Aula de Tecnologia Mecânica I

Mancais de Rolamento e Deslizamento

INTRODUÇÃO:

� A primeira utilidade de um "rolamento" que poderia nos vir à cabeça seria servir como elemento auxiliar no transporte (até por causa dos carrinhos de "rolimã" da infância). E nisso os "rolamentos" são bem antigos.

� Alguns historiadores situam o início do seu uso por � Alguns historiadores situam o início do seu uso por volta do ano 4.000 A.C., ajudando os Scandinavos a deslizar com seus trenós. Outros historiadores preferem apontar o seu início por volta de 3.500 A.C., quando os Sumérios utilizaram um cubo de roda construído em madeira montado sobre um eixo também de madeira.

INTRODUÇÃO� Já os egípcios apresentam diversas provas do seu

uso datada de cerca de 1.800 A.C., que mostra um egípcio na ponta da pedra entornando um lubrificante no chão. Essa ilustração é freqüentemente referida como a mais antiga figura de um "engenho de lubrificação” trabalhando.

� Nas civilizações clássicas, Grécia e Roma, temos grandes aplicações de "elementos rolantes". Porém é na civilização Romana onde os mais espetaculares desenvolvimentos são encontrados.

� Com a revolução industrial, houve um grande avanço sobre o desenvolvimento deste elemento.

DEFINIÇÃO

� Rolamentos são normalmente elementos metálicos que apresentam forma cilíndrica compostos por vários sub-elementos. São vazados em sua parte central visando o acoplamento em um eixo. Possuem principalmente a função de sustentar (apoio) um principalmente a função de sustentar (apoio) um sistema de transmissão de torque suportando muitas vezes esforços simples ou combinados.

DEFINIÇÃO E TAMANHOS

� Este elemento apresenta uma grande variedade de tamanhos, conseqüentemente pode ser utilizados em diversos campos de aplicação na área industrial.

CONSTITUIÇÃO

� Os rolamentos também denominados mancais de rolamento são em geral, constituídos por alguns sub-elementos:� Anéis,

� Interno,

Externo.� Externo.

� Corpos rolantes,� Gaiola ou separador.

CONSTITUIÇÃO – ROLOS E ESFERAS

CLASSIFICAÇÃO

� Estes elementos são classificados principalmente segundo a direção de carga a ser suportada:� Radial� Axial� Combinada

CLASSIFICAÇÃO

CLASSIFICAÇÃO

CLASSIFICAÇÃO

TIPOS

� Abertos, Selados e Blindados

TIPOS

TIPOS

TIPOS

APLICAÇÃO

� Rolamentos de carreira simples composto por elementosgirantes esféricos. Exemplos de aplicações: Motoreselétricos, alternadores, ventilação industrial,compressores, bombas de aquecimento, secadoras,instalações frigoríficas, foto-copiadora, carregadores deacumuladores, máquinas têxteis, compressores deacumuladores, máquinas têxteis, compressores deesteiras mecânicas e aparelhos eletrodomésticos.

APLICAÇÃO

� Rolamentos composto por elementos girantes cônicos.Útil para aplicações em cargas combinadas. Exemplosde aplicações: Eixos de redutores, mudança detransmissão com pinhão cônico, bombas, compressores,indústrias de papel.

APLICAÇÃO

� Rolamentos com carreira dupla e elementos girantes dotipo esférico. Tipo contato radial e de contato angular.Substituem rolamentos com carreira simples visandosuportar maiores cargas radiais e cargas axiais nos doissentidos. Exemplos de aplicações: Motores elétricos,aparelhos eletrodomésticos, hastes de máquinas paraaparelhos eletrodomésticos, hastes de máquinas paramadeira, redutores, material agrícola.

APLICAÇÃO

� Rolamentos de esferas com contato angular (oblíquo).As pistas dos anéis internos e externos dos rolamentoscom uma carreira de esferas de contato radial sãodesnivelados um em relação ao outro. Adaptado paraaplicações onde se combinam cargas radiais e axiais.Exemplos de aplicações: Caixa de redutores, hastes deExemplos de aplicações: Caixa de redutores, hastes demáquinas-ferramenta

APLICAÇÃO

� Rolamentos axiais composto por elementos girantesesféricos, cônicos ou cilíndricos. Suportam cargas axiaismuito elevadas e são pouco sensíveis aos choques. Ascargas radiais devem por sua vez ser moderadas.Exemplos de aplicações: Eixos verticais pesados, turboalternadores, pivôs de gruas, parafusos de injeção dealternadores, pivôs de gruas, parafusos de injeção deplástico, contra-pontas, bombas de platô.

APLICAÇÃO

� Rolamentos composto por elementos girantes cilíndricos.Aplicado onde as cargas radiais são elevadas e asvelocidades de rotação altas. As cargas axiais aplicadasa estes rolamentos devem permanecer pequenas.Exemplos de aplicações: Motores elétricos pesados,caixas de eixos de vagões, vagonetas de pressão,caixas de eixos de vagões, vagonetas de pressão,cilindros de laminadores.

APLICAÇÃO

� Rolamentos auto-compensadores composto porelementos girantes cilíndricos. Suportam cargas radiaismuito grandes, cargas axiais moderadas. Exemplos deaplicações: Peneiras, trituradores, moedores, gaiola delaminador, pesados redutores, pesados ventiladoresindustriais, cilindros de máquinas impressoras, máquinasindustriais, cilindros de máquinas impressoras, máquinasde pedreiras.

APLICAÇÃO

� Rolamentos auto-compensadores composto por elementos girantes cônicos. Suportam cargas radiais e axiais muito grandes. Exemplos de aplicações: equipamentos pesados.

APLICAÇÃO

� Rolamentos auto-compensadores de esferas. Dotados de 2 fileiras de esferas e uma pista esférica sobre o anel externo. Exemplos de aplicações: Eixos longos e flexíveis, aplicações Industriais padrão, química, agricultura.

APLICAÇÃO

� Rolamentos combinado. Dotados de dois tipos deelementos girantes. Suporte simultaneamente grandescargas radiais e axiais.

IDENTIFICAÇÃ DO PRODUTO

� Para a substituição do elemento, deve-se atentar para as seguintes características:

� Fabricante,� Tipo de Rolamento,

� Diâmetro do Furo,

� Diâmetro Externo,� Diâmetro Externo,� Largura.

� RPM

DIMENSIONAMENTO

� Capacidade de carga básica� L é a vida do rolamento em Revoluções� Cd é a carga radial dinâmica básica

� a é uma constante de acordo com o tipo do rolamento� a = 3 (rolamento de esferas)� a = 3 (rolamento de esferas)

� a = 10/3 (rolamento de rolos)

� Pe é a carga radial equivalente

DIMENSIONAMENTO

� Carga Radial Dinâmica Equivalente� Pe é a carga radial equivalente� Xd é a fator de carga radial (tabelado)� Yd é a fator de carga radial (tabelado)� Fr e Fa são as forças radiais e axiais respectivamente

(obtidos pelas reações de apoio)(obtidos pelas reações de apoio)

DIMENSIONAMENTO

� Cálculo final de Cd (carga dinâmica básica requerida)� R é o fator de confiabilidade (porcentagem)� IF é o Fator de impacto tabelado� Ld é a vida estipulada em projeto

K é Constante tabelada de acordo com a confiabilidade � KR é Constante tabelada de acordo com a confiabilidade desejada

DIMENSIONAMENTO1. Calcular as reações de apoio sobre o eixo, que será Fr e Fa para

o rolamento

2. Determinar Ld e R para o projeto – com R definir KR

3. Avalie a severidade do impacto – definir IF

4. Selecione o tipo de rolamento – definir Xd e Yd (são dois conjuntos de valores)

Calcule P para ambos conjuntos de valores5. Calcule Pe para ambos conjuntos de valores

6. Calcule a carga dinâmica básica requerida (usando o maior valor de Pe).

7. Utilizando uma tabela de fornecedor de rolamento escolha o rolamento que respeite o valor de Cd.

8. Ajustar o diâmetro do rolamento ou do eixo para encaixe –respeitar o maior diâmetro (independentemente de qual elemento seja).

Tabelas

EXEMPLO

� Um eixo foi dimensionado em 1,6 polegada (40,65 mm) e a análise de forças gerou os seguintes dados:� Fr= 370lbf (1646,5 N) (1lbf = 4,45N)� Fa= 130 lbf (578,5N)� Velocidade de 350 rpm� Velocidade de 350 rpm� Vida do projeto 10 anos, 50 dias/ano e 20h/dia� R=95%� Acionamento em correia V (IF = 1,2 – 2,5)� Rolamento de esferas de uma carreira e canal profundo

(Xd1 = 1 e Yd1 =0; Xd2 = 0,55 e Yd2 =1,45)

DIMENSIONAMENTO

� Eixo com cargas variáveis� IFi é o fator de impacto de cada trecho� Pe é a carga radial dinâmica para cada trecho� αi é a rotação relativa de cada trecho

MANCAIS DE DESLIZAMENTO� O mancal de rolamento comparado com o mancal de deslizamento� Vantagens:

� 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;� Devido à avançada padronização internacional são intercambiáveis e possibilitam

a utilização pela substituição simples;� Possibilitam a simplificação da configuração dos conjugados, facilitando a

manutenção e a inspeção;manutenção e a inspeção;� Pequeno aumento da folga durante a vida útil; � Em geral podem apoiar simultaneamente a carga radial e a carga axial;� Permitem a utilização com folga negativa (condição de pré-carga) para aumentar a

rigidez;� Desvantagem:

� Maior sensibilidade ao choque;� Custo de fabricação;� Tolerância pequena para carcaça e alojamento do eixo;� Não suporta cargas tão elevadas como os mancais de deslizamento;� Ocupa maior espaço radial

TIPOS DE LUBRIFICAÇÃO� Hidrodinâmica – regidas pelas leis de mecânica dos fluídos, a

velocidade do eixo dever ser alta o bastante para gerar a pressão na lubrificante a fim de separar os metais, evitando o contato.

� Hidrostática – não necessita de altas velocidades entre o mancal e o eixo, o lubrificante entra pressurizado para manter a película, utilizado em sistemas com velocidades muito baixas, a resistência friccional deve ser mínima.

� Elasto-hidrodinâmica – fenômeno que ocorre quando um lubrificante é introduzido entre superfícies de contato de rolamento, é introduzido entre superfícies de contato de rolamento, engrenagens engranzadas etc. se baseia na teoria de Hertz de tensão de contato e mecânica dos fluídos.

� Película sólida – lubrificação de temperaturas extremas, como grafite ou dissulfeto de molibdênio e outros tipos de compósitos. Com baixas taxas de desgaste e pouco atrito.

� Limítrofe – quando a carga sobre o mancal é pequeno, pode-se utilizar esse tipo de lubrificação.

DIMENSIONAMENTO

� Para mancais limítrofe� Procurar o produto PV para buscar o material numa

tabela.� Vcont é a velocidade de deslizamento para movimento contínuos

(ft/min) ou (m/min)

� d é o diâmetro do eixo (in ou m) (1/12 conversão de in para ft)� d é o diâmetro do eixo (in ou m) (1/12 conversão de in para ft)

� N é a velocidade de rotação (rpm)

DIMENSIONAMENTO

� Vosc é a velocidade de deslizamento médio para movimento oscilatório.� ϕ é o ângulo total varrido por cada oscilação (rad)� f é a freqüência de oscilação (osc/min)

DIMENSIONAMENTO

� P é o segundo conceito a ser calculado� W é a força em lbf ou N� d é o diâmetro do eixo (in ou m)� L é o comprimento do mancal (in ou m).

DIMENSIONAMENTO

� Após cálculo de P e V, calcular o produto P.V� Buscar o material pela tabela abaixo.

DIMENSIONAMENTO

� A relação do comprimento por diâmetro deve estar dentro da faixa

DIMENSIONAMENTO

� Projeto de mancal hidrodinâmico� Viscosidade – fluído newtoniano

� F é a força de atrito (lbf ou N)

� η é a viscosidade (lbf.s/in² (reyns) ou N.s/m²)

� U é a velocidade constante da superfície plana em movimento (in/s ou m/s)(in/s ou m/s)

� h é a espessura do filme de lubrificante (in ou m)

� A é a área da superfície plana em movimento em contato com o filme de óleo (in² ou m²)

Projeto do Elevador

� Potência na Roldana� Dimensionar o eixo da polia (τadm = 80MPa, F.S.=4)

� Dimensionar a torção pura, flexão pura (M=3000N.m)� Flexo-torção (Von-Mises)

� Dimensionar o rolamentoDimensionar o rolamento� R=90%,� L=10anos.365dias/ano.6h/ano.60min/h.350rpm� Fr=1400N, Fa=0N� Pesquisar tabela de mancais de rolamento� Redimensionar o eixo ou o mancal e estipular os novos

diâmetros.