Pré-carga, Folga e Rigidez de Rolamentos de Esferas de Contato Angular de Super Precisão

Um único rolamento de esferas de contato angular de superprecisão não pode ser pré-carregado até que um segundo rolamento forneça localização na direção oposta.
Após a montagem, conjuntos de rolamentos universalmente combináveis e conjuntos de rolamentos combinados podem ter uma pré-carga maior do que a pré-carga predefinida, determinada durante a fabricação. O aumento da pré-carga depende principalmente das tolerâncias reais para os assentos do eixo e do alojamento e se estes resultam em um ajuste com interferência com os anéis do rolamento.

Um aumento na pré-carga também pode ser causado por desvios da forma geométrica dos componentes associados, como cilindricidade, perpendicularidade ou concentricidade dos assentos do rolamento.

Durante a operação, um aumento adicional na pré-carga também pode ser causado por:

  •  A força centrífuga causada pela velocidade de rotação do eixo, para arranjos de posição constante
  •  Uma diferença de temperatura entre o anel interno, o anel externo e as esferas
  •  Coeficiente de expansão térmica diferente para os materiais do eixo e do alojamento em comparação com o aço do rolamento

Se os rolamentos forem montados com interferência zero em um eixo de aço e em um alojamento de aço de paredes espessas ou ferro fundido, a pré-carga pode ser determinada com precisão suficiente a partir de
tcm 12 129561.png?t=1785195506

Onde

Gm        Pré-carga no conjunto de rolamentos montado [N]
GA,B,C,D    Pré-carga pré-definida no conjunto de rolamentos, antes da montagem [N] tabela de produtos
f        Fator PBearing dependente da série e tamanho do rolamento tabela de produtos
f1        Fator de correção dependente do ângulo de contato tabela de produtos
f2        Fator de correção dependente da classe de pré-carga tabela de produtos
fHC       Fator de correção para tabela de produtos de rolamentos híbridos

Ajustes consideravelmente mais apertados podem ser necessários, por exemplo, para fusos de altíssima velocidade, onde as forças centrífugas podem afrouxar o ajuste do anel interno em seu assento no eixo. Esses arranjos de rolamentos devem ser cuidadosamente avaliados. Nestes casos, entre em contato com o serviço de engenharia de aplicação.

Para pré-carga em um conjunto de rolamentos montados (Gm) da série S70 .. W, entre em contato com o serviço de engenharia de aplicação.

Exemplo de cálculo

Qual é a pré-carga em um conjunto de rolamentos emparelhados 71924 CD/P4ADBC após a montagem?

A pré-carga predefinida para o conjunto de dois rolamentos da série 719 CD, antes da montagem, classe de pré-carga C, tamanho 24 é GC = 1 160 N tabela de produtos.

Com o fator de rolamento f = 1,26 e os fatores de correção f1= 1 e f2= 1,09 tabela de produtos, a pré-carga do conjunto de rolamentos montado é

= 1,26 x 1 x 1,09 x 1 160 ≈ 1 590 N
Em aplicações de precisão e alta velocidade, uma pré-carga constante e uniforme é importante. Para manter a pré-carga adequada, molas lineares calibradas são normalmente usadas entre o anel externo do rolamento e o ressalto do alojamento. Com molas, o comportamento cinemático do rolamento não influencia a pré-carga sob condições normais de operação. No entanto, um arranjo de rolamento com mola tem um grau de rigidez menor do que um arranjo que usa deslocamento axial para definir a pré-carga. O método de pré-carga por mola é padrão para fusos usados em retificadoras internas.

Os valores de referência para os arranjos de rolamentos com mola mais comuns estão listados em tabela 3. Os valores aplicam-se a rolamentos de projeto CE e ACE simples. Para rolamentos em arranjos tandem, os valores devem ser multiplicados por um fator igual ao número de rolamentos pré-carregados com a força da mola. As forças de pré-carga da mola especificadas são um compromisso entre a diferença mínima no ângulo de contato operacional nas pistas dos anéis interno e externo e a rigidez axial em altas velocidades de rotação. Pré-cargas mais pesadas levam a temperaturas de operação mais altas.

Para informações adicionais, entre em contato com o serviço de engenharia de aplicação.

Para centros de usinagem, fresadoras, tornos e furadeiras, a rigidez e a orientação axial precisa são parâmetros críticos, especialmente quando ocorrem cargas axiais alternadas. Para essas aplicações, a pré-carga nos rolamentos é geralmente obtida ajustando os anéis do rolamento em relação uns aos outros na direção axial.

Este método de pré-carga oferece vantagens significativas em termos de rigidez do sistema. No entanto, dependendo do projeto interno do rolamento e do material da esfera, a pré-carga aumenta consideravelmente com a velocidade de rotação como resultado das forças centrífugas.

Rolamentos universalmente combináveis ou conjuntos de rolamentos combinados são fabricados de forma que, quando montados corretamente, atinjam seu deslocamento axial predeterminado e os valores de pré-carga adequados.

Com rolamentos individuais, anéis espaçadores de precisão combinados devem ser usados.
Nos casos em que rolamentos universalmente combináveis ou conjuntos de rolamentos combinados são usados, a pré-carga é determinada na fábrica durante a produção. Em alguns casos, no entanto, pode ser necessário otimizar a pré-carga para acomodar as condições operacionais particulares. Nestes casos, os rolamentos não devem ser modificados, pois isso requer ferramentas e conhecimento especiais, e os rolamentos podem ser danificados irreparavelmente. A modificação do rolamento deve ser confiada exclusivamente aos Centros de Serviço de Fusos Remanufatura de fusos de máquinas-ferramenta.

É possível, no entanto, aumentar ou diminuir a pré-carga usando anéis espaçadores entre dois rolamentos dispostos em configuração costas a costas ou face a face, quando usados em conjuntos de dois ou mais rolamentos. Não há necessidade de inserir espaçadores entre rolamentos dispostos em tandem.

Ao retificar a face lateral do espaçador interno ou externo, a pré-carga no conjunto de rolamentos pode ser alterada.
tabela 4 fornece informações sobre qual das faces laterais do anel espaçador de largura igual deve ser retificada e qual o efeito que isso tem. O desvio dimensional necessário para a largura total dos anéis espaçadores está listado nas tabelas a seguir.:

  •  tabela 5 para rolamentos da série 718 .. D
  •  tabela 6 para rolamentos das séries 719 .. D e 70 .. D
  •  tabela 7 para rolamentos das séries 719 .. E e 70 .. E
  •  tabela 8 para rolamentos das séries 719 .. B e 70 .. B
  •  tabela 9 para rolamentos da série 72 .. D

Anéis espaçadores

Como regra geral, o uso de anéis espaçadores com conjuntos de rolamentos de esferas de contato angular é vantajoso quando:

  •  A pré-carga no conjunto de rolamentos precisa ser ajustada
  •  A rigidez ao momento e a capacidade de carga de momento devem ser aumentadas
  •  Os bicos para lubrificação a óleo devem estar o mais próximo possível das pistas de rolamento.
  •  É necessário um espaço suficientemente grande para o excesso de graxa, a fim de reduzir o calor de atrito no rolamento.
  •  É necessária uma melhor dissipação de calor através da caixa em velocidades de operação muito altas.

Para obter o desempenho ideal do rolamento, os anéis espaçadores não devem deformar sob carga, caso contrário, desvios de forma podem influenciar a pré-carga no conjunto de rolamentos. Como resultado, os valores de referência para as tolerâncias do eixo e da caixa devem sempre ser utilizados.

Os anéis espaçadores devem ser feitos de aço de alta qualidade que possa ser endurecido entre 45 e 60 HRC, dependendo da aplicação. O paralelismo plano das superfícies da face é particularmente importante. O desvio permissível não deve exceder 1 a 2 μm.

A menos que a pré-carga deva ser ajustada, a largura total dos anéis espaçadores interno e externo deve ser idêntica. A maneira mais precisa de fazer isso é processar a largura dos anéis espaçadores concêntricos interno e externo em uma única operação.
Usando extensômetros, determinou-se que a pré-carga muda com a velocidade de rotação e que há um aumento notável na pré-carga em velocidades de rotação muito altas. Isso se deve principalmente às fortes forças centrífugas nas esferas, fazendo com que mudem sua posição nas pistas de rolamento.

Quando comparado a um rolamento com esferas de aço, um rolamento híbrido (rolamento com esferas de cerâmica) pode atingir velocidades de rotação muito mais altas, sem aumentar significativamente a pré-carga, como resultado da menor massa das esferas.
A rigidez axial depende da deformação elástica (deflexão) do rolamento sob carga e pode ser expressa como uma razão entre a carga e a deflexão. No entanto, como a relação entre deflexão e carga não é linear, apenas valores orientativos podem ser fornecidos na tabela de produtos.

Estes valores aplicam-se a pares de rolamentos montados com um ajuste de interferência próximo de zero num eixo de aço, sob condições estáticas e sujeitos a cargas moderadas.

Valores mais precisos para a rigidez axial podem ser calculados utilizando métodos computacionais avançados. Para informações adicionais, entre em contato com o serviço de engenharia de aplicação.

Comparando rolamentos do mesmo tamanho, conjuntos de rolamentos que compreendem três ou mais rolamentos proporcionam um grau mais elevado de rigidez axial do que conjuntos com dois rolamentos. Os valores orientativos para a rigidez axial para estes conjuntos podem ser calculados multiplicando os valores listados na tabela de produtos por um fator fornecido em tabela 10.

Para rolamentos híbridos, os valores orientativos para a rigidez axial podem ser obtidos da mesma forma que para rolamentos com esferas de aço. No entanto, o valor calculado deve então ser multiplicado por um fator de 1,11 (para todos os arranjos e classes de pré-carga).
Os rolamentos de esferas de contato angular de superprecisão são normalmente fixados axialmente em eixos ou alojamentos com porcas de precisão ou placas de extremidade. Esses componentes exigem alta precisão geométrica e boa resistência mecânica para fornecer suporte e fixação adequados.

O torque de aperto Mt, para porcas de precisão ou parafusos da placa de extremidade, deve ser suficiente para manter todos os componentes, incluindo os rolamentos, no lugar sem causar distorções ou outros danos.

Para obter informações sobre porcas de precisão, consulte Porcas de precisão.

Cálculo do torque de aperto necessário

Devido ao número de variáveis (fricção entre os componentes de acoplamento, grau de ajuste de interferência, aumento da pré-carga devido ao ajuste de interferência, etc.), não é possível calcular com precisão o torque de aperto Mt necessário para uma porca de fixação de precisão ou para os parafusos em uma placa terminal. As seguintes fórmulas podem ser usadas para estimar Mt, mas os resultados devem ser verificados durante a operação.

A força de aperto axial necessária para uma porca de fixação de precisão ou para os parafusos em uma placa terminal pode ser estimada a partir de
Required%20tightening%20torque tcm 12 129563.png?t=1785195506
O torque de aperto necessário para uma porca de fixação de precisão pode ser estimado a partir de
Tightening%20torque%20precision%20lock%20nut tcm 12 129564.png?t=1785195506
O torque de aperto necessário para os parafusos da placa terminal pode ser estimado a partir de
Tightening%20torque%20end%20plate%20bolts tcm 12 129565.png?t=1785195506
Onde

Mt        Torque de aperto necessário [Nmm]
Pa       Força de aperto axial necessária [N]
Fc        Força de montagem axial [N]
  •  Para rolamentos das séries 718 .. D, 719 .. D, 70 .. D e 72 .. D (tabela 11)
  •  Para rolamentos das séries 719 .. E, 70 .. E e S70 .. W (tabela 12)
  •  para rolamentos das séries 719 .. B e 70 .. B (tabela 13)
Fc        Força de aperto axial mínima [N]
  •  Para rolamentos das séries 718 .. D, 719 .. D, 70 .. D e 72 .. D (tabela 11)
  •  Para rolamentos das séries 719 .. E, 70 .. E e S70 .. W (tabela 12)
  •  para rolamentos das séries 719 .. B e 70 .. B (tabela 13)
GA,B,C,D    Pré-carga do rolamento pré-definida, antes da montagem [N] tabela de produtos
K        Fator de cálculo dependente da rosca tabela 14
Ncp       Número de rolamentos na mesma orientação do rolamento com o qual a porca de precisão ou a placa de extremidade está em contato direto1)
Nb       Número de parafusos da placa de extremidade

1 Este não é o número total de rolamentos no arranjo, apenas aqueles que precisam ser movidos para fechar folgas entre os anéis para atingir a pré-carga pré-definida. Consulte também o procedimento de travamento.

Procedimento de travamento

Ao fixar axialmente rolamentos de contato angular de superprecisão usando uma porca de precisão ou placa terminal, o seguinte procedimento deve ser aplicado para garantir que todos os rolamentos estejam totalmente assentados e que a força de aperto seja redefinida para o nível estimado necessário.

  • 1 Aperte a porca de fixação / parafusos da placa terminal 2 a 3 vezes mais forte do que o valor de Mt.
  • 2 Afrouxe a porca de fixação / parafusos da placa terminal.
  • 3 Reaperte a porca de fixação / parafusos da placa terminal para o valor de Mt.
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