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Prof. Dr. Francisco José de Almeida 5. MANCAIS

5.1. Introdução

A função dos mancais é diminuir o atrito, e portanto aumentar o rendimento do sistema mecânico, entre partes que se movem entre si. Exemplos de aplicação de mancais é entre eixos e carcaças de redutores e entre carros e barramentos de máquinas-ferramentas.

Os mancais podem ser de vários tipos, a saber: (a) Mancal de escorregamento, ou de deslizamento, ou ainda bucha; (b) Mancal de rolamento, ou simplesmente rolamento; (c) Mancal hidrodinâmico; (d) Mancal hidrostático, (e) Mancal aerostático.

5.2. Comparativo entre Mancais de Escorregamento e Mancais de Rolamento

Os tipos mais comuns de mancais são os de escorregamento e os de rolamento. Cada um deles apresenta características específicas, com vantagens e desvantagens. A tabela abaixo apresenta um comparativo entre os dois tipos de mancais.

Característica Bucha Rolamento espaço radial utilizado (para mesma carga) menor maior espaço axial utilizado (para mesma carga) maior menor facilidade de fabricação maior menor custo menor maior padronização menor maior necessidade de manutenção maior menor capacidade de carga (no mesmo tamanho) menor maior ruído menor maior capacidade de absorver vibrações maior menor resistência a choques maior menor liberdade de escolha do material do eixo menor maior atrito maior menor amaciamento necessário maior menor rotação admissível menor maior

5.3. Mancais de Rolamento

5.3.1. Construção

O mancal de rolamento trabalha com atrito de rolamento, sendo esta a principal causa de seu menor atrito, em relação ao mancal de escorregamento.

Mancais Prof. Dr. Francisco José de Almeida 2

Um rolamento padrão é formado de: (a) anel externo, com pista externa; (b) elemento girante; i. esfera i. rolo cilíndrico i. rolo cônico iv. rolo abaulado v. agulha (c) gaiola, (d) anel interno, com pista interna.

(a) esfera; (b) rolo cilíndrico; (c) agulha; (d) rolo cônico; (e) rolo abaulado e, (f) rolo cônico abaulado. Elementos girantes

5.3.2. Material

Os anéis externo e interno e o elemento girante são fabricados com material de alta dureza, visando baixo desgaste e pequena deformação, a fim de diminuir o atrito. Por este motivo, o rolamento não é indicado para aplicações sujeitas a choques. Exemplos de materiais utilizados são:

(a) aço temperado especial para rolamentos; (b) aço Si-Mn não temperado, para mancais de grandes dimensões; (c) aço inoxidável, para casos especiais, (d) bronze não magnético.

A gaiola, por sua vez, é fabricada com materiais mais moles, tais como chapa de aço, bronze, material sintético e plástico, uma vez que sua função é apenas manter os elementos girantes separados.

Mancais Prof. Dr. Francisco José de Almeida 3 5.3.3. Tipos de mancais de rolamento

Há vários tipos de mancais de rolamentos disponíveis, cada qual com sua aplicação específica: O rolamento pode ser radial ou axial, em função da direção de carga que ele admite. Pode também ser, em função do seu elemento girante, de esferas, de rolos ou de agulhas. Finalmente, há rolamentos comuns, e rolamentos auto-compensadores, que permitem e compensam desalinhamentos do eixo em relação à carcaça.

5.3.4. Aplicação

Comparando-os com os mancais de escorregamento, mancais de rolamento são indicados para maiores cargas, menor disponibilidade de manutenção, maior vida útil e menor espaço axial disponível.

São contra-indicados para aplicações sujeitas a choques, onde a existência de ruído é indesejável e para aplicações com baixa rotação e grandes diâmetros, devido ao custo.

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Rolamentos de esferas têm menor capacidade de carga que rolamentos de rolos ou de agulhas, porém maior rotação admissível.

Para diminuir a desvantagem que os rolamentos apresentam em relação aos mancais de escorregamento, no que diz respeito ao espaço radial utilizado, foram criados os rolamentos de agulhas. Caso necessário, os rolamentos de agulhas podem ser encontrados sem um dos anéis, interno ou externo, e mesmo sem os dois anéis. Nestes casos, as pistas serão o próprio eixo e a carcaça, exigindo desses dois elementos mecânicos materiais de alta dureza e alta qualidade de fabricação.

5.3.5. Dimensionamento do Rolamento O dimensionamento do rolamento passa por três etapas.

1a etapa: escolha do tipo do rolamento Para a escolha do tipo do rolamento, se considera: (a) a direção da carga; (b) a magnitude da carga; (c) a existência de desalinhamentos,

(d) exigências especiais, tais como rotações elevadas (esferas), funcionamento silencioso (esferas) e rigidez (rolos).

Uma vez escolhido o tipo de rolamento, escolhe-se o tamanho do rolamento, através de catálogos de fabricantes, com base no diâmetro externo do eixo sobre o qual será montado o rolamento, que é nominalmente igual ao diâmetro interno do rolamento.

3a etapa: verificações Escolhido o rolamento, retira-se do catálogo do fabricante as capacidades do rolamento, que são:

(a) rotação máxima de trabalho - nmax - é a máxima rotação na qual o rolamento pode trabalhar, sem aumento excessivo de temperatura.

(b) capacidade de carga estática - C0 - é a carga estática que causa uma deformação plástica permanente nos elementos girantes ou nas pistas da ordem de 0,0001 vezes o diâmetro do elemento girante;

(c) capacidade de carga dinâmica - C - é a capacidade dinâmica admissível para 90% dos rolamentos experimentados, para uma vida de um milhão de rotações,

As verificações realizadas são:

(a) Rotação máxima de trabalho maxnntrab≤

Mancais Prof. Dr. Francisco José de Almeida 5 (b) Capacidade de carga estática

O coeficiente de segurança s0 é dado na tabela abaixo, em função da aplicação do rolamento.

Aplicação s0

Rolamentos que não giram

Pás de hélice de passo variável para aviões ≥ 0,5 Instalações de comportas de barragens, aliviadores e eclusas ≥ 1

Pontes móveis ≥ 1,5 Ganchos de grandes guindastes sem forças dinâmicas adicionais significativas ≥ 1

Ganchos de pequenos guindastes para mercadorias a granel com forças dinâmicas adicionais consideráveis ≥ 1,6

Rolamentos em rotação onde o serviço é suave e sem vibrações 0,5 onde o serviço e as condições de vibração são normais 1 onde atuam intensas cargas de choque 1,5 a 2

Coeficiente de Segurança para Cálculo de Mancais de Rolamento Capacidade de Carga Estática

Os valores dos coeficientes X0 e Y0 são função do tipo de rolamento considerado e da relação entre as forças radiais e axiais que solicitam o rolamento. Para cada caso, são dadas nos catálogos dos fabricantes.

(c) Capacidade de carga dinâmica - Vida do rolamento desespLL≥ com p

Mancais Prof. Dr. Francisco José de Almeida 6 com arPYPXP⋅+⋅= onde X e Y têm as mesmas considerações feitas para de X0 e Y0.

10/3, para rolamentos de rolos

p é função do tipo de rolamento, e vale: 3, para rolamentos de esferas A tabela abaixo sugere valores de vidas desejadas para rolamentos, em função da aplicação.

Mancais Prof. Dr. Francisco José de Almeida 7 5.4. Mancais de Escorregamento

5.4.1. Construção

(Parte 1 de 2)

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