Compreendendo as cargas em rolamentos

Os rolamentos podem ser componentes pequenos, mas desempenham uma função fundamental.

Isso inclui desde sustentar cargas em eixos rotativos até absorver empuxo axial em turbinas.

No centro do desempenho do rolamento está a carga, isto é, a intensidade da força que ele suporta e a forma como essa força é aplicada em diferentes condições de operação.

Este guia apresenta os diferentes tipos de carga em rolamentos, como eles afetam o desempenho e o que deve ser considerado na seleção do rolamento para cada aplicação.

O que é carga em um rolamento?

A carga em um rolamento é a مقدار de força ou pressão exercida sobre ele.

Em termos técnicos, a força é transmitida de um anel do rolamento, por meio de alguns ou de todos os elementos rolantes, até o outro anel.

Normalmente, as cargas da aplicação são transferidas do eixo para o anel interno do rolamento e, em seguida, para o anel externo.

Um rolamento pode suportar diferentes tipos de carga, como carga radial, carga axial, carga centrífuga e outras.

A magnitude e a direção das cargas em rolamentos dependem de diversos fatores e condições de carga, incluindo peso do equipamento, velocidade de operação, aceleração, desaceleração, choque, vibração, temperatura e lubrificação.

Desalinhamento, alinhamento, instalação ou manutenção também podem afetar as cargas aplicadas ao rolamento.

Entendendo a carga radial em rolamentos

As cargas radiais em rolamentos são perpendiculares ao eixo do rolamento no eixo e atuam sobre o anel externo. Elas são causadas pelo peso do equipamento ou pela força dos componentes em rotação.

Para calcular a capacidade de carga radial, determine o peso dos componentes suportados e as forças que atuam sobre eles, distribua a carga entre os rolamentos e confirme, com base nas especificações do fabricante, que a carga calculada esteja dentro da capacidade máxima do rolamento selecionado.

As cargas radiais típicas incluem o peso de um conjunto de eixo horizontal, engrenagens, polias, ferramentas de corte etc.

Se a sua aplicação exigir carga radial no rolamento, um rolamento de esferas radial, rolamento de rolos cilíndricos, ou um rolamento de contato angular com baixo ângulo de contato seria uma excelente escolha.

Rolamentos de esferas de canal profundo também podem desempenhar essa função, mas são mais indicados para cargas mais leves.

carga radial no rolamento

Entendendo a carga axial em rolamentos

As cargas axiais, também conhecidas como cargas de empuxo, são paralelas ao eixo do eixo e atuam sobre o anel interno ou externo do rolamento.

Elas são geradas por forças de empuxo ou tração e podem atuar em um único sentido ou em ambos os sentidos.

Elas transmitem a força de maneira uniforme, proporcionando uma distribuição equilibrada da carga.

Um rolamento de contato angular com ângulo de contato mais elevado, normalmente em torno de 25°, é uma boa escolha para aplicações com cargas axiais.

No entanto, em cargas axiais excêntricas, aplica-se um momento ao anel interno, resultando em distribuição não uniforme da carga sobre os elementos rolantes do rolamento.

Para calcular a capacidade de carga axial, devem ser considerados o tamanho, o material e a geometria do rolamento, bem como a direção e a magnitude da carga.

Os fabricantes classificam os rolamentos com base em fórmulas padronizadas e em testes.

Entre as aplicações com altas cargas axiais estão bombas, transmissões automotivas e compressores.

carga axial no rolamento

O que são cargas combinadas?

Em muitas aplicações, os rolamentos estão sujeitos simultaneamente a forças radiais e axiais. Isso é chamado de carga combinada.

Rolamentos capazes de suportar esse tipo de carga são necessários em sistemas nos quais a direção e a magnitude das cargas variam dinamicamente, como caixas de engrenagens, cubos de roda automotivos e motores elétricos.

Tipos de rolamentos como rolamentos de esferas de contato angular ou rolamentos de rolos cônicos suportam essas cargas com eficiência, mas há outras soluções também.

Esses modelos podem suportar cargas multidirecionais, combinando cargas radiais e axiais ao mesmo tempo.

A escolha de um rolamento capaz de suportar cargas combinadas proporciona melhor desempenho, maior vida útil e mais confiabilidade.

O impacto das cargas sobre os rolamentos nas máquinas

Selecionar o rolamento correto, com capacidade de carga adequada, é essencial para a operação eficiente e a durabilidade dos equipamentos.

Capacidade insuficiente pode provocar falha prematura, paradas, reparos e riscos à segurança, enquanto cargas excessivas podem causar superaquecimento, desgaste e maior consumo de energia.

Uma capacidade inadequada pode causar falha catastrófica, riscos à segurança e perdas por paradas.

Consulte especialistas ou fabricantes de rolamentos para assegurar a capacidade correta para a sua aplicação.

Cálculo das cargas em rolamentos

A capacidade de carga dos rolamentos pode ser calculada por meio de diferentes fórmulas e programas de software, incluindo recursos disponíveis nos catálogos dos fabricantes de rolamentos, calculadoras online e simulações por análise de elementos finitos (FEA).

As fórmulas mais utilizadas para cargas radiais e axiais são:

• Capacidade de carga radial = (C/P)^(1/3) x Fr

• Capacidade de carga axial = (C0/P)^(1/2) x Fa

Nessa equação,

"C" é a capacidade dinâmica básica de carga radial,

"P" é a carga dinâmica equivalente,

"C0" é a capacidade de carga estática básica,

"Fr" é a carga radial,

"Fa" é a carga axial.

Para obter resultados precisos no cálculo da capacidade de carga dos rolamentos, consulte um especialista ou utilize os programas de software oferecidos pelos fabricantes de rolamentos.

Cálculo da Carga e da Vida Útil do Rolamento

A capacidade dinâmica de carga radial (C) é fundamental para estimar a vida útil de um rolamento.

A fórmula da vida nominal L10 é utilizada para calcular o número de rotações em que 90% dos rolamentos idênticos ainda estarão operando sob determinada carga.

Fórmula da Vida Útil do Rolamento:

L10 = (C / P)^3 × 10^6 rotações

Onde:

• C = capacidade dinâmica de carga básica

• P = carga dinâmica equivalente no rolamento

Esta fórmula mostra que até um pequeno aumento da carga (P) pode reduzir a vida útil de um rolamento, enquanto a diminuição da carga a prolonga.

Considerar esse fator na seleção de um rolamento resulta em desempenho ideal e maior vida útil.

Selecione um Rolamento Adequado às Suas Cargas Centrífugas

A seleção de rolamentos com capacidade suficiente para suportar cargas centrífugas é crítica em aplicações de alta velocidade para evitar falhas prematuras.

As cargas centrífugas podem provocar deflexão do rolamento, vibração e fadiga.

Para calcular a capacidade de carga centrífuga, utilize fórmulas e programas de software, como os disponíveis em catálogos de fabricantes, calculadoras online e simulações de FEA.

A fórmula mais comum é:

Capacidade de carga centrífuga = (C0/P) x V^2 x 10^-9

Onde:

"C0" é a capacidade de carga estática básica,

"P" é a carga dinâmica equivalente no rolamento,

"V" é a velocidade do rolamento em rpm.

Cargas centrífugas em rolamentos

As cargas centrífugas em rolamentos decorrem da velocidade de rotação da aplicação, especialmente em equipamentos de alta rotação, como turbinas e centrífugas.

À medida que o anel interno gira, os elementos rolantes tendem a se deslocar tangencialmente em trajetória retilínea, mas o anel externo os força a acompanhar a trajetória circular do rolamento.

Essa interação produz uma carga radial centrífuga.

A velocidade máxima de uma aplicação pode, em alguns casos, ser limitada pela elevada carga centrífuga que ela gera.

Como Selecionar o Rolamento Adequado para a Aplicação

Ao selecionar um rolamento, considere os requisitos da aplicação, o tipo de carga, a velocidade, o ambiente e a temperatura.

Os rolamentos de esferas são indicados para cargas baixas a moderadas, os rolamentos de rolos são projetados para suportar cargas mais elevadas e os mancais de deslizamento são adequados para máquinas de baixa velocidade e alta carga.

Mantenha os rolamentos com inspeções, limpeza e lubrificação regulares para assegurar desempenho ideal e maior vida útil.

Antes de definir a seleção final de rolamentos para sua máquina, é necessário compreender plenamente como os diferentes tipos de carga atuam sobre os rolamentos e quais são os mais adequados para suportá-las.

A tabela abaixo apresenta uma comparação rápida dos principais tipos de carga e das melhores opções de rolamentos para cada caso.

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