A definição correta do porte do rolamento do motor é fundamental para o funcionamento e a vida útil do motor.
A seleção do rolamento adequado assegura a operação eficiente do motor; já a escolha incorreta pode provocar perda de desempenho, desgaste prematuro e até a falha do motor.
Antes de selecionar o tamanho adequado dos rolamentos do motor, é essencial determinar a carga do motor e as cargas associadas nos rolamentos.
Em seguida, determine a vida útil esperada com base na velocidade e na carga para escolher o rolamento correto.
Vale destacar que a medição da carga radial sobre o rolamento é uma etapa decisiva nesse processo.
Este artigo tem como objetivo esclarecer o conceito de carga radial, explicar como calculá-la e destacar sua importância e seu impacto na definição do porte dos rolamentos de motor, oferecendo uma visão valiosa para engenheiros, projetistas e outros profissionais do setor que buscam o desempenho ideal do sistema.
O que é carga radial?
Carga radial é a força perpendicular aplicada ao eixo de um motor.
Essa força é influenciada principalmente por componentes como engrenagens, correias e polias que interagem com o eixo do motor.
Esses componentes, somados às forças externas às quais podem estar sujeitos, contribuem de forma significativa para a carga radial total aplicada ao motor.
Distribuição da carga radial nos rolamentos do motor
Considere o sistema de eixo como uma viga estaticamente determinada, apoiada por rolamentos.
A carga nesse sistema de eixo é distribuída de forma uniforme entre os rolamentos de apoio, como se observa nos rolamentos A e B na ilustração.
FrA=(a+b)FI /b+ dFII/(c+d)
FrB=-aFI/b+cFII/(c+d)
Onde:
FrA: Carga radial atuante no rolamento A N{kgf}
FrB: Carga radial atuante no rolamento B N{kgf}
FI，FII: Carga radial atuante no sistema do eixo
Este exemplo é direto; contudo, a maioria das situações exige cálculos mais complexos.
Cargas nos rolamentos A e B no sistema de eixo
O efeito de "alavanca em equilíbrio" na carga radial
A carga radial varia conforme a "distância em relação à extremidade do eixo de saída do redutor."
Essa distância corresponde ao vão entre a extremidade do eixo e o ponto de aplicação da força sobre o eixo (o ponto de aplicação da carga).
À medida que a distância em relação à extremidade do eixo aumenta, a carga radial admissível também cresce.
Isso ocorre porque a carga se aproxima do rolamento de apoio interno localizado na flange do redutor.
Quando a carga fica mais próxima do rolamento de apoio, que atua como fulcro, ela pode suportar maior carga.
Cálculo de Cargas Radiais Estáticas
As cargas radiais estáticas decorrem, principalmente, de forças constantes e invariáveis que atuam perpendicularmente ao eixo do motor.
Peso do Motor
O peso do rotor exerce uma carga estática.
Utilize o peso do rotor, geralmente informado pelo fabricante ou obtido por medição, e considere sua distribuição ao longo do eixo.
Forças Externas
Caso haja qualquer equipamento externo montado no eixo, como polias ou engrenagens, calcule seu peso e como ele se distribui ao longo do eixo.
Pré-cargas de Montagem
Se os rolamentos forem pré-carregados durante a montagem para eliminar qualquer folga, essa pré-carga constitui uma força estática.
Os valores de pré-carga devem constar na documentação de montagem ou podem ser medidos com equipamentos especializados.
Carga Estática Total=Carga do Peso do Rotor+Carga de Forças Externas+Pré-carga de Montagem
Cálculo de Cargas Radiais Dinâmicas
As cargas radiais dinâmicas variam ao longo do tempo e são influenciadas pelas condições de operação.
Desequilíbrio do Rotor:
Meça o desequilíbrio com ferramentas de análise de vibração. Esse desequilíbrio pode ser convertido em força pela fórmula:
F=mω2e
Onde:
F é a força causada pelo desequilíbrio
m é a massa do rotor,
ω é a velocidade angular em rad/s,
e é a distância do centro de massa em relação ao eixo de rotação (excentricidade).
Cargas Externas Variáveis
Se o motor estiver acionando um equipamento com carga variável, como bombas alternativas, devem ser utilizadas curvas de desempenho ou medições diretas para determinar a componente dinâmica da carga.
Desalinhamento do Eixo
O desalinhamento pode ser medido com instrumentos de alinhamento.
A conversão do desalinhamento em força radial dinâmica frequentemente exige ferramentas ou softwares especializados, pois envolve cálculos complexos com base nos dados de alinhamento e nas especificações do motor e do equipamento.
Dilatação Térmica
Determine a variação de comprimento do rotor/eixo em função das mudanças de temperatura utilizando a fórmula:
ΔL=L×α×ΔT
Onde:
ΔL é a variação de comprimento,
L é o comprimento original,
α é o coeficiente de dilatação linear
ΔT é a variação de temperatura.
Para converter essa variação de comprimento em força, pode ser necessário utilizar valores de rigidez e realizar cálculos adicionais.
Vibração e Ressonância
Utilize ferramentas de análise de vibração para medir as forças dinâmicas decorrentes de vibrações inerentes ou de ressonâncias.
Carga Radial Dinâmica Total
Some todas as cargas dinâmicas individuais.
Observe que algumas podem ser oscilatórias; nesse caso, é necessário considerar valores de pico ou valores RMS (Root Mean Square) para as cargas combinadas.
Carga Dinâmica Total = Força de Desequilíbrio + Variação da Carga Externa + Força de Desalinhamento + Força de Dilatação Térmica + Força de Vibração
Como dimensionar o rolamento do motor após identificar a carga radial?
Após determinar a carga radial, compatibilize a vida útil requerida pelo cliente com a velocidade e a carga, e selecione o tipo de rolamento.
Avalie a velocidade de operação
Identifique a faixa de velocidades de operação em que o motor irá trabalhar.
Alguns rolamentos são mais adequados para operações em alta velocidade, enquanto outros são projetados para aplicações mais lentas e de alto torque.
Compatibilize a carga com as especificações do rolamento
Cada tipo de rolamento possui classificações específicas de capacidade dinâmica, para cargas em movimento, e estática, para cargas estacionárias.
Certifique-se de que o rolamento selecionado suporte as cargas calculadas sem risco de desgaste prematuro ou falha.
Considere a vida útil esperada do rolamento
A vida útil esperada de um rolamento, frequentemente expressa em termos de "L10 life", indica por quanto tempo se espera que um rolamento opere antes de apresentar sinais de fadiga.
Utilize fórmulas como a apresentada abaixo para compatibilizar a vida operacional esperada do motor com um rolamento de L10 life adequado:
Para rolamentos de esferas,
L10=(C/P)3
Para rolamentos de rolos,
L10=(C/P)10/3
Onde:
L10 é a vida útil do rolamento em milhões de revoluções;
C é a capacidade de carga dinâmica do rolamento;
P é a carga dinâmica equivalente aplicada ao rolamento.
Considere as Condições Ambientais
Os rolamentos podem precisar ser vedados ou protegidos por blindagem se estiverem expostos a contaminantes.
Da mesma forma, a escolha de lubrificantes para rolamentos pode impactar a vida útil do rolamento e deve ser adequada à temperatura de operação e ao ambiente de trabalho.
Conclusão
Compreender a carga radial é fundamental no dimensionamento de rolamentos de motores, garantindo eficiência e vida útil prolongada.
Cálculos precisos são essenciais para orientar a seleção adequada do motor, de acordo com requisitos operacionais específicos.
Para quem busca expertise nesse campo, a LILY Bearing se consolida como uma fonte confiável, oferecendo uma linha abrangente de soluções em rolamentos para atender às mais diversas necessidades industriais.
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