Pré-carga em sistemas de rolamento com rolamentos de esferas de contato angular ou rolamentos de rolos cônicos

Ao determinar a pré-carga, a força de pré-carga necessária para fornecer uma combinação ideal de rigidez, vida útil do rolamento e confiabilidade operacional deverá ser calculada primeiro. Em seguida, calcule a força de pré-carga a ser utilizada ao ajustar-se os rolamentos durante a montagem. Durante a montagem, os rolamentos deverão estar à temperatura ambiente e não devem ser submetidos a qualquer outra carga.
A pré-carga adequada a uma temperatura operacional normal depende da carga do rolamento. Um rolamento de esferas de contato angular ou um rolamento de rolos cônicos pode acomodar cargas radiais e axiais simultaneamente. Sob cargas radiais, esses rolamentos produzem uma carga axial resultante que deve ser acomodada por um segundo rolamento voltado para a direção oposta. O deslocamento puramente radial de um anel do rolamento em relação ao outro significa que metade dos corpos rolantes estão sob carga. A carga axial resultante produzida no rolamento pode ser determinada por:
  • rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular
    Fa = R Fr
  • rolamentos de uma carreira de rolos cônicos
    Fa = 0,5 Fr / Y

onde
Fa=carga axial do rolamentofig. 1)
Fr=carga radial do rolamento (fig. 1)
R
=variável para condições de contato interno (→ Determination of axial forces)

=fator de cálculo (→ product table)

Quando um único rolamento é submetido a uma carga radial Fr, uma carga axial Fa (externa) da mesma magnitude que a carga resultante deve ser aplicada ao rolamento se as classificações de carga básica tiverem que ser plenamente exploradas. Se a carga externa aplicada for menor, o número de corpos rolantes que apoiam a carga e a capacidade de carga do rolamento serão correspondentemente menores.
Em um sistema de rolamentos composto por dois rolamentos de uma carreira de esferas de contato angular ou por dois rolamentos de rolos cônicos com arranjo em O ou X, cada arranjo de rolamentos deve acomodar a carga axial em uma direção. Quando esses sistemas de rolamentos são ajustados para folga praticamente zero, a carga radial é igualmente compartilhada entre os dois rolamentos e metade dos corpos rolantes em cada rolamento são carregados.
Em outros casos, quando há uma carga axial externa, pode ser necessário pré-carregar os rolamentos para compensar a folga que pode ocorrer quando o rolamento carregado axialmente se deforma de modo elástico. A pré-carga também distribui as cargas mais favoráveis em um rolamento axialmente descarregado.
A pré-carga também aumenta a rigidez de um sistema de rolamentos. No entanto, tenha em mente que a rigidez também é influenciada pela elasticidade do eixo e do mancal, pelos ajustes de eixo e mancal, bem como pela deformação elástica de todos os outros componentes adjacentes ao rolamentos, inclusive os encostos. Tudo isso tem um impacto considerável na resiliência do sistema de rolamentos como um todo. As resiliências axiais e radiais de um rolamento dependem de seu projeto interno, condições de contato (contato pontual ou de linha), o número e o diâmetro de corpos rolantes e o ângulo de contato. Quanto maior o ângulo de contato, maior o grau de rigidez na direção axial.
Se, como uma primeira aproximação, uma dependência linear da resiliência na carga for suposta, como uma relação de mola constante, a comparação mostrará que o deslocamento axial em um sistema de rolamentos com pré-carga é menor do que para um sistema de rolamentos sem pré-carga para a mesma força axial externa Ka (diagrama 1). Um projeto de arranjo de pinhões (fig. 2 e fig. 3) geralmente consiste em dois tamanhos diferentes de rolamentos de rolos cônicos, A e B, com diferentes constantes de mola cA e cB. Ambos são submetidos a uma força de pré-carga F0. Se uma força axial Ka atua no rolamento A, o rolamento B fica descarregado e a carga adicional que atua sobre o rolamento A resulta em um deslocamento axial δa que é menor do que seria se os rolamentos não tivessem sido pré-carregados. No entanto, B é liberado da força de pré-carga axial e o deslocamento axial sob carga adicional é o mesmo que para um sistema de rolamentos sem pré-carga, o que significa ser determinado apenas pela constante de mola cA, se a força axial externa exceder o valor



Para evitar que o rolamento B fique descarregado quando o rolamento A estiver submetido a uma força axial Ka, a seguinte força de pré-carga é necessária



As cargas e os deslocamentos elásticos em um sistema de rolamentos de pré-carga, bem como os efeitos de uma alteração na pré-carga, são mais facilmente reconhecidos em um diagrama de força de pré-carga/deslocamento axial (diagrama 2). Isso consiste nas curvas de mola dos componentes que são ajustados um contra o outro para aplicar pré-carga, permitindo o seguinte
  • o relacionamento da força de pré-carga e o deslocamento axial dentro do sistema de rolamentos pré-carregado
  • o relacionamento entre uma força axial aplicada externamente Ka e a carga do rolamento para um sistema de rolamentos pré-carregado, bem como a deformação elástica produzida por uma carga externa.
No diagrama 2, todos os componentes submetidos a cargas externas em operação são representados pelas curvas que aumentam da esquerda para a direita e todos os componentes descarregados, pelas curvas que aumentam da direita para a esquerda. As curvas 1, 2 e 3 são para diferentes forças de pré-carga (F01, F02 < F01 e F03 = 0). As linhas interrompidas representam rolamentos individuais, enquanto as linhas sólidas representam o sistema completo de rolamentos (rolamentos e componentes associados) para diferentes forças de pré-carga.
No diagrama 2, também é possível explicar a relação entre os componentes, por exemplo, em um projeto de arranjos de pinhão (fig. 2), onde o rolamento A está localizado adjacente à engrenagem e é ajustado contra o rolamento B para fornecer pré-carga. A força axial externa Ka (componente axial das forças de dente) é sobreposta à força de pré-carga F01 (curva 1) de tal maneira que o rolamento A esteja submetido à carga adicional enquanto o rolamento B estiver descarregado. A carga no rolamento A é designada FaA e na posição do rolamento B, é designada FaB. Sob a influência da força axial Ka, o eixo do pinhão é deslocado axialmente pelo valor δa1.
A menor força de pré-carga F02 (curva 2) foi escolhida de modo que o rolamento B seja descarregado apenas pela força axial Ka, que significa que FaB = 0 e FaA = Ka. Neste caso, o eixo do pinhão é deslocado pela quantidade δa2 > δa1.
Quando o arranjo não está pré-carregado (curva 3), o deslocamento axial do eixo do pinhão está no seu ponto máximo (δa3 > δa2).
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