Polia guia-corda

Este exemplo mostra o processo de seleção de rolamentos aplicado a um caso de aplicação no qual é necessário selecionar rolamentos para as polias guia-corda em uma máquina de papel nova.

Um fabricante de máquinas de papel deseja criar uma nova máquina usando as polias guia-corda do seu design padrão. O cliente final exige que as polias dispensem manutenção por cinco anos.

Cada etapa do exemplo é descrita em uma seção expansível/suspensa abaixo. As etapas no exemplo seguem a sequência no processo de seleção de rolamentos. Algumas etapas, como o tamanho do rolamento, exigirão mais de uma iteração se o cálculo depender de uma etapa subsequente no processo. Isso é indicado no cabeçalho. Por exemplo, "Tamanho do rolamento (etapa 2)". Consulte o processo de seleção de rolamentos para obter uma descrição completa de cada etapa do processo.

Condições operacionais e desempenho
Performance requirements and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

As polias guia-corda (fig. 1) são posicionadas entre rolos/cilindros da máquina de papel e giram o tempo todo enquanto a máquina está em operação. Nessa aplicação, o anel externo da polias guia-corda gira constantemente.

As condições operacionais são:
  • velocidade de rotação: 2 450 rpm
  • carga radial: 1,1 kN criado pelo peso da roldana e pela tensão da corda, compartilhado entre os rolamentos
  • carga axial: zero devido à orientação das polias, a corda não cria carga axial
  • ambiente: quente e úmido, com temperatura ambiente de 80 °C (175 °F)
Arranjo e tipo de rolamento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Como as cargas são baixas e as velocidades são moderadas, as polias guia-corda usam dois rolamentos rígidos de esferas. Para um longo período sem manutenção, são necessários rolamentos vedados. Os rolamentos rígidos de esferas SKF estão disponíveis com várias versões de vedação.

Um arranjo de rolamentos flutuantes é usado, cada rolamento bloqueia a roldana axialmente em uma direção e todo o arranjo é capaz de se mover axialmente uma pequena distância entre as duas posições extremas.
Tamanho do rolamento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

O projeto da polia guia-corda existente do fabricante usa dois rolamentos 6207-2RS1. A SKF substituiu a vedação RS1 pela RSH. Neste exemplo, verificamos a adequação dos rolamentos 6207-2RSH (→ detalhes do produto).

A etapa seguinte no processo de seleção é determinar o método no qual a seleção de tamanho deve se basear. Os rolamentos estão funcionando em condições operacionais típicas e, portanto, a fadiga de contato rolante é o modo de falha provável. Baseamos a seleção do tamanho na vida nominal.

Vida nominal básica




Como não há carga axial, a carga dinâmica equivalente, P, em cada rolamento é igual à carga radial dividida por dois.
  • P = 0,55 kN
  • relação de carga, C/P = 49
A vida nominal básica, L10h = 804 800 h. Isso é muito mais do que o necessário para um período de cinco anos (43 800 h) sem manutenção.

Conclusão

  • Com uma vida nominal básica tão alta a 2 450 rpm, recomenda-se verificar se o rolamento está suficientemente carregado para manter as esferas rolando e deslizamentos. Isso será feito depois que a lubrificação for verificada, pois a viscosidade do lubrificante influencia a carga mínima necessária.
  • A vida útil da graxa deve ser verificada para determinar se o rolamento atende ao requisito do cliente final.

A vida nominal SKF, L10 mh, será calculada após a verificação da lubrificação, da temperatura operacional e da velocidade, pois a viscosidade do lubrificante afeta o resultado. Isso será feito em Tamanho do rolamento (etapa 2), abaixo.

Lubrificação
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

O rolamento 6207-2RSH é preenchido com a graxa MT33 (tabela 1).

A temperatura operacional deve ser definida antes de continuar.
Velocidade e temperatura operacional
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Quando a relação de carga C/P > 10, a temperatura operacional estiver abaixo de 100 °C (210 °F), a velocidade operacional estiver abaixo de 50% da velocidade-limite e não houver entrada de calor externa, não será necessária uma análise térmica detalhada.

Neste exemplo:
  • relação de carga: C/P = 49 > 10
  • velocidade operacional: 2 450 rpm < 0,5 x 6300 (velocidade-limite)
  • Com base na experiência com polias guia-corda em condições semelhantes, a temperatura operacional do rolamento é de aproximadamente 90 °C (195 °F).
Portanto, uma análise térmica detalhada não é necessária.
Lubrificação (etapa 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

1. Vida útil da graxa MT33

A vida útil da graxa pode ser estimada usando o diagrama 1, em Graxas para rolamentos com tampa, em Rolamentos rígidos de uma carreira de esferas. Como o anel externo do rolamento gira, é usado nD em vez de nd para estimativas da vida útil graxam (tabela 2).

Então, usando os valores de entrada:
  • nD = 2 450 x 72 = 176 400
  • A graxa MT33 com um fator de desempenho de graxa, GPF = 1
  • temperatura operacional de cerca de 90 °C (195 °F)
A vida útil da graxa, L10h, é de aproximadamente 12 500 horas, que é inferior ao necessário para um período de cinco anos sem manutenção.

2. Vida útil da graxa WT

O rolamento SKF 6207-2RSH está disponível com graxa WT, que tem um GPF = 4. Trata-se de uma graxa de poliureia com um óleo à base de éster. (tabela 3).

Do diagrama 1, a vida útil da graxa, L10h é de 50 000 horas, que é superior a cinco anos.

Conclusão

O rolamento SKF 6207-2RSH com a graxa WT atende aos requisitos em termos de vida útil da graxa.
Tamanho do rolamento (etapa 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Com base nas conclusões em Tamanho do rolamento, acima, a carga mínima precisa ser verificada e, agora que a lubrificação foi selecionada, a vida nominal SKF pode ser verificada.

Carga mínima


Usando a equação de carga mínima de Cargas, a carga mínima, Frm é dada por:
onde:
  • kr = 0,025
  • v = 210 mm2/s
    Ao determinar a carga mínima, fundamental para abranger todas as condições operacionais, use a viscosidade do óleo mais alta que podem ocorrer. Isso será a menor temperatura, que é a 20 °C (70 °F). A viscosidade do óleo-base da graxa WT a 40 °C (105 °F) é de 70 mm2/s ≈ ISO VG 68. Estimada a partir do diagrama 2 ou calculada com o SKF Bearing Calculator para a graxa WT v = 210 mm2/s a 20 °C (70 °F).
  • dm = (d+D)/2 = (35+72)/2 = 53,5 mm
Portanto:
Frm = 0,44 kN < 0,55 kN, de modo que o rolamento 6207-2RSH/WT é adequado.

Vida nominal SKF


 

Como P < Pu, a fadiga não é um fator (→ Limite de carga de fadiga, Pu). No entanto, é útil para verificar a condição de lubrificação (relação de viscosidade) e o fator de modificação de vida útil.

1. Condição de lubrificação – a relação de viscosidade, κ

κ = ν/ν1

Os seguintes são utilizados:
  • ν1 é determinado a partir do diagrama 3
  • com: dm = 53,5 e n = 2450 rpm, ν1 é próximo de 12 mm2/s
Para a WT, viscosidade de óleo-base a 90 °C (195 °F) pode ser estimada a partir do diagrama 2 ou calculada com o SKF Bearing Calculator e é de 12 mm2/s.

Relação de viscosidade, κ = 12/12 = 1

2. Fator de modificação da vida útil, aSKF

Para determinar o fator de modificação de vida útil para rolamentos radiais de esferas, o diagrama 4 é utilizado, com:
  • P = 0,55 kN
  • κ = 1
  • Pu = 0,655 kN
  • ηc = 0,6
    O fator de contaminação é escolhido com base na tabela 4. (→ Fator de contaminação, ηc)
  • O SKF 6207-2RSH/WT é um rolamento SKF Explorer.
Com ηc Pu/P = 0,7 e usando o diagrama 4, a askf de aproximadamente 50 é muito maior que 1, de modo que a vida nominal SKF está bem acima de vida necessária.

Conclusão

O rolamento SKF 6207-2RS1/WT é adequado em termos de vida de fadiga.

Interfaces do rolamento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Os anéis internos do rolamento têm uma condição de carga estacionária e sem espaçador entre os anéis internos no arranjo de fixação transversal. Eles são montados com um ajuste com folga para facilitar a montagem. O ajuste recomendado para condições padrão é g6Ⓔ (tabela 5).

Os anéis externos têm uma condição de carga rotativa, portanto, são montados com uma interferência. O ajuste recomendado para condições padrão é M7Ⓔ (tabela 6), que tem uma faixa de interferência provável de -25 a + 8 (tabela 7).

Os rolamentos em polias guia-corda de máquinas de papel devem sempre ter um ajuste interferente no anel externo (→ manual da aplicação Rolamentos em máquinas de papel). Para isso, selecione N6Ⓔ, que tem uma faixa de interferência provável -29 a -5 (tabela 8). Para tolerâncias geométricas e rugosidade superficial, é possível aplicar as recomendações padrão.

As tolerâncias para os assentos dos rolamentos são:
 Tolerância
dimensional
Desvio
radial
Desvio
axial
Ra
Anel internog6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Anel externoN6ⒺIT6/2IT63,2 µm
Execução do rolamento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Folga interna inicial

O projeto atual usa rolamentos com folga inicial Normal. O ajuste interferente no anel externo reduz a folga interna. Determinamos a folga operacional para ambos (Normal e folga inicial C3) para selecionar a execução de rolamento mais apropriada.

1. Folga interna inicial

NormalC3
mín./méd./máx.6 / 13 / 20 μm15 / 24 / 33 μm
 → Especificações do rolamento. Valores obtidos da tabela 9


2. Redução de folga causada por ajuste interferente

Não há interferência no anel interno, portanto, use:

Δrajuste = Δ2 f2Redução de folga causada por ajustes interferentes

Obter valores para:
Resultados:
d/D
0,49 
f2

0,87 
Δ2mín./méd./máx.-29/-17/-5 μm 
Δrajustemín./méd./máx.-25-15-4 μm 


3. Folga interna após montagem

NormalC3
mín./méd./máx.-19 / -2 / 6 μm-10 / 9 / 29 μm

É necessária pelo menos uma folga C3. A análise com software proprietário da SKF, considerando efeitos de suavização das superfícies conjugadas e a probabilidade de que a redução de ajuste máxima coincide com a folga mínima do rolamento, oferece os seguintes valores para um rolamento com folga interna C3:
mín./méd./máx.
-2 / 16 / 32 μm


Uma pequena folga negativa não é fundamental para rolamentos de esferas. A folga C3 é adequada para esta aplicação.

Vedações

Não é recomendado o uso de placas de proteção (sufixo 2Z) em vez de vedações de atrito (sufixo 2RSH) nessa aplicação, pois há risco de vazamento de graxa com a rotação do anel externo. O projeto de vedação 2RSH tem a vantagem de ser mais resistente à lavagem (limpeza de alta pressão) que ocorre em aplicações de fabricação de papel e, portanto, aumenta a vida útil.

Considere rolamentos híbridos

Dependendo da máquina de papel e a posição das polias guia-corda, a roldana pode enfrentar temperaturas operacionais mais altas, o que reduzirá a vida útil da graxa. Para aumentar a vida útil da graxa, o uso de rolamentos híbridos (esferas de cerâmica em vez de aço) do mesmo tamanho pode aumentar a vida útil da graxa por pelo menos um fator de dois.

Considere mudar o projeto

Com a alteração do projeto do cubo da polia guia-corda de maneira que o anel interno do rolamento gire no lugar do anel externo, a vida útil da graxa é aumentada. 

O fator de velocidade será ndm = 131 000 em vez de nD = 176 400.

A vida útil da graxa, L10h, do rolamento 6207-2RSH/C3WT aumentará de 50 000 h para 61 000 h.

A SKF desenvolveu um cubo de polia guia-corda para levar em consideração o exposto acima. Os rolamentos têm esferas cerâmicas, graxa WT e seus anéis internos de giram (fig. 2). Um projeto melhor foi criado usando rolamentos especiais. Para obter mais informações, consulte o manual Rolamentos em máquinas de papel.
Vedação, montagem e desmontagem
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Às vezes, vedações de labirinto simples são adicionadas para proteger ainda mais as vedações integradas do rolamento.

Os métodos normais de montagem e desmontagem são aplicáveis.
Conclusões gerais
O rolamento que atende aos requisitos é um rolamento SKF Explorer 6207-2RSH/C3WT vedado e lubrificado.

Para condições operacionais mais exigentes ou para obter um intervalo mais longo sem manutenção, a SKF pode fornecer outras soluções.
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