O que são rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras?

Rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras são um projeto de rolamento que combina duas fileiras de esferas de contato angular dentro de um único anel interno e externo, dispostas costas com costas para que possam suportar simultaneamente cargas radiais, cargas axiais em ambas as direções e cargas momentâneas. O ângulo de contato de cada linha é definido de modo que as linhas de carga de lados opostos do rolamento convirjam no eixo do rolamento, criando uma unidade independente que resiste às forças de inclinação sem exigir um segundo rolamento montado separadamente para lidar com a direção axial oposta. Em termos de princípio estrutural, um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras é essencialmente equivalente a um par de dois rolamentos de esferas de contato angular de carreira única integrados em uma unidade mais estreita e compacta, compartilhando um anel interno e externo comum (fonte: NSK Global Technical Library; NTN Bearing Catalog 2203E). O ângulo de contato padrão para os rolamentos de duas carreiras das séries 5200 e 5300 é 25 graus , enquanto a Schaeffler e algumas outras famílias de projetos usam um ângulo de contato de 30 graus, o que aumenta a capacidade de carga axial em relação à capacidade radial (fonte: NSK; Schaeffler TPI 213). A geometria compacta significa que uma unidade de duas carreiras ocupa substancialmente menos espaço axial do que dois rolamentos de contato angular de uma carreira montados separadamente com o mesmo furo e diâmetro externo, tornando-a a solução preferida sempre que for necessária restrição axial bidirecional em um envelope de instalação estreito. Rolamentos de esferas de contato angular de duas fileiras nas séries 30 e 38 cobrem uma variedade de tamanhos de furos e opções de vedação que se adequam exatamente a esse tipo de aplicação de carga compacta e multidirecional.

Como o ângulo de contato define o comportamento do rolamento

O ângulo de contato é o parâmetro geométrico mais importante que distingue um rolamento rígido de esferas de contato angular de um rolamento rígido de esferas e determina diretamente a relação entre a capacidade de carga axial e radial que o rolamento pode fornecer.

O significado geométrico do ângulo de contato

Em qualquer rolamento de elemento rolante, as esferas transferem carga entre a pista do anel interno e a pista do anel externo através de pontos de contato. Em um rolamento profundo, esses pontos de contato ficam em uma linha perpendicular ao eixo do eixo, o que significa que o rolamento é adequado para cargas radiais, mas só pode acomodar cargas axiais incidentais. Em um rolamento de contato angular, as pistas são deslocadas de modo que a linha que conecta os dois pontos de contato forma um ângulo com o plano radial. Este ângulo é o ângulo de contato, denotado por alfa. Quando uma carga puramente axial é aplicada a um rolamento de contato angular, ela é transmitida através desta linha de contato inclinada, que resolve a força em um componente radial e um componente axial dentro da geometria do rolamento. Quanto maior o ângulo de contato, maior a proporção de uma carga axial aplicada que é transportada de forma eficiente e maior a relação de carga axial/radial que o rolamento pode sustentar antes que a tensão de contato se torne crítica (fonte: Catálogo de rolamentos NTN 2203E; brkbearings.com).

Valores de ângulo de contato em projetos de fileira dupla

Os rolamentos de esferas de contato angular de uma carreira estão disponíveis em quatro configurações de ângulo de contato padrão: 15 graus, 25 graus, 30 graus e 40 graus. A variante de 15 graus prioriza operação em alta velocidade e baixa rigidez axial; a variante de 40 graus prioriza a capacidade máxima de carga axial ao custo de uma classificação de velocidade reduzida e maior geração de calor. Os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras da série padrão 5000 (séries 5200, 5300) são fabricados com Ângulo de contato de 25 graus por linha, dispostos costas com costas para que cada linha suporte a carga axial de uma direção. Variantes de alta capacidade, incluindo a família de design Schaeffler, utilizam um Ângulo de contato de 30 graus que fornece uma fração de carga axial mais alta, mas produz uma redução correspondente no limite de velocidade para operação contínua (fonte: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Capacidade de carga momentânea

Uma capacidade extremamente importante possibilitada pelo arranjo de fileiras duplas é a resistência a cargas momentâneas, também chamadas de momentos de inclinação. Uma carga momentânea atua para girar o eixo em relação ao alojamento em torno de um eixo perpendicular à linha central do eixo. Um rolamento de contato angular de uma carreira ou um rolamento único e profundo não pode resistir a esse tipo de carga de maneira confiável porque a zona de contato de um lado ficaria sobrecarregada enquanto o lado oposto perderia contato. O arranjo costas com costas de um rolamento de duas carreiras cria um amplo vão efetivo entre as duas linhas de carga, mesmo dentro da largura do rolamento único, o que fornece um braço de momento mecânico que resiste às forças de tombamento. É por isso que os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras são especificados para aplicações onde a flexão do eixo, cargas radiais ou forças giroscópicas geram cargas de momento na posição do rolamento (fonte: Catálogo de rolamentos NTN 2203E).

Estrutura Interna e Materiais Componentes

A compreensão da construção interna de um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras explica por que o design específico e as escolhas de materiais afetam o desempenho de maneiras que nem sempre são aparentes apenas na classificação de carga do catálogo.

Anéis e pistas

Os anéis interno e externo dos rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras padrão são fabricados em aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo, mais comumente 52100 ou graus padrão nacionais equivalentes, que é endurecido até uma dureza superficial normalmente na faixa de 58 a 65 HRC. As pistas são retificadas com tolerâncias rígidas de diâmetro, circularidade e rugosidade superficial, uma vez que a qualidade da superfície na zona de contato determina diretamente a distribuição de tensão sob carga e o nível de ruído e vibração em operação. A geometria do ressalto em cada anel é projetada para gerar o deslocamento entre as duas pistas de linha que produz o ângulo de contato pretendido, e essa altura do ressalto também define a carga axial máxima que os anéis podem suportar antes que a tensão de contato migre para o ressalto do anel em vez de permanecer na pista.

Elementos rolantes

As esferas em ambas as fileiras são normalmente fabricadas com o mesmo aço de rolamento 52100 que os anéis ou com uma cerâmica como nitreto de silício (Si3N4) em aplicações de alta velocidade ou críticas à corrosão. O diâmetro da esfera e o número de esferas por fileira são selecionados durante o processo de projeto para otimizar a classificação de carga dinâmica, a classificação de carga estática e a capacidade de velocidade do rolamento para a série de aplicações pretendida. Dentro de uma determinada série, um diâmetro de esfera maior aumenta a classificação de carga, mas reduz a velocidade máxima permitida porque a força centrífuga em cada esfera aumenta com a massa da esfera e o quadrado da velocidade. As esferas de grau de precisão têm uma variação de diâmetro inferior a 0,00025 mm entre esferas na mesma fileira, pois mesmo pequenas diferenças de diâmetro causam compartilhamento desigual de carga, o que reduz a classificação de carga efetiva abaixo do valor do catálogo.

Opções de gaiola

A gaiola separa as esferas e mantém um espaçamento circunferencial consistente para que a carga seja distribuída uniformemente ao redor do perímetro do rolamento. Os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras estão disponíveis com dois tipos principais de gaiola (fonte: NSK Global; NTN):

• Gaiola de aço estampado, que é a opção padrão para a maioria das aplicações de média e alta velocidade e é estampada em chapa de aço baixo carbono com bolsões formados para guiar as esferas; as gaiolas de aço prensado são adequadas para a maioria das aplicações lubrificadas com óleo e graxa dentro da classificação de velocidade padrão do rolamento
• Gaiola de poliamida ou náilon, que oferece menor massa e menor ruído em velocidades elevadas, melhor desempenho em rolamentos vedados lubrificados com graxa onde o arrasto viscoso da graxa é uma fonte de calor e risco reduzido de manchas durante a perda momentânea de lubrificação em alta velocidade

Opções de vedação e blindagem

Os rolamentos abertos de esferas de contato angular de duas carreiras requerem lubrificação externa por meio de reposição periódica de graxa ou de um sistema de óleo pressurizado. Variantes seladas e blindadas estão disponíveis e são cada vez mais especificadas para aplicações onde o acesso para manutenção é limitado ou a entrada de contaminação é uma preocupação (fonte: Catálogo de Rolamentos NTN 2203E; NSK). As designações de sufixo mais comumente usadas são:

A convenção de nomenclatura das séries 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ e 38-ZZ usada no Rolamentos de esferas de contato angular de duas fileiras A linha de produtos codifica diretamente o número de série e o tipo de vedação na designação do rolamento, facilitando a identificação de qual variante é apropriada para uma determinada aplicação apenas a partir do número da peça.

Classificações de carga e especificações de desempenho

O desempenho de qualquer rolamento de elemento rolante é caracterizado principalmente por três valores nominais: a classificação básica de carga dinâmica, a classificação básica de carga estática e a velocidade limite. Esses números são determinados pela geometria interna do rolamento e devem ser interpretados corretamente em relação ao ciclo de carga e à velocidade reais da aplicação antes que uma vida útil confiável possa ser prevista.

Classificação básica de carga dinâmica

A classificação de carga dinâmica básica (C) é definida como a carga radial constante sob a qual um grupo de rolamentos idênticos atingirá uma vida útil nominal à fadiga de um milhão de rotações com 90% de confiabilidade, seguindo o método de cálculo definido na ISO 281. Para um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras, a classificação de carga dinâmica é maior do que a de um rolamento de uma carreira com o mesmo furo porque duas fileiras de esferas compartilham a carga aplicada, distribuindo a tensão de contato hertziana por um número maior de pontos de contato. Como referência prática, o rolamento da série 5200 com furo de 10 mm (rolamento número 5200) suporta uma classificação de carga dinâmica de 7.150N , enquanto a série 5203 com furo de 17 mm transporta aproximadamente 12.700 N, e a série 5204 com furo de 20 mm transporta aproximadamente 15.900 N (fonte: catálogo de rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras do tipo selado e blindado NSK, documento e1249b).

Classificação básica de carga estática

A classificação de carga estática básica (C0) define a carga sob a qual a tensão máxima de contato entre uma esfera e a pista atinge aproximadamente 4.000 MPa, o nível no qual a deformação plástica local da pista começa a produzir um recuo permanente que aumenta a vibração e o ruído durante a operação subsequente. Usando os mesmos dados de referência da NSK, a série 5200 (furo de 10 mm) tem uma classificação de carga estática de 3.900 N, enquanto a 5203 (furo de 17 mm) tem 8.300 N e a 5204 (furo de 20 mm) tem 10.700 N (fonte: catálogo NSK e1249b). Aplicações envolvendo cargas de choque, cargas estáticas pesadas durante a montagem ou cargas de momento pesadas sustentadas em baixa velocidade devem ser avaliadas em relação à classificação estática e não à classificação dinâmica.

Cálculo de carga dinâmica equivalente

Quando um rolamento sofre uma carga radial e axial combinada em vez de uma carga puramente radial, uma carga dinâmica equivalente P deve ser calculada antes de aplicar a equação de vida ISO 281. Para rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras, a fórmula padrão é P = XFr YFa, onde Fr é a força radial, Fa é a força axial e X e Y são fatores de carga que dependem da relação entre a força axial e a força radial em relação a um valor limite e. Para as séries de fileiras duplas seladas e blindadas, os valores típicos quando Fa/Fr é menor ou igual a e são X = 1, Y = 0,92, e quando Fa/Fr excede e, X = 0,67 e Y = 1,41, com e aproximadamente 0,68 (fonte: catálogo NSK e1249b). Esses valores mudam com o ângulo de contato e a série de rolamentos, e os projetistas devem sempre usar os valores da folha de dados específica do fabricante para a série de rolamentos aplicada.

Capacidade de velocidade

O limite de velocidade de um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras é definido pelo calor gerado nos contatos rolantes e na interface gaiola-esfera, e é convencionalmente expresso como um limite de velocidade de graxa ou um limite de velocidade de óleo, com o limite de óleo normalmente 20 a 30 por cento maior que o limite de graxa. As variantes vedadas e blindadas apresentam um limite de velocidade mais baixo do que os rolamentos abertos equivalentes porque o atrito do lábio de vedação ou a proximidade da blindagem adicionam calor que o preenchimento fixo de graxa deve dissipar sem resfriamento externo. A norma DIN 628-3, que rege as principais dimensões dos rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras, estabelece limites dimensionais que garantem a intercambialidade entre fabricantes de rolamentos da mesma série (fonte: Schaeffler TPI 213).

Sistema de Designação e Identificação de Série

A leitura correta de uma designação de rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras permite que um engenheiro ou especialista em compras confirme o diâmetro do furo, a série (e, portanto, o diâmetro externo e a largura) e a configuração de vedação a partir do número da peça, sem a necessidade de consultar uma tabela dimensional completa.

As referências das séries 30 e 38 na designação do produto referem-se à classificação da série do diâmetro externo do rolamento. As séries 30 e 38 em rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras indicam um envelope dimensional específico, e as variantes de sufixo 2RS e ZZ que acompanham identificam diretamente se são usadas vedações de contato ou blindagens de aço, permitindo que a variante correta seja especificada para serviço vedado lubrificado com graxa ou serviço blindado, respectivamente.

Comparação com tipos de rolamentos alternativos

A seleção de um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras para uma aplicação requer a compreensão de como ele difere dos outros tipos de rolamento que poderiam ser potencialmente considerados para a mesma posição.

vs rolamento de esferas de contato angular de fileira única

Um rolamento de esferas de contato angular de uma carreira só pode suportar carga axial em uma direção porque a geometria deslocada da pista cria uma linha de contato que converge no eixo apenas de um lado. Para suportar cargas axiais bidirecionais com rolamentos de uma carreira, dois rolamentos devem ser montados em oposição, costas com costas (DB), face a face (DF) ou em tandem (DT para aumento de carga axial na mesma direção). Um rolamento de duas carreiras atinge a mesma restrição axial bidirecional em uma unidade única e mais estreita com um anel interno e um anel externo, o que simplifica o projeto da caixa e reduz o espaço axial necessário. A desvantagem é que a unidade de fileira dupla tem um ângulo de contato fixo e um arranjo costas com costas que não pode ser alterado, enquanto um arranjo de fileira única emparelhado permite que o engenheiro selecione a montagem face a face se a geometria da aplicação exigir diferentes características do braço de momento (fonte: NSK Global; Catálogo de Rolamentos NTN 2203E).

vs rolamento de esferas com sulco profundo

Um rolamento rígido de esferas tem uma ranhura simétrica em ambos os anéis que permite suportar cargas axiais moderadas em ambas as direções, mas a linha de carga permanece essencialmente radial em cargas axiais baixas e o rolamento não tem ângulo de contato definido. Para cargas combinadas baixas a moderadas em alta velocidade, um rolamento profundo é geralmente mais econômico e atinge velocidades mais altas do que um rolamento de contato angular do mesmo tamanho. No entanto, os rolamentos profundos não podem fornecer o posicionamento axial rígido de um eixo que um rolamento de contato angular oferece e não são adequados para aplicações onde as cargas de momento devem ser resistidas ou onde a rigidez axial precisa faz parte do projeto do sistema (fonte: brkbearings.com).

vs rolamento de rolo cônico

Um rolamento de rolos cônicos suporta cargas radiais e axiais mais altas do que um rolamento de esferas de contato angular do mesmo tamanho de furo porque o contato linear entre os rolos e as pistas distribui a carga por uma área maior, reduzindo o pico de tensão de contato. No entanto, os rolamentos de rolos cônicos exigem um ajuste preciso da pré-carga axial durante a montagem, geram mais calor em altas velocidades devido ao atrito de deslizamento do flange da extremidade do rolo e têm um limite de velocidade mais baixo do que os rolamentos de esferas de contato angular. Para aplicações de velocidade média onde cargas combinadas moderadas e geometria compacta são os principais requisitos, os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras são geralmente preferidos aos rolamentos de rolos cônicos.

Tabela de comparação

Aplicações típicas e casos de uso da indústria

Os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras são encontrados em aplicações que compartilham um requisito comum: restrição axial bidirecional em um espaço compacto com velocidade moderada a alta, onde cargas momentâneas ou cargas combinadas tornam um rolamento profundo insuficiente.

Motores Elétricos e Sopradores

Os motores elétricos freqüentemente usam rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras na posição final do acionamento, onde as forças axiais da tensão da correia, do impulso da engrenagem helicoidal ou da carga das pás do ventilador criam uma carga axial bidirecional dependendo da direção de partida-parada. O design compacto de unidade única simplifica a construção da carcaça do motor em comparação com um arranjo de dois rolamentos, e o ângulo de contato de 25 graus das séries padrão 5200 e 5300 fornece a combinação de rigidez axial razoável e classificação de velocidade rotacional adequada para a maioria das aplicações de motores de indução. A NSK lista bombas, motores elétricos e sopradores como as principais aplicações típicas para esse tipo de rolamento (fonte: NSK Global Technical Library).

Bombas e Compressores

As bombas centrífugas geram forças de impulso axiais que invertem a direção com mudanças na vazão e no diferencial de pressão, e essa carga axial bidirecional é exatamente a condição para a qual os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras são projetados. Projetos de bombas de alta capacidade usando um rolamento com ângulo de contato de 30 graus podem acomodar as cargas axiais mais altas típicas de bombas centrífugas multiestágios, mantendo ao mesmo tempo a capacidade de velocidade adequada para a maioria das condições de serviço da bomba. As variantes vedadas e blindadas com designações 2RS ou ZZ são amplamente utilizadas em aplicações de bombas onde a cavidade do rolamento não é acessível para relubrificação periódica.

Caixas de engrenagens e unidades de engrenagens

As engrenagens helicoidais produzem um componente axial da carga do dente que atua ao longo do eixo do eixo, e a direção desse empuxo é invertida entre o pinhão e a engrenagem em um par acoplado. Os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras nas extremidades do eixo restringem esse impulso em ambas as direções sem exigir posições separadas dos rolamentos axiais ou arranjos adicionais de pré-carga axial. Em caixas de engrenagens industriais compactas, onde minimizar o comprimento da carcaça é uma prioridade de projeto, o rolamento de duas carreiras de unidade única em cada posição do eixo economiza um envelope axial significativo em comparação com um arranjo de carreira única emparelhado.

Fusos de máquinas-ferramenta e equipamentos de precisão

Os fusos de máquinas-ferramenta CNC, especialmente aqueles que operam na faixa de velocidade intermediária, usam rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras para fornecer posicionamento axial e radial rígido do fuso em relação ao alojamento do cabeçote. A resistência ao momento de carga é particularmente valiosa nesta aplicação porque as forças de corte aplicadas na ponta da ferramenta criam um momento de flexão na posição do rolamento dianteiro que causaria uma deflexão inaceitável do fuso se um rolamento profundo padrão fosse usado. Rolamentos de duas carreiras pré-carregados de precisão com folga interna mais estreita que o normal (classe de folga C2) são especificados para os mais altos requisitos de rigidez nesta categoria de aplicação.

Equipamentos Automotivos e Agrícolas

Transmissões de máquinas agrícolas, caixas de engrenagens de tratores e algumas aplicações de acionamento de acessórios automotivos usam rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras em posições onde cargas radiais e axiais combinadas com componentes de momento devem ser tratadas dentro de uma unidade compacta e selada livre de manutenção. As variantes ZZ blindado ou 2RS selado são particularmente apropriadas para essas aplicações porque o acesso para serviço é normalmente limitado e a proteção contra contaminação do solo, restos de colheita ou cascalho da estrada é necessária durante um intervalo de serviço de centenas de horas de operação.

Requisitos de lubrificação e intervalos de manutenção

A lubrificação é a causa mais comum de falha em rolamentos de elementos rolantes, e compreender os requisitos de lubrificação específicos para rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras é essencial para alcançar a vida útil esperada em qualquer aplicação.

Lubrificação com graxa para rolamentos vedados e blindados

Os rolamentos vedados 2RS e ZZ blindados são abastecidos de fábrica com graxa durante a fabricação e são projetados para não necessitarem de manutenção durante sua vida útil pretendida em condições normais de operação. O volume de enchimento de graxa é otimizado na fase de fabricação para fornecer lubrificação adequada sem perdas excessivas por agitação que gerariam calor e reduziriam a vida útil efetiva da graxa. A substituição desses rolamentos no final de sua vida útil esperada é geralmente mais econômica do que tentar reabastecer a graxa, uma vez que o projeto vedado ou blindado não facilita o acesso à cavidade de graxa sem comprometer a função de vedação.

Lubrificação com graxa para rolamentos abertos

Os rolamentos abertos de esferas de contato angular de duas carreiras requerem aplicação externa de graxa. O volume de preenchimento de graxa na cavidade do rolamento e na carcaça deve normalmente preencher entre um terço e metade do espaço livre disponível; o enchimento excessivo causa calor agitado que acelera a degradação da graxa e reduz a vida útil do rolamento. Graxas à base de lítio ou complexas de lítio com consistência NLGI Grau 2 são adequadas para a maioria das condições padrão de velocidade e temperatura. A orientação da Schaeffler sobre intervalos de troca de óleo para rolamentos de contato angular de duas carreiras lubrificados com óleo recomenda seguir os intervalos estabelecidos referenciados no Projeto FVA nº 171 e ajustar com base na temperatura operacional e no nível de contaminação (fonte: Schaeffler TPI 213).

Lubrificação com óleo para aplicações de alta velocidade

Em velocidades mais altas, onde a lubrificação com graxa geraria calor excessivo, os rolamentos abertos de contato angular de duas carreiras podem ser lubrificados com óleo por meio de um banho de óleo, névoa de óleo ou fornecimento de óleo circulante. A circulação de óleo com um resfriador e filtro externo é o método preferido para aplicações de alta velocidade e alta carga, como fusos de máquinas-ferramenta e compressores de alta velocidade, pois lubrifica, resfria e remove simultaneamente resíduos de desgaste da cavidade do rolamento.

Orientação sobre instalação, liberação e pré-carga

A instalação correta é tão importante quanto a seleção correta do rolamento para alcançar a vida útil nominal, especialmente para rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras que devem ser instalados com ajustes e posicionamento axial apropriados.

Ajustes de eixo e alojamento

O anel interno de um rolamento de esferas de contato angular de duas carreiras é normalmente montado no eixo com um ajuste de interferência quando o anel interno gira em relação à direção da carga, que é a configuração mais comum em máquinas rotativas. Um ajuste interferente garante que o anel não se desloque na superfície do eixo sob a carga rotativa, o que causaria desgaste por atrito no eixo e geraria calor. O anel externo normalmente é montado no alojamento com interferência de luz ou ajuste de transição. A magnitude da interferência é especificada nas tabelas de tolerância de ajuste ISO 286 e selecionada com base no tamanho do rolamento, velocidade de rotação e magnitude da carga; rolamentos maiores e cargas mais pesadas exigem ajustes mais apertados para evitar deformação sob carga.

Seleção de liberação interna

Os rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras estão disponíveis em vários grupos de folga interna: C2 (menor que o normal), CN (normal, o padrão se nenhum sufixo de folga for fornecido), C3 (maior que o normal) e C4 (ainda maior). O grupo de folga correto depende do ajuste do eixo e da caixa e da temperatura operacional esperada. Um ajuste interferente no eixo reduz a folga interna após a instalação, portanto, um rolamento que mede a folga normal antes da montagem pode operar com folga zero ou com pré-carga leve após a montagem. Se a temperatura operacional fizer com que o eixo se expanda mais rapidamente do que o alojamento, ocorrerá uma redução adicional da folga durante a operação. Para aplicações onde o eixo funciona significativamente mais quente que a carcaça, uma folga inicial C3 ou C4 compensa esse diferencial de expansão térmica e evita que o rolamento opere com pré-carga excessiva (fonte: Catálogo de Rolamentos NTN 2203E).

Considerações sobre pré-carregamento

A pré-carga leve, onde o rolamento opera com folga interna zero ou com uma quantidade muito pequena de deformação elástica compartilhada entre as duas fileiras, aumenta a rigidez radial e axial da posição do rolamento e reduz a vibração e o ruído sob cargas flutuantes. Os rolamentos do fuso da máquina-ferramenta são comumente pré-carregados para melhorar a precisão do posicionamento. A pré-carga excessiva gera calor e aumenta a tensão de fadiga, encurtando a vida útil, portanto a pré-carga deve ser cuidadosamente especificada e verificada durante a montagem usando força de pré-carga axial ou medições de torque inicial.

Modos de falha e monitoramento de condições

Compreender os modos de falha dos rolamentos de esferas de contato angular de duas carreiras permite que os engenheiros de manutenção detectem precocemente a deterioração e planejem a substituição do rolamento antes que uma falha catastrófica cause danos secundários ao eixo, ao alojamento ou à máquina.

Descamação de fadiga

A fadiga por contato de rolamento produz rachaduras subterrâneas na pista ou no material esférico que se propagam para a superfície e eventualmente causam a ruptura do material, produzindo uma lasca ou poço. Spalling gera uma assinatura de vibração distinta de alta frequência que pode ser detectada por monitoramento de vibração baseado em acelerômetro usando análise de frequência de defeitos em rolamentos. As frequências de defeito características para o anel externo, anel interno e esferas dependem da geometria do rolamento e da velocidade de rotação, e essas frequências podem ser calculadas a partir de parâmetros de geometria de rolamento padrão usando equações definidas na ISO 15243 e normas relacionadas.

Contaminação e Desgaste Abrasivo

A contaminação por partículas no lubrificante causa desgaste abrasivo de três corpos nos contatos de rolamento, o que gradualmente torna a superfície da pista áspera, aumenta a vibração e o ruído e, eventualmente, introduz partículas de desgaste que aceleram o ciclo de danos. Os rolamentos de duas carreiras vedados e blindados oferecem proteção substancialmente melhor contra contaminação do que os rolamentos abertos na maioria dos ambientes industriais, e esse é um dos principais motivos pelos quais as variantes 2RS e ZZ são especificadas em preferência aos rolamentos abertos sempre que o ambiente operacional inclui poeira, cavacos ou risco de entrada de fluido de processo.

Falha na lubrificação

Lubrificante insuficiente, lubrificante degradado ou lubrificante do tipo errado causa contato metal-metal nas interfaces de rolamento, gerando rápido aumento de temperatura, desgaste adesivo, manchas nas superfícies da esfera e da pista e eventual gripagem. Para rolamentos vedados e blindados, a falha de lubrificação normalmente ocorre no final ou próximo ao final da vida útil projetada do rolamento, quando a graxa preenchida na fábrica se rompeu devido à degradação térmica e mecânica. A detecção precoce por meio do monitoramento da temperatura do alojamento do rolamento ou da análise periódica da assinatura de vibração permite que a substituição seja planejada antes da falha, e não depois dela.