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

Os maioresrolamentos de rolos cônicos de escoraem uso industrial geral suportam uma capacidade estática axial de 17.500.000 lbf — cerca de 7.940 toneladas-força. Nas versões menores, essa capacidade cai rapidamente: um exemplo comum da linha TTHD é especificado em apenas 71.200 lbf, uma fração de um por cento desse valor.

Os dois números expressam a mesma ideia de fundo: ao substituir os rolos de um rolamento de escora 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 alguns polegadas maior que a de um pneu automotivo suportar mais força do que pesa, totalmente carregado, a maioria dos caminhões plataforma.

Cinco construções de rolamentos de rolos cônicos de escora

O catálogo apresenta cinco construções distintas dentro desta linha de produtos, e as diferenças vão muito além da tolerância de alinhamento. O projeto da gaiola, a disposição dos rolos e até o critério de especificação da capacidade de carga variam de uma construção para outra.

TTHD (Pista cônica dupla)

Esta versão utiliza duas pistas cônicas de escora, com os rolos e a gaiola entre elas. Nos dados de catálogo, ela é descrita como um rolamento reforçado, capaz de operar em velocidades relativamente altas em comparação com as construções alternativas a seguir.

Alguns tamanhos permanecem compactos —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 regime estático e 7.130 lbf (31.7 kN) em carga dinâmica axial. Sua configuração de catálogo é indicada simplesmente como "Thrust TTHD – with cage", com gaiola de aço em toda a construção.

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

Nesta versão, uma das duas pistas cônicas é substituída por uma pista plana, ou arruela. Nas dimensões maiores, utiliza-se uma gaiola tipo pino — pinos de aço temperado atravessam o centro de cada rolo, permitindo uma disposição mais próxima entre eles do que a obtida com uma gaiola estampada, o que eleva a capacidade de carga por unidade de diâmetro externo.

Nas dimensões menores, utiliza-se uma gaiola de latão projetada para reter os rolos em apenas uma direção. O lado com pista plana torna essa construção consideravelmente mais fácil de instalar e alinhar do que a versão de pista cônica dupla.

TTHDFLSA (Pista plana autoalinhante)

Mantém o mesmo projeto básico de rolos e pistas do TTHDFL-V-Flat, exceto pelo fato de que a pista inferior é dividida em duas peças com faces retificadas esfericamente, o que permite o autoalinhamento sobcarga inicialdesalinhamento — quando o eixo ou a caixa já se encontra levemente fora de posição desde a montagem.

A orientação de catálogo estabelece um critério específico neste ponto: TTHDFLSAnão deveser utilizado quando se espera desalinhamento dinâmico — isto é, um desalinhamento que varia sob carga, em vez de um desvio fixo de montagem. Um tamanho representativo, B-8824-C, atende a um furo de 200 mm (7.873 in), e suas capacidades aparecem na tabela de carga abaixo, junto às demais construções com classificação estática/dinâmica.

TTSP (Com retentor externo)

Acrescenta um retentor externo a uma configuração com duas pistas cônicas e gaiola — a função do retentor é apenas manter os componentes unidos durante o transporte e a instalação, não suportar carga. Os rolos trabalham 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 umaClassificação de pivô de direçãoem vez dos valores axiais estático e dinâmico utilizados 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 empregados nas posições de pivô de direção de automóveis e de outros equipamentos industriais.

TTC (Sem gaiola, com retentor externo)

Elimina completamente a gaiola em favor de uma configuração de rolos sem gaiola, de complemento completo, 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 os projetos de complemento completo, em geral, sacrificam a capacidade de alta rotação em troca dessa maior capacidade.

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 valor aproximadamente 2.7 vezes superior à classificação de pivô do exemplo TTSP menor, T94W-904A4, com um furo maior.

Em todas as construções, o rolamento suporta carga axial em apenas um sentido. Nenhum dos cinco possui caminho de retorno para carga no sentido oposto, e nenhum é 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 à medida que o diâmetro do furo aumenta — e como a diferença entre as classificações estática e dinâmica se amplia conforme os rolamentos ficam maiores.

A relação entre capacidade estática e dinâmica não é fixa — ao longo desses quatro tamanhos, ela sobe de cerca de 11:1 no menor para quase 18:1 no maior. Esse é um dado relevante ao dimensionar um rolamento que gira sob carga: o valor estático pode parecer confortável, mas é a capacidade dinâmica que define a vida em fadiga; em furações maiores, ela representa uma fração menor do valor estático do que se poderia supor.

Um detalhe dimensional permanece constante em todos os quatro tamanhos acima, apesar da enorme variação de capacidade: todos mantêm a mesma faixa de tolerância do furo de +0.001 in / –0. A capacidade de carga cresce em ordens de grandeza; a precisão dimensional não se afrouxa para acompanhar.

Outras especificações que se mantêm 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 todas as referências do catálogo.

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

Aplicações de rolamentos de rolos cônicos de escora

Em vez de uma descrição genérica de “indústria pesada”, a própria classificação da série TTHD destaca aplicações específicas: giros de poço de petróleo, refinadores de celulose, extrusoras e mancais de escora de laminadores de perfuração contínua.

Essas quatro aplicações compartilham o mesmo perfil: carga axial sustentada e unidirecional, muitas vezes em elevada rotação, em equipamentos nos quais as perdas por paradas justificam um rolamento projetado especificamente para essa função.

Consulte as atuaisreferências de rolamentos de rolos cônicos de escorapara ver as especificações por dimensão.

Cônico, cilíndrico ou de esferas: comparação com mesmo diâmetro de furo

Os rolamentos de rolos cônicos de escora 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. Já o exemplo a seguir, 30TTHD013, trabalha com furo de 76,2 mm, ainda útil para demonstrar quanto capacidade adicional um rolamento cônico de porte médio oferece em comparação com um rolamento de escora de esferas ou de rolos cilíndricos em escala equivalente.

A diferença é expressiva: com um furo aproximadamente 2,5 vezes maior que o dos exemplos de esferas e de rolos cilíndricos, o 30TTHD013 suporta quase 39 vezes a capacidade estática do rolamento de esferas.

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

Perguntas frequentes

Qual é a diferença prática entre as cinco construções?

TTHD e TTHDFL-V-Flat são as duas construções de uso geral para serviço pesado — a escolha entre elas depende da velocidade admissível em comparação com a facilidade de alinhamento. O TTHDFLSA incorpora autocentralização para compensar um desalinhamento fixo de montagem, mas não é especificado para desalinhamento variável durante a operação.

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

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

Não. Um rolamento de rolos cônicos convencional — como o aplicado, 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 capacidade axial unidirecional mais elevada, mantendo o mesmo envelope dimensional.

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 ocorrer deformação permanente dos rolos e da pista. A capacidade dinâmica (ISO 281) é um valor baseado em fadiga, associado a um número específico de revoluções, que considera o rolamento operando sob carga ao longo de sua vida útil.

A falha por fadiga ocorre muito antes 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. Em nenhuma das construções isso ocorre por projeto. Para cargas combinadas, é necessário um rolamento radial separado para suportar o eixo, enquanto o rolamento axial de rolos cônicos fica responsável apenas pelo componente axial.

Por que, especificamente, esses rolamentos precisam de lubrificação?

Os rolamentos axiais de rolos cônicos operam com lubrificação em regime de filme fino nos pontos de contato entre rolos e pistas, embora sua geometria seja projetada para o rolamento e não para o deslizamento. Qualquer interrupção nesse filme de óleo ou graxa permite o contato metal com metal sob carga plena, o que provoca riscamento nas pistas e reduz a vida útil do rolamento muito antes do que indicariam as capacidades de carga.

Por isso, toda indicação de catálogo assinala a lubrificação como requisito obrigatório.

Como selecionar o tamanho correto?

Parta da carga axial real gerada pela aplicação, aplique um fator de segurança para choque ou picos de carga e faça a verificação com a capacidade dinâmica — não com a estática — quando o rolamento estiver em rotação durante a operação.

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

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

Os modelos TTSP e TTC são construções leves, desenvolvidas para uma aplicação específica — pivôs de direção e articulações oscilantes — e não para serviço axial industrial geral. Classificá-los com base no modo de falha relevante para esse uso específico faz mais sentido do que forçá-los ao mesmo critério estático/dinâmico de carga axial empregado nos rolamentos TTHD e TTHDFL-V-Flat, de serviço pesado, que operam em rotação contínua sob carga sustentada.