Tolerância de ajuste para rolamentos de seção constante: verificações de distorção do eixo, do alojamento e dos anéis

Um rolamento de seção constante pode girar livremente na bancada e, em seguida, travar parcialmente quando o alojamento é aparafusado. Ainda assim, o rolamento pode permanecer dentro da especificação. Um assento levemente fora de circularidade, um ajuste de interferência excessivo ou um aperto desigual podem alterar o comportamento de um anel fino após a montagem.

Não existe uma única tolerância de ajuste de rolamento que seja adequada para todos os rolamentos de seção constante. Defina o ajuste com base nos limites dimensionais do modelo, na folga ou pré-carga interna, no anel contra o qual a carga gira e nas temperaturas de operação. Em seguida, verifique a geometria do assento e o comportamento após a montagem.

Indicar um ajuste como H7 ou k5 não encerra a análise. Em um eixo de 50.8 mm (2 in), o k5 aplica cerca de 2–30 µm de interferência ao KA020CP0, cuja folga radial publicada, sem montagem, é de apenas 0–12.7 µm. Esses dois valores medem grandezas diferentes, mas a diferença entre eles justifica uma avaliação mais criteriosa.

Este guia aborda as interfaces do eixo e do alojamento mostradas na Figura 1. Para tipos de rolamentos e critérios gerais de seleção, consulte nosso guia de seleção de rolamentos de seção fina.

Por que os rolamentos de seção constante exigem uma análise mais cuidadosa

Dentro da categoria mais ampla de rolamentos de seção fina , as séries de seção constante mantêm a mesma seção transversal à medida que o diâmetro do furo aumenta. A série KA, com seção de 1/4 in × 1/4 in, preserva a mesma seção radial de 0.25 in (6.35 mm), seja o furo de 2 in ou de 4 in. Isso representa 12.5% do diâmetro do furo em 2 in e 6.25% em 4 in.

Anéis tão finos tendem a acompanhar a geometria da superfície que os apoia. Um assento fora de circularidade pode pressionar a pista, e um ressalto irregular pode inclinar o anel.

Três verificações distintas cobrem esse aspecto:

• Dimensão: os diâmetros do eixo e do alojamento proporcionam a folga, transição ou interferência previstas?

• Forma: os assentos estão circulares, retos e alinhados entre si?

• Comportamento em montagem: o conjunto montado atende aos limites de folga, torque e batimento?

Um furo que passa na verificação de diâmetro responde apenas à primeira.

Comece identificando contra qual anel a carga gira

O que importa é saber se a direção da carga se desloca ao longo do anel. Considere um eixo rotativo com carga radial fixa à estrutura da máquina. O anel interno é submetido a uma carga rotativa e o anel externo a uma carga estacionária. Se, em vez disso, a carcaça girar, com o eixo fixo e a mesma carga fixa, as funções se invertem.

Um anel submetido a carga rotativa precisa de retenção suficiente para evitar a fretting, situação em que o anel gira lentamente sobre o assento e provoca desgaste. A solução usual é a interferência, o que na prática significa ajuste com interferência. Um anel submetido a carga estacionária muitas vezes pode trabalhar com folga ou ajuste leve, conforme a necessidade de localização. Cargas reversas, choques e direção de carga incerta exigem avaliação específica.

Em um anel de parede fina, uma interferência maior também pode alterar a geometria da pista e reduzir a folga interna. Não continue aumentando o ajuste até eliminar a fretting sem verificar a folga ou a pré-carga. Confirme primeiro a configuração do rolamento: um rolamento radial, um rolamento de contato de quatro pontos e um par casado de rolamentos de contato angular podem exigir arranjos de montagem diferentes.

Leitura numérica de H7 e k5

H7 e k5 são zonas de tolerância da ISO 286. H7 é uma zona de furo (carcaça) e k5 é uma zona de eixo. Os exemplos abaixo usam KA020CP0, cujo diâmetro nominal do furo é 2 in (50.8 mm) e cujo diâmetro externo nominal é 2.5 in (63.5 mm). Ambos se enquadram no intervalo de dimensão de 50–80 mm da norma (acima de 50 mm, até e incluindo 80 mm). Os desvios-limite são:

Desvios-limite da ISO 286-2:2010 para o intervalo de dimensão de 50–80 mm. Trata-se de limites dimensionais, e não de uma recomendação de montagem para este rolamento.

O anel do rolamento possui seus próprios limites publicados, que se somam a esses. Essa combinação define a faixa real de ajuste.

Uma única regra de sinal para ambos os assentos

Use a mesma regra nas duas interfaces: interferência diametral = diâmetro da peça interna − diâmetro da peça externa. Valor positivo indica interferência. Valor negativo indica folga.

• No eixo, a peça interna é o eixo e a peça externa é o furo do rolamento.

• Na carcaça, a peça interna é o diâmetro externo do rolamento e a peça externa é o furo da carcaça.

Tolerância de ajuste entre eixo e rolamento: exemplo do anel interno

O KA020CP0 é publicado com tolerância de furo de −0.0006 in a 0, o que corresponde a −15.24 µm a 0; assim, o furo varia de 50.78476 a 50.80000 mm. Sua folga radial publicada é de 0–0.0005 in (0–12.7 µm).

Os limites do eixo decorrem das zonas ISO indicadas acima. Este é um exemplo aritmético, não uma recomendação de ajuste da LILY Bearing.

Considere k5. I_min = 50.80200 − 50.80000 = +0.00200 mm, e I_max = 50.81500 − 50.78476 = +0.03024 mm. A amplitude de 28.24 µm resulta da zona do eixo de 13 µm somada à tolerância do furo de 15.24 µm.

A interferência máxima, de 30.24 µm, é mais que o dobro da maior folga radial publicada sem montagem, de 12.7 µm. Esses dois valores não são intercambiáveis, porque apenas parte da interferência alcança a pista de rolagem, e essa parcela depende das dimensões dos anéis, da rigidez do eixo e do estado da superfície. Ainda assim, a comparação mostra por que o k5 não pode ser simplesmente copiado de uma tabela geral.

O h5 apresenta o problema oposto. Sua faixa inclui montagens com folga, e um anel com folga sob carga rotativa pode sofrer creep. Qual zona é adequada, se houver uma adequada, deve ser definida no desenho do modelo e por meio de uma análise de engenharia.

Uma única montagem aparentemente correta não valida a faixa indicada no desenho. Em projeto para produção, verifique as combinações extremas. Se as peças forem selecionadas por pareamento, isso deve ser indicado no desenho, em vez de presumir que todo eixo serve para todo rolamento.

Exemplo de alojamento para anel externo

O KA020CP0 é publicado com tolerância de diâmetro externo de −0.0005 in a 0 (−12.7 µm a 0), de modo que o diâmetro externo do rolamento varia de 63.4873 a 63.5000 mm. Com um alojamento H7 (63.500–63.530 mm):

• I_min = 63.4873 − 63.530 = −0.0427 mm (42.7 µm de folga)

• I_max = 63.500 − 63.500 = 0.000 mm (justo)

Assim, o anel externo fica entre ajuste justo e folga de 42.7 µm. A Figura 2 apresenta as duas faixas calculadas. Para uma carga estacionária, isso pode ser aceitável, desde que o furo do alojamento permaneça circular e que o anel seja posicionado e retido conforme exigido pelo projeto. Imprima a regra de sinal na folha de inspeção para que "+10 µm" tenha o mesmo significado para o projetista e para o inspetor.

Existe uma tabela de tolerância de ajuste para rolamentos de seção constante?

Não se trata de uma tabela universal, e isso também vale para qualquer tabela de tolerâncias de interferência de montagem de rolamentos. As tabelas de catálogo partem de um tipo específico de rolamento, da espessura do anel, do material de apoio e da condição de carga. Algumas consideram eixos de aço e mancais de ferro fundido ou aço; um anel de parede fina em um mancal de alumínio invalida essa premissa.

Utilize a tabela como estimativa inicial. Em seguida, confirme os dados no desenho correspondente ao seu número de peça exato: os limites dimensionais, a folga interna ou a pré-carga e a geometria permitida do assento. A seção intitulada "Submeta o ajuste para revisão antes de liberar os desenhos" relaciona as informações que devem ser enviadas para essa verificação.

Verifique a geometria do assento antes de alterar o ajuste

Meça não apenas o diâmetro, mas também a forma. Como triagem inicial na fábrica, faça leituras em três posições axiais e em duas direções perpendiculares em cada uma delas, totalizando seis medições. Esses valores podem revelar conicidade e ovalização evidente. Eles não certificam circularidade nem cilindricidade. A Figura 3 mostra o efeito que um assento deformado pode causar em um anel de parede fina.

Leituras de diâmetro em dois pontos podem não identificar formas com lóbulos irregulares, inclusive de três lóbulos; portanto, resultados semelhantes não comprovam que o assento seja circular. Para uma tolerância de circularidade especificada, utilize um método capaz de avaliá-la. O NIST descreve a medição de circularidade a partir de varreduras completas de 360°, incluindo o efeito do erro do fuso do instrumento.

Verifique também a planicidade do ressalto, o batimento do ressalto e o alinhamento dos assentos independentes em relação aos referenciais do desenho. Os ressaltos e as faces de aperto devem tocar somente o anel que suportam, sem interferir no outro anel, na gaiola ou no retentor. Os diâmetros publicados da face do anel são referências úteis, mas não constituem limites aprovados para ressalto ou aperto. Esses limites devem ser retirados do desenho de montagem. Certifique-se de que o raio de concordância do canto esteja livre do chanfro do rolamento: um anel apoiado no raio pode parecer assentado, embora sua face não esteja devidamente apoiada.

Se houver condição de realizar apenas uma verificação inicial, compare o diâmetro interno do mancal antes e depois do aperto dos fixadores. No caso de mancal bipartido ou placa de fixação flexível, faça essa medição no estado montado definido pelo desenho. Se o aperto levar o diâmetro interno para fora dos limites, a substituição do rolamento não resolverá o problema de suporte.

Temperatura e dilatação axial

As dimensões só podem ser comparadas com base em uma referência comum. A temperatura de referência padrão é 20 °C, como explica o NIST em seu artigo sobre a revisão de 2016 da ISO 1. Ao verificar um ajuste justo, registre as temperaturas da peça e do instrumento de medição.

Para uma estimativa simples de dilatação livre, utilize ΔD = α × D × ΔT, em que α é o coeficiente de dilatação linear, D o diâmetro e ΔT a variação de temperatura.

Esses valores são ilustrativos e não correspondem a propriedades certificadas de nenhum modelo LILY Bearing. Considere um mancal de alumínio (α ≈ 23 × 10⁻⁶ /°C) ao redor de um anel externo de aço (α ≈ 12 × 10⁻⁶ /°C), com diâmetro de 63.5 mm e elevação de 40 °C.

(23 − 12) × 10⁻⁶ × 63.5 mm × 40 = 0.02794 mm, ou 27.94 µm

Esse valor é próximo da faixa de 30 µm da zona H7. Com essas premissas — temperaturas iguais e dilatação livre — o aquecimento abre o mancal em relação ao anel, e o resfriamento o fecha novamente. A ocorrência de interferência no resfriamento depende do ajuste inicial.

A página do KA020CP0 informa uma faixa de operação de −30 °C a 110 °C. Aplique os mesmos coeficientes a essa faixa apenas como ilustração. O resfriamento de 20 °C para −30 °C reduz a diferença de diâmetro em 34,925 µm. O aquecimento até 110 °C a aumenta em 62,865 µm.

Uma caixa que parte do limite de folga de 42,7 µm ainda mantém cerca de 7,8 µm de folga em −30 °C. Já uma montagem inicialmente justo no diâmetro termina com cerca de 34,9 µm de interferência. Trata-se de estimativas de variação de ajuste, e não de interferência medida nem de temperaturas de montagem aprovadas. Os coeficientes variam conforme a liga e a temperatura, e apoios restringidos ou temperaturas distintas entre componentes exigem avaliação própria.

Ao longo do eixo, o mesmo coeficiente do aço resulta em 12 × 10⁻⁶ × 500 mm × 40 °C = 0,24 mm (240 µm) para um eixo de 500 mm. A caixa e a estrutura de suporte também se expandem; portanto, compare a dilatação de cada componente. Defina qual apoio posiciona o eixo axialmente e onde o movimento relativo é permitido. Se esse movimento for restringido, pode surgir carga axial indesejada, cuja magnitude depende da rigidez do conjunto.

Um ajuste com folga, por si só, não garante que um anel possa flutuar, pois ombros, faces de aperto, vedações e o atrito no assento podem mantê-lo preso. Não afrouxe um dispositivo de fixação que estabelece a pré-carga apenas para criar movimento.

Verifique a montagem em quatro etapas

Condições repetíveis permitem que cada medição responda a uma única pergunta. A última coluna indica onde verificar primeiro se a rigidez surgir nessa etapa. Trata-se de prioridades de inspeção, e não de diagnósticos.

Defina os limites de aceitação antes do teste e registre o dispositivo de fixação, a carga, a velocidade, a temperatura, a lubrificação e a incerteza do instrumento. A mesma leitura de torque pode ser adequada em um mecanismo e excessiva em outro. Torque de partida e torque em regime são verificações diferentes. Um ponto de rigidez repetível indica possível problema geométrico, mas contaminação e dano no rolamento podem produzir sensação semelhante; portanto, não conclua pelo teste manual de giro isoladamente.

Ao prensar um anel, aplique a força no próprio anel que está sendo montado, por meio de ferramentas que apoiem sua face de maneira uniforme. Nunca aplique força através dos elementos rolantes. Na montagem térmica, respeite os limites de temperatura aprovados para o produto. A classe de temperatura de operação não é, automaticamente, uma temperatura segura de montagem.

Monte a ficha técnica a partir da página do modelo

A página da categoria CS permite filtrar os modelos por dimensões, direção de carga, materiais e vedação. Em seguida, a página do modelo apresenta os campos a partir dos quais se inicia a análise de ajuste. Veja o KA020CP0, com os valores em polegadas convertidos pelo fator exato de 25,4 mm por polegada (NIST SP 811, Apêndice B.8):

As informações de variante da LILY indicam que os valores de folga e pré-carga se aplicam a rolamentos não montados, sob carga de medição zero. O valor montado pode variar conforme o ajuste, o aperto e a temperatura. Confirme também se o desenho define a dimensão como diâmetro médio, medida local ou outra referência antes de usar os limites de catálogo na inspeção.

Os últimos dígitos do código da peça são igualmente importantes. Em um código da série em polegadas, a posição 6 indica o tipo de rolamento, a posição 7 a gaiola, a posição 8 a classe de tolerância e a posição 9 a folga ou pré-carga. O KA020CP0 corresponde a um rolamento de contato radial (C), com gaiola integral do tipo de encaixe (P, em latão neste modelo), classe de tolerância 1 / ABEC 1F (0) e folga padrão.

Como não há letra na nona posição, utilize a folga publicada e não a infira a partir do dígito de tolerância. Um oitavo dígito diferente pode alterar a tolerância dimensional, o batimento ou ambos, e uma nona letra seleciona uma faixa específica de folga ou pré-carga. Decodifique a designação completa com base na tabela de variantes.

Somente o diâmetro interno também não identifica o envelope de montagem. Dois modelos radiais na página da categoria compartilham diâmetro interno de 1 pol e diâmetro externo de 1,375 pol, mas diferem em largura, vedação e diâmetro da face do anel:

Essas são dimensões nominais, e não limites de usinagem, e as conversões da face do anel foram arredondadas para 0,01 mm. As diferentes configurações de vedação e de face do anel são relevantes ao verificar a folga de ferramentas e de aperto, ainda que o diâmetro interno e o diâmetro externo coincidam. Inclua as tolerâncias do rolamento, a folga interna ou pré-carga e os requisitos de assento do desenho vigente do modelo antes de liberar os desenhos do eixo e da caixa. Para ver todos os modelos, navegue pela Linha de rolamentos de seção constante (CS).

Solicite a revisão do ajuste antes de liberar os desenhos

Para uma revisão de ajuste específica do modelo, entre em contato conosco com:

• o código exato da peça, incluindo qualquer sufixo de folga ou pré-carga

• limites e materiais do eixo e do alojamento

• em qual anel a carga gira e quais são as direções da carga

• a faixa de temperatura de operação

• seus critérios de aceitação em montagem para folga, torque e batimento

• a geometria medida do assento e os registros de aperto e medição, se estiver analisando um conjunto já em serviço

Desenhos atuais do rolamento e da instalação ajudam, se estiverem disponíveis. A revisão deve definir a configuração do rolamento, as faixas permitidas da interface, a folga residual ou a pré-carga e a forma de verificação desses parâmetros.

Perguntas frequentes

Posso usar composto retentor para compensar um assento com folga?

Somente como parte de um projeto de reparo ou montagem aprovado. O composto impõe suas próprias exigências de folga, cura e temperatura. Ele não corrige um furo fora de circularidade nem desalinhamento.

Devo medir o alojamento antes ou depois da anodização ou da galvanização?

Meça a superfície funcional final e indique no desenho se a tolerância se aplica antes ou depois do acabamento. Não assuma uma variação fixa do diâmetro em função de cada mícron de revestimento. Acúmulo, conversão do substrato, mascaramento e variação de processo influenciam o resultado.

Posso reutilizar um rolamento de seção fina após sua remoção de um assento com interferência?

Depende da peça, do ajuste e da forma como ela foi removida. Envie aos nossos engenheiros o código da peça e o histórico de montagem para obter uma resposta específica para o caso. Os itens a incluir estão listados acima em "Solicite a revisão do ajuste antes de liberar os desenhos".

Folga do assento e folga interna são a mesma coisa?

Não. A folga de assentamento é a diferença entre um anel e o eixo ou alojamento correspondente. A folga interna é a mobilidade livre entre os anéis interno e externo sem carga aplicada, e a LILY informa esse valor para o rolamento sem montagem. Um ajuste folgado no assento não diz nada sobre a folga interna após o aperto, e um ajuste com interferência pode reduzir parte dessa folga.