Mancais de Rolamento

Prof. Marcelo Braga dos Santos

Definições

• Mancais de rolamento é a definição genérica de todos os mancais em que a transferência de carga entre o eixo e a caixa do mancal por elementos rolantes.

• A resistência ao movimento na partida é maior que com o mancal em funcionamento.

• A escolha do rolamento deve atender:– As dimensões específicas dos elementos de máquinas

adjacentes já projetados.– As cargas envolvidas no projeto.– Uma vida útil elevada.

Definições

• O projeto (no fabricante) do rolamento deve atender:– Fadiga – Atrito– Geração de calor – Corrosão – Cinemática– Propriedades do material – Lubrificação– Tolerância das máquinas ferramentas – Montagem – Uso e custo

Definições

• Classificação quanto a carga:– Radial– Axial

• Classificação quanto a geometria:– De esferas– De esferas com contato angular– Auto compensadores– De rolos cônicos– De rolos auto compensadores

Elementos Construtivos

Rolamentos de Esferas

Rolamentos de Rolos

RolamentosDenominação SKF

1. Rolamentos de rolos cilíndricos 2. Rolamento de esferas de quatro

pontos de contato 3. Caixa 4. Eixo 5. Ressalto de encosto do eixo 6. Diâmetro do eixo 7. Chapa de fixação 8. Vedante de eixo radial 9. Anel espaçador 10. Diâmetro do furo da caixa 11. Furo da caixa 12. Tampa da caixa 13. Anel de retenção

RolamentosDenominação SKF

1. Anel interno 2. Anel externo 3. Corpo rolante: esfera, rolo cilíndrico, agulha, rolo

cônico, rolo autocompensador 4. Gaiola 5. Placa de vedação

a) Vedação – feita de elastômero, com contato (mostrado na figura) ou sem contato

b) Placa de proteção – feita de aço laminado, sem contato

6. Diâmetro externo do anel externo 7. Furo do anel interno 8. Diâmetro do ressalto do anel interno 9. Diâmetro do ressalto do anel externo 10. Ranhura do anel de retenção 11. Anel de retenção 12. Face lateral do anel externo 13. Ranhura de ancoragem do vedante 14. Pista do anel externo 15. Pista do anel interno 16. Ranhura de vedação 17. Face lateral do anel interno 18. Chanfro 19. Diâmetro médio do rolamento

RolamentosDenominação SKF

Rolamentos SKF

Rolamentos SKF

Designação

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Modos de Falhas

Seleção de RolamentosRelação entre a vida útil e a carga dinâmica em rolamentos

1constanteaFL

a=3 para rolamentos de esferasa=10/3 para rolamentos de rolos

1/ 1/1 1 2 2

1/ 1/10 10 2

10

10

10

Carregamento utilizado

nos ensaios de vida útil

Vida obtida

nos ensaios com carregamento

Carregamento de

operação do rolamento

Vida desejada ao rolamento

a a

a a

F L F L

C L FL

C

L

C

F

L

Seleção de RolamentosRelação entre a vida útil e a carga dinâmica em rolamentos

1/

10

10 Carregamento de catalogo kN ou lbf

Vida em catalogo

Rotação de teste em catalogo

Força desejada em projeto

Vida desejada

Rotação de trabalho

a

D DD

R R

R

R

D

D

D

LC F

L

C

L

F

L

Carregamento, Vida e Confiabilidade

• Ponto A- Posição do catálogo

para 90% de confiança que o

rolamento atingirá a vida prevista.

• Ponto D- Posição de projeto

para uma confiança RD maior que

90%.

• Ponto B- Ponto de vida útil com

confiança RD e carregamento C10.

Carregamento, Vida e Confiabilidade

• Problema de projeto: Definir a vida do rolamento para uma confiabilidade maior e um carregamento nominal.

1/

10 1/

0 0

10

ln1/

par. característico da função Weibull correspondendo a 63,21 percentil

a

DD b

D

DD

xC F

x x R

Lx

L

Carregamento Combinado

• Objetivo: Calcular a força radial equivalente para um rolamento carregado axial e radialmente.

• Cálculo experimental dependente de um fator V relacionado a cinemática do rolamento:– V=1 anel interno móvel.– V=1.42 anel externo móvel.

Carregamento Combinado

1

Força equivalente

Força axial

Força radial

e a

r r

e a a

r r r

e

a

r

e

e

F

F

F

F F

VF VF

F F FX Y

VF VF VF

e i r i aF X VF Y F

Carregamento Combinado

Vida Recomendada para Carregamento Estático

Carregamento Variável

• Três padrões:– Seqüência de degraus que se repetem

periodicamente.– Variação contínua da força segundo um ciclo de

repetição. Força harmônica.– Forças de natureza aleatória.

• Objetivo é determinar uma força equivalente, de amplitude constante, que represente o mesmo efeito da força variável.

Carregamento VariávelaF L cte

Medida de dano

21 1 2a aF FL L

Para a situação de força máxima e vida máxima correspondente, o produto representa o dano máximo

Carregamento Variável

1 1 2 2 3 3

1 2 3

1 1 2 2 3 3

1 2 3

1/

1/

a a aTotal e e e

qTotal eq

a a ae e e

eq

aaeq i ei

aai i ei

eqi i

D F l F l F l

D F l l l

F l F l F lF

l l l

F f F

t FF

t

Carregamento Variável

1/

1/

1

aai i ei

eqi i

aa

eq i fi ei

eq qeq

ei i

t FF

t

F f a F

KL

F

K F L

Carregamento Variável

1/

0

1

a

a aeq

a

aeq eq a

eq

dD F d

D dD F d F

KF F d L

F

Rolamentos de Rolos Cônicos

180

0.47

0.389cot

ra

FF

KK

- Qualquer força em uma direção induzirá força em outra direção devido a conicidade dos cilindros.

Rolamentos de Rolos Cônicos

• Os pontos A e B são pontos onde as linhas de atuação das forças cruzam o eixo.

Rolamentos de Rolos Cônicos

Rolamentos de Rolos Cônicos

Lubrificação

Montagem

Montagem

Montagem

Montagem

Montagem

Montagem

• Necessária para compensar deformações decorrentes do carregamento e dilatações térmicas.

• Pode ser regulada em rolamentos de rolos cônicos.

• Em rolamentos de esferas e rolos cilindricos è regulada com buchas cônicas e interferências de montagem.