A falha de um rolamento de giro em um guindaste móvel custa, em média,US$ 50.000–US$ 200.000em perdas por parada e substituição — ainda assim, muitos engenheiros realizam a seleção inicial com base apenas no diâmetro.
O processo correto de seleção considera pelo menos seis variáveis interdependentes: tipo de carga, magnitude, velocidade de rotação, requisitos de precisão, exposição ambiental e configuração de engrenagem.
Este guia apresenta o processo completo de seleção em 9 etapas utilizado pela equipe de engenharia da LILY Bearing, abrangendo cálculo de carga, fatores de serviço, dimensionamento de engrenagens, arranjos de montagem e avaliação da série de rolamentos.
Seja para especificar um rolamento de giro para um guindaste, escavadeira, turbina eólica ou robô industrial, cada etapa apresentada aqui se aplica diretamente à sua aplicação.
O que é um rolamento de giro?
Umrolamento de giro— também chamado de anel de giro ou rolamento de mesa giratória — é um rolamento de elementos rolantes de grande diâmetro, projetado para suportarcargas axiais, cargas radiais ecargas de momento (momento de inclinação)ao mesmo tempo em que permite rotação contínua de 360°.
Ao contrário de umrolamento rígido de esferasque lida principalmente com uma única direção de carga, o anel de giro precisa suportar simultaneamente os três tipos de carga, razão pela qual sua seleção é mais complexa e mais crítica do que a maioria das decisões envolvendo rolamentos.
Eles variam de cerca de 100 mm em juntas robóticas compactas até mais de 8.000 mm (315 inches) em guindastes offshore e grandes mesas giratórias industriais.
A maioria inclui dentes de engrenagem integrados — no anel externo (engrenagem externa) ou no anel interno (engrenagem interna) — para rotação acionada por meio de um pinhão conjugado.
Componentes do rolamento de giro: anéis interno e externo, elementos rolantes, espaçadores, vedações e furos de fixação
Componentes-chave
Anéis interno e externo
Principais elementos estruturais que alojam os elementos rolantes entre eles
Elementos rolantes
Esferas ou rolos que transmitem a carga e permitem rotação suave
Espaçadores / gaiolas
Guiam e separam os elementos rolantes para distribuição uniforme da carga
Vedações
Protegem a pista de rolagem contra poeira, água e entrada de contaminantes
Furos de fixação
Configurações para parafusos passantes ou roscados que fixam o rolamento à estrutura
Dentes de engrenagem opcionais
Perfil externo ou interno para rotação acionada por pinhão
Tipos de rolamentos de giro
A escolha incorreta do tipo de rolamento é um dos erros iniciais mais comuns — e mais onerosos — no processo de seleção.
Cada tipo apresenta um perfil de carga, capacidade de precisão e faixa dimensional próprios.
Esfera de contato em quatro pontos
Cada esfera entra em contato com a pista de rolagem em 4 pontos, permitindo que uma única fileira suporte simultaneamente cargas axiais, radiais e de momento. É a opção geral mais comum para cargas moderadas e equilibradas.
Esfera de contato em oito pontos
Projeto de duas fileiras que duplica os pontos de contato. Oferece maior capacidade de carga e maior rigidez do que o tipo de quatro pontos sob cargas axiais e de momento elevadas.
Rolos cilíndricos dispostos alternadamente a 90° suportam todos os tipos de carga com alta rigidez — normalmente com classe de tolerância ISO P5 ou superior. São preferidos em robótica, imagens médicas e sistemas de radar, onde a precisão posicional é crítica.
Rolos cruzados de três fileiras
Separam as três vias de carga (axial para cima, axial para baixo e radial) em fileiras dedicadas de rolos. Entregam altíssima capacidade de carga em uma seção transversal compacta. São padrão em grandes escavadeiras e guindastes offshore.
Mancal de encosto de esferas (fileira simples)
Projetado principalmente para cargas axiais elevadas, com capacidade limitada para momentos. Utilizado em mesas giratórias leves e aplicações de indexação nas quais as forças de inclinação são mínimas.
Combina uma fileira de esferas para cargas axiais e de momento com fileiras de rolos para cargas radiais. É útil quando a carga radial é desproporcionalmente elevada em relação à carga axial.
Projeto de seção fina para instalações com espaço restrito. As dimensões da seção transversal permanecem constantes em uma ampla faixa de diâmetros internos, tornando-os ideais para automação leve e plataformas de câmera.
Componentes de acionamento associados a anéis de giro dentados para permitir rotação motorizada. A geometria do pinhão — módulo, número de dentes e largura de face — deve ser compatível com a coroa dentada para assegurar distribuição correta da carga e folga angular aceitável.
Rolamentos de giro para veículos de transporte
Projetados para perfis de carga específicos de aplicações de transporte — incluindo veículos articulados, transportadores modulares autopropelidos e plataformas militares — nas quais são exigidas rotação suave sob cargas dinâmicas de estrada e embalagem compacta.
Principais fatores de seleção
Antes de iniciar os cálculos, é fundamental compreender os cinco fatores que orientam qualquer decisão de seleção de rolamento de giro.
5 fatores que orientam a seleção de rolamentos de giro
1 Tipo e magnitude da carga
As cargas axiais, radiais e de momento devem ser quantificadas separadamente. Subestimar qualquer uma delas é a principal causa de falha prematura do rolamento.
2 Velocidade de rotação
A maioria dos rolamentos de giro opera entre 0,1–10 RPM. Velocidades mais altas exigem níveis menores de tensão de contato e podem demandar revisão do plano de lubrificação ou um tipo de vedação diferente.
3 Precisão requerida
Aplicações padrão em guindastes normalmente exigem tolerância P0 (normal). Braços robóticos, pórticos de tomografia computadorizada e antenas de radar podem requerer P5 ou P4 — especificação que restringe significativamente as opções disponíveis.
4 Condições ambientais
Faixa de temperatura de operação, umidade, poeira, exposição à água salgada e contato com agentes químicos influenciam diretamente a escolha da vedação, do revestimento e do lubrificante. Aplicações offshore normalmente exigem proteção anticorrosiva adicional.
5 Restrições de espaço e montagem
As dimensões disponíveis, o padrão de fixação e a interface estrutural determinam quais seções transversais são fisicamente viáveis antes mesmo de avaliar a capacidade de carga.
O processo de seleção em 9 etapas
Este é o mesmo processo estruturado que os engenheiros da LILY Bearing utilizam na avaliação de aplicações sob medida.
Siga cada etapa com rigor — avançar demais com o processo frequentemente resulta em um rolamento que parece correto no papel, mas falha em serviço.
Etapa 1: Identificar os requisitos do equipamento
Comece documentando toda a envoltória operacional. Cada parâmetro que não for registrado nesta fase aumenta o risco nas etapas seguintes. No mínimo, registre:
- Eixo de rotação: horizontal, vertical ou alternado
- Tipo de movimento: apenas posicionamento, giro ou rotação contínua
- Cargas axiais, radiais e de momento máximas e médias (kN / kN·m)
- Velocidade de rotação máxima e média (RPM)
- Precisão posicional e tolerância de batimento requeridas
- Faixa de temperatura de operação (mín / máx °C)
- Condições de exposição: umidade, poeira, sal, produtos químicos
- Vida útil de projeto (horas ou ciclos)
- Envelope de instalação disponível (OD, ID, altura)
- Orçamento e custo total de propriedade-alvo
Etapa 2: Calcular a carga máximanos rolamentos
Determine os picos de carga estática e dinâmica e, em seguida, reduza-os às três forças equivalentes atuantes no centro do rolamento: força axial Fa, força radial Fr e momento de tombamento M.
Não limite a análise às condições nominais de trabalho — leve em conta:
Parada de emergência e frenagemtorqueeventos
Condições de ensaio de sobrecarga (tipicamente 125% da carga nominal, conforme as normas aplicáveis)
Solicitação extrema por vento paraguindasteseturbinas eólicas
Forças de montagem e desmontagem
O caso de carga determinante — e não o regime típico de operação — é o que define o dimensionamento do rolamento.
Etapa 3: Aplicação dos Fatores de Serviço
Multiplique as forças calculadas no rolamento pelo fator de serviço adequado (fs) para considerar efeitos dinâmicos, cargas de impacto e ciclo de trabalho.
A tabela a seguir é a referência-padrão do setor utilizada pela maioria dos fabricantes de rolamentos de giro.
Se a sua aplicação não estiver listada, utilize a categoria análoga mais próxima ou consulte diretamente o fabricante.
Aplicação | fs |
|---|---|
Plataformas elevatórias | |
Cestos aéreos, plataformas, escadas | 1,00 |
Transportadores | |
Aplicações gerais em transportadores | 1,00 |
Guindastes móveis — (carga limitada pela estabilidade da máquina) | |
Serviço normal em construção, montado sobre pneus | 1,00 |
Serviço normal em construção, montado sobre esteiras | 1,10 |
Serviço de produção (sucata / estaleiros) | 1,25 |
Silvicultura / extração de madeira | 1,50 |
Pontes rolantes empilhadoras (inclui forças dinâmicas como cargas) | 1,25 |
Guindastes de pedestal / torre — (cargas não limitadas pela estabilidade da máquina) | |
Cargas monitoradas por dispositivo de segurança de carga | 1,25 |
Aplicações com cargas de impacto súbito | 1,50 |
Escavadeiras | |
Carga limitada pelo tombamento | 1,25 |
Carga limitada pela válvula de alívio da pressão hidráulica | 1,50 |
Mesas indexadoras e giratórias | |
Uso ocasional, rotação intermitente | 1,00 |
Uso frequente, rotação intermitente | 1,25 |
Uso frequente, rotação intermitente com impacto | 1,50 |
Manipuladores e robôs industriais | |
Serviço ocasional | 1,00 |
Serviço frequente | 1,25 |
Sistema de direção (deve incluir cargas dinâmicas e de choque) | |
Pneus pneumáticos | 1,25 |
Pneus maciços | 1,50 |
Etapa 4: Defina os requisitos da engrenagem
Se for necessária rotação motorizada, especifique a capacidade da engrenagem desde o início — isso determina a geometria do anel.
Defina o torque de saída requerido, o ciclo de trabalho e a classe de qualidade da engrenagem (AGMA 2001 ouISO 1328). Considere:
Torque de pico em condições dinâmicas versus estáticas
Exigências de torque em rampas ou sob ação de carga de vento
Requisitos de torque para teste de sobrecarga
Faixa admissível de folga para precisão de posicionamento
Módulo e número de dentes em relação à geometria do pinhão conjugado
Etapa 5: Selecione a configuração de montagem
A configuração de montagem define qual anel gira, a posição do pinhão e a forma de fixação do rolamento.
Os quatro arranjos padrão da LILY Bearing atendem à maioria das aplicações:
Fig. 1 — Anel externo rotativo, anel interno fixo (parafuso passante)
O pinhão é montado no anel externo, que sustenta a estrutura superior. O anel interno é fixado à estrutura inferior por meio de parafusos passantes. Uma capa de proteção contra contaminação cobre a vedação externa. Arranjo comum em guindastes móveis.
Fig. 2 — Anel interno gira com a estrutura superior; anel externo fixo (engrenagem externa, parafuso passante)
A estrutura superior e o pinhão são sustentados pelo anel interno por meio de parafusos passantes. O anel externo, que incorpora os dentes da engrenagem, é ancorado à estrutura inferior com parafusos roscados. Uma proteção externa resguarda a engrenagem.
Fig. 3 — Pinhão no anel externo, engrenagem interna no anel interno (parafuso roscado)
O pinhão é conectado à estrutura superior, sustentado pelo anel externo. A colocação da engrenagem no anel interno a protege de condições severas — uma boa opção para ambientes externos abrasivos. Fixação por parafusos roscados.
Fig. 4 — Pinhão na estrutura inferior, anel externo dentado sustenta a estrutura superior
O pinhão é montado na estrutura inferior. A pista externa dentada sustenta a estrutura superior. Anel interno: parafusos passantes. Anel externo: parafusos roscados. Aplicação em guindastes de pedestal e em determinados equipamentos de construção.
Etapa 6: Revisão das séries de rolamentos e dos perfis em corte
As quatro principais séries de rolamentos de giro da LILY Bearing atendem desde aplicações industriais de uso geral até operações offshore de serviço extremamente severo:
Série RK
A Série RK está disponível nas versões com e sem dentado, em diâmetros externos de 20" a 47" OD, suportando até 141,000 ft-lbs de momento, 175,000 lbs de carga axial e 35,000 lbs de carga radial.
Série MT
A Série MT está disponível até 240" OD, com capacidade de momento de até 10,000,000 ft-lbs, carga axial de até 6,000,000 lbs e carga radial de até 1,300,000 lbs.
Série XR
A Série XR está disponível em tamanhos de até 315" OD, nas versões interna, externa ou sem dentado.
Série TR
A Série TR está disponível em tamanhos de até 315" OD, com capacidades de momento superiores a 50,000,000 ft-lbs, carga axial acima de 18,000,000 lbs e carga radial acima de 4,000,000 lbs, nas configurações interna, externa ou sem dentado.
Etapa 7: Seleção preliminar com base na curva de capacidade
Plote suas combinações de carga fatorada (Fa × fs, M × fs) em relação à curva de capacidade publicada do rolamento.
Todas as combinações de carga de operação devem estar abaixo deabaixo da curva. Aplicam-se ainda três regras adicionais:
As cargas extremas (estáticas raras) também devem permanecer abaixo da curva — o fator de serviço só pode ser desconsiderado se essas cargas ocorrerem menos de 10 vezes ao longo da vida de projeto do rolamento
Todas as cargas dinâmicas normais devem ser plotadas com o fator de serviço integralmente aplicado
A capacidade axial máxima deve exceder3× a força axial máxima de operação— este é um requisito mínimo obrigatório, não uma diretriz
Curva de capacidade do rolamento: todas as combinações de cargas em operação devem ficar abaixo da curva
Etapa 8: Verificação do dimensionamento e da classe de qualidade da engrenagem
Verifique a geometria da engrenagem e a classe de qualidade em relação aos requisitos de torque e às normas aplicáveis.
Verificações principais:
Módulo e largura de face:devem corresponder à demanda de torque e ao envelope disponível
Material e dureza da camada superficial:A LILY Bearing realiza a têmpera por indução dos dentes da engrenagem até HRC 50–60
Classe de qualidade:confirme se a classe AGMA 2001 ou ISO 1328 atende aos requisitos de precisão
Folga angular:confirme se a folga admissível é compatível com os requisitos de posicionamento
Número de dentes do pinhão engrenado:>17 dentes são recomendados para minimizar a concentração de desgaste na coroa dentada
Etapa 9: Confirmação final
Antes de liberar a especificação, confirme se o rolamento selecionado atende a todos os requisitos originais definidos na Etapa 1:
- Capacidade de carga — os três tipos de carga, todos os casos de carga ✓
- Capacidade de velocidade ✓
- Precisão / tolerância de batimento ✓
- Proteção ambiental — tipo de vedação, revestimento, lubrificante ✓
- Capacidade da engrenagem e classe de qualidade ✓
- Arranjo de montagem e padrão de parafusos ✓
- Envelope físico (DE, DI, altura) ✓
- Meta de vida útil ✓
Engrenagem externa ou interna: qual é a mais adequada para sua aplicação?
A posição da engrenagem influencia o acesso ao pinhão, a exposição a contaminantes, a folga estrutural e o torque de saída do sistema de acionamento.
Essa decisão é frequentemente mal compreendida e, muitas vezes, tomada tarde demais no processo de projeto.
Engrenagem externa
Vantagens
- Diâmetro primitivo maior → maior torque de saída para um dado módulo
- Instalação e inspeção do pinhão sem desmontar a estrutura superior
- Menor custo de fabricação na maioria das configurações padrão
Limitações
- Dentes da engrenagem totalmente expostos — requer proteção em ambientes com poeira, abrasão ou corrosão
- Maior DE total para o mesmo tamanho de coroa
Aplicações típicas: Guindastes móveis, guindastes de torre, escavadeiras, acionamentos de pitch e yaw de aerogeradores
Engrenagem interna
Vantagens
- Dentes da engrenagem protegidos no interior do anel — resistência a contaminação significativamente superior
- Menor DE para o mesmo diâmetro primitivo; envelope de instalação mais compacto
- Preferida para ambientes com lavagem e salas limpas
Limitações
- O pinhão deve entrar por baixo ou através da estrutura — o acesso para manutenção é mais restrito
- Maior complexidade de fabricação, normalmente com custo unitário mais elevado
Aplicações típicas: Robôs industriais, pórticos para imagem médica, sistemas de radar/antena, mesas giratórias de precisão
Em aplicações com engrenagem externa em ambientes abrasivos — os exemplos mais comuns são guindastes florestais e equipamentos portuários — especifique sempre uma proteção sobre os dentes da engrenagem.
A ausência ou a degradação da proteção da engrenagem está entre as três principais causas de desgaste prematuro de rolamentos de giro em serviço ao ar livre.
Orientações por aplicação
Os perfis de carga e os modos de falha predominantes variam significativamente conforme o tipo de equipamento. Critérios de seleção mais críticos para cinco aplicações comuns:
Materiais e fabricação
Material do anel
Os anéis interno e externo são fabricados em aço de médio carbono ou aço-liga. A LILY Bearing utiliza três materiais principais, conforme a norma aplicável e os requisitos de carga:
Propriedade | 42CrMo4 (1.7225) | 50Mn (GB/T 699) | 42CrMo (GB/T 3077) |
|---|---|---|---|
Limite de escoamento | ≥ 930 MPa | ≥ 390 MPa | ≥ 930 MPa |
Resistência à tração | ≥ 1,080 MPa | ≥ 645 MPa | ≥ 1,080 MPa |
Alongamento | ≥ 12% | ≥ 13% | ≥ 12% |
Dureza após recozimento | ≤ 217 HB | ≤ 217 HB | ≤ 217 HB |
Indicado para | Projetos de alta resistência, em conformidade com normas europeias | Aplicações padrão com foco em custo | Projetos de alta resistência e em conformidade com padrões chineses |
Tratamento térmico das pistas de rolagem
A LILY Bearing aplicaendurecimento por indução seletivoàs pistas de rolagem, alcançando dureza superficial deHRC 50–60ao mesmo tempo em que mantém o núcleo tenaz e dúctil. Isso evita os três principais modos de falha das pistas de rolagem:
Desgaste abrasivo— causado por contaminação ou lubrificação inadequada
Fadiga de contato rolante— propagação de trincas subsuperficiais sob tensão hertziana cíclica
Pitting por corrosão— decorrente da entrada de umidade por meio de vedações degradadas
Lubrificação
Para a maioria das aplicações operando entre−20°C e 120°C, a LILY Bearing recomenda graxa de éster de lítio No. 2. Em serviço industrial padrão,a relubrificação a cada 250–500 horas de operaçãocostuma ser um ponto de partida comum. Ajuste o intervalo com base em:
Temperatura real de operação (não apenas a ambiente)
Magnitude da carga e tensão de contato
Velocidade de rotação
Grau de contaminação ambiental
Ambientes com alta temperatura ou elevada contaminação podem exigir relubrificação a cada 100 horas ou menos.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre um rolamento de giro e uma coroa de giro?
Os termos são intercambiáveis. "Slewing ring" geralmente se refere ao conjunto completo, incluindo a estrutura do anel, os elementos rolantes, as vedações e qualquer engrenagem integrada. "Slewing bearing" costuma se referir mais à função do rolamento em si. Ambos os termos descrevem a mesma categoria de produto.
O que causa a falha de um rolamento de giro?
As quatro causas mais comuns são: lubrificação inadequada ou contaminada, sobrecarga acima da capacidade nominal do rolamento, montagem incorreta (rigidez estrutural insuficiente ou pré-carga irregular dos parafusos) e entrada de água ou partículas abrasivas por meio de vedações danificadas. A corrosão por falso brunimento decorrente de movimento oscilatório sem rotação completa também é frequentemente observada em aplicações de yaw de aerogeradores.
Qual fator de serviço devo aplicar para uma escavadeira?
Utilize fs = 1.25 quando a carga for limitada pela estabilidade contra tombamento da máquina, e fs = 1.50 quando a limitação ocorrer pela válvula de alívio da pressão hidráulica. O valor mais alto considera impactos e cargas de choque durante a ruptura do material pela caçamba e nas paradas bruscas do movimento de giro, que são os eventos de carga predominantes nos ciclos de trabalho de escavadeiras.
Como verificar se um rolamento de giro está corretamente dimensionado?
Plote todas as combinações de carga com os fatores aplicados na curva de capacidade do fabricante e confirme que elas permaneçam abaixo dela. Além disso, verifique se a capacidade máxima de carga axial do rolamento é de pelo menos 3× a força axial máxima em operação. Se qualquer combinação de carga ultrapassar a curva, avance para o próximo tamanho superior ou para uma série de maior capacidade e repita a verificação.
Quando devo optar por um projeto de três carreiras de rolos em vez de um projeto de uma carreira de esferas?
Quando as cargas de momento e as cargas axiais são ambas muito elevadas e é necessária uma seção transversal compacta — tipicamente em escavadeiras de grande porte, guindastes de pedestal offshore e tuneladoras. O projeto de três carreiras de rolos cruzados (série TR) separa os três caminhos de carga em carreiras dedicadas de rolos, permitindo uma capacidade significativamente superior à de qualquer configuração de uma única carreira no mesmo OD.
Com que frequência um rolamento de giro deve ser relubrificado?
A cada 250–500 horas de operação em serviço industrial padrão. Ambientes com alta temperatura, cargas elevadas ou forte contaminação podem exigir intervalos tão curtos quanto 100 horas. O excesso de graxa é tão prejudicial quanto a falta de lubrificação — pode danificar as vedações e provocar perdas por agitação. Siga sempre a recomendação do fabricante para a aplicação específica.
Precisa de apoio para selecionar o rolamento adequado?
A equipe de engenharia da LILY Bearing analisa os cálculos de carga e fornece recomendações de rolamentos. Envie suas especificações e responderemos em até um dia útil.
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