Técnica de Pré-carga Aumenta o Desempenho e a Durabilidade do Rolamento

Imaginem uma máquina-ferramenta de alta precisão, onde até a menor vibração no fuso pode afetar diretamente a precisão de usinagem.Ou considere um diferencial de automóvel em que o ruído excessivo reduz significativamente o conforto de conduçãoEstas aplicações aparentemente diferentes partilham um fator crítico comum: a pré-carga dos rolamentos.

A pré-carga, como técnica de instalação de rolamentos de precisão, envolve a aplicação de uma distância negativa controlada para aumentar significativamente a rigidez do sistema de rolamentos, reduzir o ruído, melhorar a precisão de orientação,e até prolongar a vida útil do rolamentoEste artigo explora os princípios, métodos, fatores de influência e considerações de aplicação de pré-carga de rolamentos para fornecer orientações abrangentes para engenheiros e técnicos.

O carregamento prévio de rolamentos não é necessário em todas as aplicações, mas desempenha um papel crucial em cenários específicos.

• Reforço da rigidez:A pré-carga aumenta significativamente a rigidez do rolamento, reduzindo a deformação sob carga e melhorando a precisão e a estabilidade do sistema,especialmente importantes em fusos de máquinas-ferramenta e instrumentos de precisão.
• Redução do ruído:A pré-carga elimina ou minimiza o espaço livre interno, mantendo os elementos de rolamento sob força constante para reduzir os níveis de ruído, críticos para diferenciais automotivos e motores elétricos.
• Orientação melhorada do eixo:A pré-carga melhora a precisão de orientação do eixo, mantendo a posição e a direção estáveis sob carga,essencial para aplicações que exijam um controlo preciso do movimento, como juntas robóticas e dispositivos de transmissão de precisão.
• Indenização por desgaste e deformação:A pré-carga compensa o aumento do espaço livre devido ao desgaste inicial e à deformação microscópica das superfícies de acasalamento.
• Extensão da vida útil dos rolamentos:A pré-carga adequada melhora a distribuição interna da carga, reduzindo as cargas dos elementos rolantes individuais para prolongar a vida útil.aumento do atrito e geração de calor.

A pré-carga dos rolamentos é obtida principalmente através de dois métodos:

Este método utiliza molas para aplicar força de pré-carga, oferecendo simplicidade, baixo custo e compensação automática para desgaste e deformação.aplicações de baixa velocidade, como pequenos motores e ventiladores, a selecção de molas requer cálculos e ensaios para garantir uma gama de pré-carga adequada.

Este método controla com precisão a força de pré-carga através do ajuste da posição do rolamento, adequado para várias cargas e velocidades.,Os métodos de execução incluem:

• Ajuste das porcas:Simples, mas requer um controlo preciso do binário.
• Ajuste de parafuso:Maior precisão, mas requer pré-medida da distância axial.
• Ajuste do espaçador:Usa espaçadores de tamanho preciso para pré-carregamento consistente na produção em massa.

Aplicadas radialmente, principalmente para rolamentos cilíndricos por meio de ajustes de interferência (anel/eixo interno ou anel/abrigo externo).

Aplicado axialmente, principalmente para rolamentos de esferas de contato angulares, rolamentos de rolos cônicos e rolamentos de empuxo.

• De trás para trás (DB):Maior rigidez e capacidade de momento, mas sensível à temperatura, adequado para espaços curtos como fendões de máquinas-ferramenta.
• Cara a cara (DF):Menos sensível à temperatura, mas menos rígida, ideal para comprimentos longos como os centros das rodas dos automóveis.

Os rolamentos de esferas de ranhura profunda podem aceitar pré-carga axial quando selecionados com maior espaço livre radial (C3/C4).

A determinação da força de pré-carga é crítica - uma força insuficiente não produz nenhum benefício, enquanto uma força excessiva causa sobrecarga.

• Tipo/tamanho do rolamento
• Magnitude/direção da carga
• Velocidade de rotação
• Método de lubrificação
• Temperatura de funcionamento
• Materiais e estrutura do poço/abrigo

Para os novos desenhos, recomenda-se o cálculo seguido de uma verificação experimental devido a incertezas práticas.

Com base na relação de deformação pré-carga-elasticidade, medir o deslocamento do eixo para determinar a pré-carga.

• Distâncias entre o eixo e o ombro da caixa
• Largura total do rolamento
• Deslocamento axial necessário
• Compensação da expansão térmica
• Tolerâncias de fabrico
• Compensação de perdas de pré-carga

Medidas de torque de atrito para determinar a pré-carga, adequadas para produção em massa devido à velocidade e ao potencial de automação.

Medição/aplicação direta da força de pré-carga, embora os métodos indiretos sejam geralmente preferidos pela simplicidade.

Realizado separadamente para cada arranjo de rolamentos, utilizando porcas/esferas/espaçadores com verificação de medição para obtenção de uma pré-carga nominal precisa.

Os componentes fabricados com tolerâncias padrão são montados aleatoriamente, assumindo a improbabilidade estatística de empilhamento de tolerância extrema.

• Máquinas para a fabricação de máquinas-ferramenta:Melhora a rigidez e reduz a vibração para melhorar a precisão de usinagem.
• Diferenciais Automotivos:Aumenta a rigidez e diminui o ruído para melhor manuseio e conforto.
• Turbinas eólicasTem capacidade de carga e vida útil para maior fiabilidade.
• Articulações robóticas:Melhora a rigidez e reduz o espaço livre para uma precisão superior de movimento.

Para além dos valores de pré-carga ideais, a melhoria da rigidez aumenta, enquanto o aumento do atrito/calor reduz drasticamente a vida útil do rolamento.A complexidade dos cálculos justifica ferramentas de engenharia modernas ou consulta profissionalDurante o ajuste, minimize a variação colocando adequadamente os elementos de rolamento.

Os rolamentos especializados de fila única ou emparelhados facilitam um ajuste simples e fiável ou proporcionam uma post-instalação pré-carregada pré-determinada, incluindo:

• Especificação CL7C Rolamentos de rolos cônicos para diferenciais automotivos
• Rolamentos de esferas de contacto angulares de linha única, de correspondência universal
• Rodamentos de rolos cónicos de linha única em pares
• Rolamentos de esferas de ranhuras profundas de linha única em pares