Rolamento liso - Plain bearing

Rolamento liso em uma locomotiva S-Motor 1906 mostrando o eixo, rolamento, suprimento de óleo e almofada de óleo

Um rolamento liso , ou mais comumente rolamento de contato deslizante e rolamento deslizante (em ferrovias às vezes chamado de rolamento sólido , rolamento de encosto ou rolamento de fricção ), é o tipo mais simples de rolamento , compreendendo apenas uma superfície de rolamento e nenhum elemento rolante. Portanto, o munhão (ou seja, a parte do eixo em contato com o rolamento) desliza sobre a superfície do rolamento. O exemplo mais simples de um mancal liso é um eixo girando em um orifício. Um rolamento linear simples pode ser um par de superfícies planas projetadas para permitir o movimento; por exemplo, uma gaveta e os slides que repousa sobre ou as maneiras na cama de um torno mecânico .

Os rolamentos lisos, em geral, são o tipo de rolamento mais barato. Eles também são compactos e leves, e têm uma alta capacidade de carga.

Projeto

O projeto de um mancal liso depende do tipo de movimento que o mancal deve fornecer. Os três tipos de movimentos possíveis são:

Integrante

Os mancais lisos integrais são incorporados ao objeto de uso como um orifício preparado na superfície do mancal. Os rolamentos integrais industriais são geralmente feitos de ferro fundido ou babbitt e um eixo de aço endurecido é usado no rolamento.

Os rolamentos integrais não são tão comuns porque as buchas são mais fáceis de acomodar e podem ser substituídas se necessário. Dependendo do material, um rolamento integral pode ser mais barato, mas não pode ser substituído. Se um rolamento integral se desgastar, o item pode ser substituído ou retrabalhado para aceitar uma bucha. Os rolamentos integrais eram muito comuns nas máquinas do século 19, mas tornaram-se progressivamente menos comuns à medida que a manufatura intercambiável se tornou popular.

Por exemplo, um mancal liso integral comum é a dobradiça , que é tanto um mancal de encosto quanto um mancal de encosto.

Casquilho

Uma bucha , também conhecida como bucha , é um mancal liso independente inserido em um alojamento para fornecer uma superfície de mancal para aplicações rotativas; esta é a forma mais comum de rolamento liso. Projetos comuns incluem buchas sólidas ( luva e flangeada ), bipartidas e apertadas . Uma bucha de manga, bipartida ou apertada é apenas uma "manga" de material com um diâmetro interno (ID), diâmetro externo (OD) e comprimento. A diferença entre os três tipos é que uma bucha manga sólido é sólido a toda a volta, uma bucha de separação tem um corte ao longo do seu comprimento, e um rolamento cerrados é semelhante a um casquilho dividido mas com um aperto (ou de cravar ) através do corte conectando as partes. Uma bucha flangeada é uma bucha de manga com uma flange em uma extremidade que se estende radialmente para fora do OD. O flange é usado para localizar positivamente a bucha quando ela é instalada ou para fornecer uma superfície de mancal de impulso.

Os rolamentos de luva com dimensões em polegadas são quase exclusivamente dimensionados usando o sistema de numeração SAE . O sistema de numeração usa o formato -XXYY-ZZ, onde XX é o ID em dezesseis avos de uma polegada, YY é o OD em dezesseis avos de uma polegada e ZZ é o comprimento em oitavos de uma polegada. Tamanhos métricos também existem.

Uma bucha linear geralmente não é pressionada em um alojamento, mas fixada com um recurso radial. Dois desses exemplos incluem dois anéis de retenção , ou um anel que é moldado no OD da bucha que combina com uma ranhura no alojamento. Geralmente, essa é uma maneira mais durável de reter a bucha, pois as forças que atuam na bucha podem pressioná-la para fora.

A forma de impulso de uma bucha é convencionalmente chamada de arruela de pressão .

Dois pedaços

Os rolamentos lisos de duas peças , conhecidos como rolamentos completos em máquinas industriais, são comumente usados ​​para diâmetros maiores, como rolamentos de virabrequim . As duas metades são chamadas de conchas . Existem vários sistemas usados ​​para manter as conchas localizadas. O método mais comum é uma aba na borda da linha de partição que se correlaciona com um entalhe no alojamento para evitar o movimento axial após a instalação. Para conchas grandes e grossas, é usado um limitador de botão ou pino de encaixe . O batente do botão é aparafusado à carcaça, enquanto o pino de encaixe une as duas conchas. Outro método menos comum usa um pino-guia que fecha a carcaça através de um orifício ou fenda na carcaça.

A distância de uma borda de partição à outra é ligeiramente maior do que a distância correspondente na caixa, de modo que uma pequena pressão é necessária para instalar o rolamento. Isso mantém o rolamento no lugar enquanto as duas metades da caixa são instaladas. Finalmente, a circunferência da carcaça também é ligeiramente maior do que a circunferência da caixa, de modo que, quando as duas metades são aparafusadas, o rolamento se esmaga ligeiramente. Isso cria uma grande quantidade de força radial ao redor de todo o rolamento, o que o impede de girar . Ele também forma uma boa interface para o calor sair dos mancais e entrar no alojamento.

Galeria

Materiais

Os rolamentos lisos devem ser feitos de um material durável, com baixo atrito , baixo desgaste do rolamento e do eixo, resistente a temperaturas elevadas e resistente à corrosão . Freqüentemente, o rolamento é feito de pelo menos dois componentes, sendo um macio e o outro rígido. Em geral, quanto mais duras as superfícies em contato, menor o coeficiente de atrito e maior a pressão necessária para que os dois esbarrem ou emperrem quando a lubrificação falha.

Babbitt

Babbitt é geralmente usado em rolamentos integrais. É revestido sobre o furo, geralmente com uma espessura de 1 a 100 mil (0,025 a 2,540  mm ), dependendo do diâmetro. Os rolamentos Babbitt são projetados para não danificar o munhão durante o contato direto e para coletar quaisquer contaminantes na lubrificação.

Bi-material

Buchas bimateriais divididas: um exterior de metal com um revestimento de plástico interno

Os rolamentos bimateriais consistem em dois materiais, uma carcaça de metal e uma superfície de rolamento de plástico. As combinações comuns incluem um bronze revestido com PTFE com suporte de aço e Frelon com suporte de alumínio . Os rolamentos de bronze revestidos com PTFE com suporte de aço são classificados para mais carga do que a maioria dos outros rolamentos bimetálicos e são usados ​​para movimentos rotativos e oscilantes. Frelon com suporte de alumínio são comumente usados ​​em ambientes corrosivos porque o Frelon é quimicamente inerte .

Propriedades de rolamentos de vários rolamentos bimateriais
Faixa de temperatura P (máx.)
[ Psi (MPa) ]
V (máx.)
[ Sfm (m / s)]
PV (máx.)
[Psi sfm (MPa m / s)]
Bronze revestido com PTFE com suporte de aço −328–536 ° F ou −200–280 ° C 36.000 psi ou 248 MPa 390 (2,0 m / s) 51.000 (1,79 MPa m / s)
Frelon com fundo de alumínio −400–400 ° F ou −240–204 ° C 3.000 psi ou 21 MPa 300 (1,52 m / s) 20.000 (0,70 MPa m / s)

Bronze

Um projeto de mancal liso comum utiliza um eixo de aço endurecido e polido e uma bucha de bronze mais macio . A bucha é substituída sempre que estiver muito gasta.

Ligas de bronze comuns usadas para rolamentos incluem: SAE 841 , SAE 660 ( CDA 932 ), SAE 863 e CDA 954 .

Propriedades de rolamento de várias ligas de bronze
Faixa de temperatura P (máx.)
[ Psi (MPa) ]
V (máx.)
[ Sfm (m / s)]
PV (máx.)
[Psi sfm (MPa m / s)]
SAE 841 10–220 ° F (−12–104 ° C) 2.000 psi (14 MPa) 1.200 (6,1 m / s) 50.000 (1,75 MPa m / s)
SAE 660 10–450 ° F (−12–232 ° C) 4.000 psi (28 MPa) 750 (3,8 m / s) 75.000 (2,63 MPa m / s)
SAE 863 10–220 ° F (−12–104 ° C) 4.000 psi (28 MPa) 225 (1,14 m / s) 35.000 (1,23 MPa m / s)
CDA 954 Menos de 500 ° F (260 ° C) 4.500 psi (31 MPa) 225 (1,14 m / s) 125.000 (4,38 MPa m / s)

Ferro fundido

Um rolamento de ferro fundido pode ser usado com um eixo de aço endurecido porque o coeficiente de atrito é relativamente baixo. Os esmaltes de ferro fundido, portanto, o desgaste torna-se insignificante.

Grafite

Em ambientes hostis, como fornos e secadores , uma liga de cobre e grafite , comumente conhecida pelo nome de marca registrada graphalloy , é usada. O grafite é um lubrificante seco , portanto, apresenta baixo atrito e baixa manutenção. O cobre adiciona resistência, durabilidade e fornece características de dissipação de calor.

Propriedades de rolamento de materiais grafíticos
Faixa de temperatura P (máx.)
[ Psi (MPa) ]
V (máx.)
[ Sfm ( m / s )]
PV (máx.)
[Psi sfm (MPa m / s)]
Graphalloy −450–750 ° F ou −268–399 ° C 750 psi ou 5 MPa 75 (0,38 m / s) 12.000 (0,42 MPa m / s)
Grafite ? ? ? ?

Rolamentos de grafite sem liga são usados ​​em aplicações especiais, como locais submersos em água.

Jóias

Conhecidos como rolamentos de joias , esses rolamentos usam joias , como safira , rubi e granada .

Plástico

Os rolamentos lisos de plástico sólido são cada vez mais populares devido ao comportamento sem lubrificação em funcionamento a seco. Os rolamentos lisos de polímero sólido são de baixo peso, resistentes à corrosão e não requerem manutenção. Depois de estudos que abrangem décadas, um cálculo preciso da vida útil de rolamentos lisos de polímero é possível hoje. O projeto com rolamentos lisos de polímero sólido é complicado pela ampla faixa e não linearidade do coeficiente de expansão térmica . Esses materiais podem aquecer rapidamente quando usados ​​em aplicações fora dos limites recomendados de PV.

Os rolamentos do tipo polímero sólido são limitados pelo processo de moldagem por injeção . Nem todas as formas são possíveis com este processo, e as formas possíveis são limitadas ao que é considerado uma boa prática de design para moldagem por injeção. Os rolamentos de plástico estão sujeitos aos mesmos cuidados de projeto que todas as outras peças de plástico: fluência, alta expansão térmica, amolecimento (aumento do desgaste / redução da vida útil) em temperaturas elevadas, fraturas frágeis em temperaturas frias e inchaço devido à absorção de umidade. Embora a maioria dos plásticos / polímeros para rolamentos seja projetada para reduzir esses cuidados de projeto, eles ainda existem e devem ser cuidadosamente considerados antes de especificar um tipo de polímero sólido (plástico).

Os rolamentos de plástico são agora bastante comuns, incluindo o uso em fotocopiadoras , caixas registradoras , equipamentos agrícolas , máquinas têxteis, dispositivos médicos , alimentos e máquinas de embalagem, assentos de automóveis e equipamentos marítimos.

Os plásticos comuns incluem náilon , poliacetal , politetrafluoroetileno (PTFE), polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE), rulon , PEEK , uretano e vespel (uma poliamida de alto desempenho ).

Propriedades de rolamento de vários plásticos
Faixa de temperatura P (máx.) [ Psi ( MPa )] V (máx.) [ Sfm ( m / s )] PV (máx.) [Psi sfm (MPa m / s)]
Frelon −400 a 500 ° F (−240 a 260 ° C) 1.500 psi (10 MPa) 140 (0,71 m / s) 10.000 (0,35 MPa m / s)
Nylon −20 a 250 ° F (−29 a 121 ° C) 400 psi (3 MPa) 360 (1,83 m / s) 3.000 (0,11 MPa m / s)
Mistura de náilon preenchida com MDS 1 −40 a 176 ° F (−40 a 80 ° C) 2.000 psi (14 MPa) 393 (2,0 m / s) 3.400 (0,12 MPa m / s)
Mistura 2 de náilon preenchido com MDS −40 a 230 ° F (−40 a 110 ° C) 300 psi (2 MPa) 60 (0,30 m / s) 3.000 (0,11 MPa m / s)
PEEK mistura 1 −148 a 480 ° F (−100 a 249 ° C) 8.500 psi (59 MPa) 400 (2,0 m / s) 3.500 (0,12 MPa m / s)
PEEK mistura 2 −148 a 480 ° F (−100 a 249 ° C) 21.750 psi (150 MPa) 295 (1,50 m / s) 37.700 (1,32 MPa m / s)
Poliacetal −20 a 180 ° F (−29 a 82 ° C) 1.000 psi (7 MPa) 1.000 (5,1 m / s) 2.700 (0,09 MPa m / s)
PTFE −350 a 500 ° F (−212 a 260 ° C) 500 psi (3 MPa) 100 (0,51 m / s) 1.000 (0,04 MPa m / s)
PTFE com enchimento de vidro −350 a 500 ° F (−212 a 260 ° C) 1.000 psi (7 MPa) 400 (2,0 m / s) 11.000 (0,39 MPa m / s)
Rulon 641 −400 a 550 ° F (−240 a 288 ° C) 1.000 psi (7 MPa) 400 (2,0 m / s) 10.000 (0,35 MPa m / s)
Rulon J −400 a 550 ° F (−240 a 288 ° C) 750 psi (5 MPa) 400 (2,0 m / s) 7.500 (0,26 MPa m / s)
Rulon LR −400 a 550 ° F (−240 a 288 ° C) 1.000 psi (7 MPa) 400 (2,0 m / s) 10.000 (0,35 MPa m / s)
UHMWPE −200 a 180 ° F (−129 a 82 ° C) 1.000 psi (7 MPa) 100 (0,51 m / s) 2.000 (0,07 MPa m / s)
Uretano preenchido com MDS −40 a 180 ° F (−40 a 82 ° C) 700 psi (5 MPa) 200 (1,02 m / s) 11.000 (0,39 MPa m / s)
Vespel −400 a 550 ° F (−240 a 288 ° C) 4.900 psi (34 MPa) 3.000 (15,2 m / s) 300.000 (10,5 MPa m / s)

Outras

  • igus, iglidur Materiais de apoio em polímero especialmente desenvolvidos com previsão de vida
  • Os rolamentos de cerâmica são muito duros, portanto, a areia e outras partículas que entram no rolamento são simplesmente esmerilhadas em um pó fino que não inibe a operação do rolamento.
  • Lubrite
  • Lignum vitae é uma madeira autolubrificante e nos relógios proporciona uma durabilidade extremamente longa. Também usado com rodas de bronze no aparelhamento de navios.
  • Em um piano , várias (geralmente) partes de madeira do teclado e da ação são unidas por pinos centrais normalmente feitos de prata alemã . Essas ligações geralmente têm sentido , ou mais raramente, buchas de couro .

Lubrificação

Uma bucha de ranhura preenchida com grafite

Os tipos de sistema de lubrificação podem ser categorizados em três grupos:

  • Classe I - rolamentos que requerem a aplicação de um lubrificante de uma fonte externa (por exemplo, óleo, graxa, etc.).
  • Classe II - rolamentos que contêm um lubrificante dentro das paredes do rolamento (por exemplo, bronze, grafite, etc.). Normalmente, esses rolamentos requerem um lubrificante externo para atingir o desempenho máximo.
  • Classe III - rolamentos feitos de materiais que constituem o lubrificante. Esses rolamentos são normalmente considerados "autolubrificantes" e podem funcionar sem um lubrificante externo.

Exemplos do segundo tipo de rolamento são Oilites e rolamentos de plástico feitos de poliacetal ; exemplos do terceiro tipo são rolamentos de grafite metalizados e rolamentos de PTFE .

A maioria dos rolamentos lisos tem uma superfície interna plana; no entanto, alguns são ranhurados , como o rolamento com ranhura em espiral . As ranhuras ajudam a lubrificação a entrar no rolamento e cobrem todo o munhão.

Os mancais lisos autolubrificantes têm um lubrificante contido nas paredes do mancal. Existem muitas formas de rolamentos autolubrificantes. O primeiro, e mais comum, são os rolamentos de metal sinterizado , que possuem paredes porosas. As paredes porosas puxam o óleo por meio de ação capilar e liberam o óleo quando a pressão ou o calor é aplicado. Um exemplo de rolamento de metal sinterizado em ação pode ser visto em correntes autolubrificantes , que não requerem lubrificação adicional durante a operação. Outra forma é uma bucha metálica sólida de uma peça com um canal de ranhura em forma de oito no diâmetro interno que é preenchido com grafite. Um rolamento semelhante substitui a ranhura em forma de oito por orifícios tapados com grafite. Isso lubrifica o rolamento por dentro e por fora. A última forma é um rolamento de plástico, que tem o lubrificante moldado no rolamento. O lubrificante é liberado conforme o rolamento é executado .

Existem três tipos principais de lubrificação: condição de filme completo , condição de fronteira , e condição seca . As condições de filme completo são quando a carga do rolamento é transportada apenas por um filme de lubrificante fluido e não há contato entre as duas superfícies do rolamento. Em condições de mistura ou limite, a carga é transportada em parte por contato direto da superfície e em parte por um filme que se forma entre os dois. Em uma condição seca, a carga total é transportada por contato superfície a superfície.

Rolamentos feitos de materiais de grau de rolamento sempre funcionam na condição seca. As outras duas classes de rolamentos lisos podem funcionar nas três condições; a condição na qual um rolamento funciona depende das condições de operação, carga, velocidade de superfície relativa, folga dentro do rolamento, qualidade e quantidade de lubrificante e temperatura (afetando a viscosidade do lubrificante). Se a chumaceira plana não for projetada para funcionar em condição seca ou limite, ela terá um alto coeficiente de atrito e se desgastará. Condições secas e de limite podem ser experimentadas mesmo em um mancal de fluido quando operando fora de suas condições normais de operação; por exemplo, na inicialização e desligamento.

Lubrificação fluida

Um esquema de um rolamento de munhão sob um estado de lubrificação hidrodinâmica, mostrando como a linha de centro do munhão se desloca da linha de centro do rolamento.

A lubrificação por fluido resulta em um modo de lubrificação de filme completo ou de condição de limite. Um sistema de rolamento projetado corretamente reduz o atrito, eliminando o contato superfície a superfície entre o munhão e o rolamento por meio de efeitos dinâmicos de fluido .

Os mancais de fluido podem ser lubrificados hidrostaticamente ou hidrodinamicamente . Os rolamentos lubrificados hidrostaticamente são lubrificados por uma bomba externa que mantém uma quantidade estática de pressão. Em um rolamento hidrodinâmico, a pressão no filme de óleo é mantida pela rotação do munhão. Os rolamentos hidrostáticos entram em um estado hidrodinâmico quando o munhão está girando. Os rolamentos hidrostáticos geralmente usam óleo , enquanto os rolamentos hidrodinâmicos podem usar óleo ou graxa ; no entanto, os rolamentos podem ser projetados para usar qualquer fluido disponível, e vários projetos de bomba usam o fluido bombeado como lubrificante.

Os rolamentos hidrodinâmicos exigem mais cuidado no projeto e na operação do que os rolamentos hidrostáticos. Eles também estão mais sujeitos ao desgaste inicial porque a lubrificação não ocorre até que haja rotação do eixo. Em baixas velocidades de rotação, a lubrificação pode não atingir a separação completa entre o eixo e a bucha. Como resultado, os mancais hidrodinâmicos podem ser auxiliados por mancais secundários que suportam o eixo durante os períodos de partida e parada, protegendo as superfícies usinadas de tolerância fina do mancal de encosto. Por outro lado, os rolamentos hidrodinâmicos são mais simples de instalar e mais baratos.

No estado hidrodinâmico, forma-se uma "cunha" de lubrificação, que levanta o jornal. O jornal também se desloca ligeiramente horizontalmente na direção de rotação. A localização do munhão é medida pelo ângulo de atitude , que é o ângulo formado entre a vertical e uma linha que atravessa o centro do munhão e o centro do rolamento, e a razão de excentricidade, que é a razão da distância do centro do munhão a partir do centro do rolamento até a folga radial geral. O ângulo de atitude e a razão de excentricidade dependem da direção e velocidade de rotação e da carga. Em rolamentos hidrostáticos, a pressão do óleo também afeta a razão de excentricidade. Em equipamentos eletromagnéticos como motores, as forças eletromagnéticas podem neutralizar as cargas de gravidade, fazendo com que o munhão assuma posições incomuns.

Uma desvantagem específica dos mancais de munhão hidrodinâmicos e lubrificados por fluido em máquinas de alta velocidade é o turbilhão de óleo - uma vibração autoexcitada do munhão. O redemoinho de óleo ocorre quando a cunha de lubrificação se torna instável: pequenos distúrbios do munhão resultam em forças de reação do filme de óleo, que causam mais movimento, fazendo com que o filme de óleo e o munhão "girem" em torno do casquilho. Normalmente, a frequência de giro é em torno de 42% da velocidade de giro do munhão. Em casos extremos, o turbilhão de óleo leva ao contato direto entre o munhão e o rolamento, o que desgasta rapidamente o rolamento. Em alguns casos, a frequência do giro coincide com e "trava" com a velocidade crítica do eixo da máquina; esta condição é conhecida como "chicote de óleo". O chicote de óleo pode ser muito destrutivo.

Um furo de limão

O redemoinho de óleo pode ser evitado por uma força estabilizadora aplicada ao munhão. Vários projetos de rolamentos procuram usar a geometria de rolamentos para fornecer um obstáculo ao fluido de turbilhonamento ou para fornecer uma carga de estabilização para minimizar a turbilhonamento. Um deles é chamado de furo de limão ou furo elíptico . Neste projeto, os calços são instalados entre as duas metades da carcaça do mancal e, em seguida, o furo é usinado para o tamanho. Depois que os calços são removidos, o furo se parece com o formato de um limão, o que diminui a folga em uma direção do furo e aumenta a pré-carga nessa direção. A desvantagem desse projeto é sua menor capacidade de carga, em comparação com os mancais normais. Também ainda é suscetível a redemoinhos de óleo em altas velocidades, porém seu custo é relativamente baixo.

Uma barragem de pressão

Outro projeto é o dique de pressão ou canal represado , que tem um corte de alívio raso no centro do rolamento sobre a metade superior do rolamento. A ranhura para abruptamente para criar uma força descendente para estabilizar o munhão. Este projeto tem alta capacidade de carga e corrige a maioria das situações de turbilhonamento de óleo. A desvantagem é que só funciona em uma direção. O deslocamento das metades do rolamento faz a mesma coisa que o dique de pressão. A única diferença é que a capacidade de carga aumenta à medida que o deslocamento aumenta.

Um design mais radical é o design de almofada inclinável , que usa várias almofadas projetadas para se mover com a mudança de cargas. Geralmente é usado em aplicações muito grandes, mas também encontra ampla aplicação em turbomáquinas modernas porque elimina quase completamente o turbilhão de óleo.

Componentes relacionados

Outros componentes que são comumente usados ​​com rolamentos lisos incluem:

  • Bloco de descanso : são montagens de mancais padronizadas projetadas para aceitar mancais lisos. Eles são projetados para serem montados em uma superfície plana.
  • Lubrificador de anel : Um mecanismo de lubrificação usado na primeira metade do século 20 para aplicações de velocidade média.
  • Caixa de gaxeta : Um sistema de vedação usado para evitar que o fluido vaze de um sistema pressurizado através do mancal liso.

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos