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O guia definitivo para rolamentos de seção fina
Os rolamentos de seção fina foram desenvolvidos quando os rolamentos rígidos de esferas padrão eram insuficientes para determinadas aplicações. Os rolamentos de seção fina têm uma seção transversal muito pequena em relação ao seu diâmetro. Este desenho determina que o rolamento de seção fina tem um volume de projeto menor e menor massa, ao mesmo tempo que alcança alta rigidez e precisão operacional.
Série de rolamentos padronizada de acordo com DIN ISO, a seção transversal dos rolamentos de seção fina aumenta com o aumento do diâmetro, e todos os tamanhos de rolamentos de seção fina em uma série têm a mesma seção transversal. “Existem diversas definições de rolamentos de seção fina na indústria, uma das mais comuns é que um rolamento é considerado de seção fina quando o diâmetro é 4 vezes maior que a seção transversal radial. As dimensões da seção transversal podem variar, mas normalmente são esferas com o dobro do diâmetro.” As aplicações típicas para rolamentos de seção fina são aquelas aplicações críticas onde o espaço é limitado, o peso deve ser minimizado, a precisão absoluta deve ser mantida e os requisitos de carga e torque ainda exigem o uso de rolamentos de esferas. Nessas aplicações, os rolamentos de seção fina ajudam a reduzir custos em comparação com os tamanhos padrão de rolamentos rígidos de esferas e têm a vantagem de usar apenas um rolamento com pouco impacto no peso total.
Cada aplicação de rolamento de seção fina possui requisitos específicos. Essas diferenças potenciais tornam alguns rolamentos de seção fina opções melhores do que outros. Quando se trata de rolamentos de seção fina, existem três tipos diferentes a serem considerados:
Um tipo de rolamento de seção fina
Rolamento de seção fina tipo C
Rolamento de seção fina tipo X
Tipo A – Rolamentos de seção fina de contato angular
Os rolamentos de seção fina de contato angular são usados principalmente em ambientes severos com altas cargas axiais. Geralmente não é recomendado usar um único rolamento de seção fina de contato angular tipo A para suportar cargas axiais reversas ou de momento, mas dois rolamentos tipo A como um par de rolamentos duplex podem facilmente suportar tais cargas. A estabilidade, capacidade de carga e repetibilidade dos pares de rolamentos duplos de seção fina de contato angular tipo A são melhores do que os rolamentos de seção fina tipo C.
Ambos os anéis dos rolamentos de seção fina de contato angular Tipo A possuem ranhuras esféricas extraprofundas (profundidade da ranhura = 25% do diâmetro da esfera).
Os rolamentos de seção fina de contato angular tipo A têm folga radial suficiente para produzir um ângulo de contato de 30° (α) que pode suportar cargas axiais.
A gaiola do rolamento de seção fina de contato angular tipo A está em uma bolsa circular, na qual o número de esferas representa cerca de 67% de todas as esferas.
TIPO A Rolamento de Seção Fina CONDIÇÃO DE CARGA | ||||
Radial | axial | Momento | Invertendo | Combinado |
Bom | Excelente | Use em pares | Use em pares | Bom |
Fornece maior capacidade de carga axial (unidirecional) do que os rolamentos do tipo C ou X:
O anel externo geralmente é rebaixado para reduzir um ressalto da pista, e o anel externo é montado sobre o anel interno, esferas e gaiola por conveniência (com a ajuda da diferença de temperatura entre os dois anéis).
O rolamento de seção fina de contato angular tipo A é um rolamento não separável que pode suportar cargas radiais maiores e simultaneamente suportar uma grande quantidade de carga axial em uma direção.
Ao suportar cargas axiais, as superfícies dos anéis interno e externo dos rolamentos de seção fina de contato angular Tipo A ficam aproximadamente niveladas, minimizando os ajustes de pré-carga.
Os rolamentos de seção fina de contato angular tipo A são normalmente instalados opostos a outro rolamento do mesmo tipo, de modo que existam cargas axiais para estabelecer e manter o ângulo de contato e acomodar cargas axiais reversas com movimento axial mínimo.
Tipo C – Rolamentos radiais de esferas de seção fina
Os rolamentos esféricos de seção fina de contato radial tipo C adotam um design esférico profundo cujas ranhuras podem suportar cargas elevadas e são a solução preferida para aplicações com cargas radiais. Como seria de esperar, os rolamentos de seção fina Tipo C também podem suportar cargas axiais moderadas, cargas axiais reversas e cargas de momento.
Ambos os anéis dos rolamentos esféricos de seção fina de contato radial tipo C possuem ranhuras esféricas extraprofundas (profundidade da ranhura = 25% do diâmetro da esfera).
O anel interno tem um deslocamento excêntrico dentro do anel externo, cerca de metade da distância da esfera.
Os anéis são posicionados concentricamente e a gaiola/separador separa as esferas uniformemente em toda a circunferência.
Os rolamentos de esferas de contato radial tipo C têm melhor desempenho quando há uma pequena folga (folga radial, que pode ser aumentada ou diminuída para atender às condições operacionais) entre a esfera e o anel.
TIPO C Rolamento de Seção Fina CONDIÇÃO DE CARGA | ||||
Radial | axial | Momento | Invertendo | Combinado |
Excelente | Bom | Bom | Bom | Bom |
Os rolamentos esféricos de seção fina de contato radial tipo C são projetados de modo que a esfera e o anel entrem em contato no plano central da esfera quando apenas cargas radiais são aplicadas. Embora projetados principalmente para aplicações de carga radial, os rolamentos do tipo C não possuem ranhuras preenchidas e podem suportar algumas cargas axiais em qualquer direção. A capacidade de suportar cargas axiais depende da folga no rolamento após a instalação. Ao aumentar a folga radial acima do valor padrão, os rolamentos do tipo C podem ter um ângulo de contato maior sob carga axial, resultando em maior capacidade de carga axial. Neste caso, recomenda-se ajustar o rolamento contra outro rolamento de construção semelhante para reduzir o movimento axial sob cargas axiais reversas. Usados desta maneira, os rolamentos são essencialmente rolamentos de esferas de contato angular, em vez de rolamentos de esferas de contato radial.
Tipo X - rolamento de seção fina de contato de quatro pontos
Ao contrário dos projetos de rolamentos de seção fina Tipo A e Tipo C, os rolamentos de seção fina de contato de quatro pontos Tipo X são feitos com arcos góticos que criam quatro pontos de contato entre as esferas e as pistas no rolamento. Esse projeto torna os rolamentos de seção fina de contato de quatro pontos uma excelente opção para aplicações que exigem torque suficiente ou cargas axiais reversas em um pacote pequeno. No entanto, os rolamentos de seção fina de contato de quatro pontos Tipo X têm uma capacidade menor de suportar uma ampla faixa de cargas radiais do que os rolamentos de seção fina Tipo X. Os rolamentos de seção fina de contato de quatro pontos tipo X não são recomendados como substitutos dos rolamentos de seção fina tipo C ou tipo A em ambientes destinados a cargas radiais puras. Deve-se observar que a velocidade (rpm) dos rolamentos de seção fina de contato de quatro pontos tipo X é uma preocupação particular quando combinada com cargas radiais quando aplicadas com cargas axiais ou de momento.
CONDIÇÃO DE CARGA TIPO X | ||||
Radial | axial | Momento | Invertendo | Combinado |
Pobre | Bom | Excelente | Excelente | Pobre |
Os rolamentos Tipo X diferem dos rolamentos Tipo A e Tipo C na geometria de suas ranhuras nas pistas:
Escreva C: Os centros dos raios estão localizados no plano central da bola.
Um tipo: A ponteira e a esfera estão em contato angular e o centro do raio da ranhura é deslocado em uma quantidade igual em ambos os lados do plano central da esfera.
Tipo X: As ranhuras em cada anel possuem dois raios com seus centros deslocados do plano central da esfera.
A profundidade da ranhura nos rolamentos Tipo X é a mesma do Tipo A e Tipo C (25% do diâmetro da esfera).
As características específicas do “Arco Gótico” são:
Permite que um único rolamento tipo X suporte três tipos de cargas (radial, axial e de momento) simultaneamente (enquanto os rolamentos de tamanho padrão são geralmente projetados para suportar apenas cargas radiais e axiais).
Tornando-o um rolamento ideal para muitas aplicações, já que um único rolamento de esferas de contato de quatro pontos pode muitas vezes substituir dois rolamentos, como um conjunto de dois rolamentos de estrutura em A dispostos costas com costas, proporcionando assim um design simplificado.
A carga axial aplicada ao anel interno da direita para a esquerda é transferida do anel interno para a esfera no ponto B.
A carga é então transferida através da esfera para o ponto D, onde é transferida para o anel externo e estrutura de suporte.
A linha de ação BD forma um ângulo de contato nominal de 30° (α) com a linha central radial do rolamento.
Devido à deformação elástica da esfera e da pista ao longo da linha de transferência de carga, a carga na esfera é liberada nos pontos A e C, permitindo uma rotação suave em torno do eixo perpendicular à linha BD.
Quando uma carga axial é aplicada ao anel interno da esquerda para a direita, ocorre uma transferência de carga semelhante entre o ponto C e o ponto A.
Assim como os rolamentos do tipo C, os rolamentos do tipo X geralmente têm folga radial. No entanto, o ângulo de contato nominal e a capacidade de carga axial dos rolamentos tipo X não dependem da folga. Quando a carga axial ou de momento é considerável, a folga deve ser minimizada para evitar que o ângulo de contato seja muito grande. O principal a observar é que é recomendado que o rolamento X seja usado sozinho. Não é recomendado usar dois rolamentos X em um eixo comum, pois isso pode levar a momentos de atrito inaceitáveis.
Cargas em rolamentos de seção fina
Os rolamentos suportam eixos ou caixas, permitindo que eles funcionem livremente sob carga. Acima analisamos uma variedade de rolamentos de seção fina que podem suportar cargas radiais, axiais e de momento. As cargas podem ser aplicadas a rolamentos de seção fina em uma das duas direções cardeais, onde o momento de carga resultante (M) pode ser calculado como:
M = Fa Sa + Fr Sr
M | = | carga momentânea [N·m] |
Fa | = | carga axial [kN] |
Sa | = | distância de deslocamento do eixo do rolamento [m] |
Fr | = | carga radial [kN] |
Sr | = | distância de deslocamento do plano radial [m] |
As cargas axiais (Fa) são paralelas ao eixo (o eixo de rotação do rolamento), enquanto as cargas radiais (F r) estão em ângulo reto com o eixo de rotação. Quando essas cargas se desviam do eixo do rolamento (distância Sa) ou do plano radial (distância Sr< /span>), uma carga de momento final (M) é criada. O uso de software de computador tornou o método de determinação da vida útil do rolamento mais complexo e preciso do que os cálculos manuais anteriores. A carga real é aplicada ao rolamento e a carga resultante em cada esfera desse rolamento é determinada. A partir deste cálculo, o fator de segurança estática e a vida nominal básica L10 podem ser determinados.
Carga radial principal
Quanto maior a folga do rolamento, menos esferas existem para suportar a carga, resultando em uma vida dinâmica mais curta.
Uma grande pré-carga do rolamento pode sobrecarregar o rolamento antes que a carga seja aplicada.
Principais cargas axiais e cargas momentâneas
Uma folga maior permitirá um ângulo de contato maior do que a esfera com a pista e, portanto, se adaptará melhor à carga aplicada.
Entretanto, a área elíptica de contato da esfera com a pista pode ficar truncada acima da borda da pista, causando outros problemas.
Uma pré-carga maior pode sobrecarregar o rolamento novamente antes que a carga seja aplicada.
O cálculo do fator de segurança estático ou da vida dinâmica requer a ajuda de um software de computador para determinar as cargas individuais das esferas em todo o rolamento – usando o Reali-Design (para Rolamentos em polegadas Reali-Slim) ou Reali-Design MM (para Rolamentos métricos Reali-Slim) Programas. Uma vez calculados, a esfera de carga máxima é usada para determinar o nível máximo de tensão e, portanto, o fator de segurança estática. Todas as cargas de esfera são usadas em uma análise ponderada para determinar a vida nominal básica, L10.
Limitação de velocidade de rolamentos de seção fina
De um modo geral, a determinação da velocidade máxima de operação segura depende em grande parte da experiência anterior. Os fatores que limitam a velocidade de rotação dos rolamentos são muito complexos, incluindo:
Diâmetro do rolamento
Relação entre diâmetro do rolamento e seção transversal
Tipo de rolamento e configuração interna
Relação entre o raio da ranhura da pista e o diâmetro da esfera
Folga radial interna do rolamento ou pré-carga
Ângulo de contato de trabalho
Precisão do rolamento (excentricidade)
Materiais e design da gaiola/separador de esferas
Precisão de instalação (redondeza, planicidade sob carga)
Lubrificação
Medidas de temperatura ambiente e dissipação de calor
Selos
Carregar
Embora não seja possível estabelecer limites de velocidade precisos, as aplicações práticas e a experiência do laboratório de testes da AUB fornecem uma base para estabelecer limites gerais. Suponha que os rolamentos estejam instalados corretamente e tenham dissipação de calor adequada. Estes limites baseiam-se numa vida útil completa de 1 000 000 rotações. Velocidades mais altas podem ser toleradas se vidas úteis mais curtas forem aceitáveis. Para velocidades que se aproximam ou excedem o limite calculado usando a fórmula da velocidade limite (n), atenção especial deve ser dada à lubrificação e ao calor:
A graxa deve ser especialmente projetada para rolamentos de alta velocidade.
A frequência da relubrificação deve ser suficiente para que haja sempre lubrificante suficiente disponível.
Se for usado óleo, o arrasto viscoso deve ser minimizado controlando o nível, usando um lançador de óleo e/ou medindo pequenas quantidades de líquido ou névoa.
Os efeitos da turbulência do ar em altas velocidades podem dificultar muito a introdução de óleo em superfícies críticas, por isso o projeto do sistema de lubrificação torna-se muito importante.
Os cálculos a seguir podem ser usados para rolamentos de esferas de seção fina da série Reali-Slim em polegadas do tipo aberto em velocidades contínuas.
n = 1 fl Cf/d
| Cf | = | fator de cálculo (tabela 1) |
| d | = | diâmetro do furo [mm (dentro)] (tabela de produtos) |
| fl | = | fator de redução (tabela 2) |
| n | = | velocidade limite [r/min] |
Como escolher o melhor rolamento de seção fina para sua aplicação?
O tipo e a magnitude das cargas exigidas em uma aplicação específica determinam qual rolamento de seção fina é mais apropriado. Por exemplo, em ambientes onde há cargas axiais em uma direção, a AUB recomenda o uso de seus rolamentos de esferas de contato angular Tipo A dedicados. Esta opção também é ideal para aplicações de empuxo radial ou combinado. Ainda assim, não é adequado para aplicações que necessitam suportar cargas momentâneas ou cargas axiais reversas.
Uma vez determinadas cargas de momento maiores, a AUB recomendará o uso de opções de rolamento de esferas de contato de 4 pontos ou padrão X. O projeto utiliza uma pista de “arco gótico” para criar quatro pontos de contato entre a bola e a pista. Tornando-o a solução perfeita para cargas axiais reversas e ideal para cargas momentâneas. Embora os rolamentos do tipo X possam ser usados em outras condições de carga leve, a substituição dos rolamentos do tipo C ou A sob cargas puramente radiais nem sempre é incentivada.
Como regra padrão, a AUB recomenda o monitoramento cuidadoso da velocidade de aplicação (RPM) ao especificar rolamentos do tipo X para combinações de cargas axiais ou de momento e cargas radiais. A experiente equipe de engenheiros da AUB provou ser muito favorável nesse sentido. Eles podem fornecer e determinar velocidades limite e cargas combinadas com base em estatísticas e pesquisas. Eles também adicionaram recomendações sobre o uso de rolamentos radiais com cargas radiais, axiais ou de momento combinadas e velocidade limite e seleção de separadores.
Os rolamentos de contato radial, como os rolamentos tipo C, são adequados para cargas radiais. Isso ocorre porque suas ranhuras esféricas profundas fornecem durabilidade para suportar cargas mais altas. Embora esse tipo específico de rolamento seja usado em aplicações que suportam principalmente cargas radiais, Carter sugere que ele também pode suportar efetivamente cargas axiais reversas, cargas axiais moderadas e cargas de momento.
Que outras aplicações existem para rolamentos de seção fina?
Os rolamentos de seção fina foram desenvolvidos principalmente para aplicações onde o espaço é limitado, fornecendo soluções sem atrito para componentes articulados, como robô braços ou outras articulações, como cotovelos. Diferentes tipos de rolamentos de seção fina são amplamente utilizados em diferentes instituições, incluindo aeroespacial, imagens médicas, robótica, semicondutores, armazenamento de dados, máquinas-ferramentas, equipamentos de embalagem, equipamentos de embalagem, sistemas de satélite e sistemas ópticos e de mira.
AUB é especializada em soluções relacionadas a uma linha completa de rolamentos de seção fina. Nossa equipe de engenharia bem equipada cria projetos de rolamentos personalizados considerando espaço, carga, precisão e confiabilidade, e os fabrica de acordo com as necessidades de sua aplicação. AUB oferece rolamentos de precisão de baixo perfil em tamanhos de 1 pol. DI (diâmetro interno) a 40 pol. DE (diâmetro externo) para grandes mesas giratórias implantadas em aplicações comerciais e industriais.