Tipos de Mancais: Apresentação e Aplicações

Tipos de Mancais Apresentação O elemento mecânico mancal pode ser descrito como sendo o principal elemento de apoio utilizado em mecanismos de máquinas e equipamentos Esse importante componente foi desenvolvido em função da exigência fabril em produzir peças com maior velocidade e melhor qualidade A indústria então teve de desenvolver sistemas que diminuíssem consideravelmente os problemas gerados pelo atrito dos elementos das máquinas Para movimentações mais rápidas e precisas foram gerados dois sistemas distintos os mancais de rolamento e os mancais de deslizamento que supriram essa necessidade industrial Dentre os sistemas que compõem os elementos mecânicos é fundamental o conhecimento dos elementos de apoio e principalmente dos mancais que servem como componentes auxiliares ao perfeito funcionamento de uma máquina tendo como função a redução de atrito entre um elemento girante e um eixo evitando assim seu desgaste prematuro e a consequente quebra do mecanismo e da máquina Nesta Unidade de Aprendizagem você conhecerá e identificará as aplicações dos mancais como elementos de apoio sua descrição necessidade de desenvolvimento e melhorias constantes além das vantagens na utilização Também irá saber distinguir mancais de deslizamento em relação aos mancais de rolamento e aos acessórios que os complementam como as buchas para os mancais de deslizamento e os rolamentos para os mancais de rolamento Por fim irá conhecer e aprender sobre os esforços atuantes em mancais para determinar qual o melhor componente a ser utilizado a partir de sua aplicabilidade viabilidade técnicoeconômica e eficiência produtiva Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Aplicar mancais como elementos de apoio Distinguir mancais de deslizamento e mancais de rolamento Descrever os esforços atuantes em mancais Desafio No desenvolvimento de projetos de sistemas de apoio e movimentação é preciso conhecer e compreender os esforços que cada máquina equipamento dispositivo e elemento realizam para selecionar de forma correta os elementos mecânicos adequados à cada aplicação Suponha que na empresa em que você trabalha estão desenvolvendo um sistema automatizado de produção para uma grande empresa Você foi designado pelo seu supervisor para desenvolver uma parte desse sistema ficando responsável pelo projeto dos elementos de apoio e de movimentação Para que isso seja possível alguns fatores precisam ser considerados como reconhecer os elementos de apoio de eixos e identificar a utilização dos mancais específicos para cada aplicação Com base nas informações apresentadas determine a Qual o tipo de mancal é mais adequado para o primeiro sistema de movimentação de máquina b Qual o tipo de mancal é mais adequado para o segundo sistema de movimentação de máquina c Quais são os elementos internos dos mancais selecionados a Infográfico As máquinas e equipamentos possuem os elementos montados em sistemas de apoio necessários às movimentações rápidas e precisas Dentre os elementos de apoio destacamse os mancais de rolamento e deslizamento que proporcionam a base desses sistemas e seus elementos internos para redução de atrito Os sistemas em questão demandam alta tecnologia e estão em constante atualização Confira no Infográfico o que são os mancais de rolamento e deslizamento seus principais elementos de apoio e movimentação que fazem parte dos sistemas das máquinas além de seus elementos internos como os rolamentos e buchas que garantem os movimentos destes equipamentos de forma precisa minimizando os atritos e esforços gerados pelas forças radiais axiais e combinadas Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Tipos de mancais Conteúdo do livro Todas as máquinas e equipamentos possuem elementos de apoio e de movimentação necessários às suas devidas movimentações dependendo da complexidade de sua utilização fabril em maior ou menor número de componentes Dentre esses elementos de apoio o principal são os mancais e seus respectivos componentes No capítulo Tipos de mancais da obra Elementos de máquinas base teórica desta Unidade de Aprendizagem você vai conhecer os sistemas de apoio como mancais de rolamento e mancais de deslizamento e seus componentes como buchas e rolamento Vai entender também como funcionam as forças aplicadas em cada um desses elementos mecânicos essenciais ao funcionamento das máquinas e equipamentos ELEMENTOS DE MÁQUINAS Marcelo Quadros Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto você deve apresentar os seguintes aprendizados Aplicar mancais como elementos de apoio Distinquir mancais de deslizamento e mancais de rolamento Descrever os esforços atuantes em mancais Mancais como elementos de apoio Desde a invenção da roda e consequentemente dos eixos o homem teve pro blemas com o atrito Para superálos surgiu a ideia de colocar entre o eixo e a roda um anel de metal que foi chamado de bucha Com o tempo ela foi modificada e aprimorada gerando os componentes denominados mancais Veja a Figura 1 Figura 1 Primeiras utilizações dos mancais Fonte Khoroshunova OlgaShutterstockcom AndreeaDragomirShutterstockcom Inicialmente foram desenvolvidos os mancais de deslizamento A partir deles criaramse os mancais com rolamentos componentes importantíssimos que estão presentes em praticamente todas as máquinas operatrizes Os mancais são elementos de máquinas que servem de apoio fixo para eixos Figura 2 Geralmente são compostos de uma estrutura bipartida base tampa de ferro fundido que encerra o casquilho no qual gira o eixo Existem diversos tipos de mancais tais como os de escorregamento de deslizamento ou bucha de rolamento hidrodinâmicos hidrostáticos e aeroestáticos Tipos de mancais 2 Na área da mecânica técnica os mancais são considerados como elementos de apoio Consistem de acessórios auxiliares para o perfeito funcionamento de máquinas equipamentos e dispositivos Os elementos de apoio são divididos em três tipos buchas guias mancais Figura 3 Mancal como elemento de apoio de um mecanismo automatizado Fonte moaezShutterstockcom Figura 4 Falha na lubrificação de um mancal de deslizamento Fonte SocoXbreedShutterstockcom Mancais de deslizamento e mancais de rolamento Conforme Budynas e Nisbett 2016 p 553 Os termos mancal de contato com rolamento mancais antiatrito e mancais de rolamento são utilizados para descrever aquela classe de mancal na qual a carga principal é transferida por elementos em contato rolante em lugar de contato de deslizamento Em um mancal de rolamento o atrito de partida é cerca de duas vezes o de funcionamento porém ainda assim insignificante em comparação com o atrito de partida de um mancal de deslizamento No ponto de contato entre a superfície do eixo e a superfície do mancal ocorre atrito Dependendo da solicitação de esforços os mancais podem ser de deslizamento Figura 5 ou de rolamento Figura 5 Mancal de deslizamento Fonte SharomkaShutterstockcom Mancais de deslizamento são constituídos por uma bucha fixada em um su porte Esses mancais são utilizados em máquinas pesadas ou em equipamentos com baixa rotação pois com rotação baixa evitam o superaquecimento dos componentes expostos ao atrito Assim dão o apoio necessário e funcional aos Tipos de mancais 6 eixos e componentes gerais de uma transmissão Figura 6 Estes elementos são destinados a suportar as solicitações de peso e rotação de eixos e árvores Figura 6 Mancal de deslizamento como elemento de apoio de um mecanismo Fonte PnorTkkShutterstockcom Os mancais estão submetidos ao atrito de deslizamento que é o principal fator a considerar para sua utilização A perfeita funcionalidade do mancal de deslizamento dependerá de uma película lubrificante que será formada em função do movimento relativo de escorregamento entre as partes O uso de buchas e de lubrificantes permite reduzir o atrito e melhorar a rotação do eixo Buchas São elementos de apoio dos eixos das máquinas de formato geralmente cilín drico ou cônico de acordo com necessidades específicas São normalmente utilizadas para apoiar os eixos de máquinas As buchas são fabricadas de metal antifricção como as ligas de cobre ou de materiais plásticos Também encontramos buchas de bronze mas as mais utilizadas são as buchas de latão em função da relação custobenefício As buchas devem ser sempre fabricadas com material de dureza menor do que a do material do eixo Desta forma 7 Tipos de mancais Figura 7 Tipos de buchas Fonte Mr1Shutterstockcom Prabhjit S KalsiShutterstockcom o anel externo o corpo rolante com esferas ou rolos a gaiola e a vedação Há vários tipos de mancais de rolamento O mais comum é o mancal com rolamento rígido de esferas por suportar cargas pesadas e rotações elevadas Outro tipo é o mancal autocompensador de esferas parecido com o mancal fixo de esferas mas tendo o diferencial de possuir eixos próprios e longos O outro tipo é o mancal de contato angular que permite cargas combinadas com uma parcela de carga axial Por ter um único sentido quase sempre é utilizado em pares Os mancais de rolamento são utilizados com o objetivo de diminuir ao máximo os efeitos nocivos do atrito entre as superfícies dos eixos girantes e dos seus elementos de apoio Apresentam uma vida útil longa e grande versatilidade de aplicações São escolhidos em função de uma carga dinâmica na qual são considerados diversas condições de trabalho e o tipo de rolamento Figura 8 Figura 8 Mancais de rolamentos Fonte NordrodenShutterstockcom Também existem mancais de rolamentos com rolos tais como o autocom pensado de rolos mais utilizado em momentos de desalinhamentos e grandes carregamentos O mancal de rolos cilíndricos é usado em grandes cargas radiais e nenhuma carga axial Outro modelo é o de rolos cônicos Figura 9 que permite grandes cargas axiais é desmontável e normalmente utilizado em pares 9 Tipos de mancais Figura 9 Mancal de rolamento com rolamento duplo de rolos cônicos Fonte Direct Industry 2018 documento online Os rolamentos são elementos de máquinas constituídos por dois anéis de aço separados por uma ou mais fileiras de esferas ou rolos Essas esferas ou rolos são mantidos equidistantes por meio do separador ou gaiola a fim de distribuir os esforços e manter concêntricos os anéis O anel externo capa é fixado na peça ou no mancal e o anel interno é fixado diretamente no eixo São classificados em função dos seus elementos rolantes sendo os principais tipos o rolamento de esfera o de rolo e o de agulha Veja as partes dos rolamentos na Figura 10 As dimensões e características dos inúmeros tipos de mancais e seus respectivos rola mentos são indicadas pelas diferentes normas técnicas e em catálogos de fabricantes como a SKF a NSK e a FAG Para fazer escolhas adequadas consulte o site dos maiores fabricantes de rolamentos como wwwskfcombr e wwwnskcombr Tipos de mancais 10 Figura 10 Partes do rolamento Fonte TschubShutterstockcom A seguir veja as vantagens e desvantagens dos mancais de 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 intercambiabilidade internacional manutenção da forma do eixo pequeno aumento da folga durante a vida útil Desvantagens maior sensibilidade a choques maiores custos de fabricação tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo menor resistência a cargas elevadas ocupação de maior espaço radial Classificação dos rolamentos Quanto ao tipo de carga que suportam os rolamentos podem ser radiais suportam cargas radiais e leves cargas axiais axiais não podem ser submetidos a cargas radiais mistos suportam tanto carga axial quanto radial Tipos de rolamentos Rolamento fixo de uma carreira de esferas é o mais comum dos rolamentos Suporta cargas radiais e pequenas cargas axiais e é apropriado para rotações mais elevadas Sua capacidade de ajustagem angular é limitada e por conseguinte é necessário um perfeito alinhamento entre o eixo e os furos da caixa Figura 11 Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas admite cargas axiais somente em um sentido Portanto deve sempre ser montado contraposto a outro rolamento que possa receber a carga axial no sentido contrário Figura 12 Figura 12 Rolamento de contato angular de uma carreira de esferas Fonte TschubShutterstockcom Rolamento autocompensador de esferas é um rolamento de duas carreiras de esferas com pista esférica no anel externo o que lhe confere a propriedade de ajustagem angular ou seja compensar possíveis desalinhamentos ou flexões do eixo Figura 13 13 Tipos de mancais Figura 13 Rolamento autocompensador de esferas Fonte Photo and VectorShutterstockcom Rolamento de rolos cilíndricos é apropriado para cargas radiais elevadas e seus componentes são separáveis o que facilita a montagem e desmontagem Figura 14 Figura 14 Rolamento de rolos cilíndricos Fonte FedotovAnatolyShutterstockcom Tipos de mancais 14 Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos seu emprego é particularmente indicado para construções em que se exige grande capacidade de suportar carga radial e a compensação de falhas de alinhamento Figura 15 Figura 15 Rolamento autocompensador de uma carreira de rolos Fonte MrMrsMarchaShutterstockcom Rolamento autocompensador com duas carreiras de rolos é um rolamento para os mais pesados serviços Os rolos são de grande diâmetro e comprimento Devido ao alto grau de oscilação entre rolos e pistas existe uma distribuição uniforme de carga Figura 16 15 Tipos de mancais Figura 16 Rolamento autocompensador de duas carreiras de rolos Fonte TschubShutterstockcom FedotovAnatolyShutterstockcom Rolamento de rolos cônicos além de cargas radiais os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas axiais em um sentido Os anéis são separá veis O anel interno e o externo podem ser montados separadamente Como só admitem cargas axiais em um sentido de modo geral tornase necessário montar os anéis aos pares um contra o outro Figura 17 Tipos de mancais 16 Figura 17 Rolamento de rolos cônicos Fonte TschubShutterstockcom Rolamento axial de esferas ambos os tipos de rolamento axial de esfera escora simples e escora dupla admitem elevadas cargas axiais mas não podem ser submetidos 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 18 Figura 18 Rolamento axial de esferas Fonte byvaletShutterstockcom 17 Tipos de mancais Rolamento axial autocompensador de rolos possui grande capacidade 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 Figura 19 Figura 19 Rolamento axial autocompensador de rolos Fonte IldarssShutterstockcom Rolamento de agulhas possui uma secção transversal muito fina em compara ção com os rolamentos de rolos comuns Figura 20 É utilizado especialmente quando o espaço radial é limitado Figura 20 Rolamento de agulhas Fonte TschubShutterstockcom SergeyMarinaShutterstockcom Tipos de mancais 18 Esforços atuantes em mancais Conforme Budynas e Nisbett 2016 p 574 Mancais são fabricados para receber cargas radiais puras cargas de empuxo somente ou uma combinação dos dois tipos de cargas Os mancais são dispositivos utilizados para suportar cargas e dar apoio ideal e necessário aos eixos e componentes Nos mancais de deslizamento é necessária a formação de uma película de lubrificante para seu bom funciona mento reduzindo o atrito que acontece com o movimento de escorregamento entre as partes A falta de manutenção pode acarretar falhas operacionais e desgastes prematuros Figura 21 Já o mancal de rolamento necessita de lubrificante entre os corpos rolantes e as pistas de um rolamento em funcionamento que impeça o contato metálico direto e possua normalmente uma espessura de 001 mm Essa camada bastante fina é a diferença entre o sucesso e a catástrofe decorrente do desgaste precoce Figura 21 Falhas devido à falta de lubrificação Fonte Lobo 2017 documento online Praticamente toda máquina e equipamento de movimentação utiliza algum tipo de mancal Para selecionar o mais indicado devemos levar em conta alguns fatores importantes como a rotação e o tipo de carga que deverá suportar em seu funcionamento Cada mancal é projetado para suportar um determinado nível de rotações por minuto RPM Mancais deslizantes são empregados em situações com rotações baixas por não possuírem partes rolantes Para rotações mais altas 19 Tipos de mancais os mais utilizados são os de rolamento Os mais indicados para rotações muito elevadas são os de rolamento com esferas As cargas atuantes nos mancais são de modo geral a massa do corpo sustentado pelo rolamento a massa do próprio corpo em rotação a força de transmissão das engrenagens e correias e as cargas de origem no trabalho da máquina Entre essas cargas há as que permitem o cálculo teórico embora algumas delas sejam difíceis de calcular Além disto muitas máquinas estão sujeitas a vibrações e choques durante seu funcionamento o que dificulta obter com exatidão a totalidade das cargas atuantes no rolamento Neste caso a solução é calcular o valor mais aproximado possível e durante o desenvolvimento do projeto e montagem dos sistemas efetuar análises a fim de ajustar o mecanismo buscando o perfeito funcionamento da máquina ou do equipamento Nos mancais de rolamento e de deslizamento teremos os três tipos de cargas que podem atuar nestes componentes radial axial e cargas combinadas Carga radial Figura 22 é o esforço no sentido transversal ao eixo Os mancais mais indicados para cargas elevadas são os deslizantes e os de rola mento com rolos ou barriletes Para cargas oscilantes é utilizado o rolamento de agulhas Figura 22 Esforço radial Fonte Iray Rolamentos c2017 documento online Tipos de mancais 20 Carga axial Figura 23 é o esforço no sentido longitudinal ao eixo impe dindo que se mova pelo mancal Figura 23 Esforço axial Fonte Iray Rolamentos c2017 documento online Cargas combinadas são os dois tipos de cargas radial e axial Figura 24 Mancais mistos suportam esses dois tipos de carga impedindo o eixo de se mover nesses sentidos Figura 24 Esforço combinado Fonte Iray Rolamentos c2017 documento online 21 Tipos de mancais BUDYNAS R G NISBETT J K Elementos de máquinas de Shigley 10 ed Porto Alegre AMGH 2016 DIRECT INDUSTRY Mancal autoalinhador de rolos cônicos em aço em ferro fundido 2018 Disponível em httpwwwdirectindustrycomptprodpowertransmission solutionsproduct159451280505html Acesso em 14 out 2018 IRAY ROLAMENTOS Seleção de rolamentos c2017 Disponível em httpsirayrola mentoscombrselecaoderolamentos Acesso em 14 out 2018 LOBO M T Boa lubrificação de mancais aumenta eficiência de transportadores de minério 2017 Disponível em httpportallubescombr201708mancaisboalubrificacao Acesso em 17 out2018 Leituras recomendadas BEER F P et al Mecânica vetorial para engenheiros estática 9 ed Porto Alegre AMGH 2012 PLESHA M E GRAY G L COSTANZO F Mecânica para engenharia estática Porto Alegre AMGH 2017 SMITH W F HASHEMI J Fundamentos da engenharia e ciência dos materiais 5 ed Porto Alegre AMGH 2012 Tipos de mancais 22 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem Na Biblioteca Virtual da Instituição você encontra a obra na íntegra Conteúdo Dica do professor Os mancais são elementos de apoio que auxiliam no perfeito funcionamento de uma máquina e que podem ser utilizados para diversas aplicações No mercado existem mancais de diversos tipos e de materiais diversos Confira na Dica do Professor a aplicação dos sistemas de apoio de máquinas e equipamentos por meio dos mancais e dos seus respectivos componentes como buchas e rolamentos Conheça também os materiais de cada elemento sua aplicação e seus esforços Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Exercícios 1 Qual é o principal objetivo da lubrificação nos mancais e em seus componentes A Trabalhar com maiores rotações B Causar menos vibração dos componentes C Reduzir o atrito e o desgaste interno D Aumentar a capacidade de produção da máquina ou do equipamento E Não precisar mais realizar a manutenção preventiva 2 Qual material é o mais utilizado na fabricação das buchas para os mancais de deslizamento A Cobre B Latão C Plástico D Bronze E Aço 3 Qual é a principal finalidade de utilizar mancais de rolamentos 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 Qual é a vantagem da utilização dos mancais de deslizamento em relação aos mancais de rolamentos A Baixa exigência de lubrificação B Pequeno aumento da folga durante a vida útil C Intercambialidade internacional D Suporta altas cargas E Menor atrito e aquecimento 5 Qual rolamento de um mancal que compensa os desalinhamentos e flexões dos eixos A Rolamento autocompensador de esferas B Rolamento fixo de uma carreira de esferas C Rolamento de rolos cilíndricos D Rolamento de rolos cônicos E Rolamento axial compensador de agulhas Na prática Os mancais são elementos mecânicos que desenvolvem trabalhos de grandes esforços em alta repitibilidade de movimentos gerando desgastes durante suas operações Confira Na Prática um exemplo de mancais do sistema de movimentação de um mecanismo que apresentaram falhas e quebraram bem antes do seu tempo de vida útil Entenda como resolver as causas desse problema cada verificação a ser realizada e o resultado delas tendo em vista a melhor solução para o defeito Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Saiba Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professor Elementos de máquina de Shigley Para conhecer melhor os sistemas de movimentação e de apoio não deixe de ler o livro Elementos de máquinas de Shigley Boa leitura Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino Mancais de rolamento Saiba mais sobre os mancais de rolamento sua definição tipos cargas aplicadas e a escolha de cada rolamento assistindo ao vídeo a seguir Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Tipos de mancais de rolamento Quer saber sobre os tipos de mancais de rolamento existentes e suas aplicações O link a seguir levará você para o site de um dos maiores fabricantes de rolamentos Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Montagem de rolamento autocompensador de esferas Não deixe de assistir ao vídeo a seguir que mostra o processo de montagem de rolamento autocompensador de esferas com bucha de montagem Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar