Guia Rolamentos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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R o l a m e n t o s

P r e f á c i o

As recentes necessidades em relação aos mecanismos dos mais diversos tipos de máquinas que utilizam

os rolamentos, cada vez mais aumentam e diversificam-se. Conseqüentemente, para o rolamento,

componente essencial de suma importância das máquinas, as exigências quanto a capacidade nas

suas inúmeras ramificações como: aumento da confiabilidade , liberação da manutenção, redução da

dimensão e massa, aumento do limite de rotação, resistência em meios especiais, entre outros, são

continuamente acentuadas.

Nesta realidade e juntamente com as revisões das normas ISO e JIS é que, este catálogo geral foi

elaborado. A primeira parte deste catálogo contém informações técnicas comuns a todos os rolamentos,

com ênfase na seleção do rolamento; no preâmbulo de cada tipo de rolamento na tabela de dimensões,

esclarecimentos suplementares são abordados em particular ao tipo. Nas tabelas de dimensões são

relacionados os tipos idênticos de rolamentos na ordem crescente do diâmetro interno, juntamente com

a capacidade de carga, limite de rotação, dimensões relativas à instalação, massa e outros, para cada

número de rolamento e que serão de utilidade como referência nos projetos. As unidades empregadas

neste catálogo estão baseadas no Sistema Internacional (SI), e também estão inscritas em paralelo as

unidades do Sistema de Engenharia (Sistema Gravitacional).

As capacidades de carga básica dinâmica dos rolamentos deste catálogo foram calculadas pela

equação especificada na norma JIS B 1518-1981, mas incluem o prolongamento da vida resultante dos

aprimoramentos no material e na tecnologia de fabricação dos rolamentos normais da NSK.

As capacidades de carga básica estática em função da ISO 76-1987 estão com novos valores.

Esperamos que dentre os inúmeros tipos e classes de rolamentos, relacionados neste catálogo,

seja possível a seleção do rolamento mais apropriado para a sua aplicação. Entretanto, cientes da

impossibilidade de dirimir todas as eventuais dívidas com uma única publicação, o departamento técnico

é mantido a disposição para prestar os devidos esclarecimentos.

O conteúdo deste catálogo poderá ser alterado sem prévio aviso em função de casos como o do avanço tecnológico.

Os dados inseridos foram cuidadosamente verificados, no entanto, eximimo-nos da responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

1.1 Tipo e Classificação Os mancais de rolamento (doravante denominados simplesmente de rolamentos) são em geral, constituídos por anéis, corpos rolantes e gaiola; e principalmente, em função da direção da carga que irá apoiar são divididos em rolamentos radiais e rolamentos axiais. Ainda, em função do tipo de corpo rolante é possível separar em rolamentos de esferas e rolamentos de rolos; podem também ser classificados em função da configuração e a aplicação específi ca destes. A designação de cada uma das partes dos tipos representativos de rolamentos é apresentada na figura 1.1, e a classificação genérica dos rolamentos na figura 1.2.

1.2 Tipo e Característica Os rolamentos (mancais de rolamento) quando comparados aos mancais de deslizamento apresentam as seguintes vantagens:

(1) O atrito de partida e a diferença com o atrito dinâmico são pequenos. (2) Com a avançada padronização internacional são intercambiáveis e possibilitam a utilização pela substituição simples. (3) Possibilitam a simplificação da confi guração dos conjugados, facilitando a manutenção e a inspeção. (4) Em geral, podem apoiar simultaneamente a carga radial e a carga axial. (5) A utilização em altas e baixas temperaturas é relativamente facilitada. (6) Permitem a utilização com folga negativa (condição de pré-carga) para aumentar a rigidez. Além disso, cada tipo de rolamento possui características próprias, que são apresentadas para os rolamentos mais representativos nas páginas A10 a A13 e na tabela 1. (páginas A14 e A15).

1 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS ROLAMENTOS

Fig. 1.1 Designação das Partes dos Rolamentos

ROLAMENTOS

Fig. 1.2 Classificação dos Rolamentos

Rolamentos de Rolos

Rolamentos de Rolos Cilíndricos

Rolamentos de Rolos Alongados

Rolamentos de Rolos Agulha

Rolamentos de Rolos Cônicos

Rolamentos Autocomp. de Rolos

Rolamentos Axiais de Esferas

Rolamentos Axiais de Esferas de Contato Angular

Rolamentos Axiais de Rolos Cilíndricos

Rolamentos Axiais de Rolos Agulha

Rolamentos Axiais de Rolos Cônicos

Rolamentos Axiais Autocomp. de Rolos

Escora Simples

Escora Dupla

Rolamentos Radiais

Rolamentos Axiais

Rolamentos de Esferas

Rolamentos Fixos de Esferas

Rolamentos Magneto

Rolamentos de Esferas de Contato Angular

Rolamentos de Esferas de Três e Quatro Pontos de Contato

Rolamentos Autocom- pensadores de Esferas

Rolamentos de Esferas para as Unidades

Uma Carreira

Duas Carreiras

Uma Carreira

Duas Carreiras

Combinados

Uma Carreira

Duas Carreiras

Combinados

Uma Carreira

Duas Carreiras

Rolamentos de Embreagem

Rolamentos para Bomba D’água

Rolamentos para Rodeiros Ferroviários

Rolamentos para Roldanas

Rolamentos para Correntes Transportadoras

Rolamentos para Coroas Giratórias

Outros

Rolamentos de Esferas

Rolamentos de Rolos

Rolamentos para uso Específico

1 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS ROLAMENTOS

Rolamentos de Rolos Agulha Nos rolamentos de rolos agulha são inseridos um grande número de rolos finos e alongados com comprimento de 3 a 10 vezes o diâmetro. Conseqüentemente, com a reduzida proporção do diâmetro externo em relação ao diâmetro do círculo inscrito dos rolos, possuem capacidade de carga radial comparativamente maior. Existem vários tipos de rolos agulha, como os de anel externo estampado em chapa de aço especial, os sólidos de anéis usinados, as gaiolas com os rolos e sem anéis, os rolos comando, etc. Além disso, existem tipos e classificações como: com anel interno e sem anel interno ou com gaiola e sem gaiola. Nos rolamentos com gaiola são usadas, principalmente, as gaiolas prensadas de aço.

Rolamentos de Rolos Cônicos Os rolos cônicos trapezoidais inseridos como corpos rolantes são guiados pelo rebordo maior do anel interno. De grande capacidade de carga permitem o apoio da carga radial e num único sentido a carga axial. A série HR com os rolos numericamente e dimensionalmente aumentados possui uma alta capacidade de carga. Em geral, igualmente ao rolamento de esferas de contato angular, duas peças do rolamento são usadas contrapostas. Neste caso, em função do ajuste do espaçamento entre os anéis internos ou entre os anéis externos na direção axial, permite-se selecionar a folga interna adequada. O anel interno (cone) e o anel externo (capa) podem ser instalados independentemente por serem separáveis. Conforme o ângulo de contato estão classificados em: ângulo normal, ângulo intermediário e ângulo grande. Na classifi cação pelo número de carreiras, há também os rolamentos de duas e de quatro carreiras de rolos cônicos. Geralmente, as gaiolas utilizadas são as prensadas de aço.

Rolamentos Autocompensadores de Rolos Rolamentos formados pelo anel interno com duas pistas, anel externo com pista esférica e os rolos com a superfície de rolagem esférica. Devido ao centro da pista esférica do anel externo ser coincidente ao centro do rolamento, permite o auto-alinhamento como os rolamentos autocompensadores de esferas. Conseqüentemente, quando houver erros de alinhamento em eixos e alojamentos ou flexão do eixo, são automaticamente ajustados, fazendo com que não ocorram cargas anormais no rolamento. Os rolamentos autocompensadores de rolos permitem o apoio da carga radial e em ambos os sentidos a carga axial. A capacidade de carga radial é grande e são adequados para aplicações com cargas pesadas e cargas de choque. Os rolamentos com furo cônico podem ser instalados diretamente no eixo cônico ou podem ser instalados no eixo cilíndrico pela utilização das buchas de fixação ou de desmontagem. As gaiolas normalmente utilizadas são as prensadas de aço, as usinadas de latão e as de poliamida.

Rolamentos Axiais de Esferas de Escora Simples

Rolamentos Axiais de Esferas de Escora Dupla Os rolamentos axiais de esferas são constituídos por anéis em configuração de arruelas com canal e gaiolas com as esferas embutidas. O anel a ser instalado no eixo é denominado de anel interno e o anel a ser instalado no alojamento é denominado de anel externo. Nos rolamentos de escora dupla, o anel central (anel intermediário) é o instalado no eixo. Os rolamentos axiais de esferas de escora simples suportam a carga axial em um sentido e os rolamentos de escora dupla suportam a carga axial em ambos os sentidos. No intuito de minimizar a influência de desvios na instalação, existem também os rolamentos axiais de esferas com contraplaca esférica no anel externo. Nos rolamentos pequenos são usadas, principalmente, as gaiolas prensadas de aço e nos rolamentos grandes as gaiolas usinadas.

Rolamentos Axiais Autocompensadores de Rolos Rolamentos axiais em que os rolos trapezoidais são dispostos obliquamente na superfície de rolagem. O rolamento possui auto-alinhamento em virtude da pista do anel externo ser esférica. A capacidade de carga axial é elevadíssima e quando estiver sob carga axial permite a aplicação de cargas radiais moderadas. As gaiolas utilizadas são as prensadas de aço ou as usinadas de latão.

1 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS ROLAMENTOS

Tipos de Rolamentos

Fixos de uma carreira de esfe- ras

Mag- neto

Uma carreira de esfe- ras de contato angular

Duas carrei- ras de esferas de contato angular

Combi- nados

Esfe- ras de Quatro pontos de con- tato

Auto- com- pensa- dores de esfe- ras

Rolos Cilíndri- cos

Duas carrei- ras de rolos Cilíndri- cos

Rolos Cilíndri- cos com Rebordo em um lado

Rolos Cilíndri- cos com anel de encosto

Rolos Agulha

Rolos Cônicos

Duas e multi- plas car- reiras de rolos Cônicos

Auto- com- pensa- dores de rolos

Axiais de esfe- ras

Axiais de esfe- ras com contra- placa esférica

Duas carreias de esfe- ras de contato angular

Axiais de Rolos Cilíndri- cos

Axiais de Rolos Cônicos

Axiais auto- com- pensa- dores de rolos

Refe- rência na Pági- na

Características

Capacidade de carga

(^) Carga Radial

Carga Axial

Carga Combi- nada

Alta Velocidade (^) A 18 A 37

Alta Pressão A 19 A 58 A 81

Baixo Torque e Ruido A 19

Rigidez (^) A 19 A 96

Desalinhamento Permissivel

A 18 No Preâm- bulo de cada tipo

Ação de Compensação A 18

Separação dos Anéis A 19 A 20

Rolamento Lado Fixo A 20~ A 21

Rolamento lado Livre A 20~ A 27

Furo Cônico A 80 A 118 A 122

Observação

Usa-se duas pe

ças

contrapostas ângulo de contato de 15

°, 25

°,

30 °^ e 40

°. Duas pe

ças contrapos-

tas, a folga deve ser ajustadaAl ém desta, existem as com- bina

çõ

es DF e DT, mas n

ão

permitem o uso no lado livreo^

â ngulo de contato é^

de 35

°

Inclui o tipo NInclui o tipo NNUInclui o Tipo NFInclui o tipo NUP Usa-se duas pe

ças

contrapostas, a folgadeve ser ajustadaAl ém desta, existem os tipos KH e KV, mas igualmente n

ão

permitem o uso no lado livre Inclui os Rolamentosaxiais de rolosAgulha Usados com lubri

fi^

ca

çã

o a

ó

leo

Tabela 1.1 Tipos e Características dos Rolamentos

Muito Bom Bom Regular Precário Inviável Somente em um sentido Dois sentidos Aplicável^

Aplicável, porém deve permitir a fuga da dilatação ou contração do eixo na superfície de ajuste do rolamento

1 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS ROLAMENTOS

Os ângulos de desalinhamento permissível são mencionados no preâmbulo de cada tipo de rolamento na tabela de dimensões.

Fig. 3.4 Desalinhamento nos Rolamentos Autocompensadores de Rolos

Fig. 3.5 Desalinhamento nas Unidades de Rolamentos

Fig. 3.6 Comparação do Limite Permissível para o Desvio de Giro do Anel Interno em Função dos Tipos de Rolamentos

3.5 Rigidez e Tipo de Rolamento Ao aplicar uma carga no rolamento, ocorre uma deformação elástica nas áreas de contato entre os corpos rolantes e a pista. A rigidez do rolamento é determinada em função proporcional da carga no rolamento e a intensidade da deformação elástica no anel interno, no anel externo e no corpo rolante. Casos como o de fusos em máquinas-ferramentas, devido a necessidade de aumentar a rigidez do rolamento juntamente com a rigidez do eixo, é freqüente a seleção dos rolamentos de rolos, em razão da menor deformação pela carga que os rolamentos de esferas. Além disto, a rigidez pode ser aumentada pelo método de pré-carregamento através da utilização do rolamento em condição de folga negativa. Os rolamentos de contato angular de esferas e os rolamentos de rolos cônicos são os mais apropriados para este método.

3.6 Ruído, Torque e Tipo de Rolamento Os rolamentos por serem fabricados através de técnicas de usinagem de alta precisão, têm o ruído e o torque pequenos. Nos rolamentos como os fixos de esferas e os de rolos cilíndricos, têm estabelecidas as classes de ruído de acordo com as necessidades, e nos rolamentos miniaturas de esferas de alta precisão está regulamentado o torque de partida. Os rolamentos fixos de esferas são os mais apropriados para as máquinas que requerem baixo ruído e baixo torque, como nos motores elétricos e instrumentos de medição.

3.7 Precisão de Giro e Tipo de Rolamento Os rolamentos de alta precisão como os das classes 5, 4 e 2, são utilizados em aplicações de alta velocidade de rotação como os de superalimentadores, ou quando é requerida alta precisão nos desvios do corpo rotativo como em fusos de máquinas-ferramentas. A precisão de giro dos rolamentos está regulamentada numa variedade de itens, as classes de precisão regulamentadas variam de acordo com o tipo de rolamento. A fi gura 3.6 apresenta a comparação do desvio radial de giro do anel interno, na precisão máxima estabelecida no regulamento para cada tipo de rolamento. Conseqüentemente, para aplicações que necessitem de alta precisão de giro são apropriados os rolamentos, principalmente, como os fixos de esferas, os de contato angular de esferas e os de rolos cilíndricos.

3.8 Instalação, Remoção e Tipo de Rolamento Os tipos de rolamentos que têm os anéis internos e externos separáveis, como os rolamentos de rolos cilíndricos, de rolos agulha e de rolos cônicos, apresentam maior facilidade na instalação e na remoção. Estes tipos de rolamentos são apropriados para máquinas que tenham a instalação e a remoção do rolamento com relativa freqüência, em função de causas como a inspeção periódica. Os rolamentos com furo cônico, como os autocompensadores de esferas e os autocompensadores de rolos (os de menor porte), podem ser instalados e removidos com relativa facilidade pela utilização de buchas.

3.1 Espaço e Tipo de Rolamento

O espaço permissível para os rolamentos e os conjugados quando do projeto, geralmente são limitados, de forma que, o tipo e as dimensões dos rolamentos devem ser selecionados dentro de tais limites. Na maioria dos casos, em razão do projeto da máquina, define-se primeiramente o diâmetro do eixo, por este motivo os rolamentos são freqüentemente selecionados com base no diâmetro dos furos.

A existência de numerosas séries de dimensão e tipos padronizados de rolamentos, possibilita a seleção do tipo mais adequado dentre estes rolamentos. Na figura 3.1 são apresentadas as séries de dimensão dos rolamentos radiais e os tipos correspondentes de rolamentos.

3.2 Carga e Tipo de Rolamento

As capacidades dos rolamentos suportarem as cargas radiais e as cargas axiais, quando comparadas separadamente pelos tipos de rolamentos, serão aproximadamente como indicadas na figura 3.2. Conseqüentemente, no caso de comparar o rolamento da mesma série de dimensão, a capacidade de carga do rolamento de rolos é maior em relação ao rolamento de esferas, com vantagem em aplicações onde atuam cargas de choque.

3.3 Limite de Rotação e Tipo de Rolamento A rotação máxima permissível nos rolamentos, além de variar pelo tipo, difere em função da dimensão, do tipo e material da gaiola, da carga no rolamento, do método de lubrificação, das condições de refrigeração, etc. Relativamente, nos casos generalizados de lubrificação em banho de óleo, se os tipos de rolamentos forem posicionados pela ordem decrescente do limite de rotação, será aproximadamente como o indicado na figura 3.3.

3.4 Desalinhamento dos Anéis, Interno e Externo, e Tipo de Rolamento Devido por exemplo, aos casos como o da flexão do eixo em função da carga, da imprecisão do eixo e alojamento, ou da defi ciência na instalação, ocorrem desalinhamentos entre o anel interno e o anel externo do rolamento. O ângulo de desalinhamento permissível difere de acordo com o tipo de rolamento e as condições de utilização, em geral inferiores a 0.0012 radianos (4´). Quando grandes desalinhamentos são previstos, devem ser selecionados os tipos com capacidade de auto-alinhamento (figuras 3.4 e 3.5), como os autocompensadores de esferas, os autocompensadores de rolos esféricos e as unidades de rolamentos.

3 SELEÇÃO DO TIPO DE ROLAMENTO

Fig. 3.1 Séries de Dimensão e Tipos de Rolamentos Radiais

Fig. 3.2 Comparação das Capacidades de Cargas pelos Tipos de Rolamentos Fig. 3.3 Comparação do Limite de Rotação em Função dos tipos de Rolamentos

Tipo de Rolamento

Cap. de Carga Radial Cap. de Carga Axial 1 2 3 4 1 2 3 4

Fixo de uma Car- reira de Esferas Contato Angular de uma Carreira de Esferas

Rolos Cilíndricos

Rolos Cônicos

Autocompensador de Rolos

Obs: Os rolamentos de rolos cilíndricos com rebordos possuem certo grau de capacidade de carga axial.

Tipo de Rolamento

Velocidade Permissível Relativa

Fixos de Esferas

Contato Angular de Esferas

Rolos Cilíndricos

Rolos Agulha

Rolos Cônicos

Autocompensa- dor de Rolos

Axiais de Esferas

1 4 7 10 13

Obs: Lubrificação em banho de óleo. Com providências especiais nos rolamentos e conjugados.

Tipo de Rolamento

Classe Especificada de Maior Precisão

Comparação do Desvio Radial de Giro Permissível no Anel Interno

1 2 3 4 5

Fixos de Esferas Classe 2

Contato Angular de Esferas Classe 2

Rolos Cilín- dricos Classe 2

Rolos Cônicos Classe 4

Autocompensa- dor de Rolos Classe N

Disposição dos Rolamentos Observação Exemplos de Aplicações Lado fixo Lado livre (referência)

• Disposição básica em que não ocorre a inci- dência de carga axial anormal, mesmo que haja dilatação ou contração do eixo.
• Adequado para uso em altas rotações quan- do a deficiência na instalação for pequena.

Motores elétricos de porte médio, ventiladores indus- triais, etc.

• Suporta cargas radiais elevadas, cargas de choque e certo grau de carga axial.
• Os rolamentos de rolos cilíndricos por serem separáveis, são adequados para as aplica- ções com necessidade de interferência no anel interno e no externo.

Motores de tração

• Utilizados em casos de cargas relativamente elevadas.
• O arranjo costa a costa é usado para obter rigidez no rolamento de lado fixo.
• A precisão do eixo e alojamento deve ser melhorada, necessitando-se também, dimi- nuir a deficiência na instalação.

Mesa de rolos em usinas siderúrgicas, fusos de tornos, etc.

• Pode-se utilizar também, quando da neces- sidade de interferência no anel interno e no anel externo em que não haja incidência de cargas axiais demasiadamente grandes.

Rolos das calandras dos equipamentos para fabri- cação de papel, eixo de locomotiva diesel, etc.

• Adequado para aplicações de alta rotação com carga radial elevada em que haja tam- bém a incidência de carga axial.
• Através da folga entre o diâmetro externo do rolamento de esferas e o furo do alojamento, deve ser evitada a incidência da carga radial nesta peça.

Redutor de velocidade de locomotiva diesel, etc.

4 SELEÇÃO DA DISPOSIÇÃO DOS ROLAMENTOS

Normalmente, os eixos são apoiados por dois rolamentos e, quando do projeto, a disposição destes deve ser estudada considerando-se os itens a seguir:

(1) Dilatação e contração do eixo em função da variação de temperatura.

(2) Facilidade de instalação e remoção do rolamento.

(3) Desalinhamento entre o anel interno e o anel externo em função de casos como a deficiência na instalação e a fl exão do eixo.

(4) Rigidez e método de pré-carga do conjunto completo relacionado à parte rotativa inclusive o rolamento.

(5) A posição mais apropriada para apoiar a carga.

4.1 Rolamentos de Lado Fixo e Lado Livre

Dentre os rolamentos a serem dispostos, somente uma peça é determinada como de lado fixo e é usada para fixar o eixo posicionando axialmente o rolamento. Neste lado fixo, deve ser selecionado o tipo de rolamento que suporte a carga radial juntamente com a carga axial.

Os outros rolamentos, excluindo o de lado fixo, são determinados como de lado livre, suportando somente a carga radial devem permitir o deslocamento do eixo devido a dilatação ou contração pela variação de temperatura.

Além disso, pode ser também utilizado para o ajuste do posicionamento na direção axial. A insuficiência de contramedidas para a dilatação ou contração do eixo em função da variação de temperatura, acarretará uma carga axial anormal no rolamento, podendo se tornar a causa de uma falha prematura. Os rolamentos que permitem a separação dos anéis internos e externos, os rolamentos de rolos cilíndricos do tipo que também permite o deslocamento na direção axial (como os tipos NU e N), e os rolamentos radiais de rolos agulha, são os indicados como rolamentos de lado livre, o uso destes facilita a instalação e a remoção em grande número dos casos. Normalmente, quando da utilização dos rolamentos não- separáveis no lado livre, o ajuste entre o anel externo e o alojamento é com folga, para permitir a fuga do eixo junto com o rolamento, quando da dilatação durante a operação. Além deste, há casos em que a fuga é pela superfície de ajuste do anel interno com o eixo. Quando a influência da dilatação e contração do eixo é reduzida, pela pequena distância entre os rolamentos, são usadas duas peças contrapostas de rolamentos como o de contato angular de esferas e o de rolos cônicos, que suportam a carga axial numa única direção. A folga axial (intensidade de movimento na direção axial) após a instalação é ajustada através de porcas e calços. A distinção entre lado livre e lado fixo, a disposição e os tipo de rolamentos são apresentados na figura 4.1.

Fig. 4.1 Disposição e Tipo de Rolamento

4.2 Exemplos de Aplicação das Disposições dos Rolamentos Casos representativos das disposições práticas, que têm consideradas a pré-carga e a rigidez, a dilatação e contração do eixo, a deficiência na instalação, entre outros, são apresentados na tabela 4.1.

continua na próxima página

Rolamento B

• Rolos Cilíndricos (tipos NU, N)
• Rolos Agulha (tipo NA e outros)

Rolamento A

• Fixos de Esferas
• Contato Angular de Esferas Combinados
• Contato Angular de Duas Carreiras de Esferas
• Autocomp. de Esferas
• Rolos Cilíndricos com Rebordos (tipos NH, NUP)
• Duas Carreiras de Rolos Cônicos
• Autocomp. de Rolos

Rolamento C (1)

• Fixos de Esferas
• Contato Angular de Es- feras Combinados (costa a costa)
• Contato Angular de Duas Carreiras de Esferas
• Autocomp. de Esferas
• Duas Carreiras de Rolos Cônicos (tipo KBE) Rolamento D, E (2) • Autocomp. de Rolos
• Contato Angular de Esferas
• Rolos Cônicos
• Magneto
• Rolos Cilíndricos (tipos NJ, NF)

Rolamento F

• Fixos de Esferas
• Autocomp. de Esferas
• Autocomp. de Rolos

Notas: (1) A fuga da dilatação ou contração do eixo na figura, é indicada para ocorrer na superfície do diâmetro externo, no entanto, há casos em que a fuga ocorre na superfície do furo. (2) São usadas duas peças contrapostas do mesmo tipo de rolamento.

Tabela 4.1 Disposições Representativas e Exemplos de Aplicações

Tabela 5.1 Coeficiente de Vida ƒh e Exemplos de Aplicações

Condições de trabalho

Valores de ƒ (^) h e Aplicações ~3 2~4 3~5 4~7 6~

Uso esporádico ou curto período

• Pequenos motores para aspiradores e máquinas de lavar domésticos
• Ferramentas elétricas
  • Máquinas agrícolas

Uso ocasional mas requer funciona- mento seguro

• Motores para apare- lhos de ar condiciona- do doméstico
• Máquinas de constru- ção civil - Roletes de correias transportadoras - Elevadores

Uso intermitente mas relativamente em períodos longos

• Pescoço de cilindros de laminação - Pequenos Motores - Guindastes de convés - Pontes rolantes - Caixas de pinhão - Veículos de passeio - Motores industriais - Máquinas operatrizes - Sistemas de engrena- mento em geral - Peneiras vibratórias - Britadores - Roldanas de guindastes - Compressores - Importantes sistemas de engre- namento

Uso contínuo por longos períodos ou acima de 8 horas diárias

• Escadas rolantes
  • Separadores cen- trífugos
  • Sistemas de ar Condi- cionado
  • Sopradores
  • Máquinas de marcenaria
  • Grandes motores
  • Rodeiros de carros de passageiros - Guindastes de mineração - Volantes de prensas - Motores de tração - Rodeiros de loco- motivas - Máquinas para indús- tria de papel

Uso ininterrupto de 24 horas sem admitir parada acidental

• Sist. Fornec. De água
• Equip. de Hidrelétricas
• Bombas de drenagem de minas

Fig. 5.1 Escamamento na Pista

Fig. 5.2 Dispersão da Vida do Rolamento

5- SELEÇÃO DA DIMENSÃO DO

ROLAMENTO

5.1 Vida do Rolamento

As funções requeridas para os rolamentos diferem de acordo com a aplicação, e devem ser mantidas necessariamente por um período além do determinado. O rolamento mesmo que utilizado corretamente, ao passar do tempo deixa de desempenhar de forma satisfatória, devido entre outros casos como o aumento de ruído e vibração, a redução da precisão pelo desgaste, a deterioração da graxa lubrificante ou o escamamento por fadiga na superfície de rolamento.

A vida do rolamento no amplo sentido do termo são estes períodos até a impossibilitação do uso, denominados respectivamente como, vida de ruído, vida de desgaste, vida de graxa ou vida de fadiga.

Além destas vidas existem outros casos que não permitem a utilização dos rolamentos, como o superaquecimento, a trinca e o lascamento, o arraste prejudicial nas pistas e danos nas placas de proteção. Estes são casos de natureza a serem distinguidos como vida pelo mau funcionamento do rolamento, freqüentemente com origem em erros, como de seleção do rolamento, da falha no projeto do eixo, alojamento e correlacionados, da falha na instalação, do erro no método de utilização ou da manutenção deficiente.

5.1.1 Vida de Fadiga e Vida Nominal

As pistas dos anéis internos e externos, juntamente com os corpos rolantes são submetidas a cargas cíclicas ininterruptas quando os rolamentos estiverem em rotação sob carga, por esta razão, em função da fadiga do material ocorre na superfície de contato da pista e dos corpos rolantes, falhas com desprendimento de material em forma de escamas, esta ocorrência (figura 5.1) é denominada de escamamento. O número total de revoluções até a ocorrência deste início de escamamento, é definido como vida de fadiga e é freqüentemente denominado, simplesmente, de vida.

A vida de fadiga do rolamento, mesmo operando em condições idênticas um grande número de rolamentos, que tenham as mesmas dimensões, construção, material, tratamento térmico, processo de fabricação, entre outros, apresentam uma dispersão considerável (figura 5.2). Isto ocorre devido a existência de dispersão natural na própria fadiga do material. Conseqüentemente, esta dispersão da vida é tratada como fenômeno estatístico e aplica-se a vida nominal definida a seguir.

A vida nominal é definida como sendo, o total do número de revoluções que um lote de rolamentos com o mesmo número possam girar sem apresentar escamamento em função da fadiga em 90% destes rolamentos, ao serem girados individualmente nas mesmas condições de operação.

Nos casos de operação em velocidades constantes são freqüentes a indicação da vida nominal pelo total de horas em operação.

Ao estudar a determinação da vida do rolamento, esta vida relativa à fadiga é usualmente o fator considerado; entretanto, de acordo com as funções requeridas ao rolamento, há necessidade de considerar juntamente alguns

limites de utilização. Exemplifi cando, há a vida de graxa nos rolamentos pré-lubrifi cados (consultar capítulo 12 página A107), que pode ser calculada aproximadamente. A vida de ruído e a vida de desgaste são freqüentemente defi nidas por antecipação baseadas nos limites obtidos empiricamente, isto se deve ao padrão dos limites de utilização que diferem de acordo com a aplicação do rolamento.

5.2 Capacidade de Carga Básica Dinâmica e Vida Nominal

5.2.1 Capacidade de Carga Básica Dinâmica A capacidade de carga básica dinâmica que representa a capacidade de carga do rolamento, é defi nida como a carga de direção e intensidade constantes que resulte na vida nominal de um milhão de revoluções (10^6 revoluções), na condição de anel interno em movimento e o anel externo em repouso. No rolamento radial toma-se a carga radial central de direção e intensidade constantes, no rolamento axial toma-se a carga axial, coincidente ao eixo central, de direção e intensidade constante. A capacidade de carga básica dinâmica C, para cada um dos rolamentos é relacionada nas tabelas de dimensões, como Cr nos rolamentos radiais e Ca nos rolamentos axiais.

5.2.2 Equipamentos para o uso de Rolamentos e Vida de Projeto Ao selecionar os rolamentos tomar futilmente uma vida nominal longa, implicará no aumento proporcional de tamanho dos rolamentos tornando-se antieconômico. Além

disto, há casos em que devido a ítens como resistência, rigidez e dimensões de instalação do eixo, nem sempre é possível se basear na vida nominal. Os rolamentos usados nos vários tipos de equipamentos, dependendo das condições de uso têm vidas de projeto que servem como orientação, se estas forem indicadas por coeficiente da vida (consulte tabela 5.2) empírica, serão conforme a tabela 5.1.

5.2.3 Seleção da Dimensão do Rolamento em função da Capacidade de Carga Básica Dinâmica Entre a capacidade de carga básica, a carga no rolamento e a vida nominal há a seguinte relação:

Rolamento de Esferas ...........(5.1)

Rolamento de Rolos ...........(5.2)

Onde L : Vida nominal (10^6 rev.) P : Carga no rolamento (equivalente) (N), {kgf} ................................referência na página A C : Capacidade de carga básica dinâmica (N), {kgf} Indicado como: Cr no rolamento radial e Ca no rolamento axial No caso dos rolamentos utilizados a uma velocidade constante, a indicação da vida do rolamento em horas torna-se mais conveniente. Em automóveis e rodeiros, geralmente, são indicadas em números de quilômetros percorridos (número total de revoluções).

Considerando, Lh (h) a vida nominal do rolamento, n (rpm) a velocidade de rotação, ƒh o coeficiente de vida e ƒn o coeficiente de velocidade, podem-se obter relações como a da tabela 5.2.

Tabela 5.2 Vida Nominal, Coeficiente de Vida e Coeficiente de Velocidade

n, ƒn ............................. Fig. 5.3 (pág. A26), Apêndice tabela 12 (pág. C24) Lh, ƒh ........................... Fig. 5.4 (pág. A26), Apêndice tabela 13 (pág. C25)

Classificação Rolamento de esferas Rolamento de rolos

Vida Nominal

Coeficien- te de Vida

Coeficien- te de Veloci- dade

L C P

L C P

=   

  

=   

  

3

3 10

5- SELEÇÃO DA DIMENSÃO DO

ROLAMENTO

Ao atribuir como condição de uso, a carga de rolamento P e a velocidade de rotação n e caso defi nido o coeficiente de vida ƒh como sendo a vida de projeto do rolamento para a máquina, a capacidade de carga básica C necessária pode ser obtida pela equação seguinte:

O rolamento que satisfaça este valor de C deve ser selecionado a partir das tabelas de dimensões.

5.2.4 Correção da Capacidade de Carga Básica em função da Temperatura A dureza dos rolamentos diminuem quando usados em altas temperaturas, como acima de 120°C, e em relação aos casos de uso em temperaturas normais têm a vida reduzida. Conseqüentemente, há necessidade de estimar a redução proporcional na capacidade de carga pela equação seguinte:

Onde: Ct : Capacidade de carga corrigida em função da temperatura de trabalho (N), {kgf} ƒt : Coefi ciente de temperatura (tabela 5.3) C : Capacidade de carga básica (N), {kgf}

Além disto, os rolamentos quando utilizados em temperaturas superiores a 120°C, de acordo com o tamanho podem apresentar alterações dimensionais sensíveis; nestes casos deve ser estudado a necessidade ou não do tratamento de estabilização dimensional. A capacidade de carga básica dos rolamentos com tratamento de estabilização dimensional pode tornar-se menor que a capacidade relacionada nas tabelas de dimensões.

Tabela 5.3 Coeficiente de Temperatura ƒt

5.2.5 Correção da Vida Nominal Conforme tratado anteriormente, as equações básicas para o cálculo da vida nominal são as seguintes:

Rolamento de Esferas ......................(5.5)

Rolamento de Rolos ......................(5.6)

A vida L 10 é ainda defi nida como a vida nominal com 90% de confi abilidade. Entretanto, dependendo do equipamento em que são empregados os rolamentos, há casos que requerem uma vida nominal presumida com acima de 90% de confi abilidade. Por outro lado, recentes aprimoramentos no material dos rolamentos proporcionaram a elevação da vida nominal; além disso, em função das pesquisas no campo da teoria de lubrificação elasto-hidrodinâmica, possibilitou-se a compreensão da influência significativa da espessura de película lubrifi cante, da área de contato entre a pista e os corpos rolantes, na vida dos rolamentos. Como reflexo destes aprimoramentos no cálculo da vida, efetua-se a correção da vida nominal através dos coeficientes a seguir: ..............................(5.7)

Onde Lna : Vida nominal considerando-se a confiabilidade, aprimoramento no material, condição de lubrificação, etc. L 10 : Vida nominal com 90% de confiabilidade a 1 : Coeficiente de confiabilidade a 2 : Coeficiente de material a 3 : Coefi ciente das condições de uso

Os coefi cientes de confiabilidade a 1 para confiabilidades superiores a 90% estão relacionados na tabela 5.4. O coeficiente de material a 2 deve ser tomado acima de 1 por ser um coeficiente para a correção do prolongamento da vida em função de aprimoramento do material. A NSK emprega de forma generalizada o aço para rolamento desgaseifi cado a vácuo, rigorosamente selecionado. Os resultados dos testes em laboratório próprio, com os rolamentos normais deste material, comprovaram o considerável efeito no prolongamento da vida. As capacidades de carga básica dinâmica Cr e Ca , relacionadas nas tabelas de dimensões têm considerado o efeito de prolongamento da vida em função de aprimoramento do material e da tecnologia de fabricação. Conseqüentemente, em caso de estimar a vida através da equação 5.7 é suficiente considerar a 2 = 1.

Tabela 5.4 Coeficiente de Confiabilidade a 1

O coeficiente das condições de utilização a 3 é o coefi ciente de correção da vida em função das condições de utilização do rolamento, particularmente para a infl uência das condições de lubrificação. O coeficiente a 3
1 pode ser tomado em casos que possibilitem a expectativa de uma suficiente espessura da película de óleo no rolamento em operação, sem que haja desalinhamento entre os anéis interno e externo. Contudo, deve ser a 3 < 1 nos seguintes casos:

• Quando a viscosidade do óleo lubrificante na área de contato entre as pistas e os corpos rolantes for baixa.
• Quando a velocidade periférica do corpo rolante for muito baixa.
• Quando a temperatura no rolamento for alta.
• Quando o lubrificante estiver contaminado.
• Quando o desalinhamento entre os anéis interno e externo for grande. O coefi ciente das condições de utilização a 3 é difícil de se indicar quantitativamente em função de cada uma das condições de utilização, devido a existência de muitas áreas de influência desconhecidas na atualidade. Ainda, devido ao coeficiente de material a 2 sofrer influência das condições de uso, há também a possibilidade de considerar a 2 e a 3 sem tomar como coeficientes independentes, e sim, combinados num único valor ( a 2 x a 3 ). Neste caso, em condições normais de lubrificação e utilização, como valor de ( a 2 x a 3 ) pode ser tomado o 1, mas quando a viscosidade do óleo lubrifi cante for baixa demais, o valor pode reduzir-se a níveis tão baixos quanto 0.2. Valores de ( a 2 x a 3 ) aproximados a 2 podem ser tomados quando não houver influências como o do desalinhamento e se forem utilizados óleos lubrificantes de alta viscosidade, que possam assegurar suficiente espessura fl uida de película do óleo na temperatura de operação.

A seleção do rolamento em função da capacidade de carga básica dinâmica, deve considerar de acordo com a necessidade o coeficiente de confiabilidade a 1 apropriado para cada aplicação e baseado nos equipamentos similares tradicionais, quanto a condições como a de lubrificação, de temperatura e de instalação, deve ser determinado através dos valores de C/P ou ƒh obtidos empiricamente, para cada tipo de máquina.

Temperatura do Rolamento °C 125 150 175 200 250

Coeficiente de Temperatura ƒt 1.00 1.00 0.95 0.90 0.

Confiabilidade (%) 90 95 96 97 98 99 a 1 1.00 0.62 0.53 0.44 0.33 0.

C f P f

h n

= .

C (^) t = f Ct.

L C P

L C P

=   

  

=   

  

10

3

10

10 3

L (^) na = a a a L 1 2 3 10

Fig. 5.3 Velocidade de Rotação e coeficiente de Velocidade

Fig. 5.4 Vida Nominal e Coeficiente de Vida

5- SELEÇÃO DA DIMENSÃO DO

ROLAMENTO

A média da velocidade de rotação nm pode ser calculada pela equação a seguir:

(2) Quando a carga variar quase que linearmente (figura 5.8), a carga média Fm pode ser calculada aproximadamente pela equação a seguir:

Onde,

F (^) min : Carga variável mínima (N), {kgf} F (^) max : Carga variável máxima (N), {kgf}

(3) Quando a carga variar em forma de curva senoidal (fi gura 5.9), a carga média Fm pode ser calculada aproximadamente pelas seguintes equações:

No caso da figura 5.9 (a)

No caso da figura 5.9 (b)

(4) Quando forem aplicadas cargas giratórias e cargas estacionárias (figura 5.10).

F (^) R : Carga Giratória (N), {kgf}

FS : Carga estacionária (N), {kgf}

A carga média F (^) m pode ser calculada aproximadamente pelas seguintes equações:

a) Quando F (^) R
FS

b) Quando FR < FS

5.4 Carga Dinâmica Equivalente As cargas que atuam nos rolamentos, em alguns casos se aplicam puramente radiais ou axiais; Na realidade, contudo, são maiores as aplicações simultâneas das cargas radiais e axiais combinadas, havendo também os casos de variação da intensidade e direção destas cargas. Em casos como estes, pela inviabilidade de usar diretamente a carga que atua no rolamento para o cálculo da vida, deve ser estimada uma carga hipotética que passe pelo centro do rolamento, de intensidade constante, que possibilite uma vida correspondente à vida real do rolamento nas diversas condições de carga e rotação. Esta carga hipotética é defi nida como carga dinâmica equivalente.

5.4.1 Cálculo da Carga Dinâmica Equivalente A carga dinâmica equivalente nos rolamentos radiais pode ser calculada através da equação seguinte:

Onde P : Carga dinâmica equivalente (N), {kgf} Fr : Carga radial (N), {kgf} Fa : Carga axial (N), {kgf} X : Coefi ciente de carga radial Y : Coefi ciente de carga axial

Os valores de X e Y estão relacionados nas tabelas de dimensões. Os rolamentos axiais de esferas normais não podem receber cargas radiais, mas os rolamentos axiais autocompensadores de rolos permitem a aplicação de certa carga radial. A carga dinâmica equivalente, neste caso, pode ser calculada através da equação seguinte:

5.4.2 Componentes de Direção Axial nos Rolamentos de Esferas de Contato Angular e de Rolos Cônicos O centro da linha de carga (centro efetivo da carga) nos rolamentos de esferas de contato angular e de rolos cônicos, conforme indicado na figura 5.11, fica no ponto de interseção do prolongamento da linha de contato da carga com a linha de centro do eixo. A posição do centro da linha de carga está relacionada nas tabelas de dimensões.

A ação da carga radial nestes tipos de rolamentos, dá origem a componente de direção axial, em razão disto, são utilizadas duas peças contrapostas do mesmo tipo de rolamento. A componente na direção axial pode ser calculada através da equação seguinte:

Onde, Fai : Componente na direção axial (N), {kgf} Fr : Carga Radial (N), {kgf} Y: Coeficiente de carga axial

Considerando-se o caso da atuação da carga axial Fae de origem externa, na direção da flecha da figura 5.12, juntamente com as cargas radiais FrI e FrII nos rolamentos I e II respectivamente, e fazendo-se Y (^) I e Y (^) II como os respectivos coeficientes de carga axial e X como coeficiente de carga radial, a carga dinâmica equivalente PI e PII pode ser calculada através das equações seguintes:

Fig. 5.7 Carga de Variação Escalonada Fig. 5.8 Carga de Variação Simples Fig. 5.10 Cargas Giratória e Estacionária

Fig. 5.9 Carga de Variação em forma de Curva Senoidal

Fig. 5.11 Centro Efetivo da Carga Fig. 5.12 Cargas Atuantes nos Rolamentos Contrapostos

n

n t n t n t m (^) t t t

n n n

=

1 1 2 2 1 2

.... ...

........(5.19)

Fm F + F 1 3

( (^) min 2 max ).................(5.20)

Fm
0 65. F max ..............................(5.21)

Fm
0 75. F max ..............................(5.22)

F F F F F m r s

r s

2
0 3. 0 2. ..............(5.24)

F F F

F m r s (^) F

s r

2
0 3. 0 2. ..............(5.23)

P = XFr ++ YFa ............................(5.25)

F = Y ai Fr ................................(5.27)

0 6.

P = F + F F F

a r r a

............................(5.26)

Quando

1 2

0 55

.

.

= + +

  

  

=

 







• <

F Y

F Y

F

P XF Y F Y

F

P F

F Y

F Y

F

ae II

rII I

rI

I rI I ae II

rII

II rII

ae II

rII I

rI

Quando

.........(5.28)

Quando

0 6 0 6

0 6

0 6 0 6

..

.

..

PP F

P XF Y Y

F F

I rI

II rII II I

rI ae

=

= + −

  

  

 







0 6. .........(5.29)

5- SELEÇÃO DA DIMENSÃO DO

ROLAMENTO

5.5 Capacidade de Carga Básica

Estática e Carga Estática Equivalente

5.5.1 Capacidade de Carga Básica Estática

Os rolamentos quando submetidos a uma carga excessiva ou uma grande carga de choque, apresentam uma deformação parcial permanente nas pistas e nos corpos rolantes.

A intensidade desta deformação aumenta de acordo com o aumento da carga, e ao exceder determinado limite, o giro suave do rolamento será impedido.

A capacidade de carga básica estática é definida como a carga estática que resulte nas tensões de contato, relacionadas a seguir, calculadas no centro da área de contato entre o corpo rolante submetido à tensão máxima e a superfície da pista.

Rols. autocompensadores de esferas 4 600 Mpa

{469 kgf/mm 2 }

Outros rolamentos de esferas 4 200 Mpa

{428 kgf//mm^2 }

Rolamentos de rolos 4 000 Mpa

{408 kgf//mm 2 }

A soma da deformação permanente no corpo rolante e nas pistas, na área de contato submetida a esta tensão de contato, será de aproximadamente 0.0001 do diâmetro do corpo rolante.

A capacidade de carga básica estática C 0 , relativa a cada um dos rolamentos é apresentada nas tabelas de dimensões, como C (^) 0r nos rolamentos radiais e como C0a nos rolamentos axiais.

Além disto, acompanhando a alteração dos critérios para a capacidade de carga básica estática pela norma ISO, os novos valores de C 0 para rolamentos de esferas da NSK estão cerca de 0.8 a 1.3 vezes os valores anteriores e nos rolamentos de rolos cerca de 1.5 a 1.9 vezes.

Conseqüentemente, os coeficientes de carga estática permissível ƒs indicados em 5.5.3 estão também modificados, devendo-se pois, tomar a devida atenção.

5.5.2 Carga Estática Equivalente

A carga estática equivalente é a carga hipotética que faz resultar na área de contato da pista com o corpo rolante que será submetido à tensão máxima, uma tensão de contato equivalente à tensão máxima de contato que resulte das condições reais de carga, quando o rolamento estiver estacionário (inclusive rotação extremamente baixa ou oscilação lenta). Nos rolamentos radiais toma-se a carga radial que passa pelo centro do rolamento, e nos rolamentos axiais toma-se a carga axial de direção coincidente ao eixo central.

(a) Carga estática equivalente nos rolamentos radiais.

O maior dos dois valores calculados a partir das equações a seguir, deve ser adotado como carga estática equivalente

nos rolamentos radiais.

Onde P 0 : Carga estática equivalente (N), {kgf} Fr : Carga radial (N), {kgf} Fa : Carga axial (N), {kgf} X 0 : Coefi ciente de carga radial estática Y 0 : Coefi ciente de carga axial estática (b) Carga estática equivalente nos rolamentos axiais

Onde P 0 : Carga estática equivalente (N), {kgf} α: Ângulo de contato nominal

Entretanto, quando Fa < X 0 Fr , esta equação se torna menos precisa. Os valores de X 0 e Y 0 para as equações (5.30) e (5.32) estão relacionados nas tabelas de dimensões.

5.5.3 Coeficiente de Carga Estática Permissível A carga estática equivalente permissível nos rolamentos, difere em função da capacidade de carga básica estática e as condições de operação. O coeficiente de carga estática permissível ƒs , para a verificação do grau de segurança em relação à capacidade de carga básica estática, pode ser encontrado pela equação (5.33). Os valores de ƒs geralmente recomendados estão indicados na tabela 5.8. Acompanhando a alteração da capacidade de carga estática, especialmente nos rolamentos de rolos que tiveram os valores de C 0 aumentados, os valores de ƒs foram alterados, em razão disto, deve-se tomar atenção sufi ciente quando da sua aplicação.

Onde C 0 : Capacidade de carga básica estática (N), {kgf} P 0 : Carga estática equivalente (N), {kgf}

Normalmente, para os rolamentos axiais autocompensadores de rolos deverá ser ƒs
4.

Tabela 5.8 Coeficiente de Carga Estática Permissível ƒs

5.6 Carga Axial Permissível nos Rolamentos de Rolos Cilíndricos Os rolamentos de rolos cilíndricos com rebordos no anel interno e anel externo ou com anéis de encosto, permitem a atuação simultânea da carga radial e carga axial de certo grau. A carga axial permissível é limitada em função do aquecimento ou superaquecimento devido ao deslizamento entre as faces dos rolos e da lateral dos rebordos. A carga axial permissível para os rolamentos da série de diâmetro 3, carregados continuamente e lubrificados a graxa ou a óleo, está indicada na figura 5.13.

Lubrificação a graxa (equação empírica)

Lubrificação a óleo (equação empírica)

Onde C (^) A : Carga axial permissível (N), {kgf} d : Diâmetro nominal do furo (mm) n : Velocidade de rotação (rpm)

ƒ : Coeficiente de Carga k : Coeficiente de Dimensão

Além disto, para que os rolamentos de rolos cilíndricos demonstrem uma estável capacidade de carga axial, precauções como as relacionadas em seguida são necessárias para o rolamento e os adjacentes:

• Quando a carga axial for aplicada, deverá com certeza ter a carga radial aplicada.
• Deve-se garantir lubrificante em suficiência entre as faces do rolo e da lateral do rebordo.
• Usar lubrificantes com alto poder de extrema pressão.
• Efetuar suficientemente a operação de amaciamento.
• Melhorar a precisão de instalação.
• A folga radial não deve ser tomada maior que a necessária. Nos casos em que a velocidade de rotação dos rolamentos é extremamente baixa, ou em que são superiores a 50% do limite de rotação, ou ainda, em casos de rolamentos de rolos cilíndricos de grande porte, como os de diâmetro interno acima de 200mm, é necessário um cuidadoso estudo para cada caso com referência à lubrificação, resfriamento, etc. Consulte a NSK em casos semelhantes.

Fig. 5.13 Carga Axial Permissível nos Rolamentos de Rolos Cilíndricos Para rolamentos da série de diâmetro 3 (k=1.0) em carregamento contínuo (f=1)

Carregamento ƒ Contínuo 1 Intermitente^2 Curtos períodos 3

Séries de Diâmetro k 2 0. 3^1 4 1.

Condição de Operação

Limite Inferior de ƒs Rol. de Esferas

Rol. de Rolos Requer baixo ruído em especial 2 3 Casos com vibração e choque 1.5^2 Casos de operação normal^1 1.

Po = Fr ......................(5.31)

f

C s (^) P

o o

= .....................(5.33)

Po = X Fo r + Fa α ≠ 90 °........(5.32)

C f k d n

k d

C f

k d n

k d

o

A

A

= N

−

 





 





=

−

9 8 900 1500

0 023

900 1500

0 023

2 2 5

2 2 5

. (. )

. (. ) ...( )

(. )

. (. )

.

. 

 

 

 ^





 



  

... kgf

........(5.34)

=

−

 





 





=

−

 

 

 

 ^





 



 

. (. )

. (. ) ...( )

(. )

. (. ) ...

.

.

C f k d n

k d

C f

k d n

k d kgf

A

A

9 8 N 490 1000

0 000135

490 1000

0 000135

2 3 4

2 3 4 

....(5.35)

Po = X Fo r + Y Fo a ........(5.30)

Portanto, nesta disposição dos rolamentos, a carga axial

atua somente no rolamento I.

Disto, o rolamento I terá:

FrI = 1 584N, {162kgf}

FaI = 3 468N, {354kgf}

e como FaI /FrI = 2.2 > e = 0.

A carga dinâmica equivalente será: P (^) I = XFrI + Y (^) I FaI

= 0.4 x 1 584 + 0.74 x 3468 = 3 200N, {326kgf}

e o coeficiente de vida

que resultará na vida nominal

O rolamento II terá:

FrII = 3 916N, {399kgf}, FaII = 0

A carga dinâmica equivalente será:

PII = FrII = 3 916N, {399kgf}

e o coeficiente de vida

Que resultará na vida nominal

A atuação de cargas pesadas e de choque, e pelo fato de poder prever a fl exão do eixo, entre outros, deve ser selecionado o autocompensador de rolos como tipo de rolamento.

Os rolamentos autocompensadores de rolos que satisfazem as condições dimensionais anteriores, são relacionados no quadro a seguir (referência na página B190).

Como Fa / Fr = 0.20 < e A carga dinâmica equivalente P será: P = Fr + Y 3 Fa

Da tabela 5.1 coeficiente de vida fh e exemplos de aplicação da página A25, 3~5 são os valores orientativos de f (^) h.

Supondo-se Y 3 = 2.1, a capacidade de carga básica dinâmica C (^) r necessária ao rolamento será:

Os rolamentos que atendem esta necessidade são 23160CA, 23160, 24160CA ou 24160.

6 LIMITE DE ROTAÇÃO DO ROLAMENTO

Os rolamentos apresentam, cada qual, certos limites na velocidade de rotação. Caso os rolamentos sejam postos em funcionamento, conforme o aumento da velocidade mais alto será o aumento da temperatura de origem no calor de atrito interno do rolamento. O limite de rotação é a velocidade permissível obtida empiricamente pelo qual se permite a operação contínua do rolamento, sem que ocorra o travamento por superaquecimento ou a geração de calor acima de certo limite. O limite de rotação (rpm) de cada um dos rolamentos, conseqüentemente, difere de acordo com fatores como o tipo e a dimensão do rolamento, o tipo e o material da gaiola, a carga no rolamento, o método de lubrifi cação e as condições de resfriamento inclusive com os conjugados adjacentes ao rolamento. Os limites de rotação (rpm) para os casos de lubrificação a graxa e a óleo são apresentados nas tabelas de dimensões para cada um dos rolamentos. Os limites são válidos para os rolamentos de projeto padrão em condições normais de carga (aproximadamente, C/P
12 e Fa/Fr  0.2), cada qual, nos casos de lubrificação a graxa ou a óleo. Os valores para lubrificação a óleo estão baseados no método de lubrificação por banho de óleo. Ainda, de acordo com a marca e as características do lubrifi cante, há casos de não serem adequados para altas rotações, embora possam ser acentuadamente superiores em outros aspectos. Conseqüentemente, nos casos como os de velocidades de operação dos rolamentos superiores a 70% dos limites de rotação relacionados nas tabelas de dimensões, há necessidade de se selecionar graxas e óleos lubrificantes que tenham boas propriedades para altas rotações. (Referência) Tabela 12.2 Propriedades dos vários tipos de graxa (páginas A110 e A111) Tabela 12.5 Exemplos de seleção de óleos lubrificantes (página A113) Tabela 15.8 Designação das graxas lubrificantes e comparação das características (páginas A138 a A141)

6.1 Correção do Limite de Rotação A correção do limite de rotação se torna necessária quando a carga no rolamento P ultrapassar 8% da capacidade de carga dinâmica C , ou em casos como o das condições de uso em que a carga axial Fa for superior a 20% da carga radial Fr ; esta correção do limite de rotação deve ser efetuada aplicando o coeficiente das figuras 6.1 e 6.2. Além disto, nas condições de uso em que a velocidade de rotação do rolamento for maior que o limite de rotação, o rolamento deve ser selecionado, após estudar sufi cientemente a precisão, a folga interna, o tipo e o material da gaiola, entre outros itens. Igualmente, quanto à lubrificação há necessidade de se adotar métodos como a lubrificação por circulação forçada do óleo, a lubrificação por jato de óleo, a lubrificação por névoa de óleo ou a lubrifi cação óleo-ar. Ao se tomar os cuidados em relação à solicitação de alta

velocidade, como os anteriormente citados, pode-se admitir um limite de rotação superior. Isto é, permite-se adotar até os valores multiplicados pelo fator de correção da tabela 6.1. A NSK deve ser consultada nestes casos.

6.2 Limite de Rotação nos Rolamentos de Esferas com Vedação O limite de rotação no tipo de vedação com contato (DDU), nos rolamentos de esferas vedados é determinado principalmente pela velocidade periférica da extremidade de contato da vedação. As tabelas de dimensões dos rolamentos apresentam estes valores.

Fig. 6.1 Correção do Limite de Rotação devido a Intensidade da Carga no Rolamento

Fig. 6.2 Correção do Limite de Rotação devido a Carga Combinada

Tabela 6.1 Correção do Limite de Rotação devido às Contramedidas para Altas Velocidades

d D B Rolamen- tos

Capacidade de Carga Básica Dinâmica Cr (N) {kgf}

Cons- tante

e

Coefi- ciente

Y 3

300

420 460 460

460 460 500

500 500 500

90 118 118

160 160 160

160 200 200

23960 23060 CA 23060

24060 CA 24060 23160 CA

23160 24160 CA 24160

1 050 000 107 000 1 920 000 196 000 1 630 000 166 000

2 310 000 235 000 2 110 000 215 000 2 670 000 273 000

2 360 000 241 000 3 100 000 315 000 2 590 000 264 000

3 5 0 444 245 000 2 1

2 350 000 3 900 000 240 000 400 000

( 3 ) ( ~ ) . (.

~ ,{ ~ }

x

x 49 000)x(3 ~ 5)

=

=

=

C

F Y F

N kgf

r

r a

F Y

F

N kgf

Y

F N kgf

ae II

rII

I

rI

• = +

=

= =

0 6 2 000

0 6 1 6

3 916

3 468 354 0 6 0 6 0 74

1584 1284 131

.. . ,{ } . .

,{ }

x

. x

F Y ae F II

• (^) rI

0 6.

f f

C P h n r I

=

= = 0 42 31 500 3 200

4 13 . . x

Lh = 500 4 13 =56 500 h

10 x.^3

f f C P h n

r II

= = 0 0 42 4 61 . . x43 000 3 916

=

500 4 61 81000

10 L = x.^3 = h h

0 444 3 5 3

. ~ Fr

= =

f f = C P

C Y F h n

r r a

(Exemplo 6) Selecionar um rolamento para redutor de velocidade nas seguintes condições: Condições de utilização Carga radial Fr = 245 000N, {25 000kgf} Carga axial Fa = 49 000N, {5 000kgf} Velocidade de rotação n = 500 rpm Condições dimensionais Diâmetro do eixo = 300mm Furo do alojamento = abaixo de 500mm

Tipos de Rolamento Fator de Correção Rol. rolos cilíndricos (uma carreira) 2 Rol. rolos agulha (exceto os de largura maior) 2 Rol. rolos cônicos^2 Rol. autocomp. de rolos 1. Rol. fixo de esferas 2. Rol. de esferas de contato angular (15°) 1. Rol. de esferas de contato angular (25° e 30°) 2

7.1 Dimensões Principais e Dimensões das Ranhuras dos Anéis de Retenção

7.1.1 Dimensões Principais

As dimensões principais dos rolamentos, conforme indicadas nas figuras 7.1 a 7.5, são as dimensões como o diâmetro do furo d , o diâmetro externo D , a largura B , a largura de montagem (ou altura) T e o chanfro r , que indicam o contorno determinante dos limites dos rolamentos, sendo estas, muito importantes quando da instalação dos rolamentos nos eixos e nos alojamentos.

As dimensões principais são regulamentadas pela norma internacional (ISO 15) e a norma JIS B 1512 (dimensões principais dos rolamentos) está também de acordo com a norma internacional.

As dimensões principais e as séries de dimensão dos rolamentos radiais, dos rolamentos de rolos cônicos e dos rolamentos axiais são indicadas nas tabelas 7.1 a 7. (páginas A20 a A49).

Nas tabelas das dimensões principais, as outras dimensões relativas aos números do furo e as dimensões do furo, são indicadas pelas séries de diâmetro e pelas séries de dimensão.

A graduação das séries de diâmetro externo dos rolamentos, relativas aos diâmetros dos furos normais, são as séries de diâmetro dos rolamentos, e as séries de dimensão dos rolamentos são as combinações das séries de largura ou altura com as séries de diâmetro.

As séries de dimensão estão definidas em grande número, todavia, a utilização prática deste universo de dimensões não é total, havendo reservas para os futuros processos de padronização.

As tabelas das dimensões principais apresentam na sua parte superior, os tipos de rolamentos e os símbolos (símbolo que indica o tipo e a série de dimensão, consultar a tabela 7.5, página A55), dos rolamentos mais representativos.

As diferenças devidas às séries dimensionais na dimensão da seção dos rolamentos radiais (exceto os rolamentos de rolos cônicos), e dos rolamentos axiais são indicadas pelas fi guras 7.6 e 7.7.

7.1.2 Dimensões das Ranhuras e dos Anéis de Retenção As dimensões das ranhuras para os anéis de retenção, no diâmetro externo dos rolamentos, são especificadas pela ISO 464. Igualmente, as dimensões e a precisão dos anéis de retenção são também especificadas pela ISO

464. As dimensões das ranhuras e dos anéis de retenção, referentes aos rolamentos das séries de diâmetro 8, 9, 0, 2, 3 e 4, são indicadas na tabela 7.4 (páginas A50 a A53).

Fig. 7.1 Dimensões Principais dos Rolamentos Radiais de Esferas e de Rolos

7 DIMENSÕES PRINCIPAIS E NÚMEROS DE IDENTIFICAÇÃO DOS ROLAMENTOS

Fig. 7.2 Rolamentos de Rolos Cônicos

Fig. 7.3 Rolamentos Axiais de Esferas de Escora Simples

Fig. 7.4 Rolamentos Axiais de Esferas de Escora Dupla

Fig. 7.5 Rolamentos Axiais Autocompensadores de Rolos

Fig. 7.7 Diferenças devidas às Séries de Dimensão na Seção dos Rolamentos Axiais (exceto a Série de Diâmetro 5)

Fig. 7.6 Diferenças devidas às Séries de Dimensão na Seção dos Rolamentos Radiais (exceto os Rolamentos de Rolos Cônicos)