9 - Mancais de Rolamentos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRODepartamento de Engenharia Mecânica

de A

poio

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tos

das

II –

Elem

Máq

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ento

s de

El

eme

Elementos de Máquinas IIEEK554 – DEM/POLI/UFRJ

9. ELEMENTOS DE APOIO Mancais de DeslizamentoF

Mancais de Rolamento T

Eixo Lh á0O = e sen O

Óleo

Mancal FF

d

hmáx

h min

eÓleo

e.sen O

pFF

p

d

Qmáx pmáx

n

O =

Prof. Flávio de Marco Filho


9. ELEMENTOS DE APOIO – Escolha do tipo de mancal

Mancais de Rolamento Mancais de DeslizamentoMancais de Rolamento

•Suportam esforços radiais e axiais

Mancais de Deslizamento

•Suportam maiores cargas

•Podem ser pré-carregados para reduzir deflexão

•Exige maior espaço na direção axial

•Mais silenciosos em altas velocidades

•Exigem mais espaço radial

•Menores folgas ⇒ maior custo

•Padronização ⇒ menor custo

•Isolamento elétrico

•Problemas de temperatura

•“avisam”, através de ruído, a falha iminente

•Lubrificação permanente ⇒ dispensa manutençãoç p p ç



9. ELEMENTOS DE APOIO

MANCAIS DE ROLAMENTO BearingsMANCAIS DE ROLAMENTO - Bearings



9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento

9.1. Nomenclatura




9.2. Tipos:

-1 ou 2 carreiras

p

-Contato angular

-Contato angular montagem duplaradiais

-Auto compensadores1. Rolamentos de Esferas- Rígido de 1 ou 2 carreiras

axiais

g

-Auto compensadores

Contato angular montagem dupla-Contato angular montagem dupla




9.2. Tipos:

-1, 2 ou 4 carreiras

- Agulhas

p

g

-1, 2 ou 4 carreiras rolos cônicos

- Auto compensadores

radiais

p

2. Rolamentos de Rolos

Rolos cilíndricos

axiais

- Rolos cilíndricos

- Agulhas

Contato angular montagem dupla- Contato angular montagem dupla

- Auto compensadores




9 2 Tipos9.2. Tipos.




9.2. Tipos:

1. Rolamentosradiais de esferas




9.2. Tipos:

1. Rolamentosradiais de esferas (cont.)




9.2. Tipos:

1. Rolamentosradiais de esferas (cont.)




9.2. Tipos:

1. Rolamentos radiais de

A – Desenho técnicodo rolamento radialde esferasesferas (cont.)de esferas.

B – Rolamento radialde esferas.

A B




9.2. Tipos:

1. Rolamentosradiais de

A – Rolamento radialde duas carreirasde esferas e pistaesferas (cont.)de esferas e pista profunda.

B – Rolamentoautocompensadorde esferas.

A B


A B



9.2. Tipos:

2. Rolamentosde contatoangular

- Desenho técnico de rolamento esférico de contato angularangular. de contato angular.

A - Angulação menor.

B - Angulação maior.

A BProf. Flávio de Marco Filho

A B



9.2. Tipos:

2. Rolamentos de contatoangular - montagem.

Tandem "X" "O"




9.2. Tipos:

2. Rolamentosde contatoangularangular.




9.2. Tipos:

3. Rolamentos axial de

A - Desenho técnico de rolamento

i l d lrolos axial de rolos.

B - Rolamento i l d laxial de rolos.

A B


A B



9.2. Tipos:

3. Rolamentosde axial rolos (cont.)




9.2. Tipos:

3. Rolamentos de axial rolos (cont.)




9.2. Tipos:

4. Rolamentosde rolos

A - Rolamento de rolos cônicos.

( d l ã )cônicos. (grande angulação)

B - Rolamento d l ô ide rolos cônicosdisposto e X.

(pequena angulação)

A B


A B



9.2. Tipos:

1. Rolamentosde rolos cônicos




9.2. Tipos:

4. Rolamento de rolos cônicos de 4 carreiras




9.2. Tipos:

5. Rolamentosauto compensadores de rolos




9.2. Tipos:

5. Rolamentos auto compensadoresde rolos




9.2. Tipos:

5. Rolamentos




9.2. Tipos:

5. Rolamentos




9.2. Tipos:

6. Rolamentos de agulhas




9.2. Tipos:

6. Rolamentos de agulhas




9.2. Tipos:

7. Rolamentos axiais




9.2. Tipos:

7. Rolamentos axiais




9.2. Tipos:

8. RolamentosEspeciais




9.2. Tipos:

8. Rolamento bipartido




9.2. Tipos:





9.2. Tipos:





9.2. Tipos:

8. Rolamentosde vidro




9.2. Tipos:

8. Rolamentosde vidro




9.2. Tipos:

8. Rolamentos com cobertura cerâmica.




9.2. Tipos:

8. Rolamentos para altas temperaturas




9.2. Tipos:





9.2. Tipos:





9.2. Tipos:





9.3. Mancais




9.3. Mancais




9.4. Aplicações

R d t d l id d


Redutores de velocidades



9.4. Aplicações




9.4. Aplicações

Cabeçote de M. Opt.




9.4. Aplicações




9.4. Aplicações




9.5. Montagem e Desmontagem

























R i d “ d t ”


Raio de “adoçamento”




Acessórios

1 Saca rolamentos1. Saca-rolamentos





Acessórios (cont.)

2 Montagens térmicas2. Montagens térmicas

Aparelhos de aquecimento por indução




9.6. Esforços




9.6. Esforços




9.6. EsforçosEsforço radial - Fr

Esforço axial - Fa




9.6. Esforços e tensões




9.7. Seleção de rolamentos

1. Espaço disponível;2. Cargas atuantes;3. Vida.

1 E di í l1. Espaço disponível;

Normalmente, pelo menos uma das dimensões principais do rolamento é d t i d j t diâ t d f P é i tdeterminada no projeto: o diâmetro do furo. Porém, existem, para um mesmo diâmetro, vários tipos de e tamanhos de rolamentos adequados.

Os rolamentos mais adequados são determinados através dos catálogosOs rolamentos mais adequados são determinados através dos catálogosdos fabricantes, onde outros parâmetros de escolha, também importantes,estão disponíveis.




9.7. Seleção de rolamentos.

2. Cargas Atuantes

DefiniçõesDefinições2.1. Capacidade de carga estática – Co

- Carga que produz uma deformação permanente e total da esfera (ou rolo)- Carga que produz uma deformação permanente e total da esfera (ou rolo)e pista, no ponto de contato mais carregado, igual a 0.01% do diâmetroda esfera (rolo).

Aplicação: - baixas rotações (quando a falha não é devido à fadiga);

pequenas oscilações e vibrações;- pequenas oscilações e vibrações;- rolamentos estacionário (carga por pequeno período de tempo);- cargas de choque elevadas.





2. Cargas Atuantes - Definições

2 1 Capacidade de carga estática C determinação2.1. Capacidade de carga estática - Co - determinação

C0 = n0 x P0

onde: - C0 → tabelado pelo fabricante.- P0 → carga estática equivalente.

P = X Fr + Y Fa (se P < Fr ⇒ P = Fr)P0 = X0.Fr + Y0.Fa (se P0 < Fr ⇒ P0 = Fr)

- n0 → fator de segurança para carga estática- X0 → fator radial. Tabelado pelo fabricante- Y0 → fator axial

- Fr → carga radial [N]F i l [N]

p


- Fa → carga axial [N]





2 2 Capacidade de carga dinâmica C2.2. Capacidade de carga dinâmica – C

- Carga que permitiria ao rolamento atingir uma vida nominal de 106 ciclos, com o anel externo estacionário e o interno girandocom o anel externo estacionário e o interno girando.

- Utilização em rolamentos submetidos a cargas em rotação

C → tabelado pelo fabricante.






2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)

2.2.1. Carga dinâmica equivalente - P

P = X.Fr + Y.Fa

onde: - X → fator radial. tabelado pelo fabricante- Y → fator axial.

- Fr → carga radial [N]- Fa → carga axial [N]Fa → carga axial [N]







2.1.2. Carga variável :

Fm → carga média (dentre as cargas de diversas intensidades)

3/1

23

213

1 ... ⎟⎞⎜⎛ +⋅+⋅ nFnFF 2211

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

=n

Fm

onde:F1,2,.. = cargas constantes durante n1, n2, ... revoluçõesn = número total de revoluções







2.2.3. Efeito da temperatura.

- Variação da capacidade de carga (C) com a temperatura.

T [oC] 150 200 250 300T [oC] 150 200 250 300C 1 0.9 0.75 0.5





3. Vida de rolamentos3.1. Definições: “Se um rolamento trabalha limpo, lubrificado adequadamente e

protegido contra poeiras e sujeiras, operando em temperaturas toleráveis, a única causa possível de falha é FADIGA”.

3.1.1. VIDA: é o número de revoluções ou horasé o número de revoluções ou horas atingidas por um rolamento antes que se manifeste o primeiro sinal de falha por fadiga (descascamento)falha por fadiga (descascamento) de um dos seus elementos.





3.1.2. Carga Limite de Fadiga - Pu : - Valor de carga abaixo do qual não haverá falha por fadiga do rolamento. g q p g

(tabelado pelo fabricante)

3.1.3. Confiabilidade - R: - É a probabilidade de um rolamento (ou lote) atingir uma vida (L) especificada.

17.1

1084.6exp ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−=L

LR1084.6 ⎦⎣ ⎠⎝ L

Obs.: quando L = L10 ⇒ R = 0.90





3.1.4. Vida Nominal – L10 :

- É a vida que 90% dos rolamentos alcançarão ou ultrapassarão sob rotaçãoÉ a vida que 90% dos rolamentos alcançarão ou ultrapassarão sob rotaçãoe carga pré-estabelacidas.OBS.: provavelmente a vida real atingida pelo rolamento

será bastante maior que a estimada

L

a

PCL ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=10

será bastante maior que a estimada.

P ⎠⎝

L = vida média do rolamento (ou grupo)

m

a 3 → rolamentos de esferas

10/3 l t d l 0.020.040.060.080.10

0.02

L10


10/3 → rolamentos de rolos R [%]500 10090




Tabela 2:Guia para valores de vidaGuia para valores de vida nominal requerida (L10) em diferentes classes de máquinas.


q




4. Vida Nominal Ajustada - 1977

Mais apurada pois leva em consideração os seguintes fatores:Mais apurada, pois leva em consideração os seguintes fatores:

- confiabilidade;- material;

di õ d f i t- condições de funcionamento.

LCLa

⎟⎞

⎜⎛

10321321 LaaaP

aaaLna ⋅⋅⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅⋅=

F t d di ã d f i tFator de condição de funcionamentoFator de material

Fator de confiabilidade


Fator de confiabilidade





4 1 Fator de confiabilidade – a14.1. Fator de confiabilidade a1

Tem por finalidade determinar outras vidas diferentes de L10, que são alcançadas (ou superadas) com uma probabilidade maior do que 90%.

Confiabilidade [%] Lna a1 90 L10 190 L10a 195 L5a 0.62 96 L4a 0.53 97 L3 0 4497 L3a 0.4498 L2a 0.33 99 L1a 0.21 Tabela 6 – Valores de a1






4 2 Fator de material – a24.2. Fator de material a2

- Rolamentos de aço comum: a2 = 1

Rolamentos de aço especial: consultar o fabricante- Rolamentos de aço especial: a2 → consultar o fabricante






4 3 Fator de condições de funcionamento – a34.3. Fator de condições de funcionamento a3

a3 = f(ν, ν1 e T)

onde:ν = viscosidade real do lubrificante

ν = viscosidade necessária para lubrificação adequadaν1 = viscosidade necessária para lubrificação adequada

T = temperatura de trabalho






4 3 Fator de condições4.3. Fator de condições de funcionamento – a3

Diagrama 1 - valores de ν1

onde:D = diâmetro externo [mm]d = diâmetro interno [mm]d diâmetro interno [mm]n = rotação [rpm]


OBS.: válido para óleos e graxas.





4 3 Fator de condições

Viscosidadecinemática média a 40º C.4.3. Fator de condições

de funcionamento – a3

Diagrama 2 - valores de νg

onde:T = temperatura de trabalho [oC]


OBS.: válido para óleos e graxas.





4 3 Fator combinado (a2 a3) - a234.3. Fator combinado (a2.a3) a23

EPEP

10231 LaaLna ⋅⋅==






4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF

























Tabela 8:Valores para o fator ηc para diferentes graus de lubrificação.




9.8. Lubrificação.

9.8.1. Função:

E it t t t fí i t é d f ã d fil d ól- Evitar contato entre as superfícies através da formação de um filme de óleo;

- Distribuir e dissipar o calor;

Prevenir corrosão;- Prevenir corrosão;

- Proteção contra poeiras e sujeira.





9.8.2. Coeficiente de atrito:

Considerando lubrificação correta e condições de operação e ç ç p çmontagem normais, os seguintes valores de coeficiente de atrito devem ser utilizados:

μ Tipo de rolamento (mancal) 0.0010 Auto-compensador 0 0011 R l ilí d i i d

2DFT ⋅⋅= μ

0.0011 Rolos cilíndricos guiados0.0013 Mancal axial (escora) 0.0015 esferas 0 0018 Rolos cônicos T → torque para vencer o atrito

onde:

0.0018 Rolos cônicos

q pD → diâmetro do eixoF → carga





9.8.3. Regras de Lubrificação:Graxa:

- Temperatura < 200º F;

- Baixas velocidades;

- Maior proteção contra sujeiras;

- Longos períodos sem manutenção.

Óleo:

- Altas temperaturas;

- Altas velocidades;

- Outras partes da máquina também são lubrificadas.




9.9. Exemplo.

1. Um eixo de transmissão requer uma vida de 1800h com confiabilidade de 99%.As características da montagem são:

- carga axial: 507 N

- carga radial: 390 N

diâ t d i 21- diâmetro do eixo: ≅ 21 mm

Baseado no quadro abaixo, reproduzido do catálogo geral do fabricante, d t idetermine:

a) A vida nominal (L10)

b) A capacidade de cargab) A capacidade de carga

c) Os rolamentos adequados à montagem




9.9. Exemplo (cont.)

a) 17.1

846exp ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−=L

LR17.1

8461800exp99.0

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−=⇒L

hL 1340010 =⇒1084.6 ⎦⎣ ⎠⎝ L 1084.6 ⎥⎦⎢⎣ ⎠⎝ L

b) 1ª tentativa: rolamentos de esfera de contato angular: Fa ≤Fa) g e

Fr

a =≤ eFr

a >

d [mm] D B C [N] C0 [N] Limite rpm massa designação Outras

dim. e X Y X Y

47 14 10200 6400 11000 7204B 1 1420

47 14 10200 6400 11000 ... 7204B ... 1.14

1 0 0.35 0.57 52 15 13400 8150 10000 ... 7304B ...

25 52 15 11400 7650 9500 ... 7205B ...

62 17 19500 9500 8500 7305B62 17 19500 9500 8500 ... 7305B ...

⎩⎨⎧

==

⇒>==57035.0

3.1390507

YX

eFFa


⎩ 57.0390 YFr



9.9. Exemplo (cont.)

Assim,

ar FYFXP ⋅+⋅= ⇒⋅+⋅=⇒ 50757.039035.0P P = 400 N

c) aC ⎞⎛ ⎞⎛

3C

Rolamentos de esferas

PCL ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=10 ⇒⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⇒

40013400 C C = 9500 N




9.9. Exemplo.

2. Especificar os rolamentos para uma árvore com as seguintes características:- rotação: 360 rpm

- carga radial pura e constante: 3500 N

- diâmetro do eixo: 21 mm

- vida desejada: 50 M.rev

Solução: - carga e rotação baixas ⇒ rolamento de esferas radial

- cálculo da capacidade de carga:

3 LPC ⋅= ⇒⋅=⇒ 3 503500C C = 12900 N




9.9. Exemplo.


9 - Mancais de Rolamentos

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