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Rolamentos de esferas versus rolamentos de rolos, qual?
Os rolamentos são componentes essenciais em quase todas as máquinas, ajudando-as a funcionar suavemente, reduzindo o atrito entre as peças móveis. Existem muitos tipos de rolamentos (diz a lenda que existem 470,000 tipos), cada um projetado para lidar com diferentes condições de carga. Este artigo concentra-se nos dois tipos principais: rolamentos de esferas e rolamentos de rolos. Com base em muitos anos de experiência na fabricação de rolamentos, a Aubearing explica seus diferentes projetos e os compara, fornecendo conselhos construtivos sobre como escolher entre eles.
Ambos rolamentos de esferas e rolamentos de rolos são usados em uma variedade de máquinas com peças rotativas. As suas propriedades contribuem frequentemente significativamente para o progresso tecnológico e económico em diferentes campos da engenharia. A padronização de rolamentos permite selecionar um projeto diretamente na tabela de rolamentos do catálogo de rolamentos do fabricante. Empresas fabricantes de rolamentos, como SKF, NTN, Timken, FAG, Schaeffler, Aubearing, etc. são fontes naturais de informação de seleção. Na maioria das vezes, um designer pode selecionar produtos com estoque para seu projeto diretamente do catálogo. A escolha de um design popular e amplamente utilizado ajuda a alcançar a usabilidade ideal e fornece a solução mais econômica.
Os rolamentos de esferas industriais são usados em uma variedade de máquinas e equipamentos de fabricação para obter movimentos rotacionais suaves e eficientes. O rolamento em si consiste em um anel externo, um anel interno, um conjunto de esferas de aço e uma gaiola que mantém as esferas distribuídas uniformemente. Tanto o anel externo quanto o interno são normalmente feitos de materiais extremamente duráveis, como aço ou cerâmica, e são projetados para suportar altas velocidades e cargas pesadas. As esferas de aço dentro do rolamento fornecem pontos de contato de baixo atrito entre os anéis interno e externo, permitindo movimento com resistência mínima e reduzindo a energia perdida por atrito. A gaiola do rolamento serve para manter o correto posicionamento das esferas, evitar que entrem em contato e garantir uma distribuição uniforme da carga. O movimento de rolamento está sujeito a cargas axiais e radiais. Os rolamentos de esferas são comumente usados em aplicações de alta velocidade, como motores elétricos e caixas de engrenagens. Consulte nosso artigo de visão geral sobre rolamentos de esferas para obter informações.
Tipo de rolamento de esferas
Existem dois tipos básicos de rolamentos de esferas: uma carreira ou duas carreiras. Os mais populares são os rolamentos rígidos de esferas de uma carreira, que consistem em uma fileira de esferas viajando em um único caminho de ranhura. Os rolamentos de esferas de duas carreiras consistem em duas carreiras de esferas em dois conjuntos de pistas ranhuradas. Os rolamentos de esferas de carreira única e dupla são compostos de anéis internos, anéis externos, esferas e gaiolas. Ambos os tipos de rolamentos podem suportar altas cargas radiais e axiais. Os rolamentos rígidos de esferas estão disponíveis em aplicações de baixa e alta velocidade, dependendo da classe de tolerância, lubrificação, folga interna e tipo de vedação ou proteção selecionada. A lista a seguir descreve os vários tipos de rolamentos de esferas, cada um com características únicas e usos específicos. Esses rolamentos são essenciais em inúmeras aplicações, incluindo instrumentos de precisão, micromotores, caixas de engrenagens e cubos de rodas.
Rolamentos rígidos de esferas: Os rolamentos rígidos de esferas são o tipo mais comum. Eles podem suportar cargas radiais e axiais.
Rolamentos de esferas de contato angular: Os rolamentos de esferas de contato angular possuem folga axial interna acima da média. Eles podem suportar cargas axiais em uma direção e cargas radiais moderadas.
Rolamentos autocompensadores de esferas: Rolamentos de esferas autocompensadores podem ajustar erros de alinhamento. Eles podem suportar cargas radiais, mas podem suportar cargas axiais mínimas.
Rolamentos axiais de esferas: Os rolamentos axiais de esferas são projetados para altas cargas axiais e cargas radiais insignificantes.
Rolamentos de esferas em miniatura: Os rolamentos de esferas em miniatura são adequados para aplicações de instrumentos de precisão onde o espaço é limitado, como micromotores.
Rolamentos de esferas de duas carreiras: Os rolamentos de esferas de duas carreiras têm duas carreiras de esferas e podem suportar cargas mais altas.
Vantagens dos rolamentos de esferas
Baixo coeficiente de atrito: A principal vantagem de ter uma grande área de contato é que o rolamento de esferas sofre muito menos atrito devido ao movimento das pistas internas e externas. Isso significa que a rotação da peça ocorre muito suavemente. Da mesma forma, só precisamos olhar para um fidget spinner para entender como os rolamentos de esferas lidam bem com o movimento rotacional. Portanto, os rolamentos de esferas são a solução preferida em aplicações onde a velocidade e a facilidade de operação são prioridades.
Pode suportar cargas radiais e axiais: Outra característica exclusiva dos rolamentos de esferas é que eles podem girar em vários eixos. Isto significa que eles reagem não apenas às cargas radiais, mas também às cargas axiais. A maneira como um rolamento de esferas gira depende do ângulo da carga axial. A versatilidade dos rolamentos de esferas os torna uma excelente opção para equipamentos que não obedecem a padrões rígidos, como brinquedos ou outros itens da casa.
O design compacto: Exigem menos espaço e podem ser utilizados em estabelecimentos menores.
Versatilidade: Adequado para cargas radiais e axiais (empuxo).
Baixa manutenção: Possuem longa vida útil em aplicações com baixas cargas axiais e requerem menos manutenção.
Desvantagens dos rolamentos de esferas
Incapacidade de suportar peso pesado: Embora os rolamentos de esferas tenham uma área de contato menor com a carga, o que significa que sofrem muito menos tensão, isso também significa que a carga fica concentrada. Em casos extremos, isso pode causar a deformação dos rolamentos de esferas, um precursor da falha completa. Portanto, os rolamentos de esferas geralmente são usados apenas em aplicações com cargas menores. Para equipamentos de nível industrial, os rolamentos de rolos são preferidos. Um tipo de rolamento de esferas, denominado rolamento de esferas de complemento completo, preenche o espaço entre as pistas interna e externa com o máximo de esferas possível. Este tipo de rolamento pode suportar cargas maiores distribuindo a carga pelas esferas. No entanto, os rolamentos de esferas com conjunto completo também são suscetíveis ao desgaste devido ao contato frequente entre as esferas adjacentes.
Durabilidade: Pode deformar-se sob cargas excessivas, resultando em redução da vida útil do rolamento.
à Taxa de juros : suscetível a desalinhamento e cargas de choque.
Os rolamentos de rolos possuem elementos rolantes cilíndricos ou cônicos. Este tipo de rolamento foi projetado para suportar cargas radiais pesadas devido à maior área de contato entre os rolos e as pistas.
Tipo de rolamento de rolo
A lista a seguir descreve os vários tipos de rolamentos de rolos com diferentes características e aplicações específicas. Esses rolamentos desempenham um papel vital em vários cenários, como rodas de veículos, máquinas pesadas e aplicações que exigem alta capacidade de carga. Leia nosso artigo de visão geral dos rolamentos de rolos para aprender.
Rolamentos de Rolos Cilíndricos: Os rolamentos de rolos cilíndricos possuem rolos cilíndricos de tamanho uniforme ao longo de seu comprimento. Esses rolamentos são adequados para suportar cargas radiais pesadas e podem operar em altas velocidades. Os rolamentos de rolos cilíndricos são guiados entre flanges no anel interno ou externo. Mesmo quando os anéis livres são removidos, eles são mantidos juntos com os anéis-guia pela gaiola. No tipo mais comum de rolamento de rolos cilíndricos, o anel livre não possui flange, de modo que dentro de certos limites os anéis do rolamento podem ser deslocados axialmente uns em relação aos outros. Se o rolamento estiver girando, esse deslocamento ocorrerá sem resistência, desde que a taxa de deslocamento seja relativamente lenta (por exemplo, deslocamento devido à expansão térmica do eixo). O baixo atrito dos rolamentos de rolos cilíndricos os torna adequados para velocidades relativamente altas e são frequentemente usados em conjunto com rolamentos de esferas de contato angular de alta velocidade em fusos de máquinas de alta velocidade.
Rolamentos de rolos cônicos: Os rolamentos de rolos cônicos apresentam rolos e pistas cônicos, tornando-os ideais para cubos de veículos e outras aplicações de alta carga. Os rolamentos de rolos cônicos são os rolamentos de rolos mais utilizados. Eles podem suportar grandes forças axiais e radiais. Os rolamentos de rolos cônicos consistem em um anel externo e um anel interno, enquanto os rolamentos de esferas consistem em um anel externo e um anel interno. Os rolos cônicos podem ser montados em cartuchos, mas em sua forma mais simples são dois componentes separados, enquanto os rolamentos de esferas podem ser separáveis, o que geralmente é uma unidade independente.
Os rolamentos de rolos cônicos usam rolos cônicos retos cujas faces finais estão em contato com o flange guia no anel interno. O cone do rolo e o caminho do rolo do anel interno têm um vértice comum no eixo do rolamento. O anel externo é projetado com uma geratriz de caminho de rolo levemente curvada para evitar carregamento nas bordas dos rolos. Embora a proximidade entre os rolos e o anel externo seja reduzida, a deformação do anel externo é menor que a do anel interno. O flange guia do anel interno possui uma superfície esférica contra a qual as extremidades esféricas dos rolos pressionam. Tal como acontece com os rolamentos autocompensadores, a pressão no flange guia efetivamente os rolos. Alguns fabricantes, como Timken, FAG, NTN e SKF, tornam as extremidades dos rolos planas e as guias do flange cônicas. As extremidades do rolo entram em contato com o flange do rolo em apenas dois pontos.
Como os rolamentos de rolos cônicos são separáveis, eles geralmente são montados um em frente ao outro para que um rolamento possa se ajustar ao outro. Após o ajuste, sempre restará uma folga muito pequena no rolamento. As mudanças de temperatura no eixo afetam esse ajuste e, portanto, a folga do rolamento. Portanto, os rolamentos de rolos cônicos de uma carreira geralmente são usados apenas quando a distância é curta. Os rolamentos de rolos cônicos têm alta capacidade de carga radial, bem como capacidade de carga axial em uma direção. A capacidade de impulso depende do ângulo dos rolos. Como medida deste ângulo (ângulo de contato), normalmente é de 12 a 16 graus. Alguns rolamentos de rolos cônicos para serviços pesados têm ângulos de contato de 28 a 30 graus.
Em muitas aplicações, os rolamentos de rolos cônicos são usados em pares costas com costas para suportar forças axiais igualmente em qualquer direção. Os rolamentos de rolos cônicos são amplamente utilizados em rolamentos de rodas automotivas para transportar cargas radiais e axiais. Os rolamentos de rolos cônicos são comumente usados em aplicações pesadas. Muitas indústrias diferentes, incluindo equipamentos agrícolas, de construção e mineração, sistemas de eixos, caixas de engrenagens, motores e redutores de engrenagens, eixos de transmissão, caixas de mancal ferroviárias, diferenciais, turbinas eólicas e todos os tipos de reboques.
Rolamentos autocompensadores de rolos: Os rolamentos autocompensadores de rolos têm uma função de autocompensação automática e podem suportar cargas radiais e axiais pesadas. Eles são ideais para aplicações que envolvem desalinhamento ou deflexão do eixo.
Rolamentos de agulhas: Os rolamentos de rolos de agulhas possuem rolos longos e finos e são adequados para aplicações onde o espaço radial é limitado, mas é necessária capacidade de carga.
Rolamentos axiais de rolos: Os rolamentos axiais de rolos podem suportar grandes cargas axiais e são frequentemente usados em máquinas pesadas, como plataformas de perfuração e extrusoras.
Vantagens dos rolamentos de rolos
Suportar grandes cargas: A grande área de contato proporcionada pelos rolamentos de rolos permite que eles suportem cargas maiores sem deformação ou falha. Isso torna os rolamentos de rolos uma excelente escolha para equipamentos industriais projetados para transportar cargas pesadas ou outras aplicações onde há pouco espaço para falhas.
Projetos variantes: Ao contrário dos rolamentos de esferas, a geometria dos rolos pode variar para diferentes tipos de operação. Os rolos cilíndricos padrão são projetados para cargas puramente radiais, proporcionando maior capacidade de carga em detrimento da capacidade de lidar com quaisquer cargas axiais.
Os rolamentos de rolos de agulhas são uma ligeira variação dos rolos cilíndricos com um diâmetro muito menor. É usado em aplicações onde o espaço radial é pequeno. Os rolos de agulhas também fornecem uma grande área de contato, mas geram muito atrito e vibração porque giram muito rápido. Portanto, ele só pode ser utilizado em equipamentos que operem em baixas velocidades e possam suportar grandes quantidades de vibração.
Os rolamentos de rolos cônicos são cônicos em uma extremidade, em vez de serem um cilindro reto. Isso permite que os rolamentos de rolos suportem cargas axiais limitadas. A relação entre a carga radial e a carga axial que um rolo cônico pode suportar é determinada pelo ângulo do rolo. Até 30 graus é aceitável, mas a maioria dos rolos cônicos tem ângulos entre 10 e 16 graus.
Durabilidade: Robusto e durável, pode suportar cargas mais pesadas sem deformação.
Menos sensível: resistente a cargas de choque e desalinhamento do que os rolamentos de esferas.
Desvantagens dos rolamentos de rolos
Capacidade limitada de lidar com cargas axiais: Embora exista a opção de usar versões cônicas, permanece o fato de que os rolamentos de rolos não são projetados principalmente para cargas axiais. Portanto, o movimento permitido pelos rolamentos de rolos é restrito. Isto reduz a versatilidade dos rolamentos de rolos, o que explica porque são menos visíveis em ambientes domésticos.
propenso a desalinhamento: Rolamentos de qualquer tipo, sejam de esferas ou de rolos, apresentam uma pequena folga entre os elementos do rolamento e as pistas. Essa folga interna permite que os elementos do rolamento se movam suavemente ao longo da pista. No entanto, isto também permite que os elementos de apoio se desviem da sua posição original. Os rolamentos de esferas são tolerantes ao desalinhamento angular. Isto é especialmente verdadeiro para rolamentos de rolos. Embora os rolamentos de esferas possam suportar desalinhamentos de até 0.004 polegadas, os rolamentos de rolos cilíndricos já podem ter dificuldade de girar quando o desalinhamento excede 0.001 polegadas. Isso significa que os rolamentos de rolos precisam ser projetados com maior precisão, o que torna sua fabricação difícil e cara.
Tamanho: Normalmente maiores e requerem espaço mecânico.
Manutenção: pode ser necessária manutenção frequente, especialmente em aplicações de alta velocidade devido ao aumento do atrito.
A diferença entre rolamentos de esferas e rolamentos de rolos
Tanto os rolamentos de esferas quanto os rolamentos de rolos são projetados para reduzir o atrito rotacional enquanto suportam cargas radiais e axiais. A diferença básica entre rolamentos de rolos e rolamentos de esferas reside no seu design básico. A principal diferença entre rolamentos de rolos e rolamentos de esferas é que o elemento rolante é um rolo ou uma esfera. Ao comparar rolamentos de esferas e rolamentos de rolos, vários fatores entram em jogo.
Devido ao seu menor coeficiente de atrito, os rolamentos de esferas são geralmente adequados para aplicações que exigem operação em alta velocidade.
Os rolamentos de rolos possuem uma grande área de contato e são ideais para aplicações de carga radial pesada.
Devido à menor área de contato, a capacidade de carga dos rolamentos de esferas é menor que a dos rolamentos de rolos.
Os rolamentos de esferas deformam-se menos sob carga, tornando-os adequados para aplicações de precisão.
Critérios de Seleção
Selecionar o rolamento correto para uma aplicação específica é fundamental para obter desempenho e vida útil ideais. Os critérios de seleção baseiam-se principalmente nos dois critérios seguintes:
Tipo de carga e capacidade: Os rolamentos devem ser capazes de suportar cargas específicas, sejam elas radiais, axiais ou uma combinação de cargas. Os rolamentos de rolos são normalmente usados para cargas radiais pesadas, enquanto os rolamentos de esferas são usados para cargas mais leves.
Requisito de velocidade: A velocidade de execução do aplicativo desempenha um papel importante. Os rolamentos de esferas são a primeira escolha para aplicações de alta velocidade devido à sua baixa resistência ao atrito. Os rolamentos de esferas são geralmente mais adequados para aplicações que podem exigir rotação em alta velocidade. Possuem menor coeficiente de atrito durante a partida e operação, o que significa que podem atingir velocidades mais altas com menos resistência.
Os rolamentos de rolos, por outro lado, são mais adequados para aplicações que exigem maiores capacidades de carga. Isso ocorre porque o contato linear (em oposição ao contato pontual nos rolamentos de esferas) permite que a carga no rolamento seja amplamente distribuída. Em termos de eficiência, os rolamentos de esferas tendem a ter uma ligeira vantagem na minimização do atrito em altas velocidades. No entanto, devido ao seu design, os rolamentos de rolos podem suportar cargas maiores com eficiência.
Conclusão
Os rolamentos são utilizados há décadas e são, sem dúvida, um dos componentes de engenharia mais importantes em ambientes industriais, comerciais e domésticos. Eles fornecem movimento rotacional suave e consistente e evitam o desgaste causado pelo atrito. Rolamentos de esferas e vários tipos de rolamentos de rolos são tudo o que qualquer pessoa precisa para fornecer uma conexão removível entre componentes que precisam girar ao longo de qualquer eixo.