Uma equipe de manutenção pressiona um rolamento 6205 em um eixo que foi reconstruído por soldagem e torneamento manual. O rolamento desliza com dois toques leves, para que eles aprovem o trabalho. Oito semanas depois, o assento do eixo apresenta cicatrizes de desgaste marrom-ferrugem, o anel interno deslizou alguns graus ao redor de seu assento e a graxa está cheia de pó fino de ferro. Nada em seu gráfico de tolerância de ajuste de rolamento estava errado. Eles leram a linha errada.
Um gráfico de tolerância de ajuste à pressão realiza exatamente uma tarefa. Ele converte uma classe de tolerância de eixo ou mancal em uma faixa de interferência, geralmente indicada em mícrons, para um determinado furo de rolamento. Ele não dirá se o assento sobrevive a um aumento de temperatura de 90 graus, se o anel se arrasta sob uma carga rotativa ou quanta força a prensa precisará. A ordem de trabalho é simples: escolha o ajuste a partir da direção e rotação da carga, procure a interferência resultante e verifique a perda de folga e a força de pressão. Tudo abaixo segue essa ordem.
O que um gráfico de tolerância de ajuste à pressão converte
A interferência é um comprimento, não uma porcentagem. Para um anel interno de rolamento em um eixo, é o diâmetro externo do eixo menos o diâmetro do furo do rolamento, e um número positivo significa que o anel deve ser esticado para caber. Os números negativos descrevem a folga, não o ajuste, e é deles que vêm os anéis rastejantes.
Quase todos os gráficos publicados são baseados nas classes de tolerância ISO 286. Os eixos carregam letras minúsculas como j, js, k, m, n, p e r; as caixas carregam letras maiúsculas como H, J, K, M, N e P. O dígito após a letra é o grau, e o grau 6 é a escolha normal para assentos de rolamento porque o grau 7 quase dobra a faixa sem adquirir nenhum benefício real.
A complicação que a maioria dos gráficos esconde em uma nota de rodapé é que o furo de um rolamento não é um furo nominal. Os rolamentos da classe normal são fabricados com um furo de tamanho nominal ou menor e nunca maior, de modo que a faixa de desvio vai de zero até um limite negativo. Para um furo de 25 mm, essa faixa é de 0 a menos 10 mícrons; para um furo de 100 mm é de 0 a menos 20 mícrons. A consequência prática é que a interferência que você realmente obtém é maior do que o desvio do eixo sugere, e a diferença entre a montagem mais solta e a mais apertada é maior do que a maioria dos projetistas supõe.
As bandas de furo do rolamento vêm da classe de tolerância normal, e os valores de interferência empilham toda a banda de furo negativa contra o desvio do eixo, de modo que a coluna da direita descreve uma faixa de pior caso em vez de um valor fixo.
Furo do rolamento (mm)
Tolerância ao furo (mícrons)
Ajuste do eixo
Interferência resultante (mícrons)
10 a 18
0 a menos 8
k6
1 a 20
18 a 30
0 a menos 10
k6
2 a 25
18 a 30
0 a menos 10
m6
8 a 31
30 a 50
0 a menos 12
m6
9 a 37
50 a 80
0 a menos 15
n6
20 a 54
80 a 120
0 a menos 20
n6
23 a 65
Veja a largura da coluna da direita. Um assento de 30 a 50 mm em um eixo m6 pode terminar com 9 mícrons ou 37 mícrons, dependendo de onde o eixo e o anel ficam dentro de suas próprias faixas de tolerância. Se um projeto funcionar apenas em uma extremidade dessa faixa, o gráfico não resolveu o problema; apenas o transferiu para o chão de fábrica.
Os produtos de anéis finos são os que mais sofrem com essa propagação. Um rolamento rígido de esferas padrão tem uma parede do anel interno fina o suficiente para que alguns mícrons extras de interferência consumam uma folga interna mensurável, e é por isso que uma linha do gráfico adequada a um rolamento de rolos de seção pesada pode ser muito agressiva para um rolamento de esferas pequeno do mesmo furo.
Rotação e direção de carga decidem qual anel está apertado
O gráfico fornece números, não decisões. A decisão começa com uma única pergunta: qual anel gira em relação à direção da carga? Qualquer anel que carregue uma carga rotativa em relação ao vetor de carga deve ser o ajuste de interferência, pois caso contrário, o anel se arrasta em torno de sua sede em pequenos incrementos, desgasta a sede e, eventualmente, destrói o furo e o eixo.
Em uma entrada típica de motor elétrico ou caixa de engrenagens, o anel interno gira com o eixo enquanto a direção da carga permanece aproximadamente fixa no espaço. Esse anel interno obtém o ajuste perfeito, geralmente k6 ou m6 no eixo, e o anel externo funciona em uma carcaça H7 ou J7 que permite um ajuste leve ou até mesmo uma pequena folga. Inverta o arranjo, como acontece com um cubo de roda ou uma polia intermediária onde a carga gira com o anel externo, e a lógica se inverte: a carcaça passa a ser a sede estanque e o eixo passa a ser a sede solta.
Onde ambos os anéis vêem uma carga rotativa, ou onde as cargas de choque invertem a direção, nenhuma das sedes pode ficar solta. Os rolamentos de contato angular de duas carreiras são comuns nessa situação porque suportam cargas radiais e axiais combinadas de ambas as direções, e suas duas carreiras compartilham a carga para que a pressão do assento permaneça moderada. Os projetistas que os especificam geralmente mantêm o eixo em m6 e o alojamento em N7 ou P7, em vez de afrouxar um lado.
Um detalhe é fácil de ignorar. Um arranjo fixo e flutuante precisa de um rolamento localizado axialmente e outro que possa deslizar, e o rolamento flutuante deve funcionar em uma folga ou ajuste de transição para que o eixo possa crescer sem carregar os elementos rolantes. Travar ambas as extremidades com ajustes apertados transforma o crescimento térmico em um problema de pré-carga.
Lendo os números de interferência
A interferência não varia com o tamanho do furo
Uma suposição comum é que duplicar o diâmetro duplica a interferência. Isso não acontece, pelo menos não para uma classe de tolerância fixa. Os desvios do eixo grau 6 crescem lentamente com o diâmetro porque são construídos a partir de uma unidade de tolerância que aumenta com a raiz cúbica do diâmetro, enquanto a faixa do furo do rolamento cresce em etapas definidas pela norma. O gráfico abaixo mostra o que isso significa na prática.
Figura 1. Interferência média produzida por um eixo m6 ajustado em cinco faixas de diâmetro interno.
Leia as barras como médias e não como metas. Passar de um furo de 10 a 18 mm para um furo de 80 a 120 mm aproximadamente duplica a interferência média, de cerca de 13 mícrons para cerca de 24 mícrons, enquanto o próprio diâmetro cresce por um fator de seis ou mais. Essa lacuna existe porque a unidade de tolerância atrás de um eixo grau 6 cresce muito mais lentamente que o diâmetro nominal. O efeito prático é que os rolamentos pequenos ficam proporcionalmente mais apertados, em termos de tensão do anel, do que os rolamentos grandes na mesma classe de ajuste. Isso explica por que um assento k6 que parece suave atrás de um rolamento de 100 mm pode parecer nitidamente firme atrás de um rolamento de 15 mm, e é também por que pequenos fusos de alta velocidade muitas vezes se movem um grau mais solto. Use as alturas das barras para avaliar a direção e o tamanho da alteração e, em seguida, confirme os desvios limites reais na edição atual da norma antes de cortar metal.
O crescimento térmico pode apagar o ajuste
A interferência não é permanente. Quando o anel externo fica mais quente que o alojamento, ou quando o alojamento se expande mais rápido que o aço do rolamento, o ajuste fica mais frouxo. O próximo gráfico mostra quanto da interferência do frio sobrevive à medida que a temperatura aumenta, para três materiais de habitação comuns.
Figura 2. Porcentagem da interferência original retida à medida que a temperatura operacional aumenta, por material da carcaça.
As caixas de alumínio são o caso extremo nesta comparação. Sua expansão térmica é aproximadamente o dobro da do aço para rolamentos, portanto, uma carcaça que retém 20 mícrons de interferência a 20 graus pode perder a maior parte dessa resistência quando atingir 80 graus de aumento de temperatura. Uma caixa de aço combinada com um rolamento de aço é muito mais estável, porque ambas as peças crescem quase na mesma proporção e o encaixe quase não se move. O ferro fundido fica entre os dois, o que é um dos motivos pelos quais continua popular em caixas de engrenagens e caixas de bombas. A lição é que o ajuste deve ser avaliado na temperatura operacional, não na bancada de montagem, e que qualquer caixa de alumínio que transporta uma carga rotativa precisa de uma classe mais pesada, como m6 ou n6, simplesmente para manter contato quando está quente. Quando uma caixa esquenta e não pode receber uma classe mais pesada, um ressalto de localização axial ou um grampo de extremidade é uma resposta mais confiável do que adicionar mais interferência. A temperatura também explica por que um rolamento que estava correto na bancada de teste ainda pode se arrastar em serviço após uma atualização na potência do motor.
Força de montagem, perda de folga e seleção de ajuste
A força de pressão segue a interferência linearmente
A força da prensa decide se o trabalho é feito com uma prensa de mandril, uma prensa hidráulica ou um martelo que ninguém deveria usar. Ele sobe em linha reta com interferência, o que facilita a estimativa a partir do gráfico antes que uma única peça seja encomendada. Os valores abaixo consideram um rolamento com furo de 40 mm e um anel interno de 15 mm de largura pressionado em um eixo de aço maciço.
Figura 3. Força de montagem estimada para um rolamento com furo de 40 mm e anel interno de 15 mm de largura em um eixo de aço maciço.
Cada 5 mícrons adicionais de interferência adicionam aproximadamente 3,6 kN de força de montagem, que é o tipo de relação em linha reta que você pode manter em sua cabeça na bancada. A linearidade é útil porque permite dimensionar uma prensa a partir do gráfico sem executar um cálculo completo da tensão de contato e também explica por que os empilhamentos de tolerância são mais difíceis durante a montagem. Uma sede projetada em torno de 15 mícrons pode exigir o dobro da força esperada se o eixo e o anel pousarem na extremidade apertada de suas bandas. A força também é um sinal de qualidade que vale a pena registrar: se um rolamento que deveria precisar de 12 kN desliza manualmente, o assento é subdimensionado, e se precisar de muito mais do que o estimado, o assento é superdimensionado, cônico ou danificado. O completo sequência de instalação para rolamentos de contato angular de duas carreiras vale a pena ler antes de aplicar qualquer um desses números, pois a força deve sempre passar pelo anel que está sendo encaixado, nunca pelas bolas.
A interferência por si só não classifica um ajuste. Uma classe que parece apertada em mícrons ainda pode ser fácil de montar se o assento for curto e o anel for pequeno, e uma classe que parece moderada pode ser estranha se o invólucro tiver paredes finas. O gráfico de radar abaixo pontua três classes de eixo comuns de acordo com cinco critérios práticos.
Figura 4. Pontuação relativa de três classes de ajuste de eixo em relação a cinco critérios práticos de seleção.
O js6 é fácil de montar e remover, mas oferece a menor resistência à fluência, por isso pertence a cargas leves, estáveis e essencialmente não rotativas, onde um ressalto de localização já impede o movimento axial. k6 é a resposta de uso geral para cargas radiais normais em um anel interno giratório e ainda permite a desmontagem com um extrator padrão. m6 troca conveniência de montagem por uma pegada mais firme, que é o que uma carga pesada ou de choque, uma caixa de parede fina ou um assento de alumínio realmente precisam. Nenhum dos três vence em todos os eixos, e esse é o objetivo de compará-los desta forma, em vez de ler um único valor de interferência. Se a vibração e a fluência dominarem o histórico de falhas da sua máquina, aceite a montagem mais apertada e planeje uma prensa adequada com um medidor de força controlado. Se o acesso ao serviço for a restrição real, aceite a classe mais flexível e adicione um recurso de localização axial para que o anel não possa andar.
Uma lista de verificação prática antes de cometer um ataque
Decida qual anel gira em relação à direção da carga. Esse anel recebe o ajuste de interferência e o outro recebe um ajuste de transição ou folga.
Converta a classe do furo do rolamento em uma faixa de desvio. Os furos de classe normais nunca são superdimensionados, portanto a banda sempre vai de zero para baixo.
Verifique a interferência em temperatura operacional, e não em temperatura ambiente, especialmente com invólucros de alumínio ou magnésio.
Estime a força de prensagem no gráfico e compare-a com a capacidade de prensagem e a força de montagem que o anel pode suportar com segurança.
Confirme se a folga consumida pela interferência não consome mais do que metade da folga interna do rolamento.
Verifique se o seu processo de usinagem pode realmente manter a tolerância especificada. Nenhum gráfico sobrevive a um torno que não suporta 10 mícrons.
Nada disso substitui o padrão. Um gráfico é um atalho para as tabelas ISO, e essas tabelas mudam entre as edições. O que o gráfico oferece é uma maneira rápida de verificar a sanidade de um projeto antes que ele chegue ao chão de fábrica: faixa de interferência primeiro, perda térmica em segundo, força de prensagem em terceiro, resistência à fluência por último. Em Rolamento Ningbo Wanshun , construímos rolamentos de contato angular de duas carreiras e de ranhura profunda na faixa de diâmetro interno de 10 a 120 mm, e preferiríamos responder a uma pergunta de ajuste antes de a prensa ser ligada do que depois que o assento do eixo for descartado.
