Fundamentos dos Rolamentos (Aplicações, Tipos e componentes)

Capítulo 1: Fundamentos dos Rolamentos (Aplicações, Tipos e componentes)

Primeiramente, vamos analisar como os rolamentos são utilizados e os diversos tipos disponíveis. Também identificaremos os principais componentes dos rolamentos e exploraremos suas diferenças em relação aos mancais deslizantes.

O que são Rolamentos e como são utilizados?

  1. Benefícios dos rolamentos
    Os rolamentos aumentam a eficiência do movimento em máquinas ao reduzir o atrito.
    Com menor atrito, os equipamentos apresentam maior vida útil.
    Dessa forma, os rolamentos são componentes de máquinas essenciais para manter equipamentos em movimento.
  2. Tipos de Rolamentos
    Mancais deslizantes (ou mancais de deslizamento) utilizam um meio líquido, sólido ou gasoso para gerar atrito de deslizamento entre o eixo e o mancal, enquanto os rolamentos (ou rolamentos de elementos rolantes) operam com atrito de rolamento eficiente por meio do uso de esferas ou rolos.
Animação de mancal de deslizamento. Um líquido, sólido ou gás preenche o espaço entre o eixo rotativo e o mancal estacionário.

Mancal Deslizante

Animação de um rolamento em operação. Um anel e os elementos rolantes (esfera ou elemento) se movem junto com a rotação do eixo, enquanto o outro anel permanece estacionário.

Rolamentos

Tipos de Mancais Deslizantes

  • Mancais lubrificados com líquido: metal branco, cobre, ligas de chumbo, entre outros.
  • Mancais lubrificados com óleo (métodos também aplicáveis a rolamentos):
  1. Lubrificação forçada: uma bomba injeta óleo sob pressão no mancal
  2. Banho de óleo: parte do mancal permanece submersa em óleo lubrificante
  3. Lubrificação por salpico: engrenagens ou outros componentes rotativos projetam óleo sobre o mancal
  4. Lubrificação por gotejamento: um reservatório fornece uma quantidade relativamente constante de óleo ao longo do tempo
  • Mancais lubrificados com água: o uso de água apresenta potencial como alternativa mais ecológica em comparação ao óleo
  • Mancais a gás: mancais de alta precisão rotacional e baixo atrito, utilizados em aplicações nas quais os rolamentos não são adequados.
  • Mancais magnéticos: o eixo é sustentado por forças magnéticas.
  • Mancais hidrostáticos: o eixo flutua sobre uma película de fluido pressurizado (geralmente gás) fornecida por uma bomba, entre outros sistemas. (Aplicados em máquinas-ferramenta de ultra precisão, instrumentos de medição, etc.)
  • Mancais hidrodinâmicos: o eixo é suportado por um filme de óleo gerado pela rotação do próprio eixo lubrificado (normalmente com ranhuras), sendo comuns em equipamentos de vídeo e processamento de informações.

Vantagens dos Rolamentos (em relação aos Mancais Deslizantes)

Os rolamentos apresentam seis vantagens principais em relação aos mancais deslizantes:

  1. De modo geral, oferecem menor atrito aliado a alta rigidez.
  2. Dimensões, precisão e designações são padronizadas internacionalmente (ISO, ANSI/ABMA, JIS, etc.), o que facilita a disponibilidade e a intercambialidade dos rolamentos.
  3. Facilidade de manutenção, substituição e inspeção.
  4. Capacidade de suportar diferentes tipos de carga, dependendo do modelo: radial, axial, momento, combinada
  5. Operação em ampla faixa de temperatura.
  6. Possibilidade de aplicação de pré-carga em determinados tipos, como: olamentos de esferas de contato angular, rolamentos de rolos cônicos. Isso proporciona maior rigidez do sistema.
Direction of forces imposed on a bearing and shaft under radial load.

Carga Radial

Direction of forces imposed on a bearing and shaft under axial (thrust) load.

Carga Axial
(Carga de Empuxo）

Forces acting on a bearing and shaft under combined loads (a mix of radial and axial load).

Carga combinada

(Tanto radial quanto axial)

Forces acting on shaft and bearing under moment loads.

Carga de momento

Estrutura e Componentes Principais

Os rolamentos são, em geral, constituídos por anéis, elementos rolantes e gaiolas.

Um rolamento típico apresenta a seguinte configuração:

Estrutura e Principais Componentes
Rolamento de Esferas de Contato Angular de Uma Carreira

Rolamento de Esferas de Contato Angular de Uma Carreira

Rolamento rígido de esferas de uma carreira

Rolamento rígido de esferas de uma carreira

Rolamento de rolos cônicos

Rolamento de rolos cônicos

Função e Tipos da Gaiola

Função da gaiola

Muitos rolamentos possuem gaiolas. A gaiola mantém o espaçamento adequado entre os elementos rolantes e auxilia no movimento suave desses elementos, apoiando a rotação do rolamento.

  • As gaiolas impedem que os elementos rolantes (esferas ou rolos) escorreguem ou se separem do anel interno ou do anel externo.
  • As gaiolas mantêm os elementos rolantes espaçados de forma uniforme.
  • Isso evita o contato entre os elementos rolantes, reduzindo o atrito adicional e ajudando a manter uma rotação suave.

Sem Gaiola:

Animation of rolling elements rotating in a bearing without a cage. The elements are not spread evenly, so they crowd together and occasionally collide.

Com Gaiola:

Animation of rolling elements in a bearing with a cage. The cage keeps the rollers evenly spaced so they move at a consistent speed and do not collide.

Tipos de Gaiolas

Existem três grandes categorias de gaiolas, classificadas de acordo com o material de fabricação. A escolha da gaiola é geralmente determinada pelas condições de uso; entretanto, para alguns tipos e tamanhos de rolamentos, as opções podem ser limitadas.

　Altas VelocidadesRigidezAltas temperaturasBaixo ruídoCompatibilidade com lubrificantesCusto
Gaiola de aço prensado  〇 〇〇
Gaiola de latão usinado〇〇〇 〇 
Gaiola de Resina sintética
(plástico)		〇 Varia conforme o material〇Varia conforme o material〇