Elementos de Máquinas - Mancais e Buchas

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS – TRABALHO SOBRE MANCAIS
Londrina
2019
INTRODUÇÃO
Mancais são elementos de máquinas que servem de apoios fixos aos elementos dotados de movimentos giratórios (eixos). O mancal é composto de uma estrutura geralmente de ferro fundido e bipartida (base tampa), que encerra o casquilho, no interior do qual gira o eixo.
A maioria das máquinas e equipamentos possuem mancais. É sua função posicionar um elemento de máquina que gira em relação a outro. Em outras palavras, os mancais são componentes de máquinas destinados a assegurar movimentação rotativa entre duas superfícies, com baixo nível de atrito. São conjuntos destinados a suportar as solicitações de pesoe rotação de eixos e árvores. Tipos de mancais:
Mancais deslizantes: são todos os mancais cujo trabalho se baseia no deslizamento dos elementos envolvidos;
Mancais de rolamento: são todos os mancais cujo trabalho se baseia no rolamento dos elementos envolvidos (mais utilizados nas indústrias mecânicas).
Independente das carasterísticas do mancal (se é deslizante ou de rolamento), é extremamente importante conhecer na transmissão qual deve ser o mancal fixo e qual deve ser o mancal móvel.
Os mancais devem ser montados dentro de um alinhamento preciso, para não trabalhar em um regime forçado e, conseqüentemente, não causar danos ao equipamento.
TIPOS EXISTENTES DE MANCAIS EM RELAÇÃO A FORMA DE APLICAÇÃO DA CARGA
Embora todos os mancais de rolamentos de esferas reduzam a rotação, alguns mancais de rolamentos de alta precisão são especialmente fabricados para suportar pesos, ou cargas do rolamento, em diferentes direções. Dois exemplos são cargas axiais, cargas de empuxo e cargas radiais.
CARGAS AXIAIS
Os rolamentos axiais, ou rolamentos de empuxo, são projetados para resistir a força na mesma direção que o eixo. Em algumas aplicações, os rolamentos de cerâmica, um tipo de rolamento radial, são usados ​​para suportar altas velocidades de rotação. Os elementos rolantes são em cerâmica, um material significativamente mais leve do que o aço. Isso reduz a força centrífuga dentro dos rolamentos de cerâmica a altas velocidades.
Finalmente, para aplicações com grandes cargas axiais, é utilizado anéis de encosto com e sem flange. Estas arruelas estão disponíveis como uma versão especial de mancais deslizantes mais populares, incluindo as buchas auto-lubrificantes. Além disso, os anéis de encosto com compósitos reforçados com fibras e PTFE são recomendados para aplicações com cargas axiais pesadas que também exigem boa resistência química.
CARGAS RADIAIS
Os rolamentos radiais de esferas são projetados para resistir forças que são perpendiculares à direção do eixo, ou cargas radiais. Alguns rolamentos de esferas podem suportar uma força radial e axial que atua sobre o eixo. Esta capacidade de carga axial-radial combinada é conseguida por contato angular axial. O ângulo desses rolamentos axial-radial permite que a carga axial e a carga radial sejam uniformemente distribuídas nos rolamentos de esferas de contato angular axial.
Os casquilhos cilíndricos são caracterizados por uma alta capacidade de carga e são projetados para suportar grandes cargas radiais. Os mancais compósitos reforçados com fibras, são particularmente adequados para tais aplicações. Para aplicações com cargas radiais elevadas e a possibilidade de cargas axiais leves, é recomendado buchas flangedas em metal polímero.
TIPOS DE APOIOS DOS MANCAIS.
Os elementos de apoio consistem de acessórios auxiliares para o funcionamento de máquinas, como exemplo: buchas, buchas, guias, rolamentos e guias, rolamentos mancais. 
Na prática, podemos observar que buchas e mancais são elementos que funcionam conjuntamente
BUCHAS.
As buchas existem desde que se passou a usar transportes com rodas e eixos. A bucha,reduz bastante o atrito, passando a constituir um elemento de apoio indispensável, estas podem ser classificadas quanto ao tipo de solicitação: em buchas de fricção radial e fricção axial.
Buchas de fricção radial.
Essas buchas podem ter várias formas. As mais comuns são feitas de um corpo cilíndrico furado, sendo que o furo possibilita a entrada de lubrificantes.
Essas buchas são usadas em peças para cargas pequenas e em lugares onde a manutenção seja fácil.
Em alguns casos, essas buchas são cilíndricas na parte interior e cônicas na parte externa. Os extremos são roscados e tem três rasgos longitudinais, o que permite o reajuste das buchas nas peças.
Buchas de fricção axial.
Essas buchas são desenvolvidas e planejadas que suportem todos os esforços que hajam nela no sentido vertical. 
Buchas Cônicas
Essas buchas são projetadas para que suportem esforços axiais e radias, quase sempre elas necessitam de um elemento de fixação o que a torna mais cara e difícil acesso a sua troco, por isso não são muito usadas em elementos de maquinas, só quando há grande precisão
Buchas-Guias
Ele auxilia o autoposicionameto de ferramenta de furo na peça, utilizando essas buchas obtém-se posição correta na peça que será usinada.
As buchas-guias são elementos de precisão sujeitas a desgastes por atrito. Por isso, elas são feitas de aço duro, com superfícies bem lisas de preferência retificadas.
ROLAMENTOS
Os mancais de rolamento dispõem de elementos rolantes: esferas, roletes e agulhas. De acordo com as forças que suportam, os mancais podem ser radiais, radiais axiais ou mistos.
Os mancais de rolamentos apresentam as seguintes vantagens: · 
Menor atrito e aquecimento. 
Pouca lubrificação. · 
Condições de intercâmbio internacional. ·
Não desgasta o eixo. · 
Evita grande folga no decorrer do uso.
Mas também, os mancais de rolamentos têm algumas desvantagens: 
Muita sensibilidade a choques. 
Maior custo de fabricação. ·
Pouca tolerância para carcaça e alojamento do eixo. ·
Não suportam cargas muito elevadas. ·
Ocupam maior espaço radial.
CRITÉRIOS PARA AS ESPECIFICACOES DOS MANCAIS.
ASSENTO DO ROLAMENTO DO EIXO.
Os ajustes recomendados para rolamentos em eixos maciços de aço em mancais de ferro fundido estão disponíveis em Rolamentos, unidades e mancais no catálogo SKF Rolamentos de esferas.
Se forem utilizadas buchas de fixação ou de desmontagem, o assento da bucha no eixo deve ser usinado para a classe de tolerância h9 ou superior. O desvio radial total deve ser IT5/2 para a classe de tolerância h9.
Se os rolamentos serão montados diretamente no eixo, a tolerância de cilindricidade e a tolerância de desvio total do assento do rolamento devem, dependendo dos requisitos, ser um a dois graus de tolerância superiores à tolerância dimensional prescrita. Os encostos para anéis do rolamento devem ter uma tolerância de perpendicularidade e uma tolerância de desvio axial total de pelo menos um grau de tolerância IT superior à tolerância de diâmetro do assento cilíndrico associado.
ASSENTO OU SUPERFÍCIE DE APOIO DA VEDAÇÃO DE EIXO.
As recomendações são fornecidas na seção de produto relevante. Geralmente, as superfícies de apoio da vedação devem ser usinadas para a classe de tolerância h9ou superior e a cilindricidade deve ser de grau de tolerância IT5.
RUGOSIDADE SUPERFICIAL DO EIXO.
Nas posições da bucha e da vedação, a superfície do eixo deve ter uma rugosidade superficial Ra ≤ 3,2 μm (125 μin.). As recomendações para a rugosidade superficial de assentos de rolamentos cilíndricos são fornecidas em Rolamentos, unidades e mancais e no catálogo SKF Rolamentos de esferas.
SUPERFÍCIE DE APOIO DO MANCAL.
Para maximizar a vida útil do rolamento e prevenir a deformação do furo do mancal, a SKF recomenda que a planicidade da superfície de apoio do mancal seja grau de tolerância IT7 de acordo com a norma ISO 1101:2012. A superfície deve ser concluída com uma rugosidade superficial Ra ≤ 12,5 μm (500 μin.).
MANCAIS DE GUIAS
Guia é um elemento de máquina que mantém, com certo rigor, a trajetória de determinadas peças. No caso de se desejar movimentoretilíneo, geralmente são usadas guias constituídas de peças cilíndricas ou prismáticas. Essas peças deslizam dentro de outra peça com forma geométrica semelhante.
CLASSIFICAÇÃO.
 	As guias classificam-se em dois grupos: guias de deslizamento e de rolamento. As guias de deslizamento apresentam-se, geralmente, nas seguintes formas:
MATERIAL DE FABRICAÇÃO 
Geralmente, o barramento, ou seja, conjunto de guias de deslizamento é feito com ferro fundido. Conforme a finalidade do emprego da guia, ela pode ser submetida a um tratamento para aumentar a dureza de sua superfície.
LUBRIFICAÇÃO 
As guias são lubrificadas com óleo, que é introduzido entre as superfícies em contato por meio de ranhuras ou canais de lubrificação. O óleo deve correr pelas ranhuras de modo que atinja toda a extensão da pista e forme uma película lubrificante.
GUIAS DE ROLAMENTO 
As guias de rolamento geram menor atrito que as guias de deslizamento. Isto ocorre porque os elementos rolantes giram entre as guias.
CONSERVAÇÃO DE GUIAS 
Para conservar as guias de deslizamento e de rolamento em bom estado, são recomendadas as seguintes medidas:
Manter as guias sempre lubrificadas.
Protegê-las quando são expostas a um meio abrasivo.
Protegê-las com madeira quando forem usadas como apoio de algum objeto.
Providenciar a manutenção do ajuste da régua, sempre que necessário.
EXEMPLO DE APLICAÇÕES DE MANCAIS 
MANCAIS DE ESCORREGAMENTO, DESLIZAMENTO OU BUCHA
São constituídos de uma bucha fixada em um suporte e são utilizados em máquinas pesadas e em equipamentos de baixa rotação, pois este tipo mancal possui atrito elevado, quando comparado com os outros mancais e em altas rotações superaqueceria. São simples de montar e desmontar, e apresentam vida útil prolongada se respeitados os ciclos de lubrificação, limpeza e alinhamento.
MANCAIS DE ROLAMENTO
Os de Rolamento são constituídos de dois anéis concêntricos e entre esses são colocados elementos rolantes, tais como esferas, agulhas ou roletes. São indicados em projetos que exigem maior velocidade e menor atrito.
MANCAIS HIDRODINÂMICOS
São conjuntos mecânicos formados por um eixo e uma bucha, nos quais o diâmetro do eixo é muito próximo diâmetro interno da bucha, de tal forma que quando montados, a folga existente entre esses dois elementos seja muito pequena e acomode um filme de óleo lubrificante que impeça o contato direto entre as duas partes durante suas operações, situação em que se atinge o regime de lubrificação hidrodinâmica. 
São empregados em turbo máquinas por permitirem altas cargas em altas velocidades. Além disso, a vida de um mancal de deslizamento, teoricamente, é infinita, uma vez que não existe contato entre peças com movimento relativo, garantindo longa continuidade operacional.
MANCAIS HIDROSTÁTICOS
Por apresentarem precisão extremamente alta e ser quase isento de desgaste, são empregados em aplicações de alta precisão, como por exemplo em máquinas de medição, máquinas de testes e máquinas ferramentas.
O funcionamento deles ocorre através de um sistema de alimentação de lubrificante com pressão externa, pressionando continuamente o lubrificante líquido através de canais de entrada para câmaras entre as superfícies dos mancais. Desta forma, as superfícies dos mancais são separadas por um filme de lubrificação fino e, assim, não será gerado nenhum atrito. Isto possibilita uma regulagem de posição de alta precisão, na faixa de sub-micrometros.
Ao contrário dos mancais hidrodinâmicos, nos hidrostáticos não ocorre resistência de deslize no início ou parada do equipamento, que apesar de pequenas, geram desgastes nestes produtos.
MANCAIS AEROSTÁTICOS
São lubrificados a filme de ar, cuja camada tem espessura entre 5 e 30 micrômetros. As superfícies deste tipo de mancais são intercaladas com camadas de ar comprimido, que é fornecido por um ou mais bocais no mancal, que servirá para separar as superfícies.
Estes mancais suportam altas temperaturas, quase não geram calor; estão livres de vibrações quando comparados com outros tipos, apresentam pequeno erro médio de giro do mancal (excentricidade), apresentam baixo ruído de operação; o ar pode escapar para o ambiente sem perigo de contaminação, não havendo necessidade de equipamento auxiliar para reciclagem; fricção mínima e exatidão elevada a altas e baixas velocidades; não necessitam lubrificação e não há desgaste.
REFERÊNCIAS
https://www.abecom.com.br/o-que-sao-mancais/
https://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/468-mancais
https://www.ggbearings.com/pt/faq/o-que-sao-os-mancais-radiais-e-axiais
http://essel.com.br/cursos/material/01/ElementosMaquinas/14elem.pdf
http://essel.com.br/cursos/material/01/ElementosMaquinas/16elem.pdf