Mancais de Rolamento: Funções, Tipos e Dimensionamento

Mancais de Rolamento Prof Me André Chiconi Rialto Função dos Mancais Suportar cargas Guiar partes móveis Reduzir o atrito entre partes que se movem entre si aumentando assim o rendimento do sistema mecânico Os mancais são elementos de máquinas que têm sua aplicação em quase todas as máquinas e mecanismos com partes giratórias Tipos de Mancais ESCORREGAMENTO também conhecidos como mancais de deslizamentobucha MANCAIS DE ROLAMENTO ou simplesmente rolamento HIDRODINÂMICOS mancal onde o contato é feito através de fluído lubrificante HIDROSTÁTICOS similar ao mancal hidrodinâmico AEROSTÁTICOS mancal em que o contato é feito com gás Tipos de Mancais Classificação com relação à sustentação Mancais FATRITO mu cdot N Mancais de Rolamento Este elemento apresenta uma grande variedade de tamanhos consequentemente pode ser utilizados em diversos campos de aplicação na área industrial Mancais de Rolamento Mancais de elementos rolantes ou de rolamento apesar de apresentarem um projeto e um cálculo dimensional extremamente complexo são o tipo de mancal mais largamente utilizado devido a pela forma simples de cálculo variedades de aplicativos e seleção posta à disposição pelos fabricantes pelo nível de padronização encontrado no mercado Mancais de Rolamento Constituição principal componentes de um rolamento Esferas Mancais de Rolamento Constituição principal componentes de um rolamento Mancais de Rolamento Elementos ou Corpos rolantes 11 Carga suportada Radiais não suportam cargas axiais e impedem o deslocamento no sentido transversal ao eixo Mancais de Rolamento 12 Carga suportada Axiais não podem ser submetidos a cargas radiais e impedem o deslocamento no sentido axial Mancais de Rolamento 13 Carga suportada Mistas ou combinadas suportam tanto carga radial como axial e impedem o deslocamento tanto no sentido transversal quanto no axial Mancais de Rolamento 14 Tipos de solicitações Carga suportada Carga radial Carga axial Carga mista Dimensionamento O dimensionamento de mancais de rolamento é feito através de tabelas Tipos de Dimensionamento Para dimensionar um rolamento é importante definir inicialmente o tipo de solicitação ao qual estará submetido 1 Na carga estática o rolamento encontrase parado ou oscila lentamente n10 rpm 2 Na carga dinâmica o rolamento se movimenta com n10 rpm Carga Estática Quando o rolamento estiver atuando parado ou com oscilações rotação n10 rpm é dimensionado por meio da capacidade estática C0 Capacidade de Carga Estática C0 É a carga que provoca no elemento rolante e na pista uma deformação plástica da ordem de 110000 do diâmetro do elemento rolante Isto corresponde em condições normais de oscilação a uma pressão de superfície Hertz de 4000 MPa 0 0 P f C S carga estática equivalente kN P fator de esforços estáticos admensiona l f kN capacidade de carga estática C que Em 0 S 0 Fator de Esforços Estáticos FS É um coeficiente de segurança que preserva a ocorrência de deformações plásticas excessivas nos pontos de contato entre os corpos rolantes e a pista São indicados os seguintes valores para exigências reduzidas f para exigências normais f para exigências elevadas f S S S 01 70 51 01 52 51 Carga Estática Equivalente P0 É uma suposta carga resultante determinada em função das cargas axial e radial que atuam simultaneamente no rolamento Quando o rolamento for solicitado por uma carga radial ou axial isoladamente esta será a carga equivalente Na atuação simultânea das cargas axial e radial a carga equivalente é determinada pela fórmula carga axial kN F carga radial kN F coeficient e de carga axial estática admensiona l Y coeficient e de carga radial estática admensiona l X carga estática equivalent e kN P que Em a r 0 0 0 a r F Y F X P 0 0 0 a F rF Carga Estática Equivalente P0 Carga Dinâmica Quando o rolamento atuar com uma rotação n10 rpm é dimensionado por meio da capacidade de carga dinâmica C Capacidade de Carga Dinâmica C É a carga sob a qual 90 de um lote de rolamentos alcança 1000000 de rotações sem apresentar sinais de fadiga A capacidade de carga dos diversos tipos de rolamentos é encontrada nas tabelas que compõem os catálogos Capacidade de Carga Dinâmica C A capacidade de carga dinâmica que deve ter o rolamento para suportar com segurança as cargas aplicadas é determinada por admensiona l fator de esforços dinâmicos ou coeficiente de vida f f fator de rotação admensiona l f carga dinâmica equivalente kN P capacidade de carga dinâmica kN C que Em h l n P f f C n l Rolamentos expostos a altas temperatura Nos rolamentos expostos a altas temperaturas tornase necessário considerar um fator de temperatura ft Nesse caso para determinar a capacidade de carga dinâmica utilizase admensiona l fator de esforços dinâmicos ou coeficiente de vida f f fator de temperatura admensiona l f fator de rotação admensiona l f carga dinâmica equivalente kN P capacidade de carga dinâmica kN C que Em h l t n P f f f C t n l Fator de temperatura Temperatura máxima de serviço 120 C 200 C 250 C 300 C Fator de temperatura ft 100 073 042 022 Carga Dinâmica Equivalente P Determinase a carga dinâmica equivalente quando houver a atuação simultânea de cargas radial e axial no rolamento A carga dinâmica equivalente constituise de uma suposta carga resultante sendo definida por meio de a r Y F X F P carga axial kN F carga radial kN F coeficient e de carga axial dinâmica admensional Y coeficient e de carga radial dinâmica admensional X carga dinâmica equivalent e kN P que Em a r Cargas Equivalentes Obtenção dos valores X0 Y0 X e Y na fórmula Dependem da montagem utilizada das cargas radial e axial assim como da fração FrFa atuando carga axial kN F carga radial kN F admensiona l coeficiente de carga axial Y admensiona l coeficiente de carga radial X coeficient e de carga axial estática admensiona l Y coeficient e de carga radial estática admensiona l X carga dinâmica equivalent e kN P carga estática equivalent e kN P que Em a r 0 0 0 a r F Y F X P 0 0 0 a r Y F X F P Rolamentos fixos de esferas de uma e de duas carreiras 80 50 60 2 80 1 0 0 r a a r r a r F F F F P carreiras F F F P carreira Rolamentos fixos de esferas de uma e de duas carreiras Rolamento de rolos cilíndricos rF P Para os rolamentos de rolos cilíndricos carregados puramente de forma radial vale a seguinte relação Com rolamentos de rolos cilíndricos podese atingir elevado número de rotações portanto praticamente não se especifica tais rolamentos para baixas rotações Desta forma não se dimensiona por meio da capacidade estática C0 e sim por meio da capacidade de carga dinâmica C Rolamento de rolos cilíndricos Se além da força radial agir uma força axial Fa esta deverá ser considerada da forma abaixo Vida Útil Para casos em que o rolamento está sujeito a cargas dinâmicas devese verificar a vida útil do mesmo uma vez que qualquer elemento de máquina quando sujeito a cargas dinâmicas também está jeito a falhas por fadiga Vida Nominal O cálculo normalizado DIN ISO 281 para os rolamentos dinamicamente solicitados tem por base a fadiga do material como causa da falha A fórmula para o cálculo de vida nominal é rotações P C L L p x 6 10 10 rolamento de rolos 10 3 p kN no rolamento axial C rolamento de esferas 3 p kN no rolamento radial C kN capacidade dinâmica p kN capacidade dinâmica C carga dinâmica equivalent e kN P vida nominal 10 rotações L L que Em a r x 6 10 Vida Nominal L10 é a vida nominal em milhões de rotações atingida ou superada por no mínimo 90 de um lote significativo de rolamentos iguais A capacidade dinâmica CkN conforme DINISO2811993 consta nas tabelas para cada rolamento Uma carga desta magnitude resulta em uma vida nominal L10 de 106 rotações Vida Nominal Nos casos dos rolamentos utilizados a uma velocidade constante a indicação da vida do rolamento em horas tornase mais conveniente Em automóveis e rodeiros geralmente são indicadas em números de quilômetros percorridos número total de revoluções capacidade de carga básica dinâmica kN C vida nominal do rolamento horas L coeficient e de vida admensiona l f carga dinâmica equivalent e kN P que Em h h Aplicação Veículos automotores Motocicletas 09 16 Carros de passageiros acionamento 1 13 Rolamentos protegidos contra sujeira câmbio 07 1 Carros de passageiros rolamentos de rodas 14 22 Caminhões leves 16 2 Caminhões médios 18 22 Caminhões pesados 18 28 Ônibus 12 2 Veículos ferroviários Mancais de rolamentos para vagões de extração 25 35 Bondes 35 35 Vagões de passageiros 3 3 Vagões de carga 3 3 Vagões de minério 3 3 Carros tração 3 4 Locomotivas rolamento externo 45 5 Locomotivas rolamento interno 3 45 Caixa de engrenagens de veículos ferroviários 3 45 Aplicação Laminadores equipamentos siderúrgicos Laminadores 1 3 Acionamento de laminadores 3 4 Mesas de rolos 25 35 Máquinasferramenta Fusos de tornos de frezadoras 3 45 Fusos de furadeiras 3 4 Fusos de retificadoras 25 35 Fusos de portapecas de retificadoras 35 5 Caixas de engrenagem de máquinasferramenta 3 4 PrensasVolante 35 4 Prensaseixo excêntrico 3 3 Ferramentas elétricas e de ar comprimido 2 3 Máquinas de beneficiamento de madeira Fusos de tupias e eixos de plainas 3 4 Rolamentos principais de serras de fita 35 3 Rolamentos de biela de serras de fita 3 4 Serra circular 3 4 Acionamento em máquinas em geral Redutores universais 2 3 Motores de acionamento 2 3 Engrenagens de grande porte estacionárias 2 3 Fatores Fatores Rolam de esferas 3 500 h h f L Fatores Rolam Rolos 10 3 500 h h f L Fatores Rolamentos de Esferas 1 3 03 0 n fn Fatores Rolamentos de Rolos 3 10 03 0 n fn Fatores Fator de esforços dinâmicos fl ou fator coeficiente de vida fh Fator de rotação fn Correção da Vida Nominal Nos casos A vida L10 é ainda definida como a vida nominal com 90 de confiabilidade Entretanto dependendo do equipamento em que são empregados os rolamentos há casos que requerem uma vida nominal presumida com acima de 90 de confiabilidade Correção da Vida Nominal Efetuase a correção da vida nominal através dos coeficientes a seguir vida nominal com 90 de confiabilidade horas L vida nominal com 90 de confiabilidade 10 rotações L coeficiente das condições de uso admensiona l a coeficiente de material admensiona l a coeficiente de confiabilidade admensiona l a horas L de lubrificação etc 10 rotações condições dade aprimoramento no material confiabili se a vida nominal considerando L que Em 10 h 6 10 3 2 1 na h 6 na 10 3 2 1 L a a a Lna 10 3 2 1 h h L a a a L na Fator a1 Os coeficientes de confiabilidade a1 para confiabilidades superiores a 90 estão relacionados na tabela abaixo Fator a2 O coeficiente de material a2 deve ser tomado acima de 1 por ser um coeficiente para a correção do prolongamento da vida em função de aprimoramento do material Geralmente a21 Fator a3 O fator a3 considera a adequação da lubrificante ao número de rotações em serviço e a temperatura em serviço bem como condições que provocam modificações nas características do material como por exemplo altas temperaturas que reduzem a dureza A Norma ainda não considera valores numéricos para este fator Fator a23 Devido à interdependência entre os fatores de adequação para a matéria prima a2 e para as condições de serviço a3 indicaremos somente valores para o fator conjunto a23 onde 3 2 23 a a a Reescrevendo a Correção Vida Nominal temos 10 23 1 L a a Lna 10 23 1 h h L a a L na Fator a23 Primeiro temos que levantar as seguintes informações Rotação de serviço rpm n Temperatura de serviço em ºC t A 40C valor da viscosidade do lubrificante utilizado cSt Diâmetro médio em mm Através de diagramas a determinamos Viscosidade do lubrificante em serviço Viscosidade de referência 1 2 d D s mm2 Fator a23 Fator a23 Encontrase a influência da formação da película lubrificante através da relação Com o valor da influência da formação da película lubrificante encontrase o valor de a23 1 Fator a23 Fator a23 I Zona de transição para durabilidade permanente que vale para condições ideais de serviço II É a região mais importante do diagrama Define o que é obtido na prática com a utilização de lubrificantes adequados e com aditivos III Indica que pode ser obtido um prolongamento de vida útil ao melhorar o grau de limpeza lubrificação e vedação