Unidade II - Parte II - Mancais de Rolamento

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Prof. Rafael Beck 
 
2019/2 
Mancais de Rolamento 
Unidade II – Parte II 
Conteúdo 
Estrutura da unidade: 
1. Introdução 
2. Tipos de rolamentos 
3. Vida do mancal 
4. Identificação 
5. Lubrificação 
6. Montagem 
7. Folga e pré-carga 
1 - Introdução 
 Em mancais de rolamento, a transferência da carga se dá por meio 
dos elementos rolantes. 
 O atrito na partida é cerca de duas vezes o atrito em operação. 
Ainda assim, muito inferior ao atrito em mancais de escorregamento. 
 A carga, velocidade e viscosidade do lubrificante são parâmetros 
que afetam a funcionalidade do rolamento. 
1 - Introdução 
Figura 1.1 – Construção e nomenclatura. 
2 – Tipos de Rolamentos 
Figura 2.1 – Tipos de rolamentos de esferas. 
2 – Tipos de Rolamentos 
Figura 2.2 – Tipos de rolamentos de rolos. 
2 – Tipos de Rolamentos 
Figura 2.3 – Rolamentos auto compensadores de esferas e de rolos. 
3 – Vida do Mancal 
 A falha do rolamento consiste na primeira evidência de fadiga. Esta 
normalmente caracterizada pelo lascamento das superfícies rolantes. 
Figura 3.1 – Alguns exemplos de falha de rolamentos. 
3 – Vida do Mancal 
Figura 3.2 – Curva carga-vida confiabilidade de 0,90. 
 Quando rolamentos idênticos são testados em cargas diferentes e 
contabilizada a vida de cada grupo, a curva log-log é obtida. 
C = 0,90 
3 – Vida do Mancal 
 Um ajuste por regressão leva à, 
𝐹𝐿1 𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 (1) 
 Para rolamentos de esferas 𝑎 = 3 e para rolamentos de rolos 
cilíndricos ou cônicos 𝑎 = 10 3 . 
 Os fabricantes chamam de capacidade de carga, 𝐶10, à carga 
correspondente a uma vida de 106 revoluções, ou 𝐿10. 
3 – Vida do Mancal 
 Note que 𝐶10 é equivalente a 𝐹 na equação (1). Ainda, 𝐿10 é 
equivalente a 𝐿 na mesma equação. Podemos então escrever, 
𝐶10𝐿10
1 𝑎 = 𝐹𝐿1 𝑎 (2) 
 A vida 𝐿10 pode ser obtida pelo produto 60𝐿𝑅𝑛𝑅 , onde 𝐿𝑅 
corresponde à vida nominal em horas e 𝑛𝑅 à rotação nominal em rpm. 
3 – Vida do Mancal 
𝐶10 60𝐿𝑅𝑛𝑅
1 𝑎 = 𝐹𝐷 60𝐿𝐷𝑛𝐷
1 𝑎 (3) 
 Do mesmo modo, uma vida desejada 𝐿 pode ser obtida pelo 
produto 60𝐿𝐷𝑛𝐷, onde 𝐿𝐷 corresponde à vida desejada em horas e 𝑛𝐷 à 
rotação desejada em rpm. 
 Finalmente chegamos na relação, 
𝐶10 = 𝐹𝐷
60𝐿𝐷𝑛𝐷
60𝐿𝑅𝑛𝑅
1 𝑎 
 (4) 
3 – Vida do Mancal 
 Podemos estimar a capacidade de carga 𝐶10 para outros valores de 
confiabilidade que não o de 90%. 
 Isso é feito expressando a vida por meio de uma variável 
adimensional 𝑥 = 𝐿 𝐿10 e utilizando a distribuição de Weibull de três 
parâmetros. 
𝑅 = 𝑒𝑥𝑝 −
𝑥 − 𝑥0
𝜃 − 𝑥0
𝑏
 (5) 
onde 𝑅 é a confiabilidade, 𝑥 a variável adimensional e 𝑥0 , 𝜃 e 𝑏 são 
parâmetros estatísticos da distribuição de Weibull. 
3 – Vida do Mancal 
Figura 3.3 – Curvas de confiabilidade constante. 
Catálogo – A (log𝑥10 = 𝐿10 𝐿10 = 1 ; 𝑙𝑜𝑔𝐶10) 
B = 𝑙𝑜𝑔𝐶10 para 
confiabilidade 𝑅𝐷 
D é o ponto de projeto = 
log𝐹𝐷 correspondente à 
vida 𝑙𝑜𝑔𝑥𝐷 = 𝐿𝐷 𝐿10 e 
confiabilidade 𝑅𝐷 
3 – Vida do Mancal 
 Para obter a relação entre carga, vida e confiabilidade, é necessário 
mover-se do ponto D ao ponto A via ponto B. A relação final é, 
(6) 𝐶10 = 𝐹𝐷
𝑥𝐷
𝑥0 + 𝜃 − 𝑥0 1 − 𝑅𝐷 1 𝑏
 
1 𝑎 
 𝑅 ≥ 0.90 
 Como as cargas são frequentemente variáveis, podemos multiplicar 
𝐹𝐷 por um fator de aplicação 𝑎𝑓. A tabela I apresenta fatores para algumas 
aplicações. 
3 – Vida do Mancal 
Tabela I – Fatores de aplicação de carga. 
Tipo de Aplicação Fator de Carga 
Engrenamento preciso 1,0 – 1,1 
Engrenamento comercial 1,1 – 1,3 
Aplicações com vedações de mancal ruins 1,2 
Maquinaria sem impacto 1,0 – 1,2 
Maquinaria com impacto leve 1,2 – 1,5 
Maquinaria com impacto moderado 1,5 – 3,0 
3 – Vida do Mancal 
 Como eixos normalmente usam dois mancais, a confiabilidade 
global do eixo está relacionada com a confiabilidade do mancal A e B da 
seguinte maneira. 
(7) 𝑅 = 𝑅𝐴𝑅𝐵 
 Geralmente a confiabilidade de um mancal individual é inferior à 
confiabilidade global. Se por exemplo for solicitada uma confiabilidade 
global do eixo de 0,99 , é recomendado que cada mancal tenha 
confiabilidade de 0,99 = 0,995 pelo menos. 
3 – Vida do Mancal 
 Rolamentos de esferas suportam a cargas radiais e certo 
carregamento axial. 
 Sejam 𝐹𝑎 a carga axial e 𝐹𝑟 a carga radial, é possível determinar 
uma carga radial equivalente 𝐹𝑒 que produz o mesmo dano do que as 
cargas 𝐹𝑎 e 𝐹𝑟. 
 Define-se ainda um fator de rotação 𝑉 = 1 para o caso em que a 
pista interna gira e 𝑉 = 1,2 no caso em que a pista externa que gira. 
Observa-se que para rolamentos auto compensadores, 𝑉 = 1 em qualquer 
situação. 
3 – Vida do Mancal 
 Formam-se assim dois grupos adimensionais: 
 Plotando os dois grupos adimensionais obtemos a figura 3.4, onde 
os pontos podem ser ajustados por duas retas que definem duas regiões. 
𝐹𝑒
𝑉𝐹𝑟
 
𝐹𝑎
𝑉𝐹𝑟
 e (8) 
3 – Vida do Mancal 
Figura 3.4 – Relação entre os grupos adimensionais. 
A intersecção das retas 
define a abscissa 𝑒 
𝐹𝑒
𝑉𝐹𝑟
= 𝑋 + 𝑌
𝐹𝑎
𝑉𝐹𝑟
 𝑠𝑒 
𝐹𝑎
𝑉𝐹𝑟
> 𝑒 
𝐹𝑒
𝑉𝐹𝑟
= 1 𝑠𝑒 
𝐹𝑎
𝑉𝐹𝑟
≤ 𝑒 (9) 
(10) 
3 – Vida do Mancal 
 É comum agrupar as equações (9) e (10) em uma única equação, 
onde 𝑖 = 1 se 𝐹𝑎 𝑉𝐹𝑟 ≤ 𝑒 e 𝑖 = 2 se 𝐹𝑎 𝑉𝐹𝑟 > 𝑒. 
(11) 𝐹𝑒 = 𝑋𝑖𝑉𝐹𝑟 + 𝑌𝑖𝐹𝑎 
 A tabela II lista valores de 𝑋1, 𝑌1, 𝑋2 e 𝑌2 como função de 𝑒, que por 
sua vez, é função de 𝐹𝑎 𝐶0 , sendo 𝐶0 a capacidade de carga estática do 
rolamento. Como rolamentos de rolos não resistem à carga axial, 𝑌 = 0 
para esses rolamentos. 
3 – Vida do Mancal 
Tabela II – Fatores de carga radial equivalente para rolamentos de esferas. 
*Use 0,014 se 𝐹𝑎 𝐶0 < 0,014 . 
4 – Identificação 
 A American Bearing Manufacturers Association (ABMA) define as 
seguintes séries dimensionais para rolamentos. 
Figura 4.1 – Séries dimensionais segundo a ABMA. 
4 – Identificação 
 A identificação se dá por 5 algarismos. 
Figura 4.2 – Algarismos para identificação de rolamentos. 
4 – Identificação 
 A tabela abaixo traz alguns exemplos para rolamentos de uma 
carreira de esferas. 
Tipo de 
Rolamento 
Série Tipo Largura Diâmetro 
Externo 
Uma 
carreira de 
esferas 
68 6 (1) 8 
69 6 (1) 9 
60 6 (1) 0 
62 6 (0) 2 
63 6 (0) 3 
Nota: Normalmente omite-se a número da largura, marcados com ( ). 
Tabela III – Exemplos de identificação de rolamentos. 
4 – Identificação 
 Seguem algumas regras pra identificação do furo. 
1) Rolamentos miniatura (diâmetros de 1 a 9 mm): Usam apenas 3 dígitos, 
sendo o último o diâmetro do furo. 
601 – diâmetro 1 mm 
602 – diâmetro 2 mm 
609 – diâmetro 9 mm 
4 – Identificação 
2) A regra é fixa para as quatro dimensões abaixo. 
xx00 – diâmetro 10 mm 
xx01 – diâmetro 12 mm 
xx02 – diâmetro 15 mm 
xx03 – diâmetro 17 mm 
4 – Identificação 
3) Para furos iguais e acima de 20 mm, multiplicamos os dois últimos 
algarismos por 5. 
xx04 – diâmetro 20 mm 
xx05 – diâmetro 25 mm 
xx96 – diâmetro 480 mm 
4 – Identificação 
4) Para furos iguais maiores do que 480 mm, acrescenta-se uma (/) após a 
série do rolamento, seguida da dimensão do furo. 
xx/500 – diâmetro 500 mm 
xx/1800 – diâmetro 1800 mm 
xx/7800 – diâmetro 7800 mm 
4 – Identificação 
Tabela IV – Exemplos de numeração de rolamentos. 
Nota: Dados extraídos do catálogo NSK. 
4 – Identificação 
Tabela V – Exemplos de vedações e blindagens. 
Nota: Dados extraídos do catálogo NSK. 
 Vedaçõesblindagens, quando existentes, são classificadas por 
letras e postas como sufixos após o número do rolamento. 
5 – Lubrificação 
 As funções da lubrificação em mancais de rolamento são: 
• Prover um filme lubrificante entre as superfícies em contato. 
• Ajudar a distribuir e dissipar o calor. 
• Evitar a corrosão das superfícies do rolamento. 
• Proteger da entrada de materiais estranhos e contaminantes. 
 Segundo Liebensperger, a mudança de viscosidade dentro e fora 
da pressão de contato é equivalente à diferença existente entre as 
viscosidades do asfalto frio e do óleo leve de lubrificação de uma máquina 
de costura. 
5 – Lubrificação 
 Tanto óleo como graxa podem ser utilizados como lubrificante em 
mancais de rolamento. Abaixo seguem algumas orientações. 
Graxa Óleo 
1. Temperatura não superior a 200°F 
(93°C) 
1. Velocidades altas 
2. Velocidade baixa 2. Temperaturas altas 
3. Proteção incomum contra a entrada de 
materiais estranhos 
3. Vedações heréticas puderem ser usadas 
4. Recintos simples de mancal forem 
desejados 
4. O tipo de mancal não se presta à 
lubrificação por graxa 
5. Operação por longos períodos, sem 
atenção, for desejado 
5. O mancal for lubrificado por fornecedor 
central compartilhado com outros 
componentes 
Tabela VI – Critérios para escolha entre graxas e óleos na lubrificação de rolamentos. 
6 – Montagem 
 A figura abaixo representa as montagens comuns para rolamentos 
de contato angular. 
Figura 6.1 – Tipos de montagem de rolamentos de contato angular. 
Face a Face (DF): Cargas 
radiais e axiais em ambos 
os sentidos. Porém menor 
capacidade de suportar 
cargas de momento. 
Costa a Costa (DB): Cargas 
radiais e axiais em ambos 
os sentidos. Maior 
capacidade de suportar 
cargas de momento. 
Tandem (DT): Cargas radiais 
e axiais em apenas um 
sentido. Porém, essa 
montagem é usada para 
grandes cargas axiais. 
7 – Folga e Pré-Carga 
 Os rolamentos possuem uma folga que é inerente à fabricação. A 
folga mais comum é a C3 (mais folgado). No entanto, podemos encontrar 
rolamentos C1 e C2, sendo o C1 o de menor folga e mais caro. 
Figura 7.1 – Folga em rolamentos. 
7 – Folga e Pré-carga 
 A pré-carga é utilizada para eliminar a folga do rolamento, 
reduzindo ruído e vibração, e aumentando a vida útil do mancal. 
 É comum a utilização de arruelas onduladas ou molas helicoidais 
para produzir pré-carga. Valores de pré-carga são encontrados nos 
catálogos dos fabricante e devem sempre ser seguidos.