Contenido

La invención del rodamiento, en forma de rodillos de madera que sostienen un objeto que se mueve, es muy antigua, y puede ser anterior a la invención de la rueda utilizada para el transporte que gira sobre un cojinete liso.[5]​.

Aunque a menudo se afirma que los egipcios usaban troncos "Tronco (botánica)") como rodillos situados debajo de plataformas de arrastre, es una especulación moderna.[6]​ Los propios dibujos del período del Antiguo Egipto encontrados en la tumba de Dyehutyhotep muestran el proceso de mover enormes bloques de piedra empleando trineos con los patines lubricados con líquidos que constituirían una forma de cojinetes de deslizamiento.[7]​ También hay dibujos egipcios de superficies de deslizamiento lisas preparadas con herramientas manuales.[8]​.

Los vehículos con ruedas que utilizaban cojinetes lisos debieron aparecer entre el 5000 y el 3000 a. C.[9]​.

El primer ejemplo conocido de un cojinete con elementos rodantes es un rodamiento de bolas de madera que sostiene una mesa giratoria de época romana, encontrada entre los restos de los barcos de Nemi (hallados junto a la villa imperial de Calígula en el lago de Nemi, en Italia), que datan del año 40 d. C.[10]​[11]​.

Leonardo da Vinci incorporó dibujos de cojinetes de bolas en su diseño para un helicóptero alrededor del año 1500. Este es el primer dibujo que testimonia la idea de utilizar rodamientos en un diseño aeronáutico. Sin embargo, Agostino Ramelli (1531-1610) sería el primero en publicar un libro con bocetos de rodamientos de rodillos y de empuje. Un problema con los cojinetes de bolas y de rodillos es que las bolas o los rodillos rozan entre sí, lo que provoca una fricción adicional, que se puede reducir separándolos mediante jaulas. El cojinete de bolas enjauladas fue descrito originalmente por Galileo en el siglo XVII.[12]​.

El primer rodamiento de rodillos enjaulado práctico fue inventado a mediados de la década de 1740 por el relojero británico John Harrison para su cronómetro marino H3, donde se empleaba un cojinete para permitir un movimiento oscilante de baja amplitud, pero también usó un cojinete similar en una aplicación verdaderamente rotatoria en un reloj contemporáneo.[12]​.

era industrial

A primeira patente moderna registrada para um rolamento de esferas foi concedida a Philip Vaughan, um inventor e mestre de forja britânico que desenvolveu o primeiro projeto de um rolamento de esferas em Carmarthen em 1794. Seu foi o primeiro projeto moderno de rolamento de esferas, com as esferas rolando em uma ranhura perimetral cortada no corpo do eixo. Os rolamentos desempenharam um papel fundamental na nascente Revolução Industrial, permitindo que novas máquinas operassem com mais eficiência.

Os primeiros rolamentos lisos e rolantes foram feitos de madeira, seguidos logo pelos de bronze. Ao longo de sua história, eles foram feitos de muitos materiais, incluindo cerâmica, safira, vidro, aço, bronze, outros metais e vários plásticos (como náilon, poliacetal, politetrafluoroetileno ou polietileno de alta densidade), que ainda são usados ​​hoje.

Os relojoeiros produzem relógios "joiados" que usam mancais lisos de rubi para reduzir o atrito, permitindo uma cronometragem mais precisa.

Mesmo os materiais mais básicos podem ter boa durabilidade. Por exemplo, rolamentos de madeira ainda podem ser vistos em relógios antigos ou em moinhos hidráulicos onde a água fornece resfriamento e lubrificação.

A primeira patente para um rolamento de esferas de estilo radial foi concedida a Jules Suriray, um mecânico de bicicletas parisiense, em 3 de agosto de 1869. Os rolamentos foram posteriormente instalados na bicicleta com a qual James Moore "James Moore (ciclista)" venceu a primeira corrida de bicicleta de estrada do mundo, a Paris-Rouen "Paris-Rouen (corrida de ciclistas)") em novembro de 1869.

Em 1883, Friedrich Fischer "Friedrich Fischer (inventor"), fundador da empresa FAG"), desenvolveu um método para retificar e polir em série bolas de tamanho igual e esfericidade precisa, que lançou as bases para a criação de uma indústria de rolamentos independente. Sua cidade natal, Schweinfurt (Alemanha) "Schweinfurt (Alemanha)"), mais tarde se tornou um centro líder mundial na produção de rolamentos de esferas.

O design moderno e autocompensador dos rolamentos de esferas é atribuído ao engenheiro Sven Wingquist, da empresa de fabricação de rolamentos de esferas SKF, em 1907, quando recebeu a patente sueca nº 25406.

Henry Timken, um visionário empresário de fabricação de carruagens do século XIX, patenteou o rolamento de rolos cônicos em 1898. No ano seguinte, ele formou uma empresa para produzir sua inovação. Por mais de um século, a empresa cresceu para fabricar rolamentos de todos os tipos, incluindo o uso de aços especiais em uma ampla gama de produtos e serviços relacionados.

Erich Franke inventou e patenteou o rolamento para cerca de arame em 1934. Seu foco estava em um projeto de rolamento com a menor seção transversal possível que pudesse ser integrado ao projeto da caixa. Após a Segunda Guerra Mundial, juntamente com Gerhard Heydrich, fundou a empresa Franke & Heydrich KG (hoje Franke GmbH) para promover o desenvolvimento e a produção de rolamentos de esferas.

A extensa pesquisa de Richard Stribeck[15]​[16]​ sobre aços para rolamentos de esferas o levou a identificar a metalurgia do aço 100Cr6 comumente usado (AISI 52100)[17]​, cujo coeficiente de atrito varia dependendo da pressão recebida.

Projetadas em 1968 e patenteadas em 1972, o cofundador da Bishop-Wisecarver, Bud Wisecarver, criou rodas guia com rolamentos com ranhura em V, um tipo de rolamento de movimento linear, cujas ranhuras são formadas por ranhuras em forma de V de 90 graus.

No início da década de 1980, o fundador da Pacific Bearing, Robert Schroeder, inventou o primeiro mancal liso bimaterial cujo tamanho era intercambiável com rolamentos lineares de esferas. Este rolamento possuía um invólucro metálico (alumínio, aço ou aço inoxidável) e uma camada de material à base de Teflon conectada por uma fina camada adesiva.[19]​.

Hoje, os rolamentos de esferas e de rolos são usados ​​em muitas aplicações que incluem um componente rotativo. Exemplos notáveis ​​são rolamentos de velocidade ultra-alta usados ​​em brocas dentárias, rolamentos aeroespaciais no Mars Rover, rolamentos de rodas e caixas de câmbio em automóveis, rolamentos de deflexão em sistemas de alinhamento óptico, cubos de rodas de bicicletas e rolamentos pneumáticos usados ​​em máquinas de medição por coordenadas.

Existem diferentes tipos de rolamentos, com diferentes formatos, materiais, lubrificação ou princípios de funcionamento. De longe, o rolamento mais comum é o rolamento liso, no qual são utilizadas superfícies de contato de fricção, geralmente lubrificadas com óleo ou grafite. Um mancal liso nada mais é do que a superfície de apoio de um furo através de um eixo, ou uma superfície plana sobre a qual repousa outro elemento, o que é definido como um dispositivo não discreto. No caso de uma camada de metal Babbit "Babbitt (metal)") fundida ao substrato para facilitar o deslizamento, isto é referido como um dispositivo semi-discreto; e quando tem a forma de uma manga separável então é uma superfície de suporte discreta. Com a lubrificação adequada, os mancais de deslizamento geralmente fornecem precisão, vida útil e atrito completamente aceitáveis ​​a um custo mínimo e, portanto, são amplamente utilizados.

No entanto, existem muitas aplicações em que um tipo específico de rolamento pode melhorar a eficiência, a precisão, os intervalos de manutenção, a confiabilidade, a velocidade operacional, o tamanho, o peso e os custos de aquisição e operação do maquinário.

Existem pelo menos 6 tipos comuns de rolamentos, cada um dos quais funciona com princípios diferentes:

Os movimentos comumente permitidos pelos rolamentos são:.

A redução do atrito nos rolamentos é muitas vezes importante para otimizar a sua eficiência, para reduzir o desgaste e para facilitar o uso prolongado em altas velocidades, evitando superaquecimento e falhas prematuras dos rolamentos. Essencialmente, um rolamento pode reduzir o atrito em virtude da sua forma, do seu material, ou pela introdução e contenção de um fluido entre as superfícies ou pela separação das superfícies com um campo eletromagnético.

Até mesmo combinações de alguns desses sistemas podem ser usadas no mesmo rolamento. Um exemplo são os rolamentos nos quais é utilizado um material plástico na gaiola que separa os rolos/esferas, o que por sua vez reduz o atrito devido ao seu formato e acabamento.

O projeto dos rolamentos varia dependendo do tamanho e da direção das forças que devem suportar. As forças podem ser predominantemente radiais (raio (geometria)), axiais (rolamentos axiais) ou forças de flexão perpendiculares ao eixo principal.

Diferentes tipos de rolamentos têm diferentes limites de velocidade operacional. Eles são geralmente especificados como velocidades superficiais relativas máximas, geralmente expressas em pés/s ou m/s. Os rolamentos giratórios normalmente descrevem o desempenho em termos do produto "DN", onde "D" é o diâmetro médio (geralmente em mm) do rolamento e "N" é a velocidade de rotação em rotações por minuto.

Em geral, há uma sobreposição considerável nas faixas de velocidade entre os tipos de rolamentos. Os rolamentos lisos geralmente suportam apenas as velocidades mais baixas, os rolamentos de elementos rolantes permitem giros mais rápidos, seguidos por rolamentos fluidos e, finalmente, rolamentos magnéticos, em última análise, limitados pela força centrípeta que excede a resistência do material.

Em algumas aplicações, as cargas de suporte são geradas em diferentes direções, mas os rolamentos toleram apenas uma folga ou "inclinação" limitada (ângulo em relação à direção normal do eixo) à medida que a carga aplicada muda. Uma fonte de movimento são lacunas ou “folgas” no rolamento. Por exemplo, um eixo de 10 mm em um furo de 12 mm tem uma folga de 2 mm.

O jogo permitido varia muito dependendo do uso. Por exemplo, uma roda de carrinho de mão suporta cargas radiais e axiais. As cargas axiais podem envolver centenas de newtons (Newton (unidade)") de força para a esquerda ou para a direita e geralmente é aceitável que a roda oscile até 10 mm sob a carga variável. Em contraste, um torno pode posicionar uma ferramenta de corte com uma precisão de ±0,002 mm usando um parafuso de esfera apoiado por rolamentos rotativos, que deve suportar cargas axiais de milhares de newtons em qualquer direção.

Uma segunda fonte de movimento é a elasticidade do próprio rolamento. Por exemplo, as esferas de um rolamento têm uma certa flexibilidade e, sob carga, deformam-se numa forma ligeiramente achatada. A ranhura por onde passam os rolos também tem comportamento elástico, e desenvolve um leve amassado onde recebe a pressão das esferas.

A rigidez de um rolamento está relacionada à forma como a distância entre as partes separadas varia com a carga aplicada. Nos rolamentos de corpos rolantes, está ligado à tensão suportada entre as esferas e as ranhuras por onde passam. Com rolamentos fluidos, isso se deve à forma como o espaçamento entre as peças varia com a pressão do fluido (quando carregados adequadamente, os rolamentos fluidos são normalmente mais rígidos do que os rolamentos de elementos rolantes).

Los cojinetes de fluidos y magnéticos pueden tener una vida útil prácticamente indefinida. En la práctica, existen cojinetes de fluido que soportan cargas elevadas en plantas hidroeléctricas que han estado en servicio casi continuo desde alrededor de 1900 y que no muestran signos de desgaste.[21]​.

La vida útil de los cojinetes de los elementos rodantes está determinada por la carga, la temperatura, el mantenimiento, la lubricación, los defectos del material, la contaminación, la manipulación, la instalación y otros factores. Todos estos factores pueden tener un efecto significativo en la vida útil de un rodamiento. Por ejemplo, la vida útil de los rodamientos en una aplicación se prolongó drásticamente al cambiar la forma en que se almacenaban los rodamientos antes de su instalación y uso, ya que las vibraciones durante el almacenamiento provocaban problemas con el lubricante incluso cuando la única carga sobre el rodamiento era su propio peso;[22]​ el daño resultante es a menudo un falso punzonamiento.[23]​ La vida útil de los rodamientos se determina mediante valores estadísticos: varias muestras de un rodamiento dado, a menudo exhibirán una vida útil según una campana de Gauss, y algunas muestras presentarán una vida significativamente mejor o peor. Su vida útil varía porque la estructura microscópica y la contaminación varían mucho, incluso cuando macroscópicamente parecen idénticas.

Vida útil L10

Os rolamentos são frequentemente especificados para proporcionar vida útil "L10" (fora dos EUA também podem ser chamados de "B10"). É o período durante o qual se pode esperar que dez por cento dos rolamentos nessa aplicação tenham ficado fora de serviço devido à falha clássica por fadiga do material (e não a qualquer outro modo de falha causado por falta de lubrificação, montagem incorreta ou outros problemas) ou, alternativamente, o período de tempo durante o qual noventa por cento continuarão a funcionar. A vida útil do rolamento L10 é uma vida teórica e pode não representar a vida real de um determinado rolamento. Os rolamentos também são classificados usando o valor C (carga estática). Esta classificação de carga básica é um valor de referência e não um valor de carga real.

Para mancais autolubrificantes, alguns materiais proporcionam uma vida útil muito mais longa do que outros. Alguns dos relógios de John Harrison ainda funcionam depois de centenas de anos devido à madeira guaiac usada em sua construção, enquanto seus relógios de metal raramente funcionam devido a problemas de desgaste.

Em um mancal liso, duas buchas se movem em contato direto, deslizando por fricção. Para manter o atrito o mais baixo possível, são selecionados materiais e lubrificantes apropriados. Os lubrificantes têm a função de criar uma película deslizante que separa os dois materiais ou impede o contato direto. O metal Babbitt é geralmente usado como material de bucha.

À medida que as duas peças se tocam, o desgaste nas superfícies de contacto limita a sua vida útil. A geração de uma película lubrificante que separa as duas partes do mecanismo através da lubrificação completa requer um sistema adicional para aumentar a pressão do lubrificante. Este sistema é utilizado apenas em máquinas de grande porte, com grandes rolamentos deslizantes. A resistência ao deslizamento provoca a conversão de parte da energia cinética em calor, o que significa que as peças que suportam as buchas dos mancais devem ser muito resistentes tanto mecânica quanto termicamente.

Os rolamentos de flexão baseiam-se nas propriedades elásticas do material de uma peça que é dobrada repetidamente. Alguns materiais falham após serem submetidos a flexões repetidas, mesmo com cargas baixas, mas a seleção cuidadosa do material e o projeto adequado podem tornar indefinida a vida útil dos rolamentos flexíveis.

Embora uma longa vida útil do rolamento seja muitas vezes desejável, às vezes não é necessária. Harris, 2001 descreve um rolamento para uma bomba de oxigênio de motor de foguete que alcançou apenas algumas horas de vida, mas um valor bem acima das dezenas de minutos de vida estritamente necessários.[22]​.

Rolamentos de material compósito.

Dependendo de suas especificações específicas, os rolamentos compostos podem operar por até 30 anos sem manutenção.

Rolamentos oscilantes.

Para rolamentos usados ​​em aplicações oscilantes, abordagens específicas são usadas para calcular L10.[24]​.

Fatores externos

A vida útil de um rolamento é afetada por muitos parâmetros que não são controlados pelo fabricante que o forneceu. Por exemplo, montagem do rolamento, temperatura, exposição ao ambiente externo, limpeza do lubrificante ou passagem de correntes elétricas. Inversores eletrônicos de alta frequência podem induzir correntes parasitas em um rolamento, que podem ser suprimidas usando um núcleo de ferrite.

A temperatura e as características físicas das microsuperfícies de suporte determinarão a quantidade de atrito nos contatos entre as partes sólidas.

Certos elementos e campos reduzem o atrito enquanto aumentam as velocidades.

As forças esperadas para o regime de trabalho e o grau de mobilidade permitem determinar a quantidade de carga que o tipo de rolamento pode suportar.

Os fatores de alinhamento podem desempenhar um papel prejudicial no desgaste, embora este problema possa ser efetivamente mitigado pelo monitoramento computadorizado de sua evolução, e quase definitivamente, com tipos de rolamentos que evitam praticamente completamente o atrito, como rolamentos de levitação magnética ou rolamentos feitos de ar ou outros fluidos pressurizados.

Existem muitos métodos de montagem de rolamentos, geralmente usando um ajuste interferente.[25] O ajuste por pressão e o ajuste por contração envolvem a inserção de um rolamento em um furo ou eixo. Nestes casos, é importante manter o diâmetro interno do alojamento e o diâmetro externo do eixo dentro de limites muito rígidos, o que pode envolver uma ou mais operações de alargamento, diversas operações de faceamento e furação, operações de rosqueamento e rosqueamento.[26] Alternativamente, o ajuste de interferência desejado também pode ser alcançado adicionando um anel de tolerância.

Muchos rodamientos requieren mantenimiento periódico para evitar fallos prematuros, aunque otros muchos apenas requieren mantenimiento. Estos últimos incluyen varios tipos de cojinetes de polímero, fluidos y magnéticos, así como cojinetes de elementos rodantes que se describen con términos que incluyen "cojinete sellado" y "sellado de por vida", que incorporan un sellado para mantener fuera la suciedad y evitar que se escape la grasa que los lubrica. Se usan con éxito en muchas aplicaciones, brindando un funcionamiento libre de operaciones de mantenimiento, aunque en algunos casos no pueden usarse de manera efectiva.

Los rodamientos no sellados a menudo tienen un punto de engrase destinado a facilitar la lubricación periódica con una aceitera, o una recámara para ser llenada periódicamente con aceite. Antes de la década de 1970 no eran habituales, y el engrasado era una actividad más común que en la actualidad. Por ejemplo, los chasis de los automóviles solían requerir "trabajos de lubricación" casi tan a menudo como los cambios de aceite del motor, pero los chasis de los automóviles de hoy en día en su mayoría están sellados de por vida. Desde finales de 1700 hasta mediados de 1900, la industria dependía de muchos trabajadores llamados engrasadores&action=edit&redlink=1 "Engrasador (ocupación) (aún no redactado)") para lubricar la maquinaria con frecuencia.

Actualmente, las máquinas de fábrica suelen tener "sistemas de lubricación", en los que una bomba central suministra cargas periódicas de aceite o grasa desde un depósito a través de "líneas de lubricación" a los diversos "puntos de lubricación" en las superficies de apoyo de la máquina, los cojinetes, o los bloques de almohada"). La sincronización y el número de dichos "ciclos de lubricación" se regulan mediante el control computarizado de la máquina, utilizando un controlador lógico programable o sistemas de control numérico, así como mediante funciones de operación manual cuando se necesitan ocasionalmente. Este proceso automatizado es la forma en que se lubrican todas las máquinas herramienta asistidas electrónicamente modernas y muchas otras máquinas de fábrica actuales.

También se utilizan sistemas de lubricación similares en máquinas no automatizadas, en cuyo caso se dispone de una bomba manual que se supone que el operador de la máquina debe bombear una vez al día (para máquinas en uso constante) o una vez a la semana. Estos se denominan "sistemas de un solo paso" por su principal punto de accionamiento: un solo tirón de una manija sirve para lubricar la máquina completa, en lugar de una docena de posiciones diferentes alrededor de la máquina donde usar una aceitera o una lata de aceite.

El sistema de lubricación dentro de un motor moderno de automóvil o camión es similar en concepto a los sistemas de lubricación mencionados anteriormente, excepto en que el aceite se bombea continuamente. Gran parte de este aceite fluye a través de pasajes perforados o fundidos en la culata "Culata (motor)") y en el bloque del motor, llegando a través de estos conductos directamente a los cojinetes y saliendo a chorros a otros lugares para proporcionar un baño de aceite. La bomba de aceite simplemente bombea constantemente, y cualquier exceso de aceite bombeado escapa continuamente a través de una válvula de alivio hacia el sumidero del cárter.

Muchos rodamientos en operaciones industriales de alto ciclo necesitan lubricación y limpieza periódicas, y muchos requieren un ajuste ocasional, como un ajuste de precarga, para minimizar los efectos del desgaste.

La vida útil del rodamiento suele ser mucho mayor cuando se mantiene limpio y bien lubricado. Sin embargo, muchas aplicaciones dificultan un buen mantenimiento. Un ejemplo son los rodamientos de la cinta transportadora de una trituradora de rocas, están continuamente expuestos a partículas abrasivas duras. La limpieza es de poca utilidad por la dificultad que implica, y porque el rodamiento se ensucia nuevamente tan pronto como el transportador reanuda la operación. Por lo tanto, un buen programa de mantenimiento podría lubricar los cojinetes con frecuencia, pero no incluir ningún desmontaje para la limpieza. La lubricación frecuente, por su naturaleza, proporciona un tipo limitado de acción de limpieza, al desplazar el aceite o la grasa más antiguos (llenos de arena) por una carga nueva, que a su vez acumula arena antes de ser desplazada por el próximo ciclo. Otro ejemplo, son los cojinetes de las turbinas eólicas, que dificultan su mantenimiento ya que la góndola se coloca al aire en zonas de viento fuerte. Además, la turbina no siempre funciona y está sujeta a un comportamiento operativo diferente en diferentes condiciones climáticas, lo que hace que la lubricación adecuada sea un desafío.[27]​.

Detecção de falhas na pista externa de rolamentos de corpos rolantes

Os rolamentos são amplamente utilizados nas indústrias atuais e, portanto, sua manutenção torna-se uma tarefa importante. Os elementos rolantes tendem a se desgastar facilmente devido ao contato metal com metal, levando a falhas na pista externa, na pista interna e nos próprios rolos. É também o componente mais vulnerável de uma máquina porque muitas vezes está sob condições de alta carga e alta velocidade de operação. O diagnóstico regular de falhas nos rolamentos de corpos rolantes é essencial para a segurança industrial e para as operações das máquinas, bem como para reduzir custos de manutenção ou evitar tempos de inatividade. Entre a quadra externa, a quadra interna e a bola, a quadra externa tende a ser mais vulnerável a falhas e defeitos.

Os elementos rolantes podem excitar a frequência fundamental do componente do rolamento quando passam por um ponto danificado na pista externa. Portanto, é necessário identificar a frequência natural da pista externa do rolamento e seus harmônicos. Falhas em rolamentos criam impulsos e resultam em fortes harmônicos das frequências de falha no espectro do sinal de vibração,[28]​ que às vezes são mascarados por frequências adjacentes no espectro devido à sua baixa energia. Portanto, muitas vezes é necessária uma resolução espectral muito alta para identificar essas frequências durante a análise da transformada rápida de Fourier.

A frequência fundamental de um rolamento com condições de contorno livre é 3 kHz. Portanto, para usar o método de largura de banda de ressonância de um componente de rolamento para detectar a falha em um estágio inicial, um acelerômetro com faixa de medição de alta frequência deve ser usado e os dados devem ser registrados por um longo período. Uma frequência de falha característica só pode ser identificada quando a extensão da falha é grave, como a presença de um furo na pista externa. Os harmônicos de frequência de falha são um indicador mais sensível na pista externa do rolamento. Para uma detecção mais rigorosa de falhas em rolamentos defeituosos, técnicas de análise de espectro e forma de onda ajudarão a revelá-las. Porém, se a demodulação de alta frequência for utilizada na análise de envelope para detectar frequências características de falhas em rolamentos, os profissionais de manutenção devem ser mais cuidadosos na análise devido à influência da ressonância, que pode ou não conter componentes de frequência de falhas.

O uso da análise espectral como ferramenta para identificar falhas em rolamentos enfrenta desafios complexos devido a problemas como baixa energia, baixa nitidez do sinal ou ciclosazonalidade. A alta resolução é frequentemente desejada para diferenciar os componentes da frequência de falha de outras frequências adjacentes de alta amplitude. Portanto, ao amostrar o sinal para análise de transformada rápida de Fourier, o comprimento da amostra deve ser grande o suficiente para fornecer resolução de frequência adequada no espectro. Além disso, pode ser difícil manter o tempo de cálculo e a memória dentro dos limites e evitar truncamentos indesejados. No entanto, uma resolução de frequência mínima necessária pode ser obtida estimando-se as frequências de falha de rolamentos e outros componentes de frequência de vibração e seus harmônicos em função da velocidade do eixo, desalinhamento, frequência operacional ou efeito da caixa de engrenagens.[29]​.

Confinamento de lubrificante

Alguns rolamentos utilizam uma graxa espessa (lubrificante) para lubrificação, que é preenchida nos espaços entre as superfícies do rolamento, também conhecida como "gaxeta". A graxa é mantida no lugar por uma junta de plástico, couro ou borracha (anteriormente conhecida como caixa de empanque) que cobre as bordas internas e externas da pista do rolamento para evitar que o lubrificante escape.

Os rolamentos também podem ser embalados com outros materiais. Historicamente, as rodas dos vagões ferroviários usavam mancais de deslizamento preenchidos com "resíduos" ou pedaços soltos de algodão ou fibra de lã embebidos em óleo, confinados nas chamadas caixas de eixo, e posteriormente transferidos para almofadas de algodão sólidas.

lubrificador de anel

Os rolamentos podem ser lubrificados com um anel metálico que se move livremente no eixo giratório central do rolamento. Este anel fica pendurado dentro de uma câmara contendo óleo lubrificante. À medida que o rolamento gira, a adesão viscosa move o óleo pelo anel e o deposita no eixo, de onde migra para o rolamento para lubrificá-lo. O excesso de óleo é expelido e se acumula novamente na câmara.[31]​.

Lubrificação por respingo

Uma forma rudimentar de lubrificação é a "lubrificação por respingo"). defletores de plástico especiais que espalham o óleo aleatoriamente pelo interior do mecanismo.[32]​.

Lubrificação por pressão

Para máquinas de alta velocidade e alta potência, a perda de lubrificante pode resultar em rápido aquecimento dos rolamentos e danos devido ao atrito. Também em ambientes sujos, o óleo pode ficar contaminado com poeira ou detritos que aumentam o atrito. Nessas aplicações, um novo suprimento de lubrificante pode estar continuamente disponível para o rolamento e todas as outras superfícies de contato, e o excesso pode ser coletado para filtragem, resfriamento e possivelmente reutilização. A lubrificação por pressão é comumente usada em motores de combustão interna grandes e complexos, nas partes do motor onde o óleo respingado diretamente não consegue alcançar, como nos conjuntos de válvulas superiores.[33] Turbocompressores de alta velocidade também normalmente requerem um sistema de óleo pressurizado para resfriar os rolamentos e evitar que queimem devido ao calor da turbina.

Rolamentos compostos

Os rolamentos compostos são projetados com um revestimento autolubrificante de politetrafluoretileno (PTFE) com suporte de metal laminado. O revestimento de PTFE oferece fricção e durabilidade consistentes e controladas, enquanto o suporte de metal garante que o rolamento composto seja robusto e capaz de suportar altas cargas e tensões durante sua longa vida útil. Seu design também o torna leve: um décimo do peso de um rolamento tradicional.[34]​.

Existem muitos tipos diferentes de rolamentos. A pesquisa de novos designs é constante, a fim de reduzir o atrito, aumentar a carga útil do rolamento e aumentar o acúmulo de impulso e a velocidade.

Abaixo estão os termos para os diferentes tipos de rolamentos e suas peças, e seus correspondentes equivalentes em inglês:

Abaixo estão as fórmulas para dimensionar um rolamento de hélice de barco e um exemplo ilustrativo:.

Cálculo da dimensão do mancal de impulso do motor principal de um navio:.

Exemplo:.

A potência efetiva do motor é um dado manual, muitas vezes dado em (hp), que deve ser convertido para (kg/cm²). Suponha uma potência de 3.350 HP e uma eficiência de hélice de 0,6.

O termo rolamento é um diminutivo do nome almofada,[4]​ referindo-se à sua finalidade como elemento de suporte e ao seu pequeno tamanho.

Contenido

La invención del rodamiento, en forma de rodillos de madera que sostienen un objeto que se mueve, es muy antigua, y puede ser anterior a la invención de la rueda utilizada para el transporte que gira sobre un cojinete liso.[5]​.

Aunque a menudo se afirma que los egipcios usaban troncos "Tronco (botánica)") como rodillos situados debajo de plataformas de arrastre, es una especulación moderna.[6]​ Los propios dibujos del período del Antiguo Egipto encontrados en la tumba de Dyehutyhotep muestran el proceso de mover enormes bloques de piedra empleando trineos con los patines lubricados con líquidos que constituirían una forma de cojinetes de deslizamiento.[7]​ También hay dibujos egipcios de superficies de deslizamiento lisas preparadas con herramientas manuales.[8]​.

Los vehículos con ruedas que utilizaban cojinetes lisos debieron aparecer entre el 5000 y el 3000 a. C.[9]​.

El primer ejemplo conocido de un cojinete con elementos rodantes es un rodamiento de bolas de madera que sostiene una mesa giratoria de época romana, encontrada entre los restos de los barcos de Nemi (hallados junto a la villa imperial de Calígula en el lago de Nemi, en Italia), que datan del año 40 d. C.[10]​[11]​.

Leonardo da Vinci incorporó dibujos de cojinetes de bolas en su diseño para un helicóptero alrededor del año 1500. Este es el primer dibujo que testimonia la idea de utilizar rodamientos en un diseño aeronáutico. Sin embargo, Agostino Ramelli (1531-1610) sería el primero en publicar un libro con bocetos de rodamientos de rodillos y de empuje. Un problema con los cojinetes de bolas y de rodillos es que las bolas o los rodillos rozan entre sí, lo que provoca una fricción adicional, que se puede reducir separándolos mediante jaulas. El cojinete de bolas enjauladas fue descrito originalmente por Galileo en el siglo XVII.[12]​.

El primer rodamiento de rodillos enjaulado práctico fue inventado a mediados de la década de 1740 por el relojero británico John Harrison para su cronómetro marino H3, donde se empleaba un cojinete para permitir un movimiento oscilante de baja amplitud, pero también usó un cojinete similar en una aplicación verdaderamente rotatoria en un reloj contemporáneo.[12]​.

era industrial

A primeira patente moderna registrada para um rolamento de esferas foi concedida a Philip Vaughan, um inventor e mestre de forja britânico que desenvolveu o primeiro projeto de um rolamento de esferas em Carmarthen em 1794. Seu foi o primeiro projeto moderno de rolamento de esferas, com as esferas rolando em uma ranhura perimetral cortada no corpo do eixo. Os rolamentos desempenharam um papel fundamental na nascente Revolução Industrial, permitindo que novas máquinas operassem com mais eficiência.

Os primeiros rolamentos lisos e rolantes foram feitos de madeira, seguidos logo pelos de bronze. Ao longo de sua história, eles foram feitos de muitos materiais, incluindo cerâmica, safira, vidro, aço, bronze, outros metais e vários plásticos (como náilon, poliacetal, politetrafluoroetileno ou polietileno de alta densidade), que ainda são usados ​​hoje.

Os relojoeiros produzem relógios "joiados" que usam mancais lisos de rubi para reduzir o atrito, permitindo uma cronometragem mais precisa.

Mesmo os materiais mais básicos podem ter boa durabilidade. Por exemplo, rolamentos de madeira ainda podem ser vistos em relógios antigos ou em moinhos hidráulicos onde a água fornece resfriamento e lubrificação.

A primeira patente para um rolamento de esferas de estilo radial foi concedida a Jules Suriray, um mecânico de bicicletas parisiense, em 3 de agosto de 1869. Os rolamentos foram posteriormente instalados na bicicleta com a qual James Moore "James Moore (ciclista)" venceu a primeira corrida de bicicleta de estrada do mundo, a Paris-Rouen "Paris-Rouen (corrida de ciclistas)") em novembro de 1869.

Em 1883, Friedrich Fischer "Friedrich Fischer (inventor"), fundador da empresa FAG"), desenvolveu um método para retificar e polir em série bolas de tamanho igual e esfericidade precisa, que lançou as bases para a criação de uma indústria de rolamentos independente. Sua cidade natal, Schweinfurt (Alemanha) "Schweinfurt (Alemanha)"), mais tarde se tornou um centro líder mundial na produção de rolamentos de esferas.

O design moderno e autocompensador dos rolamentos de esferas é atribuído ao engenheiro Sven Wingquist, da empresa de fabricação de rolamentos de esferas SKF, em 1907, quando recebeu a patente sueca nº 25406.

Henry Timken, um visionário empresário de fabricação de carruagens do século XIX, patenteou o rolamento de rolos cônicos em 1898. No ano seguinte, ele formou uma empresa para produzir sua inovação. Por mais de um século, a empresa cresceu para fabricar rolamentos de todos os tipos, incluindo o uso de aços especiais em uma ampla gama de produtos e serviços relacionados.

Erich Franke inventou e patenteou o rolamento para cerca de arame em 1934. Seu foco estava em um projeto de rolamento com a menor seção transversal possível que pudesse ser integrado ao projeto da caixa. Após a Segunda Guerra Mundial, juntamente com Gerhard Heydrich, fundou a empresa Franke & Heydrich KG (hoje Franke GmbH) para promover o desenvolvimento e a produção de rolamentos de esferas.

A extensa pesquisa de Richard Stribeck[15]​[16]​ sobre aços para rolamentos de esferas o levou a identificar a metalurgia do aço 100Cr6 comumente usado (AISI 52100)[17]​, cujo coeficiente de atrito varia dependendo da pressão recebida.

Projetadas em 1968 e patenteadas em 1972, o cofundador da Bishop-Wisecarver, Bud Wisecarver, criou rodas guia com rolamentos com ranhura em V, um tipo de rolamento de movimento linear, cujas ranhuras são formadas por ranhuras em forma de V de 90 graus.

No início da década de 1980, o fundador da Pacific Bearing, Robert Schroeder, inventou o primeiro mancal liso bimaterial cujo tamanho era intercambiável com rolamentos lineares de esferas. Este rolamento possuía um invólucro metálico (alumínio, aço ou aço inoxidável) e uma camada de material à base de Teflon conectada por uma fina camada adesiva.[19]​.

Hoje, os rolamentos de esferas e de rolos são usados ​​em muitas aplicações que incluem um componente rotativo. Exemplos notáveis ​​são rolamentos de velocidade ultra-alta usados ​​em brocas dentárias, rolamentos aeroespaciais no Mars Rover, rolamentos de rodas e caixas de câmbio em automóveis, rolamentos de deflexão em sistemas de alinhamento óptico, cubos de rodas de bicicletas e rolamentos pneumáticos usados ​​em máquinas de medição por coordenadas.

Existem diferentes tipos de rolamentos, com diferentes formatos, materiais, lubrificação ou princípios de funcionamento. De longe, o rolamento mais comum é o rolamento liso, no qual são utilizadas superfícies de contato de fricção, geralmente lubrificadas com óleo ou grafite. Um mancal liso nada mais é do que a superfície de apoio de um furo através de um eixo, ou uma superfície plana sobre a qual repousa outro elemento, o que é definido como um dispositivo não discreto. No caso de uma camada de metal Babbit "Babbitt (metal)") fundida ao substrato para facilitar o deslizamento, isto é referido como um dispositivo semi-discreto; e quando tem a forma de uma manga separável então é uma superfície de suporte discreta. Com a lubrificação adequada, os mancais de deslizamento geralmente fornecem precisão, vida útil e atrito completamente aceitáveis ​​a um custo mínimo e, portanto, são amplamente utilizados.

No entanto, existem muitas aplicações em que um tipo específico de rolamento pode melhorar a eficiência, a precisão, os intervalos de manutenção, a confiabilidade, a velocidade operacional, o tamanho, o peso e os custos de aquisição e operação do maquinário.

Existem pelo menos 6 tipos comuns de rolamentos, cada um dos quais funciona com princípios diferentes:

Os movimentos comumente permitidos pelos rolamentos são:.

A redução do atrito nos rolamentos é muitas vezes importante para otimizar a sua eficiência, para reduzir o desgaste e para facilitar o uso prolongado em altas velocidades, evitando superaquecimento e falhas prematuras dos rolamentos. Essencialmente, um rolamento pode reduzir o atrito em virtude da sua forma, do seu material, ou pela introdução e contenção de um fluido entre as superfícies ou pela separação das superfícies com um campo eletromagnético.

Até mesmo combinações de alguns desses sistemas podem ser usadas no mesmo rolamento. Um exemplo são os rolamentos nos quais é utilizado um material plástico na gaiola que separa os rolos/esferas, o que por sua vez reduz o atrito devido ao seu formato e acabamento.

O projeto dos rolamentos varia dependendo do tamanho e da direção das forças que devem suportar. As forças podem ser predominantemente radiais (raio (geometria)), axiais (rolamentos axiais) ou forças de flexão perpendiculares ao eixo principal.

Diferentes tipos de rolamentos têm diferentes limites de velocidade operacional. Eles são geralmente especificados como velocidades superficiais relativas máximas, geralmente expressas em pés/s ou m/s. Os rolamentos giratórios normalmente descrevem o desempenho em termos do produto "DN", onde "D" é o diâmetro médio (geralmente em mm) do rolamento e "N" é a velocidade de rotação em rotações por minuto.

Em geral, há uma sobreposição considerável nas faixas de velocidade entre os tipos de rolamentos. Os rolamentos lisos geralmente suportam apenas as velocidades mais baixas, os rolamentos de elementos rolantes permitem giros mais rápidos, seguidos por rolamentos fluidos e, finalmente, rolamentos magnéticos, em última análise, limitados pela força centrípeta que excede a resistência do material.

Em algumas aplicações, as cargas de suporte são geradas em diferentes direções, mas os rolamentos toleram apenas uma folga ou "inclinação" limitada (ângulo em relação à direção normal do eixo) à medida que a carga aplicada muda. Uma fonte de movimento são lacunas ou “folgas” no rolamento. Por exemplo, um eixo de 10 mm em um furo de 12 mm tem uma folga de 2 mm.

O jogo permitido varia muito dependendo do uso. Por exemplo, uma roda de carrinho de mão suporta cargas radiais e axiais. As cargas axiais podem envolver centenas de newtons (Newton (unidade)") de força para a esquerda ou para a direita e geralmente é aceitável que a roda oscile até 10 mm sob a carga variável. Em contraste, um torno pode posicionar uma ferramenta de corte com uma precisão de ±0,002 mm usando um parafuso de esfera apoiado por rolamentos rotativos, que deve suportar cargas axiais de milhares de newtons em qualquer direção.

Uma segunda fonte de movimento é a elasticidade do próprio rolamento. Por exemplo, as esferas de um rolamento têm uma certa flexibilidade e, sob carga, deformam-se numa forma ligeiramente achatada. A ranhura por onde passam os rolos também tem comportamento elástico, e desenvolve um leve amassado onde recebe a pressão das esferas.

A rigidez de um rolamento está relacionada à forma como a distância entre as partes separadas varia com a carga aplicada. Nos rolamentos de corpos rolantes, está ligado à tensão suportada entre as esferas e as ranhuras por onde passam. Com rolamentos fluidos, isso se deve à forma como o espaçamento entre as peças varia com a pressão do fluido (quando carregados adequadamente, os rolamentos fluidos são normalmente mais rígidos do que os rolamentos de elementos rolantes).

Los cojinetes de fluidos y magnéticos pueden tener una vida útil prácticamente indefinida. En la práctica, existen cojinetes de fluido que soportan cargas elevadas en plantas hidroeléctricas que han estado en servicio casi continuo desde alrededor de 1900 y que no muestran signos de desgaste.[21]​.

La vida útil de los cojinetes de los elementos rodantes está determinada por la carga, la temperatura, el mantenimiento, la lubricación, los defectos del material, la contaminación, la manipulación, la instalación y otros factores. Todos estos factores pueden tener un efecto significativo en la vida útil de un rodamiento. Por ejemplo, la vida útil de los rodamientos en una aplicación se prolongó drásticamente al cambiar la forma en que se almacenaban los rodamientos antes de su instalación y uso, ya que las vibraciones durante el almacenamiento provocaban problemas con el lubricante incluso cuando la única carga sobre el rodamiento era su propio peso;[22]​ el daño resultante es a menudo un falso punzonamiento.[23]​ La vida útil de los rodamientos se determina mediante valores estadísticos: varias muestras de un rodamiento dado, a menudo exhibirán una vida útil según una campana de Gauss, y algunas muestras presentarán una vida significativamente mejor o peor. Su vida útil varía porque la estructura microscópica y la contaminación varían mucho, incluso cuando macroscópicamente parecen idénticas.

Vida útil L10

Os rolamentos são frequentemente especificados para proporcionar vida útil "L10" (fora dos EUA também podem ser chamados de "B10"). É o período durante o qual se pode esperar que dez por cento dos rolamentos nessa aplicação tenham ficado fora de serviço devido à falha clássica por fadiga do material (e não a qualquer outro modo de falha causado por falta de lubrificação, montagem incorreta ou outros problemas) ou, alternativamente, o período de tempo durante o qual noventa por cento continuarão a funcionar. A vida útil do rolamento L10 é uma vida teórica e pode não representar a vida real de um determinado rolamento. Os rolamentos também são classificados usando o valor C (carga estática). Esta classificação de carga básica é um valor de referência e não um valor de carga real.

Para mancais autolubrificantes, alguns materiais proporcionam uma vida útil muito mais longa do que outros. Alguns dos relógios de John Harrison ainda funcionam depois de centenas de anos devido à madeira guaiac usada em sua construção, enquanto seus relógios de metal raramente funcionam devido a problemas de desgaste.

Em um mancal liso, duas buchas se movem em contato direto, deslizando por fricção. Para manter o atrito o mais baixo possível, são selecionados materiais e lubrificantes apropriados. Os lubrificantes têm a função de criar uma película deslizante que separa os dois materiais ou impede o contato direto. O metal Babbitt é geralmente usado como material de bucha.

À medida que as duas peças se tocam, o desgaste nas superfícies de contacto limita a sua vida útil. A geração de uma película lubrificante que separa as duas partes do mecanismo através da lubrificação completa requer um sistema adicional para aumentar a pressão do lubrificante. Este sistema é utilizado apenas em máquinas de grande porte, com grandes rolamentos deslizantes. A resistência ao deslizamento provoca a conversão de parte da energia cinética em calor, o que significa que as peças que suportam as buchas dos mancais devem ser muito resistentes tanto mecânica quanto termicamente.

Os rolamentos de flexão baseiam-se nas propriedades elásticas do material de uma peça que é dobrada repetidamente. Alguns materiais falham após serem submetidos a flexões repetidas, mesmo com cargas baixas, mas a seleção cuidadosa do material e o projeto adequado podem tornar indefinida a vida útil dos rolamentos flexíveis.

Embora uma longa vida útil do rolamento seja muitas vezes desejável, às vezes não é necessária. Harris, 2001 descreve um rolamento para uma bomba de oxigênio de motor de foguete que alcançou apenas algumas horas de vida, mas um valor bem acima das dezenas de minutos de vida estritamente necessários.[22]​.

Rolamentos de material compósito.

Dependendo de suas especificações específicas, os rolamentos compostos podem operar por até 30 anos sem manutenção.

Rolamentos oscilantes.

Para rolamentos usados ​​em aplicações oscilantes, abordagens específicas são usadas para calcular L10.[24]​.

Fatores externos

A vida útil de um rolamento é afetada por muitos parâmetros que não são controlados pelo fabricante que o forneceu. Por exemplo, montagem do rolamento, temperatura, exposição ao ambiente externo, limpeza do lubrificante ou passagem de correntes elétricas. Inversores eletrônicos de alta frequência podem induzir correntes parasitas em um rolamento, que podem ser suprimidas usando um núcleo de ferrite.

A temperatura e as características físicas das microsuperfícies de suporte determinarão a quantidade de atrito nos contatos entre as partes sólidas.

Certos elementos e campos reduzem o atrito enquanto aumentam as velocidades.

As forças esperadas para o regime de trabalho e o grau de mobilidade permitem determinar a quantidade de carga que o tipo de rolamento pode suportar.

Os fatores de alinhamento podem desempenhar um papel prejudicial no desgaste, embora este problema possa ser efetivamente mitigado pelo monitoramento computadorizado de sua evolução, e quase definitivamente, com tipos de rolamentos que evitam praticamente completamente o atrito, como rolamentos de levitação magnética ou rolamentos feitos de ar ou outros fluidos pressurizados.

Existem muitos métodos de montagem de rolamentos, geralmente usando um ajuste interferente.[25] O ajuste por pressão e o ajuste por contração envolvem a inserção de um rolamento em um furo ou eixo. Nestes casos, é importante manter o diâmetro interno do alojamento e o diâmetro externo do eixo dentro de limites muito rígidos, o que pode envolver uma ou mais operações de alargamento, diversas operações de faceamento e furação, operações de rosqueamento e rosqueamento.[26] Alternativamente, o ajuste de interferência desejado também pode ser alcançado adicionando um anel de tolerância.

Muchos rodamientos requieren mantenimiento periódico para evitar fallos prematuros, aunque otros muchos apenas requieren mantenimiento. Estos últimos incluyen varios tipos de cojinetes de polímero, fluidos y magnéticos, así como cojinetes de elementos rodantes que se describen con términos que incluyen "cojinete sellado" y "sellado de por vida", que incorporan un sellado para mantener fuera la suciedad y evitar que se escape la grasa que los lubrica. Se usan con éxito en muchas aplicaciones, brindando un funcionamiento libre de operaciones de mantenimiento, aunque en algunos casos no pueden usarse de manera efectiva.

Los rodamientos no sellados a menudo tienen un punto de engrase destinado a facilitar la lubricación periódica con una aceitera, o una recámara para ser llenada periódicamente con aceite. Antes de la década de 1970 no eran habituales, y el engrasado era una actividad más común que en la actualidad. Por ejemplo, los chasis de los automóviles solían requerir "trabajos de lubricación" casi tan a menudo como los cambios de aceite del motor, pero los chasis de los automóviles de hoy en día en su mayoría están sellados de por vida. Desde finales de 1700 hasta mediados de 1900, la industria dependía de muchos trabajadores llamados engrasadores&action=edit&redlink=1 "Engrasador (ocupación) (aún no redactado)") para lubricar la maquinaria con frecuencia.

Actualmente, las máquinas de fábrica suelen tener "sistemas de lubricación", en los que una bomba central suministra cargas periódicas de aceite o grasa desde un depósito a través de "líneas de lubricación" a los diversos "puntos de lubricación" en las superficies de apoyo de la máquina, los cojinetes, o los bloques de almohada"). La sincronización y el número de dichos "ciclos de lubricación" se regulan mediante el control computarizado de la máquina, utilizando un controlador lógico programable o sistemas de control numérico, así como mediante funciones de operación manual cuando se necesitan ocasionalmente. Este proceso automatizado es la forma en que se lubrican todas las máquinas herramienta asistidas electrónicamente modernas y muchas otras máquinas de fábrica actuales.

También se utilizan sistemas de lubricación similares en máquinas no automatizadas, en cuyo caso se dispone de una bomba manual que se supone que el operador de la máquina debe bombear una vez al día (para máquinas en uso constante) o una vez a la semana. Estos se denominan "sistemas de un solo paso" por su principal punto de accionamiento: un solo tirón de una manija sirve para lubricar la máquina completa, en lugar de una docena de posiciones diferentes alrededor de la máquina donde usar una aceitera o una lata de aceite.

El sistema de lubricación dentro de un motor moderno de automóvil o camión es similar en concepto a los sistemas de lubricación mencionados anteriormente, excepto en que el aceite se bombea continuamente. Gran parte de este aceite fluye a través de pasajes perforados o fundidos en la culata "Culata (motor)") y en el bloque del motor, llegando a través de estos conductos directamente a los cojinetes y saliendo a chorros a otros lugares para proporcionar un baño de aceite. La bomba de aceite simplemente bombea constantemente, y cualquier exceso de aceite bombeado escapa continuamente a través de una válvula de alivio hacia el sumidero del cárter.

Muchos rodamientos en operaciones industriales de alto ciclo necesitan lubricación y limpieza periódicas, y muchos requieren un ajuste ocasional, como un ajuste de precarga, para minimizar los efectos del desgaste.

La vida útil del rodamiento suele ser mucho mayor cuando se mantiene limpio y bien lubricado. Sin embargo, muchas aplicaciones dificultan un buen mantenimiento. Un ejemplo son los rodamientos de la cinta transportadora de una trituradora de rocas, están continuamente expuestos a partículas abrasivas duras. La limpieza es de poca utilidad por la dificultad que implica, y porque el rodamiento se ensucia nuevamente tan pronto como el transportador reanuda la operación. Por lo tanto, un buen programa de mantenimiento podría lubricar los cojinetes con frecuencia, pero no incluir ningún desmontaje para la limpieza. La lubricación frecuente, por su naturaleza, proporciona un tipo limitado de acción de limpieza, al desplazar el aceite o la grasa más antiguos (llenos de arena) por una carga nueva, que a su vez acumula arena antes de ser desplazada por el próximo ciclo. Otro ejemplo, son los cojinetes de las turbinas eólicas, que dificultan su mantenimiento ya que la góndola se coloca al aire en zonas de viento fuerte. Además, la turbina no siempre funciona y está sujeta a un comportamiento operativo diferente en diferentes condiciones climáticas, lo que hace que la lubricación adecuada sea un desafío.[27]​.

Detecção de falhas na pista externa de rolamentos de corpos rolantes

Os rolamentos são amplamente utilizados nas indústrias atuais e, portanto, sua manutenção torna-se uma tarefa importante. Os elementos rolantes tendem a se desgastar facilmente devido ao contato metal com metal, levando a falhas na pista externa, na pista interna e nos próprios rolos. É também o componente mais vulnerável de uma máquina porque muitas vezes está sob condições de alta carga e alta velocidade de operação. O diagnóstico regular de falhas nos rolamentos de corpos rolantes é essencial para a segurança industrial e para as operações das máquinas, bem como para reduzir custos de manutenção ou evitar tempos de inatividade. Entre a quadra externa, a quadra interna e a bola, a quadra externa tende a ser mais vulnerável a falhas e defeitos.

Os elementos rolantes podem excitar a frequência fundamental do componente do rolamento quando passam por um ponto danificado na pista externa. Portanto, é necessário identificar a frequência natural da pista externa do rolamento e seus harmônicos. Falhas em rolamentos criam impulsos e resultam em fortes harmônicos das frequências de falha no espectro do sinal de vibração,[28]​ que às vezes são mascarados por frequências adjacentes no espectro devido à sua baixa energia. Portanto, muitas vezes é necessária uma resolução espectral muito alta para identificar essas frequências durante a análise da transformada rápida de Fourier.

A frequência fundamental de um rolamento com condições de contorno livre é 3 kHz. Portanto, para usar o método de largura de banda de ressonância de um componente de rolamento para detectar a falha em um estágio inicial, um acelerômetro com faixa de medição de alta frequência deve ser usado e os dados devem ser registrados por um longo período. Uma frequência de falha característica só pode ser identificada quando a extensão da falha é grave, como a presença de um furo na pista externa. Os harmônicos de frequência de falha são um indicador mais sensível na pista externa do rolamento. Para uma detecção mais rigorosa de falhas em rolamentos defeituosos, técnicas de análise de espectro e forma de onda ajudarão a revelá-las. Porém, se a demodulação de alta frequência for utilizada na análise de envelope para detectar frequências características de falhas em rolamentos, os profissionais de manutenção devem ser mais cuidadosos na análise devido à influência da ressonância, que pode ou não conter componentes de frequência de falhas.

O uso da análise espectral como ferramenta para identificar falhas em rolamentos enfrenta desafios complexos devido a problemas como baixa energia, baixa nitidez do sinal ou ciclosazonalidade. A alta resolução é frequentemente desejada para diferenciar os componentes da frequência de falha de outras frequências adjacentes de alta amplitude. Portanto, ao amostrar o sinal para análise de transformada rápida de Fourier, o comprimento da amostra deve ser grande o suficiente para fornecer resolução de frequência adequada no espectro. Além disso, pode ser difícil manter o tempo de cálculo e a memória dentro dos limites e evitar truncamentos indesejados. No entanto, uma resolução de frequência mínima necessária pode ser obtida estimando-se as frequências de falha de rolamentos e outros componentes de frequência de vibração e seus harmônicos em função da velocidade do eixo, desalinhamento, frequência operacional ou efeito da caixa de engrenagens.[29]​.

Confinamento de lubrificante

Alguns rolamentos utilizam uma graxa espessa (lubrificante) para lubrificação, que é preenchida nos espaços entre as superfícies do rolamento, também conhecida como "gaxeta". A graxa é mantida no lugar por uma junta de plástico, couro ou borracha (anteriormente conhecida como caixa de empanque) que cobre as bordas internas e externas da pista do rolamento para evitar que o lubrificante escape.

Os rolamentos também podem ser embalados com outros materiais. Historicamente, as rodas dos vagões ferroviários usavam mancais de deslizamento preenchidos com "resíduos" ou pedaços soltos de algodão ou fibra de lã embebidos em óleo, confinados nas chamadas caixas de eixo, e posteriormente transferidos para almofadas de algodão sólidas.

lubrificador de anel

Os rolamentos podem ser lubrificados com um anel metálico que se move livremente no eixo giratório central do rolamento. Este anel fica pendurado dentro de uma câmara contendo óleo lubrificante. À medida que o rolamento gira, a adesão viscosa move o óleo pelo anel e o deposita no eixo, de onde migra para o rolamento para lubrificá-lo. O excesso de óleo é expelido e se acumula novamente na câmara.[31]​.

Lubrificação por respingo

Uma forma rudimentar de lubrificação é a "lubrificação por respingo"). defletores de plástico especiais que espalham o óleo aleatoriamente pelo interior do mecanismo.[32]​.

Lubrificação por pressão

Para máquinas de alta velocidade e alta potência, a perda de lubrificante pode resultar em rápido aquecimento dos rolamentos e danos devido ao atrito. Também em ambientes sujos, o óleo pode ficar contaminado com poeira ou detritos que aumentam o atrito. Nessas aplicações, um novo suprimento de lubrificante pode estar continuamente disponível para o rolamento e todas as outras superfícies de contato, e o excesso pode ser coletado para filtragem, resfriamento e possivelmente reutilização. A lubrificação por pressão é comumente usada em motores de combustão interna grandes e complexos, nas partes do motor onde o óleo respingado diretamente não consegue alcançar, como nos conjuntos de válvulas superiores.[33] Turbocompressores de alta velocidade também normalmente requerem um sistema de óleo pressurizado para resfriar os rolamentos e evitar que queimem devido ao calor da turbina.

Rolamentos compostos

Os rolamentos compostos são projetados com um revestimento autolubrificante de politetrafluoretileno (PTFE) com suporte de metal laminado. O revestimento de PTFE oferece fricção e durabilidade consistentes e controladas, enquanto o suporte de metal garante que o rolamento composto seja robusto e capaz de suportar altas cargas e tensões durante sua longa vida útil. Seu design também o torna leve: um décimo do peso de um rolamento tradicional.[34]​.

Existem muitos tipos diferentes de rolamentos. A pesquisa de novos designs é constante, a fim de reduzir o atrito, aumentar a carga útil do rolamento e aumentar o acúmulo de impulso e a velocidade.

Abaixo estão os termos para os diferentes tipos de rolamentos e suas peças, e seus correspondentes equivalentes em inglês:

Abaixo estão as fórmulas para dimensionar um rolamento de hélice de barco e um exemplo ilustrativo:.

Cálculo da dimensão do mancal de impulso do motor principal de um navio:.

Exemplo:.

A potência efetiva do motor é um dado manual, muitas vezes dado em (hp), que deve ser convertido para (kg/cm²). Suponha uma potência de 3.350 HP e uma eficiência de hélice de 0,6.