Mancais de Contato com Rolamento

Prévia do material em texto

MANCAIS DE CONTATO ROLANTE
 “Os termos mancal de contato com rolamento, mancais antifricção e mancais de rolamento são utilizados para descrever uma classe de mancal em que sua carga principal é transferida por elementos em contato rolante ao invés de contato de deslizamento.” (SHIGLEY, 201, p.576)
 Desde o século I a.C, rolos eram utilizados para transportar objetos com cargas consideravelmente elevadas, porém com o surgimento de novos materiais e tecnologias de manufatura no séculos XX, foi possível o desenvolvimento de projetos de mancais mais precisos de elementos rolantes.
 Ao longo do tempo os rolamentos sofreram constantes alterações, tanto nos materiais como em sua estrutura, para melhoria de seu desempenho, ou seja, aumento de sua vida útil exercendo uma mesma condição de trabalho.
 Os mancais de rolamento quando comparados aos mancais de deslizamento apresentam vantagens como torque de partida relativamente baixo, possibilitam uma substituição simples devido sua padronização, e sua utilização em altas e baixas temperaturas. 
 Existem fatores que afetam de forma direta as características de fricção de um rolamento, que são a carga, a velocidade e a viscosidade de operação do lubrificante utilizado.
 Os rolamento devem ser projetados com dimensões especificadas, e também para receber cargas que possuem determinadas características, além de que devem possuir uma vida útil satisfatória quando operados sob condições especificadas. È necessário encontrar uma carga radial pura equivalente que produza um dano proporcional ao gerado pelas cargas radiais e de empuxo combinadas.
TIPOS DE MANCAIS
 Os mancais de elementos rolantes podem ser agrupados em duas categorias, mancais de esferas e mancais de rolos e são projetados para receber cargas radiais puras, ou cargas de empuxo individualmente, podendo também receber uma combinação dos dois tipos de cargas. 
Mancais de esferas são mais adequados para aplicações pequenas e de alta velocidade, sendo atualmente os mais utilizados, enquanto que para grandes sistemas e com cargas pesadas mancais de rolos são recomendados. É possível também diferenciar os rolamentos em radiais e axiais, referindo-se ao tipo de carga que suporta.
Para sua correta escolha é necessário verificar as condições de rotação e carga que deverão ser suportadas.
Um mancal de esferas é composto de quatro partes: O anel externo, o anel interno, as esferas ou elementos rolantes de aço endurecido e o separador também chamado de gaiola que é utilizado para manter as esferas adequadamente espaçadas evitando o contato por roçamento.
.
 
(Nomenclatura de um mancal de esferas. – General Motors Corp. GM Media Archives)
Existem diversos tipos de mancais de esferas, dentre eles estão: de sulco profundo, blindado, entalhe de enchimento, selado ou vedado, e de contato angular que após a realização dos cálculos foi definido como mais adequado para o projeto desenvolvido. 
(Livro Shigley Tipos de Mancais de esferas - pag 577 )
Os mancais de esferas de contato angular podem aguentar cargas axiais mais elevadas que mancais de esferas de pista profunda, porém somente em uma única direção e são frequentemente usados aos pares para absorver cargas axiais em ambas as direções. ( NORTON, 2013). 
 Fonte: Cortesia SKF
 Os rolamentos de esferas de contato angular são projetados para acomodar cargas axiais e radiais que trabalham de forma conjunta, sendo compostos de pistas do anel interno e externo que se movem uma em relação a outra na direção do eixo do rolamento. 
 Sua capacidade de carga axial de rolamentos de esferas aumenta proporcionalmente em relação ao seu ângulo de contato, que é definido como o ângulo entre a linha que une os pontos de contato da esfera e as pistas no plano radial.
Os mancais podem ser obtidos com blindagem em um ou ambos os lados que tem papel fundamental na proteção contra sujeira e demais resíduos que podem prejudicar seu funcionamento. Embora um mancal vedado possua lubrificação por toda a vida útil, em casos específicos é recomendada sua relubrificação. (SHIGLEY, 2011)
VIDA DO MANCAL. *
Shigley ( 2011, p. 579) Aponta que as tensões de contato ocorrem no anel interno quando a esfera do mancal de contato de rolamento realiza seu movimento, sendo assim diversos fatores influenciam diretamente na vida útil dos rolamentos. Um mancal limpo com lubrificação correta, montado e vedado de maneira que obstrua a entrada de poeira e contaminantes, operado a temperaturas razoáveis, e mantido nessas condições, tem como unica causa de falha a fadiga do metal. 
Essa fadiga metálica resulta em variadas aplicações de tensão suportadas de forma efetiva, e é necessário que haja uma maneira de quantificar sua vida util. 
Dentre as maneiras de estabelecer a vida útil do metal estão o numero de rotações do anel interno até a primeira evidencia de fadiga, e a quantidade de horas em uso com velocidade angular padrão até a primeira demonstração de fadiga. 
É necessário ressaltar que o tempo definido é uma variável contingente e possui tanto uma distribuição quanto parâmetros estatísticos relacionados.
A media de vida de um mancal individual é definida pelo numero de horas a uma velocidade constante ao qual o mancal é submetido durante sua operação, até que seja estabelecido o critério de falha. 
Os laboratórios da Timken Company definem que considera-se fadiga formações de cavidades de uma área de 6,45mm2 e observa que a vida útil do mancal ainda pode ser estendida de forma considerável além desse ponto, sendo essa uma declaração operacional de falha por fadiga em mancais de rolamento. (Shigley, 2011)
CARREGAMENTO RADIAL E AXIAL *
 Segundo ( Shigley 2011, p.585 ) um mancal de esferas é capaz de resistir a um carregamento radial e axial individualmente ou combinados. São considerados respectivamente Fa e Fr as cargas de empuxo axial e radial e Fe a carga radial equivalente, que correspondem as duas cargas juntas.
 O que diferem rolamentos radiais de axiais são que os axiais acomodam cargas que são predominantemente perpendiculares em relação ao eixo, enquanto os radiais acomodam cargas que estão de forma predominante em direção ao eixo, e ambos são classificados pelo tipo de elemento rolante e formato das pistas. (SKF)
Dentro dessa divisão são oferecidas configurações de carreira simples ou dupla, permitindo essa uma maior capacidade de carga.
Fonte: Cortesia SKF
SELEÇÃO DE ROLAMENTO
As condições e o desempenho exigido aos rolamentos aumentam e diversificam-se continuamente, assim a escolha do rolamento mais adequado para cada aplicação, dentre inúmeros tipos e dimensões, exige um estudo cuidadoso e analítico.
Quanto a seleção do rolamento, é importante definir seu tipo levando em consideração a disposição do rolamento em relação ao projeto do eixo. A facilidade na instalação e na remoção, e seu espaço permissível como dimensões e disponibilidade do rolamento também devem ser avaliados.
As dimensões dos rolamentos são definidas analisando e comparando a vida de projeto das maquinas em que serão incorporados os rolamentos e os varios limites de durabilidade dos rolamentos. 
Na seleção do rolamento, ocasionalmente, somente a vida de fadiga do rolamento é considerada, porém, há casos que exigem um estudo quanto a vida útil do lubrificante aplicado em função de sua deteorização, de desgaste, de ruído, entre outros.
Conforme a aplicação, é necessário selecionar os rolamentos que tenham sido considerados quanto suas especificações internas, como a precisão, a folga interna, o tipo de gaiola, a graxa, etc.
Não há processos de ou regras definidas para a seleção do rolamento. È importante atribuir a preferencia do estudo, no item de maior relação para com as condições e desempenho requeridos ao rolamento.
A ABMA estabeleceu dimensões de contorno padronizadas que englobam todos os mancais de rolos retose de esferas nos tamanhos métricos, definidas pelo furo do rolamento, o diâmetro externo, a largura, os tamanhos de filete no eixo e os encostos de compartimento, sendo encontrados diversos mancais com diferentes furos e larguras. (Shigley, 2011)
Dimensões e cargas nominais de mancais de Esferas, fonte: Shigley
REFERENCIAS
Projeto de Maquinas 4º edição – Norton, Robert L.
Catalogo geral NSK
Elementos de Maquinas de Shigley – Budynas, Richard G. / Nisbett, J. - 2011