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Prof. Dr. Francisco Jos de Almeida

5. MANCAIS

5.1. Introduo

A funo dos mancais diminuir o atrito, e portanto aumentar o rendimento do sistemamecnico, entre partes que se movem entre si. Exemplos de aplicao de mancais entre eixos ecarcaas de redutores e entre carros e barramentos de mquinas-ferramentas.

Os mancais podem ser de vrios tipos, a saber:

(a) Mancal de escorregamento, ou de deslizamento, ou ainda bucha;

(b) Mancal de rolamento, ou simplesmente rolamento;

(c) Mancal hidrodinmico;

(d) Mancal hidrosttico,(e) Mancal aerosttico.

5.2. Comparativo entre Mancais de Escorregamento e Mancais de Rolamento

Os tipos mais comuns de mancais so os de escorregamento e os de rolamento. Cada um delesapresenta caractersticas especficas, com vantagens e desvantagens. A tabelaabaixo apresentaum comparativo entre os dois tipos de mancais.

Caracterstica Bucha Rolamento

espao radial utilizado (para mesma carga) menor maiorespao axial utilizado (para mesma carga) maior menorfacilidade de fabricao maior menorcusto menor maior

padronizao menor maiornecessidade de manuteno maior menorcapacidade de carga (no mesmo tamanho) menor maiorrudo menor maiorcapacidade de absorver vibraes maior menorresistncia a choques maior menorliberdade de escolha do material do eixo menor maioratrito maior menoramaciamento necessrio maior menorrotao admissvel menor maior

5.3. Mancais de Rolamento

5.3.1. Construo

O mancal de rolamento trabalha com atrito de rolamento, sendo esta a principal causa de seumenor atrito, em relao ao mancal de escorregamento.

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Um rolamento padro formado de:

(a) anel externo, com pista externa;

(b) elemento girante;

i. esfera

ii. rolo cilndricoiii. rolo cnico

iv. rolo abaulado

v. agulha

(c) gaiola,

(d) anel interno, com pista interna.

(a) esfera; (b) rolo cilndrico; (c) agulha; (d) rolo cnico; (e) rolo abaulado e, (f) rolo cnico abaulado.

Elementos girantes

5.3.2. Material

Os anis externo e interno e o elemento girante so fabricados com material de alta dureza,visando baixo desgaste e pequena deformao, a fim de diminuir o atrito. Por este motivo, orolamento no indicado para aplicaes sujeitas a choques. Exemplos de materiais utilizadosso:

(a) ao temperado especial para rolamentos;

(b) ao Si-Mn no temperado, para mancais de grandes dimenses;

(c) ao inoxidvel, para casos especiais,

(d) bronze no magntico.

A gaiola, por sua vez, fabricada com materiais mais moles, tais como chapa de ao, bronze,material sinttico e plstico, uma vez que sua funo apenas manter os elementos girantesseparados.

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5.3.3. Tipos de mancais de rolamento

H vrios tipos de mancais de rolamentos disponveis, cada qual com sua aplicao especfica: Orolamento pode ser radial ou axial, em funo da direo de carga que ele admite. Podetambm ser, em funo do seu elemento girante, de esferas, de rolos ou de agulhas.Finalmente, h rolamentos comuns, e rolamentos auto-compensadores , que permitem ecompensam desalinhamentos do eixo em relao carcaa.

5.3.4. Aplicao

Comparando-os com os mancais de escorregamento, mancais de rolamento so indicados paramaiores cargas, menor disponibilidade de manuteno, maior vida til e menor espao axialdisponvel.

So contra-indicados para aplicaes sujeitas a choques, onde a existncia de rudo indesejvele para aplicaes com baixa rotao e grandes dimetros, devido ao custo.

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Rolamentos de esferas tm menor capacidade de carga que rolamentos de rolos ou de agulhas,porm maior rotao admissvel.

Para diminuir a desvantagem que os rolamentos apresentam em relao aos mancais deescorregamento, no que diz respeito ao espao radial utilizado, foram criados os rolamentos deagulhas. Caso necessrio, os rolamentos de agulhas podem ser encontrados sem um dos anis,interno ou externo, e mesmo sem os dois anis. Nestes casos, as pistas sero o prprio eixo e acarcaa, exigindo desses dois elementos mecnicos materiais de alta dureza e alta qualidade defabricao.

5.3.5. Dimensionamento do Rolamento

O dimensionamento do rolamento passa por trs etapas.

1a

etapa: escolha do tipo do rolamento

Para a escolha do tipo do rolamento, se considera:

(a) a direo da carga;

(b) a magnitude da carga;

(c) a existncia de desalinhamentos,

(d) exigncias especiais, tais como rotaes elevadas (esferas), funcionamento silencioso(esferas) e rigidez (rolos).

2a

etapa: escolha do tamanho do rolamento

Uma vez escolhido o tipo de rolamento, escolhe-se o tamanho do rolamento, atravs de catlogosde fabricantes, com base no dimetro externo do eixo sobre o qual ser montado o rolamento,que nominalmente igual ao dimetro interno do rolamento.

3a etapa: verificaes

Escolhido o rolamento, retira-se do catlogo do fabricante as capacidades do rolamento, que so:

(a) rotao mxima de trabalho - nmax - a mxima rotao na qual o rolamento podetrabalhar, sem aumento excessivo de temperatura.

(b) capacidade de carga esttica - C0 - a carga esttica que causa uma deformao

plstica permanente nos elementos girantes ou nas pistas da ordem de 0,0001 vezes odimetro do elemento girante;

(c) capacidade de carga dinmica - C- a capacidade dinmica admissvel para 90% dosrolamentos experimentados, para uma vida de um milho de rotaes,

As verificaes realizadas so:

(a) Rotao mxima de trabalho

maxnntrab

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(b) Capacidade de carga esttica

0min0 CC

com 00min0 PsC =

e ar PYPXP += 000

O coeficiente de seguranas0 dado na tabela abaixo, em funo da aplicao do rolamento.

Aplicao s0

Rolamentos que no giram

Ps de hlice de passo varivel para avies 0,5Instalaes de comportas de barragens, aliviadores e eclusas 1Pontes mveis 1,5Ganchos de grandes guindastes sem foras dinmicasadicionais significativas 1Ganchos de pequenos guindastes para mercadorias a granelcom foras dinmicas adicionais considerveis 1,6

Rolamentos em rotao

onde o servio suave e sem vibraes 0,5onde o servio e as condies de vibrao so normais 1onde atuam intensas cargas de choque 1,5 a 2

Coeficiente de Segurana para Clculo de Mancais de RolamentoCapacidade de Carga Esttica

Os valores dos coeficientes X0 e Y0 so funo do tipo de rolamento considerado e da relaoentre as foras radiais e axiais que solicitam o rolamento. Para cada caso, so dadas noscatlogos dos fabricantes.

(c) Capacidade de carga dinmica - Vida do rolamento

desesp LL

com

p

espP

C

nL

=

60

000.000.1

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com

ar PYPXP +=

ondeXe Ytm as mesmas consideraes feitas para deX0 e Y0.

p funo do tipo de rolamento, e vale: 3, para rolamentos de esferas10/3, para rolamentos de rolos

A tabela abaixo sugere valores de vidas desejadas para rolamentos, em funo da aplicao.

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5.4. Mancais de Escorregamento

5.4.1. Construo

Mancais de escorregamento podem ser entendidos simplesmente como anis, que seromontados sobre o dimetro externo de um eixo, para o caso de mancais de escorregamento

radiais, ou uma chapa de certa espessura sobre a qual ser apoiada uma pea, para o caso demancais de escorregamento axiais. So, portanto, de fcil fabricao. Este fato permite quequalquer empresa fabrique seu prprio mancal de escorregamento, o que trs, por conseqncia,a menor padronizao deste tipo de elemento mecnico.

Mancais de escorregamento so ainda muito influenciados pela qualidade da lubrificaoutilizada. Quanto melhor a lubrificao, maior a capacidade de carga do mancal deescorregamento.

5.4.2. Material

O mancal de escorregamento deve ser fabricado com material mais mole que o material do eixoe da carcaa entre os quais ele se coloca. Isto protege tanto o eixo quanto a carcaa de maiordesgaste, o que diminui o custo da manuteno. muito mais barato se trocar um mancal que oeixo inteiro, ou pior, uma carcaa toda.

Alm desta caracterstica, o material do mancal deve apresentar facilidade de lubrificao e tantoquanto possvel baixo coeficiente de atrito e alta resistncia abraso. Assim, materiaisutilizados so:

(a) metal branco;

(b) bronze;

(c) bronze vermelho;(d) metal leve;

(e) material sinttico;

(f) resina sinttica,

(g) material sinterizado.

5.4.3. Dimensionamento do Mancal de Escorregamento

1a

etapa: escolha do material do mancal e do tamanho do mancal

Normalmente, adota-se o material e o tamanho do mancal de escorregamento e procede-se aalgumas verificaes.

Para escolher o material e adotar o tamanho do mancal, utilizam-se tabelas prticas, como atabela abaixo.

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2a etapa: verificaes

Em seguida, procede-se s seguintes verificaes:

(a) Presso mdia solicitante no mancal

Todo material apresenta um limite de presso suportvel. No caso do mancal de escorregamento,a verificao feita utilizando-se a equao:

admm pp

com

bd

Ppm

= 0

Na verdade, a distribuio da presso no mancal de escorregamento muito mais complexa queuma distribuio uniforme, conforme pode ser visto na figura abaixo. Calcula-se uma pressomdia para simplificar o equacionamento, majorando-se o valor da fora aplicada atravs de umcoeficiente de seguranas.

PsP =0

O valor do coeficiente de seguranas funo do tipo de carregamento e da lubrificao, e dado

na tabela abaixo.

A presso admissvel padm funo do material do mancal e do tipo de lubrificao, dada natabela abaixo. A mesma tabela fornece a velocidade de escorregamento admissvel vadm para omaterial do mancal.

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(b) Velocidade de escorregamento no mancal

Todo material, igualmente, apresenta uma velocidade de escorregamento mxima aceitvel, sobrisco de aquecimento excessivo. A equao para a verificao :

admvv

com

ndv =

5.4.4. Folga no Mancal

Todo mancal de escorregamento radial tem que apresentar uma folga (radial) entre o dimetroexterno do eixo e o dimetro interno do mancal. Esta folga radial calculada com base naaplicao do mancal e do material utilizado na sua fabricao, e dada na tabela abaixo.

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5.4.5. Espessura do mancal

Este clculo feito atravs de equaes empricas, como as apresentadas a seguir.

cmdD 5,007,1 += para buchas embutidas

cmdD 5,110,1 += para buchas encaixadas

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