Rolamentos de rolos cónicos vs. rolamentos de esferas para cargas radiais e axiais combinadas: como escolher quando os valores de capacidade de carga e os dados de velocidade não estão disponíveis

A carga axial é suficientemente grande e fixa para justificar rolos cónicos?

A geometria de rolos cónicos suporta carga radial e axial numa única direção, porque os rolos cónicos são guiados por um rebordo na face posterior do cone¹⁵. É essa capacidade unidirecional que torna este tipo adequado a cargas radiais e axiais elevadas^13,15. O problema é que essa mesma geometria volta-se contra si quando a componente axial é pequena. Sob carga puramente radial, refere-se que os rolos cónicos geram um deslocamento axial interno que induz uma pré-carga prejudicial se não for compensado, provocando desgaste rápido da gaiola¹⁸. Uma fonte refere que os rolos cónicos só são vantajosos quando a carga axial é de pelo menos 30% da carga radial e a direção é fixa¹⁸. Considere essa proporção como um valor indicado por uma única fonte, e não como um limiar da indústria — não é citada qualquer norma aplicável para o efeito. Antes de optar por defeito pelos rolos cónicos só porque a carga é «combinada», estabeleça duas coisas: qual é a dimensão real da componente axial em relação à componente radial e se a sua direção se mantém fixa em serviço. Se a carga axial for pequena ou se inverter, a geometria que suporta o impulso é a mesma que carrega o rolamento internamente.

O tipo de utilização exclui os rolamentos de esferas ou exclui os roletes?

Os requisitos de carga e de velocidade apontam habitualmente em direções opostas, e é essa tensão que decide o tipo. Indica-se que os rolamentos de roletes suportam cargas superiores às dos rolamentos de esferas e distribuem o peso por uma área de contacto maior, razão pela qual são a escolha indicada para aplicações de serviço pesado e sujeitas a choques⁸. Quanto aos rolamentos de esferas, com a sua área de contacto mais pequena, indica-se que se desgastam mais depressa sob carga elevada⁸. Do outro lado do compromisso, indica-se que os rolamentos de esferas funcionam a velocidade mais elevada e com menor atrito, enquanto os rolamentos de roletes geram mais atrito e operam a velocidades mais baixas, sendo por isso indicados como inadequados para ambientes de alta velocidade⁸. Indica-se também que os rolamentos de roletes geram mais ruído⁸. Assim, o primeiro critério é este: se o eixo gira depressa e a carga é ligeira a média, os rolamentos de esferas são a solução indicada. Se a carga é pesada ou sujeita a choques e a velocidade é moderada, os roletes são a solução indicada⁸. Quando ambas as condições estão presentes — carga elevada e velocidade elevada —, as fontes não resolvem o conflito, sendo necessário recorrer aos valores nominais de velocidade e de carga do fornecedor para decidir.

O projeto consegue manter o alinhamento de que os roletes precisam?

A tolerância ao desalinhamento é apresentada como um fator favorável aos rolamentos de esferas, e é uma restrição de projeto que pode verificar antes de optar pelos roletes. Indica-se que os rolamentos de esferas toleram um desalinhamento angular até cerca de 0.004 in entre o rolamento e o veio, enquanto os desalinhamentos dos rolamentos de roletes são apresentados como menos tolerantes e podem deixar de funcionar corretamente se um rolete ficar demasiado fora da posição¹¹. O desalinhamento não resulta apenas da tolerância de fabrico — a dilatação térmica também o pode produzir, e a capacidade de inclinação varia consoante o projeto¹⁸. A questão prática é saber se o alinhamento entre o veio e a caixa, incluindo o desalinhamento que surge quando o veio aquece, se mantém dentro do que um rolete cónico consegue aceitar. As fontes apresentam um valor para os rolamentos de esferas, mas não estabelecem um limite de desalinhamento específico para os rolamentos de roletes cónicos, nem a precisão de alinhamento exigida para um veio de transmissão^11,18. Se o seu projeto não conseguir controlar o alinhamento com rigor, essa é uma razão indicada para preferir rolamentos de esferas; se conseguir, os roletes continuam em aberto.

Consegue assumir o compromisso de montagem e pré-carga?

Optar por rolamentos de rolos cónicos implica definir uma pré-carga e um envelope de montagem que os rolamentos rígidos de esferas não impõem. Indica-se que os rolamentos de rolos têm dimensões de montagem diferentes das dos rolamentos de esferas — o furo, o diâmetro exterior e a largura podem todos variar. E que exigem um ajuste preciso da pré-carga, pelo que a substituição de um pelo outro necessita de validação de engenharia¹⁸. A correção da pré-carga é indicada como crítica para a vida útil dos rolamentos de rolos cónicos: o excesso de pré-carga aumenta o calor e reduz a vida útil, enquanto a pré-carga insuficiente provoca deslizamento e fratura da gaiola¹⁸. Os rolamentos de esferas são mais frequentemente vendidos como conjuntos e substituídos como uma unidade completa, ao passo que os rolamentos de rolos permitem a substituição individual do anel interior e do anel exterior¹¹. Esta diferença é relevante para o planeamento da manutenção, bem como para o projeto inicial da caixa e do ressalto. Antes de fixar o projeto da caixa e do ressalto, confirme que a sua montagem consegue definir e manter a pré-carga de que o rolamento de rolos cónicos necessita, e que o furo, o diâmetro exterior e a largura se ajustam ao envelope de que dispõe. As fontes não fornecem valores de ajuste do veio ou da caixa, o projeto do ressalto, nem valores de folga axial e de regulação da pré-carga, pelo que estes devem ser obtidos junto do fornecedor do rolamento¹⁸.

O que perguntar ao fornecedor antes de enviar o pedido de cotação

• ✓Solicite as capacidades de carga dinâmica e estática tanto para um rolamento de rolos cónicos como para um rolamento de contacto angular ou de esferas de ranhura profunda, no furo de dimensão pretendida.
• ✓Solicite os valores de velocidade admissível (limite ou de referência) e do fator de velocidade para cada tipo, nas suas condições de lubrificação e térmicas.
• ✓Pergunte se a carga axial é unidirecional ou se tem de ser contida em ambos os sentidos, e de que forma isso afeta a disposição dos rolamentos.
• ✓Solicite os valores de ajuste do veio e da caixa, o design do encosto e a folga axial ou o valor de pré-carga definido para a opção de rolos cónicos.
• ✓Solicite a precisão de alinhamento exigida entre o veio e a caixa para uma aplicação de transmissão.
• ✓Solicite o binário de atrito, o binário de arranque e o rendimento à sua velocidade e carga de funcionamento.
• ✓Solicite um cálculo de vida útil L10 ou L10h com a sua carga combinada e velocidade reais, incluindo o regime de lubrificação e a contaminação.

Onde as fontes divergem sobre se os roletes cónicos são a opção predefinida

Sources

1. 8 techincastor.com — Manufacturer technical documentation
2. 11 castercentral.com — Industry publication
3. 13 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
4. 15 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
5. 16 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
6. 18 flowmachinery.com — Unclassified source
7. 29 www.globe-caster.com — Industry peer technical page