Mecânica Aplicada -Elementos de Fixação

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Vínculos de elementos 
e máquinas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Definir vínculos de elementos e máquinas.
 � Reconhecer os elementos de apoio de eixos.
 � Identificar mancais e rolamentos.
Introdução
Neste capítulo, você estudará os elementos de máquinas e os mecanis-
mos fundamentais na formação de um profissional capaz de trabalhar 
na indústria. Além de ser essencial no projeto de equipamentos, este 
estudo faz-se muito necessário para detecção e aplicação de manutenção 
em um equipamento. Dentre os elementos que compõem a mecânica 
aplicada, os de apoio são fundamentais, pois servem como acessórios 
auxiliares ao funcionamento de uma máquina. 
Destacamos um elemento familiar: o rolamento. Este tem a função 
de reduzir o atrito entre um elemento girante e um eixo, evitando o 
desgaste. Suas aplicações vão desde as mais simples, como o movimento 
de um eixo no dispositivo de furação, até o movimento de geradores 
em indústrias de grande porte. Esses sistemas têm elementos de apoio e 
de deslocamento linear e rotativo, para garantir que os esforços gerados 
pelos vínculos dos elementos de movimentação não danifiquemos as 
máquinas e, por sua vez, minimizem o atrito, juntamente com o desgaste 
excessivo e consequente quebra de elementos e máquinas.
Conheceremos e entenderemos o conceito de vínculos de elementos 
e máquinas, sua classificação segundo os movimentos, a eficácia vincular 
e sua classificação estrutural. Também, reconheceremos a definição e 
aplicação dos elementos de apoio de eixos, como buchas, guias e mancais 
de rolamento. Por fim, identificaremos os mancais e rolamentos segundo 
sua aplicação e classificação, assim como as vantagens de sua utilização 
e os tipos de rolamentos, elementos de máquinas comuns em todas as 
máquinas industriais.
Vínculos de elementos e máquinas
Os vínculos dos elementos de máquinas são todos os de ligação entre as partes 
componentes de uma estrutura ou entre a estrutura e o solo. Toda condição 
geométrica que limite a mobilidade de um corpo chama-se vínculo. Os vín-
culos devem impedir que a estrutura perca sua forma e se movimente, todavia 
permitem as deformações elásticas das peças da estrutura.
Classificação dos vínculos
Os vínculos são classificados segundo os movimentos que impedem. Exami-
naremos os vínculos no caso plano, em que uma barra apresenta três graus 
de liberdade: duas translações e uma rotação.
Vínculo de 1ª classe: impede um único movimento da estrutura.
Representação: 
Exemplo: apoio simples.
F
→
Vínculos de elementos e máquinas2
Vínculo de 2ª classe: impede dois movimentos da estrutura.
Representação:
Exemplo: movimento do carrinho somente no eixo X.
Vínculo de 3ª classe: impede os três movimentos da estrutura.
Representação: 
Exemplo: engaste.
3Vínculos de elementos e máquinas
Eficácia vincular: para que a vinculação seja eficaz, é necessário que a quan-
tidade de vínculos seja suficiente para impedir os movimentos da estrutura e, 
ainda, esses vínculos estejam corretamente distribuídos.
Vinculação eficaz:
F
→
2
F
→
1
Vinculação ineficaz:
F
→
2
F
→
1
Para aprofundar neste estudo, leia o livro Elementos de máquinas de Shigley, 10. ed. 
(BUDYNAS e NISBETT, 2016).
Vínculos de elementos e máquinas4
Classificação estrutural: conforme o número de vínculos, A estrutura pode 
ser de três tipos. 
1. Hipoestática — o número de vínculos é insuficiente para impedir os 
movimentos da estrutura.
F
→
2
F
→
1
2. Isostática — o número de vínculos é suficiente para impedir os movi-
mentos da estrutura.
F
→
2
F
→
1
3. Hiperestática — o número de vínculos é mais do que suficiente para 
impedir os movimentos da estrutura.
F
→
2
5Vínculos de elementos e máquinas
Conhecemos os vínculos dos elementos de máquinas, sua classificação e eficácia, 
entretanto também devemos nos aprofundar nos estudos de seus cálculos, por meio 
da consulta em livros. Caso os cálculos sejam realizados de forma errônea, isso compro-
meterá toda a estrutura da máquina e os seus elementos, causando prejuízos enormes 
em relação a custos, assim como riscos à segurança dos montadores, operadores e 
mecânicos que utilizarem esses equipamentos.
Elementos de apoio de eixos
Os elementos de apoio são acessórios auxiliares para o perfeito funcionamento 
de máquinas, equipamentos e dispositivos. Eles podem ser divididos em três 
tipos:
 � buchas;
 � guias;
 � mancais.
Buchas
As buchas são elementos de apoio dos eixos das máquinas, de formato ge-
ralmente cilíndrico — em alguns casos específicos, podem ser cônicos. De 
forma geral, sua utilização normalmente é para apoiar os eixos de máquinas. 
Esse tipo de elemento de apoio é fabricado em metal antifricção, como 
as ligas de cobre, zinco, estanho, chumbo e antimônio, ou ainda de materiais 
plásticos; também é comum encontrarmos buchas de bronze, que é uma liga 
de cobre e estanho (Figura 1). As buchas devem ser sempre fabricadas com 
material de dureza menor do que o do eixo. Dessa forma, todo o desgaste é 
direcionado à bucha, que é o elemento intercambiável — ou seja, economica-
mente, é mais viável substituir a bucha ao invés de todo o eixo. 
Vínculos de elementos e máquinas6
Figura 1. Buchas.
Fonte: Mr.1/Shutterstock.com; Prabhjit S. Kalsi/Shutterstock.com.
Não se esqueça de que, nos casos em que o eixo desliza dentro da bucha, deve haver 
sempre lubrificação. Caso não ocorra, o tempo de vida útil da bucha, que é de um 
material menos duro que o eixo, será bem menor. Essa falta de lubrificação poderá, 
também, danificar os eixos.
7Vínculos de elementos e máquinas
As buchas são definidas quanto ao tipo de trabalho a ser realizado. Sendo 
assim, elas podem ser de:
 � fricção radial para esforços radiais; 
 � fricção axial para esforços axiais;
 � cônicas para esforços nos dois sentidos.
Bucha de fricção radial
As buchas de fricção radial podem ter vários formatos e ser fabricadas com 
corpo cilíndrico. Elas têm uma entrada que possibilita a colocação de lubrifi-
cantes (Figura 2). Como exemplo, temos sua utilização em peças para pequenas 
cargas e em lugares de fácil manutenção.
Em alguns casos, essas buchas são cilíndricas na parte interior e cônicas 
na parte externa. Os extremos são roscados e têm três rasgos longitudinais, 
o que permite o reajuste das buchas nas peças.
Figura 2. Montagem de um eixo e rolamento em uma bucha radial.
Fonte: Maxuser/Shutterstock.com.
Vínculos de elementos e máquinas8
Bucha de fricção axial
Diferentemente da radial, a utilização da bucha de fricção axial é para suportar 
o esforço de um eixo em posição vertical, ou seja, para esforços que exigem 
forças axiais (Figura 3).
Figura 3. Montagem de um eixo e rolamento em uma bucha axial.
Fonte: Maxuser/Shutterstock.com.
Bucha cônica
Menos utilizada que as radiais e axiais, o tipo de bucha cônica é utilizado 
para suportar um eixo do qual se exigem os dois tipos de esforços: os radiais 
e os axiais. 
9Vínculos de elementos e máquinas
Guias
Guias são elementos de apoio de máquinas, como sugere sua denominação, 
utilizados juntamente com outros elementos de movimento para guiar o seu 
deslocamento. Elas fazem com que o elemento de movimentação tenha uma 
trajetória preestabelecida. 
Quando a movimentação é realizada de forma retilínea, são utilizadas 
guias cilíndricas ou prismáticas, que, por sua vez, deslizam dentro de outra 
peça com forma geométrica semelhante (Figura 4).
Figura 4. Guias de deslizamento linear.
Fonte: Surasak_Photo/Shutterstock.com.
As guias são classificadas em dois grupos: 
 � guias de deslizamento;
 � guias de rolamento.
Vínculos de elementos e máquinas10
Guias de deslizamento
Em todas as máquinas-ferramenta, são utilizados vários perfis e combinações 
para se obter as guias de deslizamento (Figura 5), também conhecidas como 
barramentos. Elas podem ser fabricadas com perfil do tipo cilíndrica, par de 
faces paralelas, “rabo de andorinha” e prismático.
Figura 5. Guiasde rolamento e de deslizamento.
Fonte: Surasak_Photo/Shutterstock.com; Mr.1/Shutterstock.com.
As superfícies das guias entram em contato constante, geram atrito e, 
consequentemente, desgaste. Mesmo sendo lubrificadas com o passar do 
tempo, são geradas folgas no sistema, que, para serem evitadas, utilizam-se 
réguas de ajustes. Quando não houver mais a possibilidade de ajustar essas 
réguas, as guias devem ser substituídas por novas.
11Vínculos de elementos e máquinas
Assim como as buchas, esses elementos de apoio, que são o conjunto de guias de 
deslizamento, imprescindivelmente devem estar sempre lubrificados.
Guias de rolamento (esferas)
As guias de rolamento (Figura 5), durante sua movimentação, geram menos 
atritos que as guias de deslizamento, em função de termos elementos rotativos 
(esferas) acoplados. Em alguns casos, essas guias contêm várias esferas para 
auxiliar a movimentação e dar mais resistências ao desgaste, assim como 
maior precisão nos deslocamentos — um exemplo conhecido é a guia de 
esferas recirculantes (Figura 6), utilizada em todas as máquinas de comando 
numérico computadorizado (CNC).
Figura 6. Guia de esferas recirculantes.
Fonte: Nordroden/Shutterstock.com; Mr.1/Shutterstock.com.
Vínculos de elementos e máquinas12
Para conservar as guias de deslizamento e de esferas em bom estado, são 
recomendadas as seguintes medidas:
 � manter as guias sempre lubrificadas;
 � protegê-las quando são expostas a intempéries ou meio abrasivo;
 � realizar a manutenção preventiva e preditiva, sempre que necessário.
Mancais e rolamentos
Em função da modernidade das máquinas e de sua exigência fabril em produzir 
peças com maior velocidade e qualidade, a indústria teve que desenvolver 
sistemas para diminuir sensivelmente os problemas de atrito das máquinas, 
para movimentações mais rápidas e precisas.
Foram desenvolvidos, inicialmente, os mancais de deslizamento e, a partir deles, 
os mancais de rolamento (Figura 7) e, consequentemente, os rolamentos, componen-
tes importantíssimos e presentes em praticamente todas as máquinas operatrizes.
Figura 7. Mancais de rolamento.
Fonte: Nordroden/Shutterstock.com.
O objetivo de utilizarmos os mancais de rolamento é diminuir ao máximo os 
efeitos nocivos do atrito entre as superfícies dos eixos girantes e dos seus elemen-
tos de apoio. Os mancais de rolamento apresentam uma vida útil longa e grande 
versatilidade de aplicações. Eles são escolhidos em função de uma carga dinâmica, 
na qual são considerados as diversas condições de trabalho e o tipo de rolamento. 
13Vínculos de elementos e máquinas
Os rolamentos (Figura 8) são simplesmente elementos de máquinas consti-
tuídos por dois anéis de aço separados por uma ou mais fileiras de esferas ou 
rolos. Estes são mantidos equidistantes por meio do separador ou da gaiola, a 
fim de distribuir os esforços e manter os anéis concêntricos. O anel externo 
(capa) é fixado na peça ou no mancal, e o interno é fixado diretamente ao eixo. 
São classificados em função dos seus elementos rolantes, sendo os principais 
tipos de rolamentos: de esfera, de rolo e de agulha.
Figura 8. Partes do rolamento.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com.
As dimensões e características dos inúmeros tipos de rolamentos são indicadas em 
diferentes normas técnicas e catálogos de fabricantes, como SKF, NSK e FAG. Consulte 
os sites dos maiores fabricantes de rolamentos.
www.skf.com.br
www.nsk.com.br
Vínculos de elementos e máquinas14
A seguir, veja as vantagens e desvantagens dos rolamentos em relação aos mancais 
de deslizamento.
Vantagens
 � Menor atrito e aquecimento.
 � Coeficiente de atrito de partida (estático) não superior ao de operação (dinâmico).
 � Pouca variação do coeficiente de atrito com carga e velocidade.
 � Baixa exigência de lubrificação.
 � Intercambialidade internacional.
 � Manutenção da forma de eixo.
 � Pequeno aumento da folga durante a vida útil.
Desvantagens
 � Maior sensibilidade aos choques.
 � Maiores custos de fabricação.
 � Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo.
 � Incapacidade para cargas tão elevadas, como os mancais de deslizamento.
 � Ocupação de maior espaço radial.
Classificação dos rolamentos
Quanto ao tipo de carga que suportam, os rolamentos podem ser classificados 
como:
 � radiais — suportam cargas radiais e leves cargas axiais;
 � axiais — não podem ser submetidos a cargas radiais;
 � mistos — suportam tanto carga axial quanto radial.
15Vínculos de elementos e máquinas
Tipos de rolamentos
Rolamento fixo de uma carreira de esferas
O rolamento fixo de uma carreira de esferas (Figura 9) é o mais comum deles, 
suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações 
mais elevadas. Sua capacidade de ajustagem angular é limitada, sendo neces-
sário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa.
Figura 9. Rolamento fixo de uma carreira de esferas.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com; Kaban-Sila/Shuttertock.com.
Vínculos de elementos e máquinas16
Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas
O rolamento de contato angular de uma carreira de esferas (Figura 10) admite 
cargas axiais somente em um sentido, portanto deve sempre ser montado con-
traposto a outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário.
Figura 10. Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com.
Rolamento autocompensador de esferas
O rolamento autocompensador de esferas (Figura 11) é o tipo de duas carreiras 
de esferas com pista esférica no anel externo, o que lhe confere a propriedade 
de ajustagem angular, ou seja, de compensar possíveis desalinhamentos ou 
flexões do eixo.
17Vínculos de elementos e máquinas
Figura 11. Rolamento autocompensador de esferas.
Fonte: Photo and Vector/Shutterstock.com.
Rolamento de rolos cilíndricos
O rolamento de rolos cilíndricos (Figura 12) é um tipo apropriado para cargas 
radiais elevadas, e seus componentes são separáveis, o que facilita a montagem 
e desmontagem.
Figura 12. Rolamento de rolos cilíndricos.
Fonte: FedotovAnatoly/Shutterstock.com.
Vínculos de elementos e máquinas18
Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos
O emprego do rolamento autocompensador de uma carreira de rolos (Figura 13) 
é particularmente indicado para construções em que se exige uma grande 
capacidade de suportar carga radial e compensação de falhas de alinhamento.
Figura 13. Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos.
Fonte: Mr_Mrs_Marcha/Shutterstock.com.
Rolamento autocompensador com duas carreiras de rolos
O rolamento autocompensador com duas carreiras de rolos (Figura 14) é um tipo 
para serviços mais pesados. Os rolos são de grande diâmetro e comprimento. 
Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas, existe uma distribuição 
uniforme de carga.
19Vínculos de elementos e máquinas
Figura 14. Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com.
Rolamento de rolos cônicos
Além de cargas radiais, os rolamentos de rolos cônicos (Figura 15) também 
suportam cargas axiais em um sentido. Os anéis são separáveis, ou seja, eles 
podem ser montados separadamente. Como só admitem cargas axiais em um 
sentido, de modo geral, torna-se necessário montar os anéis aos pares, um 
contra o outro.
Figura 15. Rolamento de rolos cônicos.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com; Dreamsquare/Shutterstock.com.
Vínculos de elementos e máquinas20
Rolamento axial de esferas
O tipo de rolamento axial de esferas (Figura 16) — escora simples e dupla — 
admite elevadas cargas axiais, porém não pode ser submetido a cargas radiais. 
Para que as esferas sejam guiadas firmemente em suas pistas, é necessária a 
atuação permanente de uma determinada carga axial mínima.
Figura 16. Rolamento axial de esferas.
Fonte: Byvalet/Shutterstock.com.
Rolamento axial autocompensador de rolos
O rolamento axial autocompensador de rolos (Figura 17) tem grande capaci-
dade de carga axial e, devido à disposição inclinada dos rolos,também pode 
suportar consideráveis cargas radiais. A pista esférica do anel da caixa confere 
ao rolamento a propriedade de alinhamento angular, compensando possíveis 
desalinhamentos ou flexões do eixo.
21Vínculos de elementos e máquinas
Figura 17. Rolamento axial autocompensador de rolos.
Fonte: Ildarss/Shutterstock.com.
Rolamento de agulhas
O rolamento de agulhas (Figura 18) apresenta uma secção transversal muito 
fina, em comparação aos rolamentos de rolos comuns. É utilizado especialmente 
quando o espaço radial é limitado.
Vínculos de elementos e máquinas22
Figura 18. Rolamento de agulhas.
Fonte: Tschub/Shutterstock.com; SergeyMarina/Shutterstock.com.
Na montagem dos rolamentos, devemos ter os seguintes cuidados:
 � verificar se as dimensões de eixo e cubo estão corretas;
 � usar lubrificante recomendado pelo fabricante;
 � remover rebarbas;
 � lavar e lubrificar imediatamente, no caso de reaproveitamento de rolamento;
 � não usar estopa nas operações de limpeza;
 � trabalhar em ambiente livre de pó e umidade.
23Vínculos de elementos e máquinas
1. Em qual tipo de estrutura o 
número de vínculos é suficiente 
para impedir os movimentos?
a) Estrutura hiperestática.
b) Estrutura isostática.
c) Estrutura hipoestática.
d) Estrutura monostática.
e) Estrutura multiestática.
2. Qual material não é indicado 
na fabricação das buchas?
a) Bronze.
b) Latão.
c) Plástico.
d) Alumínio.
e) Aço liga.
3. Qual a finalidade de utilizarmos 
mancais de rolamento?
a) Aumentar a sustentação dos eixos 
das máquinas, evitando a fadiga 
do eixo por excesso de carga radial.
b) Aumentar a resistência à 
vibração e manter a velocidade 
do eixo uniforme.
c) Diminuir o atrito entre as 
superfícies dos eixos girantes e 
dos seus elementos de apoio.
d) Diminuir a vibração dos eixos 
em relação às alterações 
das velocidades.
e) Diminuir o aquecimento das 
partes móveis e aumentar 
a resistência à tração.
4. O que não é uma vantagem da 
utilização dos rolamentos em relação 
aos mancais de deslizamento?
a) Baixa exigência de lubrificação.
b) Pequeno aumento da folga 
durante a vida útil.
c) Intercambialidade internacional.
d) Ocupação de menor 
espaço radial.
e) Menor atrito e aquecimento.
5. Qual rolamento compensa os 
desalinhamentos e flexões dos eixos?
a) Rolamento autocompensador 
de esfera.
b) Rolamento fixo de uma 
carreira de esferas.
c) Rolamento de rolos cilíndricos.
d) Rolamento de rolos cônicos.
e) Rolamento axial 
compensador de agulhas.
BUDYNAS, R. G.; NISBETT, J. K. Elementos de máquinas de Shigley. 10. ed. Porto Alegre: 
AMGH, 2016.
Leituras recomendadas
BONJORNO, J. R. et al. Física fundamental: volume único. São Paulo: FTD, 1999.
MELCONIAN, S. Elementos de máquinas. 8. ed. São Paulo: Érica, 2007.
MELCONIAN, S. Mecânica técnica e resistência dos materiais. 14. ed. São Paulo: Érica, 2004.
Referência
Vínculos de elementos e máquinas24
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.