O que é um rolamento de contato angular e como funciona?

O que é um rolamento de contato angular

Um rolamento de contato angular é um tipo de rolamento de esferas ou rolos projetado com pistas posicionadas em um ângulo deslocado em relação ao eixo do rolamento, permitindo que ele suporte cargas radiais e axiais combinadas (empuxo) simultaneamente em vez de lidar com apenas um tipo de carga como um rolamento profundo padrão. Esse deslocamento, chamado ângulo de contato, normalmente varia de 15° a 40° e determina quanta carga axial o rolamento pode suportar em relação à carga radial.

Rolamentos de esferas de contato angular usam especificamente esferas como elemento rolante e são a forma mais comum desse tipo de rolamento, amplamente utilizado em fusos de máquinas-ferramenta, bombas e caixas de engrenagens onde os eixos sofrem forças de impulso devido ao engrenamento de engrenagens ou pressão de fluido junto com cargas radiais normais. Um rolamento com Ângulo de contato de 40° pode suportar aproximadamente o dobro da carga axial de um rolamento com ângulo de 15° no mesmo tamanho de rolamento, e é por isso que selecionar o ângulo de contato correto é a primeira decisão em qualquer aplicação.

Como funcionam os rolamentos de esferas de contato angular

Dentro de um rolamento profundo padrão, as pistas internas e externas são alinhadas de modo que o contato entre a esfera e a pista acontece diretamente através do plano radial. Em um rolamento de contato angular, as pistas são retificadas assimetricamente, de modo que a linha que conecta os pontos de contato nas pistas interna e externa forma um ângulo em relação ao plano radial do rolamento.

Por que o ângulo permite a capacidade de impulso

Como o caminho da carga passa diagonalmente através da esfera, em vez de diretamente através dela, uma parte de qualquer carga radial é convertida em um componente de força axial e, inversamente, o rolamento pode resistir a cargas axiais que empurram o eixo em uma direção. É por isso que os rolamentos de contato angular são quase sempre montados em pares ou conjuntos, uma vez que um único rolamento resiste apenas ao impulso em uma direção axial.

Limitação de impulso unidirecional

Um único rolamento de contato angular só pode transportar carga axial empurrando o eixo em direção ao lado onde o ângulo de contato “abre”. O empuxo reverso não será suportado, o que é o principal motivo pelo qual esses rolamentos são normalmente emparelhados costas com costas ou face a face em montagens reais.

Classes de ângulos de contato e sua capacidade de carga

Os fabricantes produzem rolamentos de esferas de contato angular em algumas classes de ângulo de contato padronizadas, cada uma adequada para um equilíbrio diferente de velocidade e capacidade de carga axial.

Como regra geral, ângulos de contato mais baixos suportam velocidades mais altas porque menos força de contato da bola é direcionada axialmente, reduzindo a geração de calor, enquanto ângulos de contato mais altos trocam alguma capacidade de velocidade por maior suporte de carga de empuxo.

Configurações de rolamentos e arranjos de montagem

Como um único rolamento de contato angular lida apenas com impulso unidirecional, os fabricantes os fornecem em conjuntos pré-combinados, retificados para se encaixarem com a folga interna correta. A configuração escolhida afeta a rigidez, a tolerância ao desalinhamento e as direções de carga suportadas.

Arranjos costas com costas (DB) são geralmente preferidos para fusos de máquinas-ferramenta porque a distância central efetiva mais ampla entre os dois rolamentos fornece resistência significativamente maior à inclinação do eixo sob cargas momentâneas em comparação com uma configuração face a face.

Rolamentos de contato angular versus outros tipos de rolamento

Os engenheiros costumam comparar rolamentos de esferas de contato angular com rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de rolos cônicos quando um eixo deve suportar cargas radiais e axiais.

Os rolamentos de esferas de contato angular ficam em um meio-termo prático: eles toleram velocidades cerca de 20-30% maior do que os rolamentos de rolos cônicos de tamanho comparável devido ao menor atrito de rolamento, ao mesmo tempo em que gerenciam cargas axiais significativas que os rolamentos profundos não conseguem suportar de maneira confiável.

Aplicações comuns de rolamentos de esferas de contato angular

A combinação de capacidade radial e axial com bom desempenho em alta velocidade torna os rolamentos de contato angular a escolha padrão em vários setores.

• Fusos de máquinas-ferramenta – Rolamentos com ângulo de contato de 15° em pares costas com costas suportam forças de corte enquanto mantêm a precisão rotacional necessária para precisão submicrométrica
• Cubos das rodas dianteiras automotivas – rolamentos com ângulo de contato de 40° suportam cargas axiais em curva juntamente com o peso do veículo
• Bombas centrífugas e compressores – rolamentos de 25-30° gerenciam o empuxo axial gerado pelos diferenciais de pressão do impulsor
• Caixas de engrenagens com engrenagens helicoidais ou cônicas – conjuntos de contato angular absorvem o empuxo axial inerente que esses tipos de engrenagens geram durante o engrenamento
• Articulações de braços robóticos e mesas rotativas – os rolamentos emparelhados proporcionam a rigidez necessária para resistir aos momentos de inclinação na articulação

Seleção de classe de pré-carga e precisão

Duas especificações adicionais determinam o desempenho de um rolamento de contato angular depois de instalado: nível de pré-carga e classe de precisão.

Pré-carregar

A aplicação de uma carga interna pequena e controlada (pré-carga) ao montar o par de rolamentos remove a folga interna e melhora a precisão rotacional. A pré-carga leve é ​​adequada para aplicações de fuso de alta velocidade, enquanto a pré-carga pesada é usada onde a rigidez máxima é mais importante do que a velocidade máxima, como em fusos de retificadoras.

Classe de Precisão

Os rolamentos são classificados de acordo com os padrões ISO ou ABEC, com ABEC 7 ou ABEC 9 (ISO P4/P2) classes reservadas para trabalhos de fuso de alta precisão, enquanto os rolamentos padrão ABEC 1 (ISO P0) são suficientes para caixas de engrenagens industriais em geral e bombas onde não é necessária extrema precisão rotacional.

Melhores práticas de instalação e manutenção

Como os conjuntos de rolamentos combinados são aterrados como um par, o manuseio incorreto durante a instalação é uma das causas mais comuns de falha prematura.

1. Nunca misture rolamentos de conjuntos diferentes, pois a folga interna é retificada especificamente para esse par
2. Confirme as marcações de orientação corretas (geralmente uma seta ou letra no anel externo) antes da instalação, pois a inversão de um rolamento em um conjunto costas com costas o converte em um arranjo face a face não intencional
3. Aplique força de montagem uniformemente em toda a face interna do anel usando uma bucha ou prensa, nunca batendo diretamente nas esferas ou na gaiola
4. Verifique se as tolerâncias do eixo e da caixa correspondem às recomendações de ajuste do fabricante do rolamento, uma vez que um furo da caixa superdimensionado pode reduzir a pré-carga pretendida
5. Relubrifique nos intervalos especificados pelo fabricante; rolamentos de fuso de alta velocidade geralmente exigem sistemas de óleo-ar ou graxa para toda a vida, em vez de lubrificação manual periódica

Os dados de campo dos fabricantes de rolamentos mostram consistentemente que A configuração inadequada da pré-carga é responsável por uma grande parte das falhas precoces dos rolamentos do fuso , mais do que defeitos de material ou desgaste normal, e é por isso que os procedimentos de instalação controlados por torque são tão importantes quanto a própria seleção do rolamento.

Como escolher o rolamento de contato angular correto

A seleção do rolamento correto se resume a combinar o ângulo de contato, a configuração e a classe de precisão com a carga real e o perfil de velocidade da aplicação.

• Calcular a relação esperada entre carga axial e radial; relações acima de 0,5 geralmente exigem um ângulo de contato de 30-40° em vez de 15°
• Escolha a montagem costas com costas (DB) quando a resistência ao momento de carga e a rigidez são mais importantes, e face a face (DF) quando for esperado algum desalinhamento do eixo
• Combine a classe de precisão com os requisitos de exatidão da aplicação, em vez de usar como padrão a classe mais alta disponível, uma vez que a precisão desnecessariamente rigorosa adiciona um custo significativo sem benefício funcional no uso industrial geral
• Confirme se a velocidade nominal do rolamento (geralmente expressa como um valor dn, diâmetro do furo vezes RPM) excede confortavelmente a velocidade operacional da aplicação
• Trabalhe com um fornecedor que forneça documentação de conjunto correspondente e marcações de orientação claras, uma vez que rolamentos sem marcação ou sem correspondência são difíceis de instalar corretamente no campo

Fazer essas seleções corretamente no estágio de projeto evita o problema muito mais caro de diagnosticar falha prematura do rolamento depois que a máquina já está em serviço.