9 - Mancais de Rolamentos
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRODepartamento de Engenharia Mecânica
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das
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El
eme
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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 =
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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
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9. ELEMENTOS DE APOIO
MANCAIS DE ROLAMENTO BearingsMANCAIS DE ROLAMENTO - Bearings
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.1. Nomenclatura
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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
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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
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9 2 Tipos9.2. Tipos.
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentosradiais de esferas
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentosradiais de esferas (cont.)
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentosradiais de esferas (cont.)
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.2. Tipos:
1. Rolamentos radiais de
A – Desenho técnicodo rolamento radialde esferasesferas (cont.)de esferas.
B – Rolamento radialde esferas.
A B
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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
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A B
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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
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9.2. Tipos:
2. Rolamentos de contatoangular - montagem.
Tandem "X" "O"
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9.2. Tipos:
2. Rolamentosde contatoangularangular.
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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
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A B
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9.2. Tipos:
3. Rolamentosde axial rolos (cont.)
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9.2. Tipos:
3. Rolamentos de axial rolos (cont.)
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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
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A B
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9.2. Tipos:
1. Rolamentosde rolos cônicos
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9.2. Tipos:
4. Rolamento de rolos cônicos de 4 carreiras
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9.2. Tipos:
5. Rolamentosauto compensadores de rolos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos auto compensadoresde rolos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos
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9.2. Tipos:
5. Rolamentos
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9.2. Tipos:
6. Rolamentos de agulhas
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9.2. Tipos:
6. Rolamentos de agulhas
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9.2. Tipos:
7. Rolamentos axiais
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9.2. Tipos:
7. Rolamentos axiais
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9.2. Tipos:
8. RolamentosEspeciais
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9.2. Tipos:
8. Rolamento bipartido
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9.2. Tipos:
8. Rolamentosde rolos
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9.2. Tipos:
8. Rolamentosde rolos
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9.2. Tipos:
8. Rolamentosde vidro
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9.2. Tipos:
8. Rolamentosde vidro
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos com cobertura cerâmica.
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9.2. Tipos:
8. Rolamentos para altas temperaturas
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9.3. Mancais
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9.3. Mancais
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9.4. Aplicações
R d t d l id d
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Redutores de velocidades
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9.4. Aplicações
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9.4. Aplicações
Cabeçote de M. Opt.
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9.4. Aplicações
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9.4. Aplicações
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
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9.5. Montagem e Desmontagem
R i d “ d t ”
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Raio de “adoçamento”
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9.5. Montagem e Desmontagem
Acessórios
1 Saca rolamentos1. Saca-rolamentos
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9.5. Montagem e Desmontagem
Acessórios (cont.)
2 Montagens térmicas2. Montagens térmicas
Aparelhos de aquecimento por indução
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9.6. Esforços
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9.6. Esforços
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9.6. EsforçosEsforço radial - Fr
Esforço axial - Fa
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9.6. Esforços e tensões
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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.
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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.
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9.7. Seleção de rolamentos.
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
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- Fa → carga axial [N]
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
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.
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
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]
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
2. Cargas Atuantes - Definições
2 2 Capacidade de carga dinâmica C (cont )2.2. Capacidade de carga dinâmica – C (cont.)
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
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.
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9.7. Seleção de rolamentos.
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
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
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10/3 → rolamentos de rolos R [%]500 10090
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9.7. Seleção de rolamentos.
Tabela 2:Guia para valores de vidaGuia para valores de vida nominal requerida (L10) em diferentes classes de máquinas.
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q
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9.7. Seleção de rolamentos.
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
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Fator de confiabilidade
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
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
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
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]
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OBS.: válido para óleos e graxas.
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
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]
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OBS.: válido para óleos e graxas.
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 3 Fator combinado (a2 a3) - a234.3. Fator combinado (a2.a3) a23
EPEP
10231 LaaLna ⋅⋅==
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9. ELEMENTOS DE APOIO – Mancais de Rolamento
9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF
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9.7. Seleção de rolamentos.
4. Vida Nominal Ajustada - 1977
4 4 Fator de condições4.4. Fator de condições de funcionamento – aSKF
Tabela 8:Valores para o fator ηc para diferentes graus de lubrificação.
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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.
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9.8. Lubrificação.
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
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9.8. Lubrificação.
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.
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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
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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
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⎩ 57.0390 YFr
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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
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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
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