Elementos de máquina: mancais de rolamento

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Prof. Dr. Francisco José de Almeida 
5. MANCAIS 
 
 
5.1. Introdução 
 
A função dos mancais é diminuir o atrito, e portanto aumentar o rendimento do sistema 
mecânico, entre partes que se movem entre si. Exemplos de aplicação de mancais é entre eixos e 
carcaças de redutores e entre carros e barramentos de máquinas-ferramentas. 
Os mancais podem ser de vários tipos, a saber: 
(a) Mancal de escorregamento, ou de deslizamento, ou ainda bucha; 
(b) Mancal de rolamento, ou simplesmente rolamento; 
(c) Mancal hidrodinâmico; 
(d) Mancal hidrostático, 
(e) Mancal aerostático. 
 
5.2. Comparativo entre Mancais de Escorregamento e Mancais de Rolamento 
 
Os tipos mais comuns de mancais são os de escorregamento e os de rolamento. Cada um deles 
apresenta características específicas, com vantagens e desvantagens. A tabela abaixo apresenta 
um comparativo entre os dois tipos de mancais. 
 
Característica Bucha Rolamento 
espaço radial utilizado (para mesma carga) menor maior 
espaço axial utilizado (para mesma carga) maior menor 
facilidade de fabricação maior menor 
custo menor maior 
padronização menor maior 
necessidade de manutenção maior menor 
capacidade de carga (no mesmo tamanho) menor maior 
ruído menor maior 
capacidade de absorver vibrações maior menor 
resistência a choques maior menor 
liberdade de escolha do material do eixo menor maior 
atrito maior menor 
amaciamento necessário maior menor 
rotação admissível menor maior 
 
5.3. Mancais de Rolamento 
 
5.3.1. Construção 
O mancal de rolamento trabalha com atrito de rolamento, sendo esta a principal causa de seu 
menor atrito, em relação ao mancal de escorregamento. 
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Um rolamento padrão é formado de: 
(a) anel externo, com pista externa; 
(b) elemento girante; 
i. esfera 
ii. rolo cilíndrico 
iii. rolo cônico 
iv. rolo abaulado 
v. agulha 
(c) gaiola, 
(d) anel interno, com pista interna. 
 
 
(a) esfera; (b) rolo cilíndrico; (c) agulha; (d) rolo cônico; (e) rolo abaulado e, (f) rolo cônico abaulado. 
Elementos girantes 
 
5.3.2. Material 
Os anéis externo e interno e o elemento girante são fabricados com material de alta dureza, 
visando baixo desgaste e pequena deformação, a fim de diminuir o atrito. Por este motivo, o 
rolamento não é indicado para aplicações sujeitas a choques. Exemplos de materiais utilizados 
são: 
(a) aço temperado especial para rolamentos; 
(b) aço Si-Mn não temperado, para mancais de grandes dimensões; 
(c) aço inoxidável, para casos especiais, 
(d) bronze não magnético. 
 
A gaiola, por sua vez, é fabricada com materiais mais moles, tais como chapa de aço, bronze, 
material sintético e plástico, uma vez que sua função é apenas manter os elementos girantes 
separados. 
 
 
 
 
 
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5.3.3. Tipos de mancais de rolamento 
 
 
 
Há vários tipos de mancais de rolamentos disponíveis, cada qual com sua aplicação específica: O 
rolamento pode ser radial ou axial, em função da direção de carga que ele admite. Pode 
também ser, em função do seu elemento girante, de esferas, de rolos ou de agulhas. 
Finalmente, há rolamentos comuns, e rolamentos auto-compensadores, que permitem e 
compensam desalinhamentos do eixo em relação à carcaça. 
 
5.3.4. Aplicação 
Comparando-os com os mancais de escorregamento, mancais de rolamento são indicados para 
maiores cargas, menor disponibilidade de manutenção, maior vida útil e menor espaço axial 
disponível. 
São contra-indicados para aplicações sujeitas a choques, onde a existência de ruído é indesejável 
e para aplicações com baixa rotação e grandes diâmetros, devido ao custo. 
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Rolamentos de esferas têm menor capacidade de carga que rolamentos de rolos ou de agulhas, 
porém maior rotação admissível. 
Para diminuir a desvantagem que os rolamentos apresentam em relação aos mancais de 
escorregamento, no que diz respeito ao espaço radial utilizado, foram criados os rolamentos de 
agulhas. Caso necessário, os rolamentos de agulhas podem ser encontrados sem um dos anéis, 
interno ou externo, e mesmo sem os dois anéis. Nestes casos, as pistas serão o próprio eixo e a 
carcaça, exigindo desses dois elementos mecânicos materiais de alta dureza e alta qualidade de 
fabricação. 
 
5.3.5. Dimensionamento do Rolamento 
O dimensionamento do rolamento passa por três etapas. 
 
1a etapa: escolha do tipo do rolamento 
Para a escolha do tipo do rolamento, se considera: 
(a) a direção da carga; 
(b) a magnitude da carga; 
(c) a existência de desalinhamentos, 
(d) exigências especiais, tais como rotações elevadas (esferas), funcionamento silencioso 
(esferas) e rigidez (rolos). 
 
2a etapa: escolha do tamanho do rolamento 
Uma vez escolhido o tipo de rolamento, escolhe-se o tamanho do rolamento, através de catálogos 
de fabricantes, com base no diâmetro externo do eixo sobre o qual será montado o rolamento, 
que é nominalmente igual ao diâmetro interno do rolamento. 
 
3a etapa: verificações 
Escolhido o rolamento, retira-se do catálogo do fabricante as capacidades do rolamento, que são: 
(a) rotação máxima de trabalho - nmax - é a máxima rotação na qual o rolamento pode 
trabalhar, sem aumento excessivo de temperatura. 
(b) capacidade de carga estática - C0 - é a carga estática que causa uma deformação 
plástica permanente nos elementos girantes ou nas pistas da ordem de 0,0001 vezes o 
diâmetro do elemento girante; 
(c) capacidade de carga dinâmica - C - é a capacidade dinâmica admissível para 90% dos 
rolamentos experimentados, para uma vida de um milhão de rotações, 
 
As verificações realizadas são: 
 
(a) Rotação máxima de trabalho 
maxnntrab ≤ 
 
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(b) Capacidade de carga estática 
0min0 CC ≤ 
 
com 00min0 PsC ⋅=
e ar PYPXP ⋅+⋅= 000
 
O coeficiente de segurança s0 é dado na tabela abaixo, em função da aplicação do rolamento. 
 
 
Aplicação 
 
 
s0 
 
Rolamentos que não giram 
 
 
Pás de hélice de passo variável para aviões ≥ 0,5 
Instalações de comportas de barragens, aliviadores e eclusas ≥ 1 
Pontes móveis ≥ 1,5 
Ganchos de grandes guindastes sem forças dinâmicas 
adicionais significativas 
 
≥ 1 
Ganchos de pequenos guindastes para mercadorias a granel 
com forças dinâmicas adicionais consideráveis 
 
≥ 1,6 
 
Rolamentos em rotação 
 
 
onde o serviço é suave e sem vibrações 0,5 
onde o serviço e as condições de vibração são normais 1 
onde atuam intensas cargas de choque 1,5 a 2 
Coeficiente de Segurança para Cálculo de Mancais de Rolamento 
Capacidade de Carga Estática 
 
Os valores dos coeficientes X0 e Y0 são função do tipo de rolamento considerado e da relação 
entre as forças radiais e axiais que solicitam o rolamento. Para cada caso, são dadas nos 
catálogos dos fabricantes. 
 
(c) Capacidade de carga dinâmica - Vida do rolamento 
desesp LL ≥ 
 
com 
p
esp P
C
n
L 





⋅
=
60
000.000.1 
 
 
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com 
ar PYPXP ⋅+⋅= 
onde X e Y têm as mesmas considerações feitas para de X0 e Y0. 
 
p é função do tipo de rolamento, e vale: 3, para rolamentos de esferas 
 10/3, para rolamentos de rolos 
 
A tabela abaixo sugere valores de vidas desejadas para rolamentos, em função da aplicação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5.4. Mancais de Escorregamento 
 
5.4.1. Construção 
Mancais de escorregamento podem ser entendidos simplesmente como anéis, que serão 
montados sobre o diâmetro externo de um eixo, para o caso de mancais de escorregamento 
radiais, ou uma chapa de certa espessura sobre a qual será apoiada uma peça, para o caso de 
mancais de escorregamento axiais. São, portanto, de fácil fabricação. Este fato permite que 
qualquer empresa fabrique seu próprio mancal de escorregamento, o que trás, por conseqüência, 
a menor padronizaçãodeste tipo de elemento mecânico. 
Mancais de escorregamento são ainda muito influenciados pela qualidade da lubrificação 
utilizada. Quanto melhor a lubrificação, maior é a capacidade de carga do mancal de 
escorregamento. 
 
5.4.2. Material 
O mancal de escorregamento deve ser fabricado com material mais mole que o material do eixo 
e da carcaça entre os quais ele se coloca. Isto protege tanto o eixo quanto a carcaça de maior 
desgaste, o que diminui o custo da manutenção. É muito mais barato se trocar um mancal que o 
eixo inteiro, ou pior, uma carcaça toda. 
Além desta característica, o material do mancal deve apresentar facilidade de lubrificação e tanto 
quanto possível baixo coeficiente de atrito e alta resistência à abrasão. Assim, materiais 
utilizados são: 
(a) metal branco; 
(b) bronze; 
(c) bronze vermelho; 
(d) metal leve; 
(e) material sintético; 
(f) resina sintética, 
(g) material sinterizado. 
 
5.4.3. Dimensionamento do Mancal de Escorregamento 
 
1a etapa: escolha do material do mancal e do tamanho do mancal 
Normalmente, adota-se o material e o tamanho do mancal de escorregamento e procede-se a 
algumas verificações. 
Para escolher o material e adotar o tamanho do mancal, utilizam-se tabelas práticas, como a 
tabela abaixo. 
 
 
 
 
 
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2a etapa: verificações 
Em seguida, procede-se às seguintes verificações: 
 
(a) Pressão média solicitante no mancal 
Todo material apresenta um limite de pressão suportável. No caso do mancal de escorregamento, 
a verificação é feita utilizando-se a equação: 
admm pp ≤ 
 
com 
bd
Ppm ⋅
= 0 
 
Na verdade, a distribuição da pressão no mancal de escorregamento é muito mais complexa que 
uma distribuição uniforme, conforme pode ser visto na figura abaixo. Calcula-se uma pressão 
média para simplificar o equacionamento, majorando-se o valor da força aplicada através de um 
coeficiente de segurança s. 
PsP ⋅=0 
 
 
 
O valor do coeficiente de segurança s é função do tipo de carregamento e da lubrificação, e dado 
na tabela abaixo. 
 
 
 
A pressão admissível padm é função do material do mancal e do tipo de lubrificação, dada na 
tabela abaixo. A mesma tabela fornece a velocidade de escorregamento admissível vadm para o 
material do mancal. 
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(b) Velocidade de escorregamento no mancal 
Todo material, igualmente, apresenta uma velocidade de escorregamento máxima aceitável, sob 
risco de aquecimento excessivo. A equação para a verificação é: 
admvv ≤ 
 
com 
ndv ⋅⋅= π 
 
5.4.4. Folga no Mancal 
Todo mancal de escorregamento radial tem que apresentar uma folga (radial) entre o diâmetro 
externo do eixo e o diâmetro interno do mancal. Esta folga radial é calculada com base na 
aplicação do mancal e do material utilizado na sua fabricação, e dada na tabela abaixo. 
 
 
 
 
 
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5.4.5. Espessura do mancal 
Este cálculo é feito através de equações empíricas, como as apresentadas a seguir. 
 
cmdD 5,007,1 +⋅= para buchas embutidas 
cmdD 5,110,1 +⋅= para buchas encaixadas