O que é um rolamento de rolos esféricos?

Quando um eixo não permanece perfeitamente alinhado com seu alojamento — seja por tolerâncias de fabricação, dilatação térmica ou flexão sob carga — é necessário que algum componente absorva esse desvio angular, caso contrário o rolamento falhará prematuramente. Essa é a função de um rolamento esférico.

Os rolamentos esféricos são apenas um item em uma longa lista de rolamentos industriais e tipos de rolamentos, mas foram projetados especificamente para esse tipo de aplicação.

Diferentemente da maioria dos rolamentos de elementos rolantes, concebidos para rotação pura, os rolamentos esféricos são desenvolvidos para compensar desalinhamentos. Este guia aborda os dois principais tipos — os mancais esféricos lisos e os rolamentos de rolos esféricos —, sua construção, suas diferenças e os critérios para escolha entre eles.

O que é um rolamento esférico?

Rolamento esférico é todo rolamento cuja superfície de contato é usinada como uma seção de esfera, o que permite que os anéis interno e externo girem entre si em mais de um plano. Esse grau adicional de liberdade mantém o rolamento operando mesmo quando o eixo e o alojamento não estão perfeitamente alinhados.

Duas famílias distintas de rolamentos utilizam essa geometria esférica, e vale ser preciso quanto à diferença — na internet, esses termos costumam ser usados de forma intercambiável, o que gera confusão:

• Mancais esféricos lisos — as superfícies dos anéis interno e externo deslizam diretamente entre si. Sem elementos rolantes.

• Rolamentos de rolos esféricos — duas fileiras de rolos de perfil barril ficam entre os anéis e rolam em vez de deslizar.

Ambos compensam desalinhamentos. Eles diferem no nível de desalinhamento que toleram, na velocidade de operação e nos requisitos de manutenção — e é isso que o restante deste guia aborda, tipo por tipo.

Mancais esféricos lisos

Projeto e componentes

Um mancal esférico liso possui apenas duas partes móveis:

• Anel interno — é montado sobre o eixo; seu diâmetro externo é usinado com uma superfície esférica convexa.

• Anel externo — fica alojado na caixa; seu furo é usinado com uma superfície esférica côncava correspondente.

Não há gaiola nem elementos rolantes como nos rolamentos de esferas ou rolamentos de rolos — as duas superfícies esféricas trabalham em contato direto entre si.

• Aço sobre aço — exige relubrificação regular, porém suporta as mais altas cargas estáticas e de choque.

• Revestimento composto de PTFE — aderido à superfície esférica; opera a seco e sem necessidade de manutenção, porém com limites inferiores de carga e velocidade.

• Bronze sinterizado — uma solução intermediária, com autolubrificação parcial e capacidade de carga moderada.

Esse projeto de uma única superfície de contato também explica por que os mancais autocompensadores deslizantes toleram mais desalinhamento do que os rolamentos de rolos esféricos — algumas séries radiais de mancais autocompensadores deslizantes permitem até 10–15°, dependendo do porte e do projeto, contra cerca de 1,5–3° para rolamentos de rolos esféricos.

Seção transversal completa. O anel interno e o anel externo compartilham uma única superfície esférica — não há elementos rolantes entre eles.

Configurações

Além do material do revestimento, os rolamentos de movimento oscilante são fabricados em quatro configurações de direção de carga:

• Radial — suporta carga radial principalmente pelo eixo. É a configuração mais comum.

• Contato angular — a superfície de deslizamento fica em ângulo em relação ao eixo do rolamento, suportando carga radial e axial combinada em uma direção.

• Axial — orientado para carga axial, utilizado quando a carga atua predominantemente ao longo do eixo.

• Terminais de haste — um rolamento de movimento oscilante prensado em uma carcaça com haste integrada (rosca macho ou fêmea) para conectar uma haste a um ponto de articulação.

Aplicações

Como toleram elevado desalinhamento e cargas estáticas ou de choque, os rolamentos de movimento oscilante são empregados sempre que uma articulação trabalha com movimento lento ou quando não é possível garantir alinhamento perfeito:

• Suspensão de veículos e articulações da direção — deve acompanhar a geometria da suspensão em todo o seu curso.

• Terminais de haste de cilindros hidráulicos e pneumáticos — atuando como ponto de articulação entre a haste do pistão e a carga.

• Juntas articuladas de equipamentos de construção e agrícolas — caçambas de escavadeiras, braços de carregadeiras.

• Bielas e articulações de comando aeronáutico — que normalmente utilizam terminais de haste fabricados conforme especificações como AS81820 ou a série NAS. Consulte nosso guia de rolamentos esféricos para a indústria aeroespacial para mais detalhes.

Ao selecionar um mancal esférico liso, é fundamental verificar a capacidade de carga, a amplitude de movimento necessária, o ambiente de operação e a vida útil esperada em relação à série específica — e não presumir esses dados a partir de uma especificação genérica de catálogo.

Rolamentos de rolos esféricos

Projeto e componentes

Um rolamento de rolos esféricos é construído de forma bastante diferente do seu equivalente liso. Em vez de uma única interface de deslizamento, ele possui:

• Anel externo — um anel com uma única pista esférica côncava comum, compartilhada por ambas as fileiras de rolos.

• Anel interno — um anel usinado com duas pistas, cada uma inclinada em relação ao eixo do rolamento.

• Rolos — duas fileiras de rolos de perfil barril trabalhando nessas pistas.

• Gaiola — em aço estampado, latão usinado ou polímero, responsável pelo espaçamento dos rolos e pela manutenção do alinhamento de cada fileira.

Como a pista do anel externo é esférica, e não cilíndrica, o anel interno e as duas fileiras de rolos podem bascular em conjunto dentro do anel externo — esse é o mecanismo de autoalinhamento. Trata-se de uma solução fundamentalmente diferente, mas com o mesmo efeito de um mancal esférico liso: compensação de desalinhamento pela geometria, e não por uma única superfície de deslizamento.

A seção da metade superior é mostrada; a metade inferior a espelha. Uma única pista externa contínua atende às duas fileiras — apenas o anel interno é dividido.

Configurações

Os rolamentos de rolos esféricos são especificados com base em três variáveis independentes:

• Número de fileiras — quase todos são de duas fileiras; existem rolamentos de rolos esféricos de uma fileira, mas eles são bem menos comuns.

• Tipo de furo — furo cilíndrico, montado diretamente em um eixo retificado com precisão, ou furo cônico, montado com bucha de fixação quando o eixo não pode ser usinado com a tolerância requerida.

• Vedação — rolamentos abertos dependem da folga interna folga para permitir a circulação da graxa e operar com menor temperatura em rotações mais altas; as versões vedadas adicionam vedações que mantêm o lubrificante dentro e os contaminantes fora, em troca de alguma redução de velocidade e de intervalos mais longos entre relubrificações.

A maioria dos catálogos industriais — como as séries 222, 223, 230, 231, 232 e 239 da SKF, por exemplo — organiza a linha de rolamentos de rolos esféricos dessa forma, por tipo de furo e largura da fileira, antes de detalhar as opções de vedação.

Para que serve um rolamento de rolos esféricos?

Os rolamentos de rolos esféricos se destacam em equipamentos que combinam carga elevada, rotação contínua e um ambiente de operação em que o alinhamento perfeito do eixo não é বাস্তável:

• Caixas de engrenagens e peneiras vibratórias — em mineração e no processamento de agregados.

• Rolos de máquinas de papel — e outras aplicações com eixos longos suscetíveis à flexão.

• Eixos principais e caixas multiplicadoras de turbinas eólicas.

• Bombas verticais e agitadores — nas quais o rolamento suporta carga radial além do próprio peso axial.

Rótulas esféricas vs. rolamentos de rolos esféricos

Como escolher entre os dois

Quatro perguntas ajudam a definir a escolha rapidamente:

• Desalinhamento — acima de alguns graus, condição comum em aplicações de suspensão e articulação, normalmente já descarta o uso de um rolamento de rolos esféricos.

• Tipo de movimento — os mancais de deslizamento são mais indicados para oscilação lenta e movimento de articulação; os rolamentos são mais adequados à rotação contínua em alta velocidade.

• Direção da carga — carga radial com choques ocasionais favorece um mancal de deslizamento; carga combinada radial e axial sob rotação contínua favorece um rolamento.

• Acesso para manutenção — um rolamento vedado ou um mancal de deslizamento com revestimento de PTFE reduzem a frequência de relubrificação, o que é útil quando o equipamento passa a ser de difícil acesso.

Na dúvida, selecione o rolamento de acordo com o movimento real da articulação, e não apenas com a carga que ela suporta — esse desalinhamento entre aplicação e comportamento é o erro de seleção mais comum que observamos.

Conclusão

Os mancais esféricos de deslizamento e os rolamentos de rolos esféricos resolvem o mesmo problema central — o desalinhamento — por mecanismos opostos: um desliza, o outro rola. Ao adequar esse princípio ao movimento da sua articulação e ao nível de acesso para manutenção disponível, as capacidades de carga tendem a se ajustar quase naturalmente.

Precisa de apoio para selecionar o rolamento adequado à sua aplicação? A equipe de engenharia da LILY Bearing pode analisar seus requisitos de carga, velocidade e desalinhamento e recomendar — ou fabricar — o rolamento esférico mais adequado para a aplicação.