Existe alguma confusão em torno da relação entre a precisão de um rolamento, suas tolerâncias de fabricação e o nível de folga interna ou “folga” entre as pistas e as esferas. Aqui, Wu Shizheng, diretor administrativo da JITO Bearings, especialista em rolamentos pequenos e em miniatura, esclarece por que esse mito persiste e o que os engenheiros devem observar.
Durante a Segunda Guerra Mundial, em uma fábrica de munições na Escócia, um homem pouco conhecido chamado Stanley Parker desenvolveu o conceito de posição verdadeira, ou o que conhecemos hoje como Dimensionamento e Tolerância Geométrica (GD&T). Parker percebeu que, embora algumas das peças funcionais fabricadas para torpedos estivessem sendo rejeitadas após a inspeção, elas ainda estavam sendo enviadas para produção.
Após uma inspeção mais detalhada, ele descobriu que a culpa era da medição da tolerância. As tolerâncias tradicionais das coordenadas XY criaram uma zona de tolerância quadrada, que excluía a peça mesmo que ocupasse um ponto no espaço circular curvo entre os cantos do quadrado. Ele publicou suas descobertas sobre como determinar a verdadeira posição em um livro intitulado Desenhos e Dimensões.
*Folga interna
Hoje, esse entendimento nos ajuda a desenvolver rolamentos que apresentam algum nível de folga ou folga, também conhecido como folga interna ou, mais especificamente, folga radial e axial. A folga radial é a folga medida perpendicularmente ao eixo do rolamento e a folga axial é a folga medida paralelamente ao eixo do rolamento.
Essa folga é projetada no rolamento desde o início para permitir que ele suporte cargas em diversas condições, levando em consideração fatores como expansão térmica e como o encaixe entre os anéis interno e externo afetará a vida útil do rolamento.
Especificamente, a folga pode afetar o ruído, a vibração, o estresse térmico, a deflexão, a distribuição de carga e a vida em fadiga. Uma folga radial maior é desejável em situações em que se espera que o anel interno ou eixo fique mais quente e se expanda durante o uso em comparação com o anel externo ou alojamento. Nesta situação, a folga do rolamento será reduzida. Por outro lado, a folga aumentará se o anel externo se expandir mais do que o anel interno.
Uma folga axial maior é desejável em sistemas onde há um desalinhamento entre o eixo e o alojamento, pois o desalinhamento pode fazer com que um rolamento com uma pequena folga interna falhe rapidamente. Uma folga maior também pode permitir que o rolamento lide com cargas axiais ligeiramente maiores, pois introduz um ângulo de contato mais alto.
*Acessórios
É importante que os engenheiros encontrem o equilíbrio correto de folga interna em um rolamento. Um rolamento excessivamente apertado com folga insuficiente gerará excesso de calor e atrito, o que fará com que as esferas deslizem na pista e acelerem o desgaste. Da mesma forma, muita folga aumentará o ruído e a vibração e reduzirá a precisão rotacional.
A folga pode ser controlada usando ajustes diferentes. Ajustes de engenharia referem-se à folga entre duas peças correspondentes. Isso geralmente é descrito como um eixo em um furo e representa o grau de aperto ou folga entre o eixo e o anel interno e entre o anel externo e o alojamento. Geralmente se manifesta em um ajuste frouxo e com folga ou em um ajuste apertado e com interferência.
Um ajuste perfeito entre o anel interno e o eixo é importante para mantê-lo no lugar e evitar fugas ou deslizamentos indesejados, que podem gerar calor e vibração e induzir degradação.
No entanto, um ajuste interferente reduzirá a folga em um rolamento de esferas à medida que expande o anel interno. Um ajuste igualmente apertado entre a caixa e o anel externo em um rolamento com folga radial baixa comprimirá o anel externo e reduzirá ainda mais a folga. Isso resultará em uma folga interna negativa – tornando efetivamente o eixo maior que o furo – e levará a atrito excessivo e falha prematura.
O objetivo é ter folga operacional zero quando o rolamento estiver funcionando em condições normais. No entanto, a folga radial inicial necessária para conseguir isso pode causar problemas de derrapagem ou deslizamento das esferas, reduzindo a rigidez e a precisão rotacional. Esta folga radial inicial pode ser removida usando pré-carga. A pré-carga é um meio de colocar uma carga axial permanente em um rolamento, uma vez instalado, usando arruelas ou molas instaladas contra o anel interno ou externo.
Os engenheiros também devem considerar o fato de que é mais fácil reduzir a folga em um rolamento de seção fina porque os anéis são mais finos e mais fáceis de deformar. Como fabricante de rolamentos pequenos e em miniatura, a JITO Bearings alerta seus clientes que é preciso tomar mais cuidado com os ajustes do eixo ao alojamento. A circularidade do eixo e da carcaça também é mais importante com rolamentos do tipo fino porque um eixo fora do círculo deformará os anéis finos e aumentará o ruído, a vibração e o torque.
*Tolerâncias
O mal-entendido sobre o papel da folga radial e axial levou muitos a confundir a relação entre folga e precisão, especificamente a precisão que resulta de melhores tolerâncias de fabricação.
Algumas pessoas pensam que um rolamento de alta precisão quase não deveria ter folga e que deveria girar com muita precisão. Para eles, uma folga radial solta parece menos precisa e dá a impressão de baixa qualidade, mesmo que seja um rolamento de alta precisão projetado deliberadamente com folga solta. Por exemplo, perguntamos a alguns de nossos clientes no passado por que eles queriam um rolamento de maior precisão e eles nos disseram que queriam “reduzir a folga”.
No entanto, é verdade que a tolerância melhora a precisão. Não muito depois do advento da produção em massa, os engenheiros perceberam que não é prático nem económico, se é que é mesmo possível, fabricar dois produtos exactamente iguais. Mesmo quando todas as variáveis de fabricação são mantidas iguais, sempre haverá diferenças mínimas entre uma unidade e outra.
Hoje, isso passou a representar uma tolerância permitida ou aceitável. As classes de tolerância para rolamentos de esferas, conhecidas como classificações ISO (métricas) ou ABEC (polegadas), regulam o desvio permitido e cobrem medições, incluindo o tamanho do anel interno e externo e a circularidade dos anéis e pistas. Quanto maior a classe e mais restrita a tolerância, mais preciso será o rolamento depois de montado.
Ao atingir o equilíbrio certo entre montagem e folga radial e axial durante o uso, os engenheiros podem alcançar a folga operacional zero ideal e garantir baixo ruído e rotação precisa. Ao fazê-lo, podemos esclarecer a confusão entre precisão e folga e, da mesma forma que Stanley Parker revolucionou a medição industrial, mudar fundamentalmente a forma como olhamos para os rolamentos.
Horário da postagem: 04/03/2021
