O que são rolamentos de contato angular? Um guia completo para design e seleção

O que são rolamentos de contato angular?

Quando o impulsor de uma bomba empurra o líquido dentro de sua carcaça, o eixo recebe um impulso axial constante, além das forças radiais criadas pela rotação. Um rolamento rígido de esferas padrão aceita facilmente essa carga radial, mas não foi projetado para suportar impulso sustentado. Os resultados usuais são desgaste prematuro, aumento de ruído e danos nas pistas. Esta é a situação que um rolamento de contato angular foi construído para resolver.

Dito em termos técnicos, um O rolamento de esferas de contato angular é um rolamento de esferas no qual as pistas internas e externas são deslocadas uma em relação à outra, de modo que a linha de contato entre as esferas e as pistas encontra o eixo do eixo em um ângulo . Devido a esse caminho de contato angular, parte da carga aplicada é transferida ao longo do eixo do rolamento. O rolamento pode, portanto, suportar cargas radiais e axiais combinadas em uma direção, algo que um rolamento profundo do mesmo tamanho não pode fazer por longos períodos.

O ângulo de contato, medido entre o plano radial do rolamento e a linha que une os pontos de contato, é o parâmetro central do projeto. A maioria dos rolamentos de esferas de contato angular são produzidos com ângulos nominais de 15, 25, 30 ou 40 graus , e cada valor altera o equilíbrio entre capacidade de carga axial e velocidade. Nosso guia sobre o que um rolamento de contato angular faz e como ele difere dos projetos radiais percorre a geometria em linguagem mais simples.

Como funcionam os rolamentos de contato angular

Em vez de a esfera ficar centralizada em uma ranhura contínua, a esfera é mantida em uma posição angular fixa entre duas pistas deslocadas. Quando o eixo empurra axialmente, o empuxo viaja através do ângulo de contato até um ressalto da pista que foi usinado para recebê-lo. A carga radial ainda é transportada normalmente, de modo que um rolamento executa as duas funções ao mesmo tempo.

A limitação importante é que um rolamento de contato angular de uma carreira suporta carga axial em apenas uma direção . Se o impulso for revertido, as esferas perderão seu caminho de contato definido e o rolamento deverá ser disposto como um par correspondente. Os três arranjos padrão são back-to-back (DB), presencial (DF) e tandem (DT). Os pares DB e DF controlam o empuxo em ambas as direções, enquanto os pares tandem são selecionados quando a carga é muito alta em uma direção.

A pré-carga é a outra característica definidora. Em aplicações de fuso, a folga interna é deliberadamente removida e uma compressão controlada é definida entre as esferas e as pistas. Isso aumenta a rigidez, melhora a precisão da corrida e evita a derrapagem da bola em alta velocidade. Os pares combinados de fábrica são medidos juntos para que a pré-carga seja idêntica em ambos os rolamentos, e é por isso que o emparelhamento de dois rolamentos individuais adquiridos separadamente raramente dá o mesmo resultado. Nosso explicador sobre como os rolamentos de esferas transmitem carga através de projetos de contato angular cobre o caminho de carga com mais detalhes.

Contato angular vs. rolamentos rígidos de esferas

Diferenças de design

Um rolamento rígido de esferas tem um arco de pista profundo contínuo em ambos os anéis, e a esfera fica centralizada com um ângulo de contato efetivo próximo de zero. Um rolamento de contato angular possui pistas deslocadas que forçam a esfera a tocar em um ponto definido em sua superfície. Esse deslocamento cria o triângulo de carga que torna possível a transferência de carga axial.

Capacidade de carga e rigidez

Em um rolamento profundo, a capacidade axial é limitada porque a esfera tem que subir pelo lado raso da pista sob impulso sustentado, o que tensiona a gaiola e gera calor. Um rolamento de contato angular é usinado de modo que o ressalto da pista apoie a esfera diretamente. A capacidade axial, portanto, aumenta com o ângulo de contato, e a rigidez de um par combinado de fábrica é substancialmente maior, razão pela qual os rolamentos de contato angular dominam os fusos de máquinas-ferramenta.

Comportamento de velocidade e temperatura

Um rolamento de contato angular de 15 graus funciona quase tão rápido quanto um rolamento profundo da mesma série, porque o caminho da carga permanece próximo ao plano radial. À medida que o ângulo de contato aumenta em direção a 40 graus, o atrito interno de rolamento aumenta e a velocidade máxima cai. Em máquinas-ferramentas e bombas, essa compensação é geralmente aceitável, porque a rigidez e a capacidade de empuxo são mais importantes do que as últimas centenas de rpm.

Onde os rolamentos de contato angular são usados

Os rolamentos de contato angular aparecem sempre que uma máquina combina uma carga radial com um impulso definido. O exemplo mais conhecido é o fuso da máquina-ferramenta, onde muitas vezes são chamados simplesmente de rolamentos do fuso, mas o mesmo projeto suporta muitas outras funções industriais.

• Fusos de máquinas-ferramenta: a combinação de alta rigidez, baixo desvio e pré-carga controlada mantém as operações de corte precisas.
• Bombas centrífugas e verticais: o impulsor produz um impulso axial constante que o rolamento carrega junto com a carga radial.
• Compressores: a reversão de cargas axiais requer pares DB ou DF, e a alta rigidez mantém a vibração baixa.
• Redutores e redutores de velocidade: as engrenagens helicoidais geram forças axiais e os rolamentos de contato angular as absorvem sem folga excessiva.
• Motores elétricos: motores verticais e motores de tração usam o projeto para gerenciar o peso do rotor e a tração magnética.
• Sistemas automotivos e robóticos: componentes de direção e juntas robóticas usam a mesma geometria de rolamento onde a precisão do posicionamento é crítica.

Em muitas máquinas, os rolamentos de contato angular e os rolamentos profundos trabalham lado a lado: o rolamento profundo lida com uma posição puramente radial, enquanto o rolamento de contato angular gerencia a posição axial. Compreender essa divisão de trabalho é o primeiro passo em qualquer exercício de seleção de rolamentos.

Selecionando o rolamento de contato angular correto

Comece com a carga axial. Identifique sua direção, se ela inverte e se é constante ou com carga de choque. Esta decisão única fixa tanto o ângulo de contato quanto o arranjo de montagem.

Em seguida, combine a série com o diâmetro do eixo e a carga total. As três séries métricas comuns seguem a mesma lógica dos rolamentos rígidos de esferas. Rolamentos de esferas de contato angular série 7000 são as séries leves, destinadas a eixos pequenos e altas velocidades. Rolamentos de esferas de contato angular série 7200 cobrem o meio-termo de serviço médio visto em bombas, motores gerais e caixas de engrenagens leves. Rolamentos de esferas de contato angular série 7300 são construídos para eixos maiores e cargas combinadas substanciais.

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Em seguida, escolha o material da gaiola e a vedação. As gaiolas de latão são preferidas para alta velocidade e vibração; as gaiolas de aço oferecem resistência e são comuns nas séries mais pesadas; as gaiolas de poliamida proporcionam um funcionamento silencioso em velocidades moderadas. Os rolamentos abertos dominam o mundo do contato angular porque as aplicações de fuso dependem de lubrificação com óleo ou óleo-ar, mas existem versões vedadas onde a vida útil da graxa é o fator decisivo.

Finalmente, decida a classe de pré-carga e o grau de precisão de funcionamento. A pré-carga leve é ​​adequada para alta velocidade; a pré-carga média é adequada para bombas e máquinas em geral; a pré-carga pesada oferece rigidez máxima ao custo da velocidade máxima. Os graus de tolerância padrão cobrem a maior parte das tarefas industriais, enquanto o P5 e os graus melhores pertencem a fusos e equipamentos de medição. Nosso guia para escolher entre tipos de rolamentos de esferas compara essas opções com outras famílias de rolamentos.

Uma regra de aquisição é mais importante do que qualquer outra: compre rolamentos de contato angular como pares ou conjuntos combinados de fábrica sempre que o projeto exigir um arranjo pré-carregado. Unidades individuais de lotes diferentes podem diferir ligeiramente nas dimensões internas, e a rigidez do conjunto acabado depende de uma pré-carga idêntica em ambos os lados.

Considerações sobre fornecimento e qualidade

A qualidade de um rolamento de contato angular é determinada antes de sair da fábrica. A precisão da retificação da pista, o arredondamento do anel, o grau da esfera, a consistência da gaiola, a limpeza da graxa e o ângulo de contato medido determinam como o rolamento se comporta em velocidade. Um fornecedor confiável deverá ser capaz de documentar esses parâmetros em vez de simplesmente citar um número de catálogo.

Confirme a política de emparelhamento também. Conjuntos combinados devem ser medidos do mesmo lote, com o desvio de largura e o valor de pré-carga registrados. Se um fornecedor não puder explicar como os pares são combinados, trate a pré-carga entregue como uma variável no seu projeto.

Também vale a pena olhar a fábrica por trás do catálogo. Um exportador apoiado por sua própria fábrica pode controlar a inspeção dimensional, testes de desvio, verificações de ruído e vibração e lubrificação final. Esse é o modelo em nossas instalações: as linhas de contato angular e ranhura profunda são produzidas internamente sob duplo controle de qualidade e exportadas diretamente, o que oferece aos clientes um único parceiro para respostas de engenharia, consistência do produto e logística de exportação. Tolerâncias, opções de gaiola e tratamentos de superfície podem ser ajustados para projetos OEM, e os clientes podem auditar as instalações.

Resumindo, os rolamentos de contato angular ganham seu lugar onde quer que apareça carga axial: fusos, bombas, compressores, caixas de engrenagens, motores e máquinas de precisão. Escolha cuidadosamente o ângulo de contato, respeite a regra de direção única, compre pares combinados e verifique os dados de qualidade do fornecedor. Um rolamento de contato angular bem especificado se paga em tempo de atividade e precisão a longo prazo.