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Carga dinâmica equivalente do rolamento, P

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

Ao calcular a vida nominal do rolamento, um valor para a carga dinâmica equivalente do rolamento é necessário para as equações da vida básica do rolamento e da vida útil do rolamento SKF.
As cargas que atuam em um rolamento são calculadas de acordo com as leis da mecânica usando forças externas, como as forças de transmissão de potência, forças de trabalho ou forças de inércia, que são conhecidas ou podem ser calculadas.
Em circunstâncias reais, as cargas que atuam em um rolamento podem não ser constantes, podem atuar tanto radialmente quanto axialmente e estão sujeitas a outros fatores que exigem a modificação ou, em alguns casos, a simplificação dos cálculos de carga.

Cálculo da carga dinâmica equivalente do rolamento
O valor de carga, P, usado nas equações de vida nominal do rolamento é a carga dinâmica equivalente do rolamento. A carga dinâmica equivalente do rolamento é definida como: uma carga hipotética, constante em magnitude e direção, que atua radialmente em rolamentos radiais e axialmente e centralmente em rolamentos axiais.

Quando aplicada, essa carga hipotética teria a mesma influência sobre a vida útil do rolamento que as cargas reais às quais o rolamento é submetido (fig. 1).

Se um rolamento for carregado com carga radial de atuação simultânea Fr e carga axial Fa que são constantes em magnitude e direção, a carga dinâmica equivalente do rolamento P poderá ser obtida com a equação geral

Equivalent dynamic bearing load
Realização do cálculo

onde
Pcarga dinâmica equivalente do rolamento [kN]
Frcarga radial real no rolamento [kN]
Facarga axial real do rolamento [kN]
Xfator de carga radial para o rolamento
Yfator de carga axial para o rolamento


Uma carga axial influencia somente a carga dinâmica equivalente P para um rolamento radial de uma carreira se a relação de Fa/Fr exceder um determinado fator limitante e. Com rolamentos de duas carreiras, até mesmo cargas axiais leves influenciam a carga equivalente e devem ser consideradas.

A mesma equação geral se aplica a rolamentos axiais autocompensadores de rolos, que podem acomodar tanto cargas axiais como cargas radiais.

Determinados rolamentos axiais, como rolamentos axiais de esferas e rolamentos axiais de agulhas e cilíndricos, podem acomodar apenas cargas puramente axiais. Para esses rolamentos, desde que a carga atue centralmente, a equação pode ser simplificada para

P = Fa

As informações e os dados necessários para calcular a carga dinâmica equivalente do rolamento para os diferentes tipos de rolamento são fornecidos nas seções de produtos relevantes.

Carga média equivalente
Outras cargas podem variar com o tempo. Para essas situações, uma carga média equivalente precisa ser calculada.

Carga média em um intervalo de trabalho

Em cada intervalo de carregamento, as condições operacionais podem variar levemente com relação ao valor nominal. Supondo que as condições operacionais, como velocidade e direção da carga, sejam relativamente constantes, e a magnitude da carga varie de modo constante entre um valor mínimo Fmín. e um valor máximo Fmáx. (diagrama 1), a carga média pode ser obtida a partir da:

Fm Mean load

Carga rotativa

Se, como ilustrado no diagrama 2, a carga no rolamento consistir em uma carga F1, que é constante em magnitude e direção, como o peso de um rotor, e uma carga constante rotativa F2, como uma carga desbalanceada, a carga média pode ser obtida com

Fm = fm (F1 + F2)

Os valores para o fator fm são fornecidos no diagrama 3.

Carga de pico

As cargas elevadas que atuam por períodos curtos (diagrama 4) podem não influenciar a carga média usada em um cálculo de vida útil à fadiga. Avalie essas cargas de pico em relação à classificação de carga estática do rolamento C0, usando um fator adequado de segurança estática s0. → Seleção de tamanho com base na carga estática 

Considerações ao calcular a carga dinâmica equivalente do rolamento
Para fins de simplificação, ao calcular os componentes de carga para rolamentos que apoiam um eixo, o eixo é considerado como uma viga estaticamente determinada apoiada em suportes rígidos e sem momento. Deformações elásticas no rolamento, no mancal ou na estrutura da máquina não são consideradas, nem os momentos produzidos no rolamento como resultado de deflexão do eixo. Essas simplificações serão necessárias se você estiver calculando um arranjo de rolamentos sem a ajuda do software relevante. Os métodos padronizados para calcular capacidades normais de carga e cargas equivalentes do rolamento são baseados em suposições semelhantes.

É possível calcular as cargas do rolamento com base na teoria de elasticidade, sem fazer as suposições acima, mas isso exige o uso de programas complexos de computador (  SKF SimPro Quick e SKF SimPro Expert). Nesses programas, os rolamentos, o eixo e o mancal são considerados componentes resilientes de um sistema.

Se cargas e forças externas, como forças de inércia ou cargas resultantes do peso de um eixo e os respectivos componentes, não forem conhecidas, elas poderão ser calculadas. No entanto, ao determinar cargas e forças de trabalho – por exemplo, forças de rolagem, cargas de momento, cargas desbalanceadas e cargas de impacto –, talvez seja necessário confiar em estimativas com base na experiência com máquinas ou arranjos de rolamentos semelhantes.

Transmissões de engrenagem

Com transmissões de engrenagem, as forças de dente teóricas podem ser calculadas com a energia transmitida e as características de design do dente da engrenagem. No entanto, existem forças dinâmicas adicionais, produzidas pela engrenagem ou pelo eixo de entrada ou de saída. Forças dinâmicas adicionais de engrenagens podem ser o resultado de erros na inclinação ou forma do dente e de componentes rotativos desbalanceados. Engrenagens produzidas com um alto nível de precisão têm forças adicionais insignificantes. Para engrenagens com menos precisão, use os seguintes fatores de carga:

  • erros de inclinação e forma < 0,02 mm: de 1,05 a 1,1
  • erros de inclinação e forma de 0,02 a 0,1 mm: de 1,1 a 1,3
Forças adicionais que surgem do tipo e do modo de operação das máquinas acopladas à transmissão podem ser determinadas somente quando as condições operacionais, a inércia da unidade motriz e o comportamento de acoplamentos ou outros conectores são conhecidos. A influência nas vidas nominais dos rolamentos é incluída utilizando um fator de "operação" que considera os efeitos dinâmicos do sistema.

Acionamentos por correia

Ao calcular cargas de rolamento para aplicações de acionamento por correia, a “tração da correia” deve ser levada em consideração. A tração da correia, que é uma carga circunferencial, depende da quantidade de torque sendo transmitido. A tração da correia deve ser multiplicada por um fator cujo valor depende do tipo de correia, da tensão de correia e de qualquer força dinâmica adicional. Os fabricantes de correia normalmente publicam os valores. No entanto, se a informação não estiver disponível, os seguintes valores poderão ser utilizados:

  • correias dentadas = 1,1 a 1,3
  • correias em V = 1,2 a 2,5
  • correias simples = 1,5 a 4,5

Os valores maiores são aplicados:

  • onde a distância entre os eixos é pequena
  • para trabalho pesado ou do tipo carga de pico
  • onde a tensão de correia é alta 

Cargas mínimas necessárias

Em aplicações nas quais o tamanho do rolamento é determinado por fatores que não a carga – por exemplo, diâmetro do eixo limitado pela velocidade crítica –, o rolamento pode ser levemente carregado em relação ao tamanho e à capacidade de carga. Onde há cargas muito leves, frequentemente prevalecem mecanismos de falha que não a fadiga, como derrapagem e smearing das pistas ou danos na gaiola. Para um funcionamento satisfatório, os rolamentos devem ser sempre submetidos a uma determinada carga mínima. Como regra geral, cargas mínimas de 0,01 C devem ser impostas em rolamentos de esferas e de 0,02 C em rolamentos de esferas. Requisitos mais precisos de carga mínima são fornecidos nas seções de produtos.

A importância de aplicar uma carga mínima é maior em aplicações nas quais há acelerações rápidas ou partidas e paradas rápidas, e nas quais as velocidades excedem 50% dos limites de velocidade listados nas tabelas de produtos (→ Limitações de velocidade). Se não for possível atender aos requisitos de carga mínima, possíveis melhorias são:

  • Usar um rolamento com uma série de dimensões menor.
  • Considerar procedimentos especiais de lubrificação ou amaciamento.
  • Considerar os rolamentos revestidos NoWear.
  • Considerar a aplicação de uma pré-carga.
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