O eixo da caixa de engrenagens é empurrado lateralmente pelos dentes das engrenagens helicoidais e também é empurrado ao longo de sua própria linha central pela força de reação produzida pelo engrenamento da engrenagem helicoidal. O impulsor da bomba empurra seu eixo para trás contra a extremidade do motor toda vez que a máquina dá partida. Uma pá de ventilador cria um impulso aerodinâmico constante que carrega o rolamento na extremidade não motriz. Em cada um desses sistemas, um rolamento axial é o que impede o eixo de se mover ao longo de seu eixo.
Os rolamentos axiais, também chamados de rolamentos axiais, são componentes projetados para aceitar forças que atuam paralelamente ao eixo. O erro de especificação mais comum é tratar a carga axial como uma consideração secundária. Quando nenhum rolamento axial dedicado é fornecido, a carga é absorvida pelas vedações, ressaltos e tampas de extremidade, que se desgastam rapidamente e falham de forma imprevisível.
Resultado final
Dê a cada carga axial uma superfície de rolamento dedicada, verifique se o material pode suportar a pressão de contato e a velocidade de deslizamento e confirme se a lubrificação, seja externa ou incorporada no composto do rolamento, durará todo o intervalo de manutenção.
O que um rolamento axial realmente faz
Um rolamento axial suporta uma carga que atua paralelamente à linha central do eixo, enquanto um rolamento radial suporta uma carga que atua perpendicularmente a essa linha central. A maioria das máquinas cria os dois tipos de carga ao mesmo tempo, portanto, o arranjo de rolamentos geralmente inclui um rolamento radial e um rolamento axial, ou um rolamento combinado que suporta ambas as direções.
As forças axiais não são raras. Eles aparecem onde quer que as engrenagens helicoidais transmitam torque, onde os impulsores das bombas desenvolvam pressão hidráulica, onde os ventiladores movimentam o ar, onde os transportadores helicoidais comprimem o material e onde os atuadores lineares empurram os eixos giratórios. Ignorar qualquer uma dessas fontes produz uma falha chamada problema de rolamento, mas na verdade é um problema de projeto.
A indústria de rolamentos agrupa os rolamentos axiais em duas famílias. Os rolamentos axiais de elementos rolantes transferem a carga através de esferas ou rolos e se adequam a velocidades mais altas com cargas moderadas. Os rolamentos axiais deslizantes transferem a carga através de uma fina película de lubrificante ou através dos lubrificantes sólidos incorporados no material e são adequados para espaços compactos, cargas de choque e serviço livre de manutenção.
Três famílias comuns de rolamentos axiais
Os rolamentos axiais de esferas suportam cargas axiais leves a moderadas e funcionam em altas velocidades. Sua pequena área de contato mantém o atrito baixo, mas eles não são adequados para vibrações, choques ou impulsos pesados e contínuos.
Os rolamentos axiais de rolos assumem o controle onde as cargas aumentam. Os rolamentos axiais de rolos cilíndricos usam contato de linha para alta rigidez. Os rolamentos axiais autocompensadores de rolos adicionam autoalinhamento, que se torna necessário quando a deflexão do eixo ou o desalinhamento do alojamento não podem ser evitados.
As arruelas de encosto são a forma de rolamento axial mais amplamente utilizada em máquinas compactas. Uma arruela de encosto é um anel plano que fica entre um ressalto giratório do eixo e uma face estacionária, fornecendo uma interface deslizante controlada com um nível de atrito previsível. Quando é feita de um composto resistente ao desgaste com lubrificantes sólidos incorporados, uma única arruela de encosto pode substituir um conjunto de elemento rolante muito maior a um custo menor. O arruela de encosto resistente ao desgaste usado em sistemas de direção e bombas é um exemplo típico desta construção.
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Visão geral das opções de rolamentos axiais
Antes de escolher uma família, compare o desempenho de cada opção em cinco critérios básicos: capacidade de carga, capacidade de velocidade, atrito, lubrificação e espaço de instalação.
A tabela mostra por que as arruelas de encosto deslizantes aparecem em tantos produtos: elas são compactas, muitas classes são autolubrificantes e a seleção do material pode empurrá-las para áreas de carga pesada.
A escolha do material define o limite real de carga
Para rolamentos axiais deslizantes, o material da arruela ou da placa determina o desempenho real. A geometria é importante, mas a pressão de contato e o valor de pressão-velocidade (PV) que o material pode suportar são os que determinam a vida útil.
O cobre-grafite bimetálico e o bronze-estanho estão no topo de linha, enquanto os tipos à base de aço com cargas inorgânicas seguem de perto. Cobre sinterizado poroso e plásticos de engenharia cobrem ciclos de trabalho mais leves. Uma distinção importante é se o rolamento é autolubrificante ou lubrificado no limite. As classes autolubrificantes transportam lubrificantes sólidos dentro do material e não necessitam de fornecimento externo de óleo; classes com lubrificação limite dependem de uma fina camada de óleo reabastecida em intervalos definidos. Essa diferença altera significativamente o cronograma de manutenção. O arruela de encosto preta com enchimento de chumbo POM foi projetado para a extremidade lubrificada por limites deste espectro. O artigo sobre projetos autolubrificantes vs. projetos com lubrificação limite explica ambas as abordagens em detalhes práticos.
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Os rolamentos deslizantes axiais aparecem em quase todos os setores mecânicos, mas algumas indústrias os consomem de forma mais consistente do que outras.
As aplicações automotivas ocupam a maior parte porque as arruelas de encosto são padrão em colunas de direção, transmissões, bombas de óleo e mecanismos de ajuste. Seguem-se caixas de engrenagens industriais e acionamentos de trem de força, com bombas, compressores e válvulas não muito atrás, porque o empuxo hidráulico é uma condição operacional diária ali. Manuseio de materiais, construção, agricultura e maquinário marítimo completam o quadro com volumes menores, mas constantes.
Seleção passo a passo do rolamento axial
O caminho mais rápido para uma especificação confiável de rolamento axial é um fluxo de trabalho de seis etapas.
1. Defina a carga axial
Calcule o impulso em estado estacionário e quaisquer picos transitórios. Um rolamento selecionado apenas para carga em estado estacionário falhará no primeiro evento de choque.
2. Estabeleça a velocidade de deslizamento
Multiplique a pressão de contato pela velocidade de deslizamento para obter o valor PV e filtre os materiais que não conseguem lidar com isso.
3. Decida a estratégia de lubrificação
Para serviços secos ou lubrificados uma vez, escolha uma classe autolubrificante. Para sistemas alimentados a óleo, uma gama mais ampla e econômica de materiais fica disponível.
4. Verifique o ambiente
Alto temperatures require graphite or inorganic fillers. Aggressive media demand stainless steel or engineering plastic bases.
5. Verifique os detalhes de montagem
O ressalto do eixo deve ser quadrado, o furo da caixa deve ter a profundidade correta e a dureza da contraface deve resistir a arranhões.
6. Planeje a vida útil
O desgaste nos rolamentos axiais deslizantes é aproximadamente proporcional ao valor PV, portanto, estime as horas de funcionamento acumuladas e defina um intervalo de inspeção.
Cada uma dessas etapas leva cerca de meio dia de trabalho de engenharia. Ignorar um pode deixar a máquina inteira fora de serviço por uma semana.
Verificações de manutenção e conformidade
Depois que um rolamento axial estiver em serviço, a manutenção deverá corresponder à família do rolamento e ao material. Verifique a folga axial com um relógio comparador em cada inspeção importante. Um limite de desgaste de 0,2 a 0,5 mm é típico para arruelas de encosto compactas, dependendo da folga original e do nível de carga.
Para arruelas de encosto autolubrificantes, não adicione graxa, a menos que o projeto inclua canais de graxa. A graxa extra retém a poeira e se transforma em uma pasta abrasiva. Para projetos alimentados com óleo, siga o intervalo exato de reabastecimento. O arruela de encosto com furo de óleo é produzido com um caminho de lubrificação definido para que uma dose programada de óleo alcance a interface deslizante de forma eficiente.
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