externo estacionário e o interno girando. 
- Utilização em rolamentos submetidos a cargas em rotação
C → tabelado pelo fabricante.
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)
2.2.1. Carga dinâmica equivalente - P
P = X.Fr + Y.Fa
onde:- X → fator radial. tabelado pelo fabricante
- Y → fator axial.
- Fr → carga radial [N]
- Fa→ carga axial [N]Fa→ carga axial [N]
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)
2.1.2. Carga variável :
Fm→ carga média (dentre as cargas de diversas intensidades)
3/1
2
3
21
3
1 ... ⎟⎞⎜⎛ +⋅+⋅ nFnFF 2211 ⎟⎟⎠⎜
⎜
⎝
=
n
Fm
onde:
F1,2,.. = cargas constantes durante n1, n2, ... revoluções
n = número total de revoluções
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)
2.2.3. Efeito da temperatura.
- Variação da capacidade de carga (C) com a temperatura.
T [oC] 150 200 250 300T [oC] 150 200 250 300
C 1 0.9 0.75 0.5
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9.7. Seleção de rolamentos.
3. Vida de rolamentos
3.1. Definições: 
“Se um rolamento trabalha limpo, lubrificado adequadamente e 
protegido contra poeiras e sujeiras, operando em temperaturas toleráveis, a 
única causa possível de falha é FADIGA”.
3.1.1. VIDA: 
é o número de revoluções ou horasé o número de revoluções ou horas 
atingidas por um rolamento antes 
que se manifeste o primeiro sinal de 
falha por fadiga (descascamento)falha por fadiga (descascamento) 
de um dos seus elementos.
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9.7. Seleção de rolamentos.
3.1.2. Carga Limite de Fadiga - Pu : 
- Valor de carga abaixo do qual não haverá falha por fadiga do rolamento. g q p g
(tabelado pelo fabricante)
3.1.3. Confiabilidade - R: 
- É a probabilidade de um rolamento (ou lote) atingir uma vida (L) especificada. 
17.1
1084.6
exp ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅−= L
LR
1084.6 ⎦⎣ ⎠⎝ L
Obs.: quando L = L10⇒ R = 0.90
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9.7. Seleção de rolamentos.
3.1.4. Vida Nominal – L10 : 
- É a vida que 90% dos rolamentos alcançarão ou ultrapassarão sob rotaçãoÉ a vida que 90% dos rolamentos alcançarão ou ultrapassarão sob rotação
e carga pré-estabelacidas.
OBS.: provavelmente a vida real atingida pelo rolamento 
será bastante maior que a estimada
L
a
P
CL ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=10
será bastante maior que a estimada.
P ⎠⎝
L = vida média do rolamento 
 (ou grupo)
m
a 3 → rolamentos de esferas
10/3 l t d l 0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.02
L10
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10/3 → rolamentos de rolos R [%]500 10090
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9.7. Seleção de rolamentos.
Tabela 2:
Guia para valores de vidaGuia para valores de vida 
nominal requerida (L10) em 
diferentes classes de 
máquinas.
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q
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
Mais apurada pois leva em consideração os seguintes fatores:Mais apurada, pois leva em consideração os seguintes fatores:
- confiabilidade;
- material;
di õ d f i t- condições de funcionamento.
LCL
a
⎟⎞⎜⎛ 10321321 LaaaPaaaLna ⋅⋅⋅=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅⋅⋅=
F t d di ã d f i tFator de condição de funcionamento
Fator de material
Fator de confiabilidade
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Fator de confiabilidade
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 1 Fator de confiabilidade – a14.1. Fator de confiabilidade a1
Tem por finalidade determinar outras vidas diferentes de L10, que são 
alcançadas (ou superadas) com uma probabilidade maior do que 90%.
Confiabilidade [%] Lna a1 
90 L10 190 L10a 1
95 L5a 0.62 
96 L4a 0.53 
97 L3 0 4497 L3a 0.44
98 L2a 0.33 
99 L1a 0.21 Tabela 6 – Valores de a1
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 2 Fator de material – a24.2. Fator de material a2
- Rolamentos de aço comum: a2 = 1
Rolamentos de aço especial: consultar o fabricante- Rolamentos de aço especial: a2→ consultar o fabricante
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 3 Fator de condições de funcionamento – a34.3. Fator de condições de funcionamento a3
a3 = f(ν, ν1 e T)
onde:
ν = viscosidade real do lubrificante
ν = viscosidade necessária para lubrificação adequadaν1 = viscosidade necessária para lubrificação adequada
T = temperatura de trabalho 
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 3 Fator de condições4.3. Fator de condições 
de funcionamento – a3
Diagrama 1 - valores de ν1
onde:
D = diâmetro externo [mm]
d = diâmetro interno [mm]d diâmetro interno [mm]
n = rotação [rpm]
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OBS.: válido para óleos e graxas.
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 3 Fator de condições
Viscosidade
cinemática 
média a 40º C.4.3. Fator de condições 
de funcionamento – a3
Diagrama 2 - valores de νg
onde:
T = temperatura de trabalho [oC]
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OBS.: válido para óleos e graxas.
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 3 Fator combinado (a2 a3) - a234.3. Fator combinado (a2.a3) a23
EPEP
10231 LaaLna ⋅⋅==
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4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições 
de funcionamento – aSKF
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4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições 
de funcionamento – aSKF
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4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições 
de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
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4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições 
de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
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4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições 
de funcionamento – aSKF
Tabela 8:
Valores para o fator ηcpara 
diferentes graus de lubrificação.
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9.8. Lubrificação.
9.8.1. Função:
E it t t t fí i t é d f ã d fil d ól- Evitar contato entre as superfícies através da formação de um filme de óleo;
- Distribuir e dissipar o calor;
Prevenir corrosão;- Prevenir corrosão;
- Proteção contra poeiras e sujeira.
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9.8. Lubrificação.
9.8.2. Coeficiente de atrito:
Considerando lubrificação correta e condições de operação e ç ç p ç
montagem normais, os seguintes valores de coeficiente de atrito 
devem ser utilizados:
μ Tipo de rolamento (mancal) 
0.0010 Auto-compensador 
0 0011 R l ilí d i i d
2
DFT ⋅⋅= μ
0.0011 Rolos cilíndricos guiados
0.0013 Mancal axial (escora) 
0.0015 esferas 
0 0018 Rolos cônicos T→ torque para vencer o atrito
onde:
0.0018 Rolos cônicos
 
q p
D→ diâmetro do eixo
F→ carga
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9.8. Lubrificação.
9.8.3. Regras de Lubrificação:
Graxa:
- Temperatura < 200º F;
- Baixas velocidades;
- Maior proteção contra sujeiras;
- Longos períodos sem manutenção.
Óleo:
- Altas temperaturas;
- Altas velocidades;
- Outras partes da máquina também são lubrificadas.
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9.9. Exemplo.
1. Um eixo de transmissão requer uma vida de 1800h com confiabilidade de 99%.
As características da montagem são:
- carga axial: 507 N
- carga radial: 390 N
diâ t d i 21- diâmetro do eixo: ≅ 21 mm
Baseado no quadro abaixo, reproduzido do catálogo geral do fabricante, 
d t idetermine:
a) A vida nominal (L10)
b) A capacidade de cargab) A capacidade de carga
c) Os rolamentos adequados à montagem
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9.9. Exemplo (cont.)
a) 
17.1
846
exp ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅−= L
LR
17.1
846
1800exp99.0 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅−=⇒ L hL 1340010 =⇒1084.6 ⎦⎣ ⎠⎝ L 1084.6 ⎥⎦⎢⎣ ⎠⎝ L
b) 1ª tentativa: rolamentos de esfera de contato angular: Fa ≤ Fa) g e
Fr
a =≤ e
Fr
a >
d [mm] D B C [N] C0 [N] 
Limite 
rpm massa designação 
Outras 
dim. e X Y X Y 
47 14 10200 6400 11000 7204B 1 14
20 
47 14 10200 6400 11000 ... 7204B ... 1.14
1 0 0.35 0.57 
52 15 13400 8150 10000 ... 7304B ... 
25 
52 15 11400 7650 9500 ... 7205B ... 
62 17 19500 9500 8500 7305B62 17 19500 9500 8500 ... 7305B ...
⎩⎨
⎧
=
=⇒>==
570
35.0
3.1
390
507
Y
X
e
F
Fa
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⎩ 57.0390 YFr
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9.9. Exemplo (cont.)
Assim,
ar FYFXP ⋅+⋅= ⇒⋅+⋅=⇒ 50757.039035.0P P = 400 N
c) 
aC ⎞⎛ ⎞⎛ 3C
Rolamentos de esferas
P
CL ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=10 ⇒⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=⇒
400
13400 C C = 9500 N
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9.9. Exemplo.
2. Especificar os rolamentos para uma árvore com as seguintes características:
- rotação: 360 rpm
- carga radial pura e constante: 3500 N
- diâmetro do eixo: 21 mm
- vida desejada: 50 M.rev
Solução: 
- carga e rotação baixas ⇒ rolamento de esferas radial
- cálculo da capacidade de carga:
3 LPC ⋅= ⇒⋅=⇒ 3 503500C C = 12900 N
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9.9. Exemplo.
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