Tipos de rolamentos e suas aplicações

Você sabe que tipo de componente mecânico é um rolamento? Os rolamentos são frequentemente chamados de "alimento da indústria de máquinas", pois são componentes essenciais amplamente utilizados em diversos tipos de máquinas.

O que é um rolamento?

Um rolamento é um componente que auxilia na rotação de um objeto. Como o nome sugere, um rolamento suporta o eixo rotativo dentro de uma máquina. Máquinas que utilizam rolamentos incluem automóveis, aviões e geradores. Eletrodomésticos comuns, como geladeiras, aspiradores de pó e condicionadores de ar, também utilizam rolamentos. Nessas máquinas, os rolamentos suportam eixos equipados com rodas, engrenagens, turbinas, rotores e outras peças, ajudando o eixo a girar suavemente.

Função do rolamento

Os rolamentos reduzem o atrito e tornam a rotação mais suave. O atrito ocorre inevitavelmente entre um eixo rotativo e a peça que suporta a rotação. Os rolamentos são usados ​​entre o eixo rotativo e o mecanismo de suporte. Ao reduzir o atrito, os rolamentos permitem uma rotação mais suave e menor consumo de energia. Essa é a principal função de um rolamento.

Eles protegem a parte de suporte da rotação e mantêm o eixo rotativo na posição correta. O eixo rotativo e a parte de suporte estão sujeitos a forças significativas. Os rolamentos impedem que a parte de suporte seja danificada por essas forças e mantêm o eixo rotativo em sua posição correta. É justamente por causa dessas funções que podemos usar máquinas repetidamente por longos períodos.

Diferentes tipos de rolamentos

As seções a seguir explicam os tipos, as diferenças e as aplicações específicas dos rolamentos comuns.

Rolamento de esferas de contato angular

Os rolamentos de esferas de contato angular podem suportar cargas radiais e axiais simultaneamente. Eles podem operar em velocidades relativamente altas. Quanto maior o ângulo de contato, maior a capacidade de suportar carga axial. O ângulo de contato é o ângulo entre a linha que conecta os pontos de contato da esfera e das pistas no plano radial e a linha perpendicular ao eixo do rolamento. Rolamentos de alta precisão e alta velocidade normalmente utilizam um ângulo de contato de 15 graus. O ângulo de contato aumenta sob a ação da força axial.

Diferenciais

Rolamentos de Compatibilidade Universal: Estes rolamentos são especialmente fabricados para que, quando instalados lado a lado, qualquer combinação possa atingir uma folga interna ou pré-carga predeterminada, bem como uma distribuição uniforme da carga, sem a necessidade de calços ou dispositivos similares. São utilizados quando a capacidade de carga de um único rolamento é insuficiente ou quando o rolamento precisa suportar cargas combinadas ou cargas axiais em ambas as direções.

Rolamentos de projeto básico: Estes rolamentos são projetados para configurações com um único rolamento. Os rolamentos de esferas de contato angular de uma carreira, de projeto básico, são usados ​​principalmente em configurações com apenas um rolamento por posição. Suas tolerâncias de largura e protrusão são de grau padrão. Portanto, não são adequados para a montagem de dois rolamentos de esferas de contato angular de uma carreira imediatamente adjacentes.

Rolamento de esferas autocompensador

Os rolamentos autocompensadores de esferas apresentam duas estruturas: com furo cilíndrico e com furo cônico. Os materiais da gaiola incluem chapa de aço e resina sintética. Sua principal característica é que a pista de rolamento do anel externo é esférica, proporcionando propriedades de autocompensação. Isso pode compensar erros causados ​​por problemas de concentricidade e deflexão do eixo, embora a inclinação relativa entre os anéis interno e externo não deva exceder 3 graus.

Eles suportam principalmente cargas radiais, mas também podem suportar pequenas cargas axiais. O deslocamento axial do eixo é limitado dentro dos limites de folga. Devido ao seu desempenho de autoalinhamento, permitem a operação normal em condições nas quais os anéis interno e externo estão ligeiramente inclinados um em relação ao outro, tornando-os adequados para componentes onde a coaxialidade estrita do furo da carcaça não pode ser garantida.

Diferenciais

• A pista de rolamento externa de um rolamento autocompensador de esferas faz parte de uma esfera, com o centro de curvatura situado no eixo do rolamento. Portanto, o rolamento possui uma função de autocompensação; ele pode se ajustar automaticamente quando o eixo ou a caixa sofrem deflexão, sem aumentar a carga sobre o rolamento. 
• Ele suporta cargas radiais e uma quantidade moderada de carga axial em ambas as direções. No entanto, não suporta cargas de momento. Devido ao pequeno ângulo de contato, permanece praticamente inalterado sob carga axial, resultando em baixa capacidade de carga axial, mas alta capacidade de carga radial. É adequado para situações com cargas pesadas ou cargas de impacto.
• Os rolamentos de esferas autocompensadores de carreira dupla, com buchas adaptadoras e porcas de travamento, podem ser instalados em qualquer posição em um eixo liso, eliminando a necessidade de ressaltos de posicionamento.

Rolamento de rolos esféricos

Os rolamentos autocompensadores de rolos apresentam duas fileiras de rolos, uma pista esférica comum no anel externo e duas pistas no anel interno inclinadas em relação ao eixo do rolamento. Essa construção engenhosa proporciona desempenho de autoalinhamento, tornando-os menos suscetíveis a erros no ângulo entre o eixo e a caixa do rolamento, bem como à flexão do eixo. São adequados para situações em que erros angulares são causados ​​por erros de instalação ou deflexão do eixo. Além de cargas radiais, esse rolamento também suporta cargas axiais bidirecionais. Os rolamentos autocompensadores de rolos estão disponíveis com furos cilíndricos e cônicos. O furo cônico possui uma conicidade de 1:30 ou 1:12. Esses rolamentos com furo cônico podem ser montados de forma fácil e rápida em eixos lisos ou escalonados usando buchas adaptadoras ou buchas de extração.

Aplicações

• Gaiolas de aço estampado reforçado, gaiolas de aço estampado, gaiolas de poliamida 66 reforçadas com fibra de vidro, gaiolas de latão usinadas em duas peças, gaiolas de latão usinadas integralmente e gaiolas de aço estampado para aplicações de vibração. Os códigos nos rolamentos podem variar para a mesma estrutura.
• Máquinas para fabricação de papel, engrenagens redutoras, eixos de veículos ferroviários, assentos de rolamentos de caixas de engrenagens de laminadores, rolos de laminadores, britadores, peneiras vibratórias, máquinas de impressão, máquinas para trabalhar madeira, diversos redutores industriais e rolamentos autocompensadores verticais com assentos.

Rolamento axial autocompensador de rolos

Os rolamentos axiais de rolos esféricos são bastante semelhantes aos rolamentos de rolos esféricos convencionais. A superfície da pista de rolamento da arruela de alojamento é esférica, com seu centro em um ponto que coincide com o eixo central do rolamento. Os rolos são esféricos, proporcionando uma função de autoalinhamento automático, o que os torna menos sensíveis à coaxialidade e à deflexão do eixo. Esses rolamentos são usados ​​principalmente em plataformas de perfuração de petróleo, máquinas para siderurgia, geradores hidrelétricos, motores verticais, eixos de hélices marítimas, guindastes de torre e extrusoras.

Diferenciais

Não se deve utilizar ajuste por interferência entre o anel externo e o furo da caixa do rolamento, nem o ajuste entre o anel interno e o munhão deve ser excessivamente apertado. É necessário que o rolamento permita um deslocamento axial flexível quando ajustado com uma porca durante a instalação. Se for utilizado um ajuste por interferência com rolamentos autocompensadores de rolos, é fácil alterar o ângulo de contato, causando distribuição desigual da carga e aumento significativo da temperatura. Portanto, o ajuste ideal para a instalação dos anéis interno e externo com o munhão e o furo da caixa é geralmente aquele em que o rolamento pode ser encaixado no munhão e no furo da caixa apenas com o auxílio de ambos os polegares.

Para a folga axial de instalação de rolamentos autocompensadores de rolos, o ajuste pode ser feito utilizando porcas de ajuste no munhão, calços, roscas no furo da caixa do rolamento ou molas de pré-carga. O valor da folga axial depende da configuração durante a instalação, da distância entre os rolamentos e dos materiais do eixo e da caixa, podendo ser determinado de acordo com as condições de trabalho.

Para rolamentos autocompensadores de rolos de alta carga e alta velocidade, o efeito do aumento da temperatura na folga axial deve ser considerado ao ajustar a folga; a redução na folga causada pelo aumento da temperatura deve ser estimada, o que significa que a folga axial deve ser ajustada para ser ligeiramente maior.

Para rolamentos de baixa velocidade sujeitos a vibração, deve-se adotar a instalação sem folga ou com pré-carga. O objetivo é garantir um bom contato entre os rolos e as pistas do rolamento autocompensador de rolos, distribuir a carga uniformemente e evitar danos aos rolos e às pistas causados ​​por vibração e impacto.

Após o ajuste, a folga axial é verificada com um relógio comparador. O método consiste em fixar o relógio comparador ao corpo da máquina ou à caixa de rolamentos, encostar a ponta do indicador na superfície lisa do eixo e movimentar o eixo axialmente para a esquerda e para a direita; a oscilação máxima do ponteiro indica o valor da folga axial.

Rolamento de rolos cônicos

Os rolamentos de rolos cônicos são rolamentos separáveis; tanto o anel interno quanto o externo possuem pistas de rolamento cônicas. Dependendo do número de carreiras de rolos, eles são divididos em rolamentos de rolos cônicos de uma carreira, de duas carreiras e de quatro carreiras. Os rolamentos de rolos cônicos de uma carreira podem suportar cargas radiais e axiais em uma única direção. Quando o rolamento é submetido a uma carga radial, uma força axial é gerada, sendo necessário outro rolamento capaz de suportar a força axial oposta para equilibrá-lo.

Característica

O ângulo do anel externo e o diâmetro da pista externa são padronizados. Alterações não são permitidas durante o projeto e a fabricação para garantir que o anel externo e o conjunto interno dos rolamentos de rolos cônicos sejam universalmente intercambiáveis ​​em todo o mundo.

Os rolamentos de rolos cônicos são usados ​​principalmente para suportar cargas radiais e axiais combinadas, com predominância de cargas radiais. Eles possuem maior capacidade de carga, porém com menor velocidade limite. Os rolamentos de rolos cônicos podem suportar cargas axiais em uma direção e limitar o deslocamento axial do eixo ou da caixa nessa direção. A capacidade de carga do rolamento depende do ângulo da pista de rolamento do anel externo; quanto maior o ângulo, maior a capacidade de carga.

Este tipo de rolamento é desmontável. A folga dos rolamentos de rolos cônicos de uma carreira precisa ser ajustada pelo usuário durante a instalação; a folga dos rolamentos de rolos cônicos de duas e quatro carreiras é definida na fábrica de acordo com as necessidades do usuário e não precisa de ajuste posterior.

Os rolamentos de rolos cônicos possuem pistas de rolamento cônicas nos anéis interno e externo, com rolos cônicos dispostos entre elas. As linhas de projeção de todas as superfícies cônicas convergem para o mesmo ponto no eixo do rolamento. Esse design torna os rolamentos de rolos cônicos particularmente adequados para cargas compostas (radiais e axiais).

A capacidade de carga axial do rolamento é determinada principalmente pelo ângulo de contato α; quanto maior o ângulo α, maior a capacidade de carga axial. A magnitude do ângulo é representada pelo coeficiente de cálculo ε; quanto maior o valor de ε, maior o ângulo de contato e maior a capacidade do rolamento de suportar cargas axiais.

Os rolamentos de rolos cônicos são geralmente separáveis, o que significa que o conjunto do cone (composto pelo anel interno com rolos e gaiola) pode ser instalado separadamente da pista (anel externo). Os rolamentos de rolos cônicos são amplamente utilizados em automóveis, laminadores, mineração, metalurgia, máquinas para plásticos e outras indústrias.

Bearing esferas profundo do sulco

Os rolamentos de esferas de ranhura profunda são o tipo de rolamento mais utilizado. Possuem baixa resistência ao atrito e alta velocidade. Podem ser usados ​​em peças que suportam cargas radiais ou cargas radiais e axiais combinadas, bem como em peças que suportam cargas axiais, como motores de baixa potência, caixas de engrenagens de automóveis e tratores, caixas de engrenagens de máquinas-ferramenta e máquinas e ferramentas em geral.

Quando a folga radial do rolamento é aumentada, ele passa a apresentar certas características de desempenho de rolamentos de esferas de contato angular e pode suportar cargas radiais e axiais combinadas.

Em comparação com outros tipos de rolamentos do mesmo tamanho, esses rolamentos têm um coeficiente de atrito menor e uma velocidade limite maior. No entanto, eles não são resistentes a impactos e não são adequados para suportar cargas pesadas.

Após serem montados no eixo, os rolamentos de esferas de ranhura profunda podem limitar o deslocamento axial do eixo ou da caixa em ambas as direções dentro da faixa de folga axial do rolamento, de forma que possam ser usados ​​para posicionamento axial bidirecional.

Além disso, esse tipo de rolamento possui certa capacidade de autoalinhamento. Quando inclinado de 2′ a 10′ em relação ao furo da carcaça, ele ainda funciona, mas isso terá um certo impacto na vida útil do rolamento.

Em rolamentos de esferas de ranhura profunda, se a carga for muito pequena durante a operação, ocorrerá deslizamento entre as esferas e a pista, o que pode causar arranhões. Essa tendência é particularmente presente em rolamentos de esferas de ranhura profunda de grande porte, onde as esferas e a gaiola são pesadas. Em muitos casos, os rolamentos sofrerão corrosão. Existem muitas razões para a corrosão de rolamentos. Os fatores mais comuns são os seguintes:

• Entrada de umidade, sujeira, etc., devido a dispositivos de vedação inadequados.
• O rolamento não é utilizado há muito tempo, tendo ultrapassado o período de proteção contra ferrugem, e não recebe manutenção.
• Grande rugosidade superficial do metal.
• Contato com substâncias químicas corrosivas; o rolamento não foi limpo adequadamente e apresenta sujeira na superfície, ou foi manuseado com as mãos suadas. Após a limpeza, o rolamento não foi embalado ou instalado em tempo hábil e ficou exposto ao ar por um longo período, sujeito à entrada de umidade e contaminação.
• Temperatura e umidade ambiente e contato com diversos meios ambientais; falha do inibidor de ferrugem ou qualidade que não atende aos requisitos.

Rolamento de esferas

Os rolamentos axiais de esferas são projetados para suportar cargas axiais durante operações em alta velocidade e consistem em anéis em formato de arruela com ranhuras para rolamento das esferas. Devido ao formato de almofada dos anéis, os rolamentos axiais de esferas são divididos em dois tipos: com base plana e com base esférica autoalinhante. Além disso, esse tipo de rolamento suporta cargas axiais, mas não cargas radiais.

Diferenciais

• Disponível nos tipos de direção única e de direção dupla.
• Para compensar erros de instalação, podem ser selecionados modelos de direção única e de direção dupla com almofadas de assento esféricas autoalinháveis ​​ou com anéis de assento esféricos.
• Aço de alta qualidade — Utilizando aço ultralimpo que pode prolongar a vida útil do rolamento em até 80%.
• Tecnologia Avançada de Graxa — A tecnologia de lubrificantes da NSK pode prolongar a vida útil da graxa e melhorar o desempenho dos rolamentos.
• Esferas de aço de alta qualidade — Silenciosas e com rotação suave em alta velocidade.
• Erros de instalação podem ser corrigidos utilizando os anéis disponíveis nas opções.

Os rolamentos axiais de esferas são adequados apenas para peças que suportam cargas axiais em um lado e operam em velocidades relativamente baixas, como ganchos de guindaste, bombas verticais, centrífugas verticais, macacos hidráulicos, redutores de baixa velocidade, etc. O anel do eixo, o anel de assento e os elementos rolantes do rolamento são separáveis ​​e podem ser montados e desmontados separadamente.

Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos são utilizados para suportar cargas axiais e radiais combinadas, com predominância da carga axial, mas a carga radial não deve exceder 55% da carga axial. Comparados a outros rolamentos axiais de rolos cilíndricos, esses rolamentos apresentam menor coeficiente de atrito, maior velocidade e capacidade de autoalinhamento. Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos são utilizados principalmente em máquinas-ferramenta pesadas, caixas de engrenagens marítimas de alta potência, plataformas de perfuração de petróleo, motores verticais e outras máquinas.

Rolamento de rolos cilíndricos

Esses são rolamentos radiais onde os elementos rolantes são rolos cilíndricos. A estrutura interna dos rolamentos de rolos cilíndricos adota um arranjo paralelo de rolos, e espaçadores ou blocos espaçadores são instalados entre os rolos para evitar que eles se inclinem ou se atritem uns contra os outros, prevenindo efetivamente o aumento do torque de rotação.

Motores elétricos de grande e médio porte, material rodante, fusos de máquinas-ferramenta, motores de combustão interna, geradores, turbinas a gás, caixas de redução, laminadores, peneiras vibratórias e máquinas de elevação e transporte.

Diferenciais

• Os rolos e a pista de rolamento estão em contato linear ou contato linear modificado, proporcionando grande capacidade de carga radial, adequada para suportar cargas pesadas e cargas de impacto.
• Baixo coeficiente de atrito, adequado para altas velocidades, com velocidade limite próxima à dos rolamentos de esferas de ranhura profunda.
• Os tipos N e NU podem se mover axialmente, adaptando-se às mudanças na posição relativa do eixo e da carcaça causadas pela expansão térmica ou por erros de instalação, e podem ser usados ​​como suportes de extremidade livre.
• Requisitos de usinagem elevados para o eixo ou furo de sede; a deflexão relativa do eixo do anel externo após a instalação do rolamento deve ser rigorosamente controlada para evitar a concentração de tensão de contato.
• O anel interno ou externo pode ser separado, facilitando a instalação e a desmontagem.

Rolamento de esferas de contato de quatro pontos

Um rolamento de esferas de contato de quatro pontos é um rolamento separável, também conhecido como conjunto de rolamentos de esferas de contato angular, capaz de suportar cargas axiais bidirecionais. Suas pistas de rolamento nos anéis interno e externo possuem seção transversal em formato de pêssego. Quando não há carga ou quando a carga é puramente radial, a esfera de aço e o anel apresentam quatro pontos de contato, o que explica a origem do nome.

Os rolamentos de esferas de contato em quatro pontos possuem uma estrutura separável, e um único rolamento pode substituir rolamentos de esferas de contato angular combinados em uma disposição face a face ou costas com costas.

Elas podem suportar cargas radiais e cargas axiais bidirecionais, e podem limitar o deslocamento axial em duas direções, mas ocupam menos espaço axial do que os rolamentos de esferas de contato angular de dupla carreira das especificações atuais.

Em comparação com outros rolamentos de esferas, os rolamentos de esferas de contato em quatro pontos apresentam menor folga axial e maior velocidade limite quando a folga radial é a mesma.

Os rolamentos de esferas de contato em quatro pontos são adequados para suportar cargas axiais puras ou cargas combinadas axiais e radiais com predominância de cargas axiais. Devido ao anel interno (ou externo) de dupla metade, o número de esferas é aumentado, resultando em uma maior capacidade de carga. 

Em condições normais de funcionamento, quando este tipo de rolamento suporta uma carga axial em qualquer direção, pode-se formar um ângulo de contato. A esfera de aço entra em contato com as pistas interna e externa em um único ponto cada, evitando grande atrito de deslizamento na área de contato. Portanto, o rolamento não é adequado para cargas predominantemente radiais.

Rolamento axial de rolo cilíndrico

Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos são frequentemente combinados em configurações de rolamentos de alta rigidez e podem suportar cargas pesadas e vibrações com facilidade. São adequados apenas para componentes que suportam cargas axiais em um lado e operam em baixas velocidades, como ganchos de guindaste, bombas verticais, centrífugas verticais, macacos hidráulicos e redutores de baixa velocidade. A arruela do eixo, a arruela da caixa e os elementos rolantes do rolamento são separáveis ​​e podem ser montados e desmontados separadamente.

Rolamento axial de rolo de agulha

Os rolamentos axiais de agulha têm uma função de parada axial, suportam cargas axiais, operam em baixas velocidades e permitem deflexão.

Rolamento axial de rolo cônico

Os rolamentos axiais de rolos cônicos podem formar configurações de rolamentos axiais muito compactas. Esses rolamentos suportam cargas axiais elevadas, são insensíveis a impactos e possuem boa rigidez. A LYTBZ produz rolamentos axiais de rolos cônicos unidirecionais e bidirecionais. Os rolamentos de fixação por parafuso são rolamentos axiais de rolos cônicos unidirecionais especialmente projetados e contêm um conjunto completo de rolos. Esse tipo de rolamento é utilizado em configurações de fixação por parafuso em laminadores. Os rolamentos axiais de rolos cônicos da LYTBZ possuem um perfil de contato logarítmico entre a pista de rolamento e os rolos, garantindo uma distribuição de tensão ideal no rolamento e, consequentemente, prolongando sua vida útil.

Rolamento de inserção com alojamento

Um rolamento de inserção com alojamento é uma unidade de rolamento que combina um rolamento de esferas com um alojamento. A maioria dos rolamentos de inserção possui um diâmetro externo esférico e são instalados juntamente com um alojamento que possui um furo interno esférico. Eles vêm em várias formas estruturais e têm boa versatilidade e intercambiabilidade. Ao mesmo tempo, esse tipo de rolamento também possui um certo grau de capacidade de autoalinhamento em seu projeto, é fácil de instalar e possui um dispositivo de vedação de dupla estrutura, permitindo que funcione em ambientes agressivos.

Estrutura dos rolamentos e sua função

Os rolamentos reduzem o atrito por meio do movimento de rolamento. Quando o eixo começa a girar, vários elementos rolantes (esferas ou roletes) dentro do rolamento começam a girar. Os rolamentos reduzem o atrito por meio desse movimento de rolamento. Comparados ao movimento de deslizamento dos mancais de deslizamento, os rolamentos com movimento de rolamento podem reduzir o atrito de forma mais eficaz e diminuir o consumo de energia rotacional.

Embora existam muitos tipos de rolamentos modernos, sua estrutura básica é praticamente a mesma concebida por Leonardo da Vinci há cerca de 500 anos. Os componentes de um rolamento são:

• Anéis: Peças em formato de anel
• Elementos rolantes: Peças que rolam entre os anéis da pista (os elementos rolantes incluem esferas e roletes)
• Gaiola: Peça que impede o contato entre os elementos rolantes e mantém um certo intervalo entre eles.

Anéis

O rolamento mostrado na Figura 2 é chamado de “rolamento radial”, que suporta forças perpendiculares ao eixo. Os rolamentos de esferas usam “esferas” como elementos rolantes, enquanto os rolamentos de rolos usam “rolos”. Anéis são usados ​​nesses rolamentos radiais. O anel interno, montado no eixo, é chamado de anel interno. O anel externo é chamado de anel externo e é montado na carcaça.

Elementos rolantes

Os elementos rolantes incluem "esferas" e "rolos". Existem vários tipos de elementos rolantes disponíveis para seleção, com base nas condições de uso do rolamento, como a magnitude do suporte necessário e a velocidade de rotação.

Gaiola

Quando o anel interno do rolamento gira, os elementos rolantes também começam a girar. Nesse momento, se não houver gaiola no rolamento, os elementos rolantes adjacentes entrarão em contato uns com os outros. Os sentidos de rolamento dos dois elementos rolantes na superfície de contato serão opostos, o que criaria um obstáculo ao movimento de rolamento dos elementos. Para evitar isso, utiliza-se uma gaiola para separar os elementos rolantes adjacentes, permitindo que girem suavemente. Dependendo das condições de uso do rolamento, como a magnitude da força de suporte e a velocidade de rotação, vários tipos de gaiolas estão disponíveis para seleção.

Os anéis de pista, os elementos rolantes e as gaiolas desempenham funções diferentes. Somente quando essas funções são coordenadas é que o rolamento pode girar suavemente. No entanto, apenas com esses componentes, o rolamento ainda não consegue girar suavemente por completo. A seguir, apresentaremos outro item importante para rolamentos.

Lubrificante

Para garantir que o rolamento gire suavemente, é necessário reduzir o atrito do movimento de rolamento e evitar o desgaste das peças. O lubrificante desempenha essa função. Graxas semissólidas e óleos lubrificantes líquidos são os lubrificantes mais utilizados em rolamentos. Além disso, os lubrificantes também atuam na redução da geração de calor interna em rolamentos rotativos e prolongam sua vida útil. Portanto, o lubrificante é um item essencial para garantir a rotação estável e suave dos rolamentos.