Os rolamentos axiais de esferas podem suportar cargas radiais em eixos verticais?

Não. Os rolamentos axiais de esferas padrão são projetados para suportar cargas axiais, não cargas radiais. Instalá-los em um eixo vertical não altera essa limitação. Eles podem suportar o peso do eixo e dos componentes acoplados, mas as forças laterais ainda exigem um rolamento radial separado ou um arranjo de rolamentos projetado para cargas combinadas.

Essa distinção é importante porque um eixo vertical pode parecer uma aplicação simples para rolamentos axiais, embora esteja sujeito a forças laterais significativas. Um misturador vertical acionado por correia é um bom exemplo: a gravidade atua para baixo ao longo do eixo, enquanto a tensão da correia exerce tração transversal. As duas cargas existem ao mesmo tempo, mas exigem caminhos de carga diferentes no conjunto de rolamentos.

Portanto, a pergunta relevante não é simplesmente se um rolamento axial consegue sustentar o eixo. É se o arranjo de suporte completo consegue suportar todas as forças de operação sem exigir que um rolamento desempenhe uma função que sua geometria não permite.

A orientação vertical não define toda a condição de carga

A força axial atua paralelamente à linha central do eixo. A força radial atua perpendicularmente a ela. Em um eixo vertical, o peso de um rotor centrado geralmente contribui para a carga axial. No entanto, a orientação do eixo pouco informa sobre as forças da correia, as reações das engrenagens, as forças hidráulicas, as reações do acoplamento ou o desequilíbrio do rotor.

Considere uma bomba vertical. O conjunto rotativo tem peso, mas o impulsor também pode gerar empuxo hidráulico, e forças radiais podem surgir em determinadas condições de operação. Dependendo do projeto da bomba e do ponto de operação, a força axial resultante pode aumentar, diminuir ou inverter-se. Selecionar um rolamento apenas com base no peso do conjunto deixaria de considerar grande parte das condições reais de serviço.

Uma polia em balanço acrescenta outra complicação. Sua força lateral cria um momento fletor, além das reações nos rolamentos. A distância entre a polia e o suporte mais próximo, juntamente com o espaçamento entre os rolamentos, influencia essas reações. Uma força lateral externa moderada não significa necessariamente uma carga moderada em cada rolamento.

Antes de escolher os rolamentos, faça um esboço do eixo, das posições dos suportes e das forças aplicadas. Inclua as condições de partida, parada e situações anormais previsíveis. Esse simples exercício muitas vezes revela por que uma solução apenas com rolamento axial é incompleta.

Por que rolamentos axiais de esferas não podem substituir guias radiais

Um rolamento axial de esferas convencional de escora simples é composto por uma arruela de eixo, uma arruela de alojamento e um conjunto de esferas e gaiola entre elas. Suas pistas são dispostas para transmitir força axial de uma arruela à outra, através das esferas.

Essa configuração é fundamentalmente diferente da de um rolamento radial de esferas, cujas pistas suportam cargas radiais ao redor do eixo. A gaiola de um rolamento axial espaça e guia as esferas; ela não substitui um suporte radial do eixo. Tampouco o contato entre o furo de uma arruela e um componente próximo deve ser considerado um caminho de carga lateral aceitável.

Se um rolamento axial for forçado a restringir o movimento lateral, o conjunto poderá sofrer deslocamento do contato, atrito, carregamento desigual e danos à gaiola. O que falha primeiro depende dos ajustes, das folgas, da velocidade e da estrutura ao redor. A ausência de falha imediata não torna o arranjo adequado.

Não existe um percentual geral de “pequena carga radial admissível” para rolamentos axiais de esferas padrão. Não use uma fração da capacidade nominal de carga axial como limite de carga radial. A menos que a documentação específica do fabricante permita expressamente outra condição de serviço, considere que não há capacidade de carga radial disponível para fins de projeto.

Uma arruela de assento esférico não altera essa regra. Em projetos adequados, ela pode acomodar algum desalinhamento inicial de assentamento. Isso não transforma um rolamento axial de esferas em um rolamento para cargas combinadas nem em uma guia para deflexões consideráveis do eixo.

Um arranjo viável para eixo vertical separa os caminhos de carga

Quando as cargas e velocidades forem compatíveis com a aplicação, um rolamento axial separado pode suportar a força axial, enquanto rolamentos radiais guiam o eixo. O rolamento axial tem, então, uma função claramente definida: transferir o empuxo do eixo para um ressalto do alojamento ou outro suporte projetado adequadamente.

Os rolamentos radiais controlam a posição lateral e suportam as reações das forças externas e dos momentos fletores. Seu número e espaçamento dependem da rigidez do eixo, dos componentes em balanço, dos requisitos de alinhamento e da velocidade de operação. A instalação de um rolamento radial ao lado de um rolamento axial não constitui automaticamente uma solução completa para um eixo longo.

Uma questão menos evidente é o controle da posição axial. Se vários rolamentos forem inadvertidamente fixados de modo que cada um tente posicionar o eixo axialmente, a expansão térmica poderá gerar cargas internas que nunca foram incluídas no cálculo. O projeto deve definir qual arranjo de rolamentos posiciona o eixo e onde a expansão ou o deslocamento necessário será acomodado.

Isso merece atenção quando rolamentos rígidos de esferas são usados para guiar radialmente, pois eles também podem suportar carga axial. Sem escolhas deliberadas de ressaltos, ajustes e folgas, podem acabar recebendo o empuxo destinado ao rolamento axial separado. A distribuição de cargas deve ser projetada, e não deixada a cargo das tolerâncias de montagem.

E se o empuxo mudar de direção?

Um rolamento axial de esferas de escora simples suporta carga axial em apenas uma direção. A gravidade pode mantê-lo carregado durante a operação normal, mas uma força ascendente do processo pode reduzir essa carga ou afastar o conjunto rotativo do suporte previsto.

Um rolamento axial de esferas de escora dupla pode suportar cargas axiais em ambas as direções, mas ainda não oferece capacidade radial. Portanto, a inversão do empuxo altera os requisitos do suporte axial, mas não elimina a necessidade de guia radial. A folga axial, a carga mínima e quaisquer requisitos de pré-carga devem ser verificados de acordo com as instruções do rolamento selecionado.

Quando os rolamentos para cargas combinadas são mais adequados

Separar os suportes radiais e axiais é útil, mas nem sempre resulta no arranjo mais simples ou mais rígido. Quando ambas as cargas são consideráveis, um arranjo de rolamentos de esferas de contato angular ou de rolamentos de rolos cônicos pode oferecer uma solução mais direta.

Os rolamentos de esferas de contato angular suportam cargas radiais e axiais combinadas. Seu ângulo de contato, arranjo e pré-carga influenciam a capacidade de empuxo, a rigidez e a adequação à velocidade. Em geral, um único rolamento suporta carga axial em uma direção; um par configurado adequadamente pode suportar empuxo reversível e oferecer resistência a momentos.

Os rolamentos de rolos cônicos também suportam cargas combinadas e podem ser adequados para aplicações que exigem alta capacidade de carga e rigidez. No entanto, exigem ajuste e lubrificação cuidadosos e não devem ser considerados uma substituição universal para um arranjo de rolamentos de esferas de alta velocidade.

Os rolamentos rígidos de esferas podem ser suficientes quando predomina a carga radial e a carga axial permanece dentro dos limites específicos do rolamento. A referência de catálogo6317-2Z/P6CMV2 é um produto a ser considerado durante a seleção, e não uma recomendação para todos os eixos verticais. Antes de especificá-lo, confirme suas capacidades de carga, limites de velocidade, folga interna, requisitos de lubrificação e adequação ao arranjo de montagem real.

A escolha deve se basear nas condições de carga. Substituir um rolamento axial por outro maior não resolve um problema de suporte radial.

Verificações importantes além da capacidade de carga

Mesmo quando as cargas radiais são suportadas por outros componentes, uma instalação vertical de rolamento axial exige mais do que capacidade nominal suficiente. Vários detalhes práticos podem determinar se o arranjo funcionará de maneira confiável:

• Carga axial mínima: Em geral, os rolamentos axiais de esferas precisam de carga axial suficiente para manter o contato de rolamento adequado. O peso do eixo, por si só, pode não atender ao requisito do fabricante na velocidade prevista, sobretudo se forças do processo o compensarem parcialmente.
• Suporte e alinhamento das arruelas: As superfícies de apoio precisam ter rigidez, planicidade e perpendicularidade adequadas. Um suporte deformado pode gerar carregamento desigual, mesmo quando o empuxo nominal é aceitável.
• Distribuição do lubrificante: Em conjuntos verticais, a distribuição e a drenagem do lubrificante exigem atenção específica. Confirme se o sistema de graxa ou óleo selecionado chega aos contatos sem causar agitação excessiva.
• Velocidade e temperatura: Verifique os limites do rolamento, da gaiola, do lubrificante e das condições de refrigeração reais. Uma verificação satisfatória da carga estática não comprova a adequação para alta velocidade.
• Montagem e retenção: Siga o desenho e as instruções de montagem quanto à orientação das arruelas, aos ajustes, aos ressaltos e à retenção do eixo, inclusive ao que ocorre quando o rolamento axial deixa de estar carregado.

Se uma máquina existente apresentar aquecimento, ruído ou danos repetidos à gaiola, não presuma que uma capacidade axial maior resolverá o problema. Antes de alterar o tamanho do rolamento, verifique se há restrição radial involuntária, deflexão do eixo, carga mínima insuficiente ou problemas de lubrificação. Os padrões de danos devem ser analisados em conjunto com o histórico de operação.

O que determinar antes de selecionar o rolamento

Um conjunto útil de informações para a seleção inclui a orientação e a velocidade do eixo, as cargas axiais em ambas as direções, as forças radiais e suas posições, o espaçamento entre os rolamentos, o ciclo de trabalho, a temperatura, o método de lubrificação e o espaço de montagem disponível. Sempre que possível, inclua um desenho do eixo e do alojamento. “Eixo vertical, rotor pesado” não é informação suficiente para determinar um arranjo confiável.

A Shandong Huamai Power Technology Co., Ltd., com sede em Linqing, Liaocheng, província de Shandong, fabrica rolamentos axiais, rígidos de esferas, de contato angular e de rolos, além de projetos não padronizados personalizados. Essa gama de produtos permite que a seleção considere suportes separados ou para cargas combinadas, em vez de partir de um único tipo de rolamento. Dimensões personalizadas podem resolver uma limitação de espaço, mas não eliminam a necessidade de definir o caminho de carga correto.

Para qualquer eixo vertical, a verificação decisiva é simples: identifique o componente que suporta cada força radial. Se a resposta for o rolamento axial de esferas, sua gaiola ou um contato incidental com uma arruela, o arranjo de suporte precisa ser revisado antes que os cálculos de vida útil do rolamento possam ser significativos.