Diferentes tipos de rolamentos e suas aplicações

Um rolamento é um componente mecânico que suporta e guia uma peça rotativa ou móvel, como um eixo. Reduz o atrito e permite uma rotação mais suave, o que por sua vez reduz o consumo de energia. Os rolamentos também transmitem a carga do elemento rotativo para a carcaça ou estrutura, e essa carga pode ser radial, axial ou uma combinação de ambas. Além disso, os rolamentos restringem o movimento das peças em direções predefinidas, garantindo estabilidade e precisão.

Do giro dos pedais da bicicleta ao funcionamento dos motores dos automóveis, da simples ação de abrir a porta da geladeira ao bom funcionamento do motor de um ventilador elétrico, tudo isso depende de rolamentos para maior eficiência. Os rolamentos podem ser chamados de “juntas” das máquinas.

Neste artigo, levaremos você a observar a estrutura dos rolamentos e explorar os diferentes tipos disponíveis. Através deste guia, acreditamos que você terá mais confiança na escolha dos rolamentos adequados para sua aplicação específica.

Noções básicas sobre rolamentos

Para a nossa jornada no mundo dos rolamentos, primeiro precisamos nos familiarizar com suas definições básicas, terminologia chave e classificações. Vamos começar explorando os principais elementos que compõem um rolamento.

A Estrutura dos Rolamentos

1. Anéis de rolamento/corridas

1) Para rolamentos radiais, o rolamento consiste em anéis internos e externos que alojam os corpos rolantes. Esses anéis fornecem estrutura e um guia para o movimento dos elementos rolantes.

• The anel interno is the part that fits onto the rotating shaft and rotates along with it.
• The anel externo is inserted into the housing and typically remains fixed, without rotating.

2) Para rolamentos axiais, o termo pistas é usado.

• The corrida de eixo is the one into which the shaft is inserted.
• The corrida habitacional is the one that fits into the housing.

2. Elementos rolantes

Os corpos rolantes são as peças que se movem entre os anéis (ou pistas) para reduzir o atrito. Eles carregam a carga e a transferem com resistência mínima. Diferentes tipos de elementos rolantes, como esferas ou rolos, são utilizados dependendo das condições específicas dos rolamentos, como a resistência da força de suporte ou a velocidade de rotação.

	Bola	Rolamento de esferas
	Rolo cilíndrico	Rolamento de rolo
	Rolo de agulha
	Rolo cônico (trapézio cônico)
	Rolo convexo (em forma de barril)

3. Gaiola

A gaiola mantém os elementos rolantes espaçados uniformemente, evitando o contato entre eles e garantindo uma rotação suave. Abaixo mostra os dois tipos mais comuns de gaiola.

Além desses componentes principais, para garantir uma rotação estável e suave, um lubrificante é essencial. A lubrificação adequada prolonga a vida útil do rolamento e melhora a eficiência. Dependendo das condições de operação, os lubrificantes podem ser à base de óleo ou à base de graxa. Além disso, muitos rolamentos são equipados com vedações ou proteções para proteger os componentes internos contra contaminação por poeira, detritos ou umidade, ao mesmo tempo que ajudam a reter o lubrificante dentro do rolamento para um desempenho ideal.

Classificação de Rolamentos

Os rolamentos podem ser classificados com base em vários critérios. Aqui estão duas classificações comuns.

1. De acordo com o tipo de movimento, os rolamentos podem ser divididos em rolamentos e mancais lisos. Rolamentos usam elementos rolantes para reduzir o atrito. Por outro lado, os mancais lisos não possuem elementos rolantes e dependem do movimento deslizante entre as superfícies.

Eles podem ser divididos em dois tipos principais: rolamentos de esferas e rolamentos de rolos, dependendo do formato do elemento rolante. A tabela abaixo apresenta brevemente as principais características de ambos.

Recurso	Rolamentos de esferas	Rolamentos de Rolos
Tipo de contato	Contato pontual	Contato de linha
Capacidade de carga	Menor capacidade de carga	Maior capacidade de carga
Atrito	Fornece baixo atrito, portanto pouca perda de energia	Maior atrito do que rolamentos de esferas, mas ainda baixo atrito geral
Estabilidade	Menos estabilidade sob cargas pesadas	Estabilidade aprimorada com vibrações mais baixas
Custo	Geralmente mais acessível	Normalmente mais caro
Aplicativos	Adequado para aplicações de alta velocidade (por exemplo, motores elétricos, ventiladores)	Ideal para máquinas pesadas e componentes automotivos (por exemplo, transmissões, eixos)

2. Com base na direção da carga, os rolamentos podem ser divididos em rolamentos radiais e rolamentos axiais. Rolamentos radiais são projetados para suportar cargas radiais, que são perpendiculares ao eixo de rotação. Os rolamentos axiais, por outro lado, são feitos para suportar cargas axiais que correm paralelamente ao eixo de rotação.

Ângulo de contato para rolamentos

O ângulo de contato nos rolamentos é o ângulo formado entre a linha que conecta os pontos de contato entre os elementos rolantes (esferas ou rolos) e as pistas (os anéis interno e externo) e um plano perpendicular ao eixo do rolamento. Este ângulo é fundamental na determinação da capacidade de carga do rolamento, especificamente em relação às cargas radiais e axiais.

Rolamentos com ângulo de contato maior são mais adequados para suportar cargas axiais (cargas paralelas ao eixo do rolamento). Por outro lado, rolamentos com ângulos de contato menores são mais eficazes principalmente para aplicações de carga radial.

Diferentes tipos de rolamentos

Com base nas classificações de rolamentos discutidas na seção anterior, usaremos o diagrama acima como estrutura principal para examinar sistematicamente os principais tipos de rolamentos comuns.

 1. Rolamentos radiais de esferas

Os rolamentos de esferas radiais, como o nome sugere, são rolamentos de esferas projetados principalmente para lidar com cargas radiais (força aplicada perpendicularmente ao eixo) com eficiência. Normalmente, eles têm um ângulo de contato inferior a 15°. Os rolamentos radiais de esferas têm muitos subtipos. Aqui, nos concentramos em três mais comuns.

Rolamentos rígidos de esferas

• O tipo de rolamento mais comumente usado, normalmente instalado como uma unidade única, tornando-os relativamente fáceis de instalar e exigindo manutenção mínima.

• Os anéis interno e externo possuem ranhuras profundas em formato de pista que permitem que o rolamento suporte cargas radiais e uma quantidade limitada de carga axial em ambas as direções simultaneamente.

Aplicações: Adequado para aplicações com cargas principalmente radiais e suporte axial moderado, oferecendo alta velocidade e versatilidade. Eles são comumente usados ​​em motores elétricos, ventiladores, sopradores, ferramentas elétricas e eletrodomésticos.

Rolamentos de esferas de contato angular

• As pistas dos anéis interno e externo são inclinadas em relação ao eixo do rolamento, criando um ângulo de contato normalmente entre 15° e 45°. No entanto, em muitas aplicações industriais e de engenharia, os rolamentos de esferas de contato angular são classificados como um subconjunto dos rolamentos de esferas radiais. Esta configuração permite-lhes suportar cargas axiais maiores em uma direção, além de cargas radiais.

• Eles podem ser dispostos em pares (costas com costas, frente a frente ou tandem) para suportar cargas axiais de ambas as direções e aumentar a rigidez.

Aplicações: Usado em situações onde ocorrem cargas radiais e axiais combinadas, especialmente quando são necessárias maior capacidade de carga axial e precisão. Eles são comumente encontrados em bombas, compressores, componentes automotivos, fusos de ferramentas de usinagem CNC, robôs industriais e máquinas de precisão.

Rolamentos de esferas autocompensadores

• Os rolamentos autocompensadores de esferas possuem duas fileiras de esferas, o que proporciona melhor estabilidade e maior capacidade de carga em comparação aos rolamentos de uma carreira.

• O anel externo é esférico, permitindo que o anel interno, a gaiola e as esferas se inclinem livremente dentro do rolamento. Esse recurso permite que o rolamento se ajuste automaticamente para compensar o desalinhamento causado por erros de montagem ou flexão do eixo, melhorando a eficiência, reduzindo o desgaste e prolongando a vida útil do rolamento.

• Esses rolamentos são projetados principalmente para suportar cargas radiais, mas também podem suportar cargas axiais leves.

Aplicações: Valorizadas em situações onde problemas de deflexão ou alinhamento do eixo são comuns, como em sistemas de transporte, laminadores de aço e máquinas agrícolas.

2. Rolamentos de rolos radiais

Radial roller bearings are roller bearings that can support a force perpendicular to the shaft. They can support an even greater load than radial ball bearings, and there are four major bearing types that are made to suit the type of roller.

Rolamentos de rolos cilíndricos

• Use rolos cilíndricos como elementos rolantes, com os rolos fazendo contato linear com as pistas. Esse design permite que eles carreguem cargas radiais muito mais pesadas em comparação com rolamentos de esferas.

• Eles têm um baixo coeficiente de atrito e são adequados para aplicações em velocidades muito altas. Sua velocidade operacional máxima perde apenas para os rolamentos rígidos de esferas.

• Eles estão disponíveis nos tipos de linha única, linha dupla e complemento completo, e também vêm em variantes divididas para facilitar a instalação e desmontagem.

Aplicações: Comumente usado em ambientes de alta velocidade e carga radial pesada, como eixos de transmissão, laminadores e equipamentos de mineração.

Rolamentos de rolos de agulhas

• Como o nome sugere, os rolamentos de agulhas possuem rolos longos e finos que lembram agulhas. Este design permite que eles suportem altas cargas radiais enquanto permanecem compactos e leves.

• Em muitas aplicações, os rolamentos de rolos de agulhas são usados ​​sem anel interno ou externo, especialmente quando o espaço é limitado e a redução de peso é importante. Nesses casos, o eixo e o alojamento atuam como pistas. Essas superfícies devem ser usinadas com alta precisão e ter um nível de dureza semelhante ao de uma pista de rolamento padrão para garantir um desempenho adequado.

Aplicações: Comumente encontradas em áreas com espaço radial limitado, como motores de combustão interna, motocicletas, componentes aeroespaciais e robótica.

Rolamentos de rolos cônicos

• Esses rolamentos apresentam rolos cônicos que se ajustam entre pistas em forma de seções de um cone oco. Se estendidos, os eixos e pistas dos rolos se encontrariam em um ponto comum.

• Seu design cônico permite lidar com cargas axiais mais altas além das cargas radiais. A quantidade de carga axial que podem suportar depende do ângulo de contato; um ângulo maior aumenta a capacidade de carga axial.

• Eles podem ser categorizados em fileira única, fileira dupla e quatro fileiras e outros tipos diferentes de acordo com o número de rolos instalados.

Aplicações: Adequado para cubos de rodas automotivas, caixas de câmbio, equipamentos de construção e máquinas de precisão onde a rigidez e a estabilidade são críticas.

Rolamentos autocompensadores de rolos

• Apresentam rolos em forma de barril que se ajustam a uma pista externa esférica, proporcionando uma área de contato maior para suportar cargas radiais pesadas.

• O design esférico da pista externa permite que o rolamento se autoalinhe, corrigindo automaticamente qualquer desalinhamento entre o eixo e o alojamento.

• Eles podem suportar cargas radiais pesadas e cargas axiais moderadas em ambas as direções.

Aplicações:  Aplicações pesadas onde há cargas radiais e axiais, bem como possível desalinhamento do eixo. Os usos comuns incluem equipamentos de construção, máquinas de mineração, grandes caixas de engrenagens industriais, fábricas de papel e celulose e turbinas eólicas.

3. Rolamentos axiais de esferas

• In contrast to radial ball bearings, thrust ball bearings are a special type of ball bearing with a 90
  ° contact angle, designed to withstand only axial loads.

• Eles vêm em configurações de direção única ou dupla, dependendo se a carga é unidirecional ou bidirecional.

Aplicações:  euadequado para aplicações onde cargas axiais são aplicadas ao longo do eixo em velocidades de rotação moderadas, como em embreagens automotivas, caixas de câmbio, mesas rotativas e sistemas de direção.

4. Rolamentos de rolos axiais

• Os rolamentos axiais de rolos são projetados para suportar altas cargas axiais e vêm em três tipos de rolos: cilíndricos, cônicos e esféricos.

• Rolamentos axiais de rolos cilíndricosoffer good axial load capacity with minimal radial support and are relatively cheap.

• Rolamentos axiais de rolos cônicoscan accommodate slight misalignment during operation and support varying axial and radial loads depending on the cone angle. They carry greater thrust loads than thrust ball bearings but are more expensive to produce.

• Srolamentos autocompensadores de rolos axiais are designed to take heavy axial loads in one direction and accommodate some radial loads as well. They are self-aligning and are thus unaffected by mounting errors and shaft deflection.

Aplicações: Esses rolamentos são usados ​​em ambientes de alta carga, como caixas de engrenagens, máquinas pesadas e sistemas de propulsão marítima, onde cargas axiais e radiais podem estar presentes.

5. Rolamentos lisos

• Os mancais lisos são o tipo mais simples de mancal, operando por meio do contato direto entre a superfície do mancal (também conhecida como bucha ou luva) e o eixo, sem quaisquer elementos rolantes.

• Eles dependem da lubrificação para reduzir o atrito e o desgaste entre as superfícies. Para garantir um movimento suave, são comumente usados ​​materiais com baixos coeficientes de atrito, como várias ligas de cobre.

•  Os rolamentos lisos são adequados para movimentos giratórios, deslizantes, oscilantes e alternativos. Eles são leves, econômicos e de operação silenciosa.

Aplicações: Ideal para aplicações de baixa velocidade e carga pesada com potencial desalinhamento ou oscilação, como guindastes industriais e máquinas agrícolas.

6. Rolamentos Fluidos

• Os rolamentos fluidos funcionam criando uma fina película de fluido entre a carcaça e a superfície rotativa. Esta película separa as partes móveis, evitando o contato direto metal com metal, o que reduz o desgaste e prolonga a vida útil do rolamento. hidrostático e hidrodinâmico são dois tipos de rolamentos desta categoria.

• In rolamentos hidrostáticos, the fluid film is maintained by an external pump that supplies pressurized fluid (usually oil or air) into the bearing, ensuring a continuous film, even at low or zero speeds.. This allows hydrostatic bearings to support heavy loads and maintain low friction under various operating conditions.they also offer precise control, making them an excellent choice for machining spindles, gas turbines, and aircraft control systems, where stability and precision are crucial.

•  Rolamentos hidrodinâmicos rely on the shaft’s motion to create the fluid film. As the shaft rotates, it pulls the fluid into the gap between the surfaces, generating pressure and forming the lubricating film that supports the load. Hydrodynamic bearings are suited for moderate to high-speed applications, such as pumps, turbines, marine systems, and industrial equipment.

7. Rolamentos Magnéticos

• Esses rolamentos utilizam campos eletromagnéticos para levitar e estabilizar o eixo giratório, permitindo que ele opere sem contato físico. Isso elimina o atrito e o desgaste, permitindo uma operação praticamente livre de manutenção. Eles são amplamente classificados em dois tipos: rolamentos magnéticos ativos e passivos.

• Rolamentos magnéticos ativos (AMB)use electromagnets and sensors to continuously monitor and adjust the shaft's position in real-time. A control system processes sensor data and adjusts magnetic forces to maintain stability. AMBs are highly precise and can support very high speeds, making them suitable for advanced industrial applications.

•  Rolamentos magnéticos passivos rely on permanent magnets to support the load. They are simpler and do not require a control system or external power source but offer less control and flexibility compared to AMBs. Passive magnetic bearings are often used in applications where simplicity and reliability are more important than precision.

Aplicações: Os rolamentos magnéticos são ideais para aplicações que exigem altas velocidades, precisão e manutenção mínima, como turbomáquinas, sistemas de energia e equipamentos médicos.

Considerações ao escolher rolamentos metálicos

1. Carregar

1) Se a carga for maioritariamente radial (perpendicular ao eixo), utilize um rolamento radial; se a carga for principalmente axial (na mesma direção do eixo), use um rolamento axial. A carga axial também é chamada de carga axial.  

2) Se a carga do rolamento for leve, utilize um rolamento de esferas; se a carga for pesada, use um rolamento de rolos.  

3) Se as cargas radiais e axiais forem aplicadas simultaneamente (carga combinada), uma carga combinada leve exige um rolamento rígido de esferas ou um rolamento de esferas de contato angular, enquanto uma carga combinada pesada requer um rolamento de rolos cônicos.

4) Se houver uma carga axial pesada aplicada em ambas as direções, você poderá combinar dois ou mais rolamentos ou usar um rolamento de duas carreiras.

2. Velocidade de rotação

1) De modo geral, para aplicações de alta velocidade, rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de contato angular e rolamentos de rolos cilíndricos são escolhas adequadas. Para condições de velocidade mais baixa, rolamentos de rolos cônicos e rolamentos axiais de esferas são apropriados.

2) Para o mesmo tipo de rolamento, quanto menor o tamanho, maior a velocidade permitida. Ao selecionar um rolamento, certifique-se de que a velocidade operacional esteja dentro da velocidade limite do rolamento para evitar danos.

3) Observe que a velocidade limite do rolamento é afetada não apenas pelo tipo e tamanho do rolamento, mas também é bastante afetada por fatores como sua tolerância, tipo e material da gaiola, tipo e quantidade de lubrificante, método de lubrificação e assim por diante. sobre. Por esse motivo, se você pretende usar um rolamento em alta velocidade de rotação, consulte a Chiggo antes de tomar sua decisão.

3. Precisão

1) Os padrões ISO e outros definem tolerâncias específicas para a precisão da dimensão limite (que se refere ao ajuste e instalação do rolamento) e para a precisão de funcionamento (que se refere à precisão de o movimento rotacional do rolamento) dentro de cada classe de precisão.

2) Para a maioria das aplicações gerais, os rolamentos Classe 0 são suficientes para fornecer desempenho adequado.

3) Para aplicações que exigem alta precisão no desvio rotacional, rolamentos de precisão das classes 5, 4 ou 2 devem ser usados.

4. Rigidez

1) A rigidez de um rolamento refere-se à sua capacidade de resistir à deformação sob carga. É diretamente influenciado pela área de contato e pela folga interna do rolamento. A maior área de contato (contato linear) nos rolamentos de rolos distribui a carga por uma superfície mais ampla, proporcionando assim maior rigidez em comparação aos rolamentos de esferas com contato pontual.

2) Rolamentos como rolamentos de esferas de contato angular e rolamentos de rolos cônicos podem ajustar seus ângulos de contato ou ser dispostos em configurações como costas com costas (DB) ou face a face (DF) para aumentar a rigidez. É importante observar que a configuração DB geralmente oferece maior rigidez que a configuração DF.

3) A folga interna (espaço entre os corpos rolantes e as pistas) também afeta a rigidez. Uma folga menor permite que mais elementos rolantes entrem em contato com a pista, aumentando a área de contato e, portanto, a rigidez do rolamento.

4) Aplicar pré-carregamento para reduzir ligeiramente a folga interna o valor negativo garante que todos os corpos rolantes estejam em contato uniforme com as pistas. Este contato uniforme minimiza variações na deformação elástica de cada elemento rolante, levando a uma distribuição de carga mais uniforme e maior rigidez. No entanto, a quantidade de pré-carga deve ser cuidadosamente definida para evitar efeitos negativos, como redução da vida útil, aumentos de temperatura ou possível falha do rolamento (emperramento).

5. Outros

1)Restrições de espaço radial: Se o espaço radial disponível for limitado, selecione rolamentos projetados para ambientes compactos, como rolamentos de rolos de agulhas ou conjuntos de gaiola e rolos de agulhas.

2) Níveis de vibração e ruído: Para aplicações com requisitos rígidos de vibração e ruído, como eletrônicos de consumo ou equipamentos de áudio, os rolamentos rígidos de esferas são uma boa escolha.

3) Condições Ambientais: Para ambientes agressivos (por exemplo, condições empoeiradas, corrosivas ou úmidas), use rolamentos vedados, blindados ou feitos de materiais resistentes à corrosão (como aço inoxidável ou rolamentos revestidos). ) para proteger contra contaminantes e garantir durabilidade.

4) Lubrificação e Manutenção: Em aplicações onde o acesso à manutenção é desafiador, escolha rolamentos vedados ou autolubrificantes que retêm a lubrificação por longos períodos, reduzindo a necessidade de manutenção frequente e minimizando o tempo de inatividade.

5) Instalação e alinhamento: O desalinhamento permitido é vital ao selecionar rolamentos. Os rolamentos autocompensadores de esferas são projetados com uma pista esférica no anel externo, permitindo acomodar pequenos desalinhamentos angulares (1-2 graus), tornando-os adequados para aplicações com potencial deflexão ou desalinhamento do eixo.

Por outro lado, rolamentos autocompensadores de rolos, com rolos cilíndricos ou autocompensadores, podem lidar com desalinhamentos maiores (2-3 graus ou mais). Esta capacidade é particularmente benéfica em aplicações sujeitas a deflexão significativa do eixo, expansão térmica ou condições operacionais dinâmicas. 

Conclusão

Os rolamentos mecânicos são componentes cruciais em equipamentos rotativos e montagens mecânicas. Eles ajudam a suportar forças operacionais, reduzem o atrito e garantem uma operação suave e eficiente.

Ao selecionar o tipo certo de rolamento, você precisa considerar fatores como capacidade de carga, vibração, ruído, tamanho, entre outros. Existem também muitos outros detalhes que podem influenciar sua decisão. Se você ainda não tiver certeza sobre qual rolamento melhor atende às suas necessidades, sinta-se à vontade para consultar nossos engenheiros para obter orientação especializada.