O que é um rolamento axial de rolos cônicos? Estrutura, tipos e aplicações

Os maiores rolamentos axiais de rolos cônicos em uso industrial geral apresentam capacidade estática axial de 17.500.000 lbf — cerca de 7.940 toneladas-força. Nas dimensões menores, essa capacidade cai rapidamente: um exemplo comum de TTHD é especificado em apenas 71.200 lbf, fração de um por cento desse valor.

Ambos os valores expressam a mesma lógica de projeto: ao substituir os rolos de um rolamento axial por elementos cônicos, em vez de cilíndricos, a carga passa a atuar diretamente ao longo do eixo do rolamento, em vez de se distribuir sobre uma área de contato plana. É isso que permite a um rolamento com largura apenas um pouco superior à de um pneu de automóvel suportar uma força maior do que o peso de grande parte dos caminhões-plataforma totalmente carregados.

Cinco construções de rolamentos axiais de rolos cônicos

O catálogo apresenta cinco construções distintas nesta linha de produto, e as diferenças vão muito além da tolerância de alinhamento. O projeto da gaiola, a disposição dos rolos e até a forma de classificação da capacidade de carga variam de uma construção para outra.

TTHD (pista dupla cônica)

Esta versão utiliza duas pistas axiais cônicas, com os rolos e a gaiola posicionados entre elas. No catálogo, ela é descrita como um rolamento de serviço pesado, capaz de operar em velocidades relativamente altas em comparação com as demais construções apresentadas a seguir.

Algumas dimensões mantêm formato compacto — T135-902A1por exemplo, possui furo de 1.375 in (34.9 mm) e largura de 0.625 in (15.9 mm), com capacidade nominal de 71.200 lbf (316.7 kN) em carga estática e 7.130 lbf (31.7 kN) em carga axial dinâmica. Sua configuração de catálogo é apresentada simplesmente como "Thrust TTHD – with cage", com gaiola integralmente em aço.

TTHDFL-V-Flat (pista cônica + pista plana)

Nesta versão, uma das duas pistas cônicas é substituída por uma pista plana, ou arruela. As dimensões maiores utilizam gaiola tipo pino — pinos de aço endurecido atravessam o centro de cada rolo, permitindo que os rolos fiquem mais próximos entre si do que seria possível com uma gaiola estampada, o que aumenta a capacidade de carga por unidade de diâmetro externo.

As dimensões menores adotam uma gaiola de latão projetada para reter os rolos em apenas um sentido. O lado com pista plana torna essa construção visivelmente mais fácil de instalar e alinhar do que a versão com pista dupla cônica.

TTHDFLSA (pista plana autocompensadora)

Apresenta o mesmo conceito básico de rolos e pistas do TTHDFL-V-Flat, exceto pelo fato de a pista inferior ser dividida em duas peças, com faces retificadas esfericamente que permitem a autocompensação sob carga inicial desalinhamento — quando o eixo ou a carcaça já nasce ligeiramente fora de posição.

A orientação de catálogo estabelece uma distinção específica neste ponto: TTHDFLSA não deve ser utilizado em aplicações nas quais se espera desalinhamento dinâmico — isto é, um desalinhamento que varia sob carga, e não um desvio fixo de montagem. Um tamanho representativo, o B-8824-C, atende a um furo de 200 mm (7.873 in), e suas capacidades aparecem na tabela de cargas abaixo, ao lado das demais construções com classificação estática e dinâmica.

O autoalinhamento também não é exclusividade da família de rolos cônicos. Quando se espera que o desalinhamento continue variando durante a operação, em vez de permanecer fixo, rolamentos axiais de rolos esféricos utilizam uma geometria distinta de rolos e pistas, desenvolvida especificamente para manter o alinhamento sob carga, e não apenas na montagem inicial.

TTSP (Com retentor externo)

Adiciona um retentor externo a um projeto com duas pistas cônicas e gaiola — a função do retentor é apenas manter os componentes unidos durante o transporte e a instalação, sem suportar carga. Os rolos ficam em uma disposição fora do ápice, em vez da geometria de ápice verdadeiro usada nas construções TTHD e TTHDFL.

Esta é uma construção para serviço leve, classificada por uma Classificação de pivô de direção em vez das capacidades axiais estática e dinâmica usadas em outras partes deste catálogo — veja o tamanho T94W-904A4 na tabela abaixo para um valor concreto. Como o nome indica, os rolamentos TTSP são amplamente utilizados nas posições de pivô de direção de veículos automotivos e de outros equipamentos industriais.

TTC (Sem gaiola, com retentor externo)

Elimina totalmente a gaiola em favor de uma configuração de rolos em complemento total, sem gaiola, novamente mantida unida por um retentor externo durante o transporte e a instalação. A remoção da gaiola permite acomodar mais rolos no mesmo espaço, mas projetos em complemento total geralmente sacrificam a capacidade para altas velocidades em troca dessa capacidade adicional.

Os rolamentos TTC são projetados especificamente para aplicações oscilantes, e não para rotação contínua. Assim como no TTSP, a capacidade aqui é expressa como Classificação de pivô de direção; o tamanho T178-90011 abaixo apresenta aproximadamente 2,7 vezes a classificação de pivô do exemplo menor T94W-904A4 TTSP, com um furo maior.

Em todas as construções, o rolamento suporta carga axial em apenas uma direção. Nenhum dos cinco possui caminho de retorno para carga proveniente do lado oposto, e nenhum foi projetado para suportar carga radial significativa.

Capacidades de carga de rolamentos axiais de rolos cônicos por tamanho

Dados reais de catálogo em três tamanhos mostram com que rapidez a capacidade cresce com o diâmetro do furo — e como a diferença entre as classificações estática e dinâmica aumenta à medida que os rolamentos se tornam maiores.

A relação entre capacidade estática e dinâmica não é fixa: nessas quatro dimensões, ela sobe de cerca de 11:1 na menor para quase 18:1 na maior. Esse é um dado importante ao dimensionar um rolamento que gira sob carga: o valor estático pode parecer confortador, mas é a capacidade dinâmica que determina a vida em fadiga e, em diâmetros internos maiores, ela representa uma fração menor do valor estático do que se poderia supor.

Um detalhe dimensional permanece constante em todas as quatro dimensões acima, apesar da enorme diferença de capacidade: todas mantêm a mesma faixa de tolerância do furo de +0,001 pol / –0. A capacidade de carga varia em ordens de grandeza; a precisão dimensional não é reduzida para acompanhar esse aumento.

Outras especificações que permanecem consistentes em toda a linha: precisão ABEC-1 como classe padrão, faixa de temperatura de operação de -30°C a 110°C e lubrificação indicada como obrigatória — não opcional — em cada item do catálogo.

A tabela acima abrange TTHD, TTHDFL-V-Flat e TTHDFLSA — três construções que compartilham o mesmo sistema de classificação de carga axial estática e dinâmica. TTSP e TTC utilizam uma métrica diferente, o Steering Pivot Rating, refletindo sua aplicação leve e específica, em vez de uma capacidade axial industrial geral:

Aplicações de rolamentos axiais de rolos cônicos

Em vez de uma descrição genérica de "indústria pesada", a própria classificação da construção TTHD especifica aplicações finais: swivels de poço de petróleo, refinadores de celulose, extrusoras e blocos de encosto de laminadores de perfuração.

Todas compartilham o mesmo perfil — carga axial sustentada em um único sentido, muitas vezes em alta velocidade, em equipamentos nos quais o custo das paradas justifica um rolamento projetado especificamente para essa aplicação.

Consulte os atuais códigos de rolamentos axiais de rolos cônicos para ver as especificações de cada dimensão.

Cônicos, cilíndricos e de esferas: comparação com mesmo diâmetro de furo

Os rolamentos axiais de rolos cônicos não se limitam a grandes dimensões industriais — como mostra o exemplo T135-902A1 acima, a construção TTHD chega a um furo de 34.9 mm neste catálogo. O exemplo abaixo, 30TTHD013, apresenta um furo maior, de 76.2 mm, o que ainda é útil para demonstrar quanto capacidade até um rolamento cônico de porte médio agrega em comparação com um rolamento axial de esferas ou um rolamento axial de rolos cilíndricos em escala equivalente.

A diferença é substancial: com um furo aproximadamente 2.5 vezes maior que o dos exemplos de esferas e cilíndricos, o 30TTHD013 suporta quase 39 vezes a capacidade estática do rolamento de esferas.

Para uma introdução completa à categoria de rolamentos axiais, consulte O que é um rolamento axial? Para conhecer a opção de seção mais delgada, com furo correspondente de 30 mm, consulte O que é um rolamento axial de rolos cilíndricos?

Perguntas frequentes

Qual é, na prática, a diferença entre as cinco construções?

TTHD e TTHDFL-V-Flat são as duas construções de uso geral e alta capacidade de carga — a escolha entre elas se resume à rotação admissível versus à facilidade de alinhamento. O TTHDFLSA agrega autoalinhamento para compensar um desvio fixo de montagem, mas não é especificado para desalinhamento que varie durante a operação.

TTSP e TTC pertencem a uma categoria totalmente distinta: construções leves e específicas para aplicação, classificadas pelo Steering Pivot Rating em vez da carga axial, desenvolvidas para uso em pivôs de direção e movimento oscilante, e não para serviço axial industrial geral.

Um rolamento axial de rolos cônicos é o mesmo que um rolamento de rolos cônicos padrão?

Não. Um rolamento de rolos cônicos padrão — como o utilizado, por exemplo, em cubos de roda — possui duas pistas cônicas dispostas em ângulo e suporta carga radial, além de carga axial em um único sentido. Já o rolamento axial de rolos cônicos elimina totalmente a capacidade radial em troca de uma classificação axial unidirecional mais alta no mesmo espaço de montagem.

Qual é a diferença entre as capacidades de carga axial estática e dinâmica?

A capacidade estática (ISO 76) é a carga que um rolamento parado pode suportar antes de os rolos deformarem permanentemente a pista. Já a capacidade dinâmica (ISO 281) é um valor baseado em fadiga, associado a um número específico de rotações, que considera o rolamento girando sob carga ao longo de sua vida útil.

A falha por fadiga ocorre muito abaixo do limite de deformação; por isso, a capacidade dinâmica é sempre a menor das duas — e é também por isso que, como mostra a tabela acima, essa diferença aumenta em dimensões maiores.

Um rolamento axial de rolos cônicos pode suportar alguma carga radial?

Não. Isso não faz parte do projeto, em nenhuma das construções. Para cargas combinadas, é necessário um rolamento radial separado para suportar o eixo, enquanto o rolamento axial de rolos cônicos atua apenas sobre o componente axial.

Por que esses rolamentos exigem lubrificação, especificamente?

Os rolamentos axiais de rolos cônicos operam com lubrificação em película fina nos pontos de contato entre os rolos e as pistas, embora sua geometria tenha sido projetada para rolamento, e não para deslizamento. Qualquer interrupção dessa película de óleo ou graxa permite o contato metal com metal sob carga total, o que risca a pista e reduz a vida útil do rolamento muito antes do que indicariam as capacidades de carga.

Por isso, toda ficha de catálogo indica a lubrificação como requisito obrigatório.

Como escolher o tamanho correto?

Parta da carga axial efetiva gerada pela aplicação, aplique um fator de segurança para choques ou picos de carga e compare com a capacidade dinâmica — não com a estática — se o rolamento girar durante a operação.

Em seguida, o diâmetro do furo é definido pelo diâmetro do eixo. O menor exemplo verificado de TTHD neste catálogo apresenta furo de 34,9 mm, de modo que eixos muito pequenos ainda podem ser melhor atendidos por um rolamento axial de esferas ou de rolos cilíndricos, ou pelas menores construções TTSP/TTC, classificadas pela Steering Pivot Rating.

Por que os modelos TTSP e TTC apresentam uma Steering Pivot Rating em vez de capacidades de carga axial?

Os modelos TTSP e TTC são construções de serviço leve, desenvolvidas para uma aplicação específica — pivôs de direção e juntas oscilantes —, e não para serviço axial industrial geral. Classificá-los com base no modo de falha correspondente a esse uso específico faz mais sentido do que inseri-los no mesmo referencial de cargas axiais estáticas e dinâmicas aplicado aos rolamentos TTHD e TTHDFL-V-Flat para serviço pesado, que operam com rotação contínua sob carga sustentada.