De um pequeno carrinho de supermercado a grandes centrais eléctricas, um grande número de equipamentos ligeiros e industriais não poderiam funcionar sem o uso de rolamentos de alguma forma.

Os rolamentos são um componente tribológico crucial de muitos tipos de maquinaria e existem numa variedade de formas e formas. Eles podem ser definidos como um componente que suporta/permita apenas um tipo específico de movimento (restrição de graus de liberdade) em um sistema que pode estar sob carga estática ou dinâmica.

Um exemplo é uma porta deslizante. A porta não pode ser levantada ou removida de seu lugar. Ela só permite deslizamento para abri-la. O movimento possível é restrito ao movimento de deslizamento por rolamentos.

Qual é o propósito dos rolamentos?

O objetivo principal dos rolamentos é evitar o contato direto de metal com metal entre dois elementos que estão em movimento relativo. Isso evita o atrito, a geração de calor e, em última análise, o desgaste das peças. Também reduz o consumo de energia à medida que o movimento de deslizamento é substituído por um rolamento de baixo atrito.

Transmitem também a carga do elemento rotativo para a caixa. Esta carga pode ser radial, axial, ou uma combinação de ambos. Um rolamento também restringe a liberdade de movimento das peças móveis para direções pré-definidas, como discutido acima.

Rolamentos de elementos rolantes

Rolamentos de elementos rolantes contêm elementos rolantes na forma de esferas ou cilindros. Sabemos que é mais fácil enrolar uma roda do que deslizá-la sobre o solo, pois a magnitude do atrito de rolamento é menor do que o atrito de deslizamento. O mesmo princípio está em funcionamento aqui. Os rolamentos de elementos rolantes são usados para facilitar o movimento livre das peças em movimento de rotação.

Even quando precisamos de movimento linear em aplicações, é fácil converter o movimento de rotação em movimento de deslizamento. Considere uma escada rolante ou uma esteira rolante. Mesmo que o movimento seja linear, ele é alimentado por rolos que são acionados por motores.

Outro exemplo é uma bomba alternativa que pode converter energia rotacional de um motor em movimento translacional com a ajuda de ligações. Em cada uma destas aplicações, são utilizados rolamentos de esferas para suportar os eixos do motor, bem como eixos de outros rolos no conjunto.

Os elementos rolantes transportam a carga sem muito atrito, uma vez que o atrito de deslizamento é substituído por atrito de rolamento. Os rolamentos de rolos podem ser subdivididos em dois tipos principais: rolamentos de esferas e rolamentos de rolos.

Rolamentos de esferas

Rolamentos de esferas são um dos tipos mais comuns de classes de rolamentos utilizados. Consiste em uma fileira de esferas como elementos rolantes. Eles estão presos entre duas peças de metal em forma de anel. Estas peças de metal são conhecidas como corridas. A pista interna é livre para rodar enquanto a pista externa é estacionária.

Os rolamentos de esferas proporcionam um atrito muito baixo durante a laminação, mas têm uma capacidade limitada de carga. Isto é devido à pequena área de contato entre as esferas e as corridas. Eles podem suportar cargas axiais em duas direções além das cargas radiais.

Os rolamentos de esferas são usados para controlar os movimentos oscilatórios e rotacionais. Por exemplo, em motores elétricos onde o eixo está livre para girar mas a carcaça do motor não está, rolamentos de esferas são usados para conectar o eixo à carcaça do motor.

Dependente da aplicação, diferentes tipos de rolamentos de esferas estão disponíveis para escolher.

Vantagens dos rolamentos de esferas:

• Resistência ao desgaste
• Não necessita de muita lubrificação
• Prover baixo atrito, assim pouca perda de energia
• Longa vida útil
• Fácil de substituir
• Pequenas dimensões gerais
• Comparavelmente barato
• Possibilidade de suportar cargas de impulso

Desvantagens dos rolamentos de esferas:

• Pode quebrar devido a choques
• Pode ser bastante alto
• Não pode suportar grandes pesos

Rolamentos ranhurados de esferas

Este é o tipo de rolamento de esferas mais utilizado. Preso entre as duas corridas é um anel de esferas que transmite a carga e permite o movimento de rotação entre as duas corridas. As esferas são mantidas no lugar por um retentor.

Têm um atrito de rolamento muito baixo e são otimizadas para baixo ruído e baixa vibração. Isto torna-as ideais para aplicações de alta velocidade.

São comparativamente fáceis de instalar e requerem uma manutenção mínima. É preciso ter cuidado durante a instalação para evitar amolgadelas nas corridas, pois elas têm de ser empurradas para encaixar nos eixos.

Rolamentos de esferas de contato angular

Neste tipo de rolamento de esferas, as raças interior e exterior são deslocadas umas em relação às outras ao longo do eixo de rolamento. Este tipo é projetado para suportar maiores quantidades de cargas axiais em ambas as direções, além das cargas radiais.

Devido ao deslocamento nas pistas interna e externa, a carga axial pode ser transferida através do rolamento para a caixa. Este rolamento é adequado para aplicações onde uma guia axial rígida é necessária.

Rolamentos de contato angular são amplamente utilizados em equipamentos agrícolas, automóveis, caixas de engrenagens, bombas e outras aplicações de alta velocidade.

Rolamentos de esferas autocompensadores

Este tipo de rolamento de esferas é imune ao desalinhamento entre o eixo e a carcaça, que pode acontecer devido à deflexão do eixo ou erros de montagem.

O anel interno tem ranhuras profundas semelhantes a rolamentos de esferas ranhurados seguidos por duas fileiras de esferas e o anel externo. O anel externo tem uma forma côncava e isso dá ao anel interno alguma liberdade para se rearranjar, dependendo do desalinhamento.

Rolamentos axiais de esferas

Rolamentos axiais de esferas são um tipo especial de rolamentos de esferas projetados especificamente para cargas axiais. Eles não podem suportar cargas radiais.

Rolamentos axiais de esferas apresentam baixo ruído, funcionamento suave e são capazes de aplicações de alta velocidade.

Eles estão disponíveis como rolamentos de uma ou duas direções e a seleção depende se a carga é unidirecional ou bidirecional.

Quando usar rolamentos de esferas?

Então vamos delinear algumas das condições de trabalho que podem requerer um rolamento de esferas.

1. Cargas axiais estão presentes. O projeto dos rolamentos de esferas os torna capazes de suportar cargas axiais.
2. Sem cargas pesadas. Devido aos corpos rolantes em forma de bola, os rolamentos concentram toda a força em alguns pontos de contato. Isto pode resultar em falhas prematuras com cargas elevadas.
3. Altas velocidades. O pequeno ponto de contato do rolamento de esferas também significa menos atrito. Portanto, há menos resistência a superar e, portanto, é mais fácil alcançar altas velocidades com esses tipos de rolamentos.

Rolamentos de Rolamentos

Rolamentos de rolos contêm elementos rolantes cilíndricos em vez de esferas como elementos de carga entre as corridas. Um elemento é considerado um rolo se o seu comprimento for maior que o seu diâmetro (mesmo que apenas ligeiramente). Como eles estão em contato com as pistas internas e externas (ao invés de contato pontual como no caso dos rolamentos de esferas), eles podem suportar maior carga.

Rolamentos de rolos também estão disponíveis em vários tipos. O tipo apropriado pode ser selecionado após considerar o tipo e a magnitude da carga, as condições de serviço e a possibilidade de desalinhamento entre outros fatores.

Vantagens dos rolamentos de roletes:

• Manutenção fácil
• Baixo atrito
• Pode suportar altas cargas radiais
• Os rolamentos de rolos podem suportar altas cargas axiais
• Uma grande precisão
• Usado para ajustar o deslocamento axial
• Baixas vibrações

Desvantagens dos rolamentos de rolos:

• Ruído
• Bastante caro

Rolamentos de rolos cilíndricos

Estes são os mais simples da família dos rolamentos de rolos. Estes rolamentos podem enfrentar os desafios da carga radial pesada e da alta velocidade. Eles também oferecem excelente rigidez, transmissão de carga axial, baixo atrito e longa duração de serviço.

A capacidade de carga pode ser aumentada ainda mais, evitando o uso de gaiolas ou retentores que normalmente estão no lugar para segurar os rolos cilíndricos. Isto permite a montagem de mais rolos para transportar a carga.

Estão disponíveis em fila simples, fila dupla e em quatro filas. Eles também vêm em variantes divididas e seladas.

Variantes divididas são usadas para áreas de difícil acesso, como virabrequins de motores. Nas variantes vedadas, a contaminação do rolamento é evitada e o lubrificante é retido, tornando-o uma opção livre de manutenção.

Rolamentos autocompensadores de rolos

Carga radial e axial pesada pode ser um desafio maior quando o eixo é propenso a desalinhamentos.

Esta situação pode ser muito bem resolvida com rolamentos autocompensadores de rolos. Eles têm alta capacidade de carga e podem gerenciar o desalinhamento entre o eixo e a caixa. Isso reduz o custo de manutenção e melhora a vida útil.

As pistas de rolamentos autocompensadores de rolos estão inclinadas em um ângulo em relação ao eixo do rolamento. Ao invés de lados retos, os rolos têm lados esféricos que se encaixam nas pistas esféricas e acomodam pequenos desalinhamentos.

Rolamentos autocompensadores de rolos têm uma ampla gama de caixas de uso. Eles são usados em aplicações onde cargas pesadas, velocidades moderadas a altas e possíveis desalinhamentos ocorrem. Alguns exemplos de usos são veículos off-road, bombas, ventiladores mecânicos, propulsão marítima, turbinas eólicas e caixas de engrenagens.

Rolamentos de rolos cônicos

O rolamento de rolos cônicos contém seções de um cone como um elemento de transporte de carga. Estes rolos se encaixam entre as duas raças que também são seções de um cone oco. Se as carreiras e os eixos dos rolos fossem estendidos, todos eles se encontrariam em um ponto comum.

Os rolamentos de rolos cônicos são projetados para suportar cargas axiais mais altas além das cargas radiais. Quanto maior o meio-ângulo deste cone comum, mais carga axial ele pode suportar. Assim, eles funcionam como rolamentos axiais, bem como rolamentos de carga radial.

Rolamentos de rolos de agulhas

Rolamentos de rolos de agulhas é um tipo especial de rolamento de rolos que tem rolos cilíndricos que se assemelham a agulhas devido ao seu pequeno diâmetro.

Normalmente, o comprimento dos rolos em rolamentos de rolos é apenas um pouco maior do que o seu diâmetro. Quando se trata de rolamentos de agulhas, o comprimento dos rolos excede seu diâmetro em pelo menos quatro vezes.

Como os rolamentos de agulhas têm um diâmetro menor, mais rolos podem ser encaixados no mesmo espaço, o que aumenta a área da superfície em contato com as corridas. Assim, eles são capazes de lidar com cargas elevadas. O tamanho pequeno também pode ser útil em aplicações onde o espaço é limitado, uma vez que requerem folgas menores entre o eixo e a carcaça.

Os rolamentos de agulhas são usados em componentes de automóveis, tais como pivôs de transmissão e balancins. Também são utilizados em compressores e bombas.

Quando usar rolamentos de rolos?

Rolamentos de rolos são a alternativa mais comum aos rolamentos de esferas. Portanto, vamos determinar que tipo de condições de trabalho são mais adequadas para este tipo de rolamento.

1. Cargas pesadas. Os rolamentos de rolos proporcionam uma área de contato consideravelmente maior, distribuindo a carga de forma mais uniforme. Assim, são menos propensos a falhas e podem suportar forças elevadas.
2. Relações mais baixas. Isto, mais uma vez, se resume à área de contato. Há mais atrito que pode resultar em maior geração de temperatura e desgaste mais rápido.

Mancais de deslizamento

Um mancal simples é o tipo mais simples de rolamento. Normalmente consiste apenas em uma superfície de apoio. Não há elementos rolantes.

O rolamento é basicamente uma luva montada no eixo e cabe no furo. Os rolamentos de deslizamento são baratos, compactos e leves. Eles têm alta capacidade de carga.

Os rolamentos de deslizamento são usados para rotação, deslizamento, movimento alternativo ou oscilatório. O rolamento permanece fixo enquanto o diário desliza sobre a superfície interna do rolamento. Para facilitar o movimento suave, são selecionados pares de materiais com baixos coeficientes de atrito. Diferentes tipos de ligas de cobre, por exemplo, são bastante comuns.

Este rolamento pode acomodar alguns desalinhamentos, movimentos multidirecionais, e é adequado para cargas estáticas e dinâmicas. É usado extensivamente em aplicações na agricultura, indústria automotiva, marinha e construção civil.

O pino do cadinho que conecta o pistão à biela em motores diesel é conectado através de uma rótula.

A rótula também é uma rótula, embora seja composta de 2 partes – o anel interno e o anel externo. Embora pareça similar aos rolamentos de esferas e de rolos desde o início, eles não possuem elementos rolantes entre os dois anéis.

Rolamentos Flúidos

Rolamento Flúido é um tipo especial de rolamento que depende de gás ou líquido pressurizado para transportar a carga e eliminar o atrito. Estes rolamentos são usados para substituir os rolamentos metálicos em aplicações onde eles teriam uma vida curta, além dos altos níveis de ruído e vibração.

Também estão sendo cada vez mais usados para reduzir custos. Os rolamentos de fluidos são utilizados em máquinas que trabalham a altas velocidades e cargas. Embora os custos iniciais sejam mais elevados, o maior tempo de vida útil em condições difíceis compensa a sua utilização a longo prazo.

Quando a máquina está em funcionamento, existe um contacto zero entre os dois elementos (excepto durante o arranque e paragem) e, por isso, é possível atingir um desgaste quase nulo com rolamentos de fluidos.

Os rolamentos de fluidos são classificados em dois tipos: rolamentos hidrostáticos e hidrodinâmicos.

Rolamentos Hidrostáticos

Neste tipo, um fluido pressurizado externamente é forçado entre dois elementos que estão em relativo movimento. O fluido pressurizado forma uma cunha entre as partes móveis e mantém-nas separadas. A camada de fluido pode ser muito fina, mas enquanto não houver contacto directo, não haverá desgaste.

O fluido é circulado através de uma bomba. O diâmetro do orifício de saída pode ser ajustável para garantir que o fluido esteja sempre sob pressão em todas as velocidades e cargas do eixo. Assim, é possível um controle preciso da folga.

Rolamentos Hidrodinâmicos

Este tipo de rolamento utiliza o movimento do moente para forçar o fluido entre o eixo e a carcaça. O movimento do moente aspira o fluido lubrificante entre as peças móveis criando uma cunha constante.

Isso, no entanto, significa que durante o start-stop, bem como em baixas cargas e velocidades, a formação da cunha pode não ser boa o suficiente para evitar o desgaste. Somente em velocidades projetadas o sistema funcionará exatamente como necessário.

Mancais magnéticos

Mancais magnéticos usam o conceito de levitação magnética para segurar o eixo no meio do ar. Como não há contato físico, os rolamentos magnéticos são rolamentos com desgaste zero. Também não há limitação na quantidade máxima de velocidade relativa que ele pode suportar.

Rolamentos magnéticos também podem acomodar algumas irregularidades no projeto do eixo, já que a posição do eixo é automaticamente ajustada com base no seu centro de massa. Assim, ele pode ser deslocado para um lado, mas funcionará de forma igualmente satisfatória.

Os rolamentos magnéticos são classificados em dois tipos: Rolamentos magnéticos activos e passivos.

Active Magnetic Bearings

Active magnetic bearings use electroímanes em torno do eixo para manter a sua posição. Se uma mudança de posição é captada por sensores, o sistema ajusta a quantidade de corrente a ser alimentada ao sistema e devolve o rotor à sua posição original.

Rolamento magnético passivo

Rolamentos magnéticos passivos utilizam ímanes permanentes para manter um campo magnético ao redor do eixo. Isto significa que não há necessidade de entrada de energia. O sistema é, no entanto, difícil de projectar devido a limitações, uma vez que esta tecnologia ainda está na sua fase inicial.

Em muitos casos, os dois tipos de rolamentos magnéticos podem ser utilizados em conjunto, onde os ímanes permanentes lidam com a carga estática enquanto os electroímanes são utilizados para manter a posição com um elevado grau de precisão.