Classes de tolerância de eixo e suporte para rolamentos: como a escolha do ajuste define a folga interna

Primeiro decida qual anel gira em relação à carga

A seleção do ajuste começa com uma pergunta: a direção da carga gira em relação ao anel, ou o anel permanece parado sob a carga?

Um anel que gira em relação à carga tende a deslizar (creep) no seu assento, a menos que o ajuste o mantenha firme; por isso o assento exige um ajuste com interferência ou um ajuste transição.

Um anel cuja direção de carga é estacionária permanece no lugar, de modo que um ajuste com folga é aceitável e muitas vezes desejável, porque permite o deslocamento axial do anel. Os dois assentos são tabelados separadamente.

No eixo, uma carga rotativa no anel interno exige classes com interferência como h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 ou r6, conforme a carga e o diâmetro, enquanto uma carga estacionária no anel interno usa g6 quando o anel precisa mover-se com suavidade, ou h6 quando não precisa².

No suporte (carcaça), uma carga estacionária no anel externo usa classes com folga H7, H8, G7 ou F7, enquanto uma carga rotativa no anel externo usa M7, N7 ou P7⁵.

Ambas as tabelas são funções do tipo de carga, do tipo de rolamento e do tamanho, de modo que a classe não pode ser escolhida apenas a partir da direção da carga²⁵. Errar aqui custa duas vezes.

Um assento folgado deixa a pista de rolagem girar e sofrer fretting contra o eixo ou o suporte, e um assento que não apoia adequadamente a pista relativamente fina encurta a vida útil e pode obrigar ao recondicionamento do eixo ou do suporte antes de instalar o rolamento de reposição¹¹.

Lendo a classe de eixo na tabela de carga e diâmetro

Para um anel interno rotativo, a classe de eixo é tabelada em função da magnitude da carga e do diâmetro do eixo, e o ajuste é definido em relação à tolerância normal do furo do rolamento — portanto a mesma classe de letra significa interferência absoluta diferente em diâmetros diferentes²¹².

A tabela abaixo apresenta o caso de carga leve e normal para rolamentos de furo cilíndrico nas classes 0, 6X e 6; carga pesada ou de impacto desloca a classe para n6, p6 ou r6 e exige um rolamento com folga interna maior que a padrão². Duas flexibilizações importam.

Onde se deseja alta precisão, js5, k5 e m5 substituem js6, k6 e m6².

Em rolamentos de rolos cônicos de uma carreira e rolamentos de esferas de contato angular, k5 e m5 podem ser substituídos por k6 e m6, porque a redução da folga interna devida ao ajuste não precisa ser considerada nesses casos².

Lendo a classe de suporte na tabela de carga e deslocamento

A classe de suporte depende de o anel externo precisar ou não ser axialmente deslocável, do tipo de carga e da temperatura de funcionamento do eixo e do anel interno. Por isso, uma única classe padrão é errada para um anel externo rotativo ou para um eixo quente⁵.

Onde a carga no anel externo é estacionária e o anel precisa deslocar-se com facilidade, H7 é a escolha usual; G7 pode ser aplicado para um rolamento grande ou uma grande diferença de temperatura entre o anel externo e o suporte⁵.

Onde o eixo e o anel interno operam quentes, a classe de suporte passa para G7, com F7 para um rolamento grande ou grande diferença de temperatura⁵. Uma carga rotativa no anel externo não é deslocável e recebe M7, N7 ou P7, conforme a carga e a espessura do suporte⁵.

Verifique se a interferência consome a folga interna

Um ajuste com interferência dilata o anel interno, e essa dilatação reduz a folga interna fabricada — a folga de bancada — do rolamento¹⁹. Um ajuste apertado no suporte faz o mesmo por fora, comprimindo o anel externo, de modo que as duas reduções se somam³.

Se a redução não for considerada, pode não sobrar folga de bancada suficiente para manter qualquer folga de funcionamento, e o rolamento pode passar a folga negativa, atrito excessivo e falha precoce³¹⁹. A redução não é simplesmente a interferência nominal.

A interferência efetiva é calculada como dois terços da interferência nominal menos uma dimensão de achatamento, tanto para o anel interno quanto para o anel externo, e a variação de folga resultante depende da interferência efetiva, do diâmetro do eixo acoplado e da espessura da parede do furo do suporte⁹.

É por isso que a classe de ajuste e a classe de folga têm de ser escolhidas em conjunto, e não em sequência.

Onde o ajuste é pesado, a temperatura de operação é consistentemente alta ou as rotações excedem a faixa padrão, uma classe de folga maior como C3 é a escolha adequada; C4 é reservado para temperaturas excepcionalmente altas, diferença térmica significativa entre eixo e suporte, suportes de parede fina ou desalinhamento severo²⁰.

Um fornecedor afirma que C3 é a recomendação padrão para muitos motores industriais e redutores comuns — essa é a posição desse fornecedor, não uma regra para toda aplicação²⁰.

Diferença de temperatura e a disposição com lado livre

A folga também se move com a temperatura.

Onde se espera que o anel interno ou o eixo opere mais quente e se dilate mais do que o anel externo ou o suporte, a folga do rolamento diminui em operação, por isso uma folga radial maior é desejável desde o início; se o anel externo se dilatar mais que o anel interno, a folga aumenta em vez disso⁴.

A mesma lógica orienta a classe de folga: C3 onde a temperatura de operação é consistentemente alta, os ajustes são pesados ou as rotações estão acima do padrão, e C4 onde a diferença térmica entre eixo e suporte é significativa²⁰. Um rolamento no lado livre é a outra forma de absorver esse movimento.

Ele compensa a dilatação ou a contração causada pela variação de temperatura em operação, e onde um rolamento não separável é usado no lado livre, prevê-se um ajuste com folga entre o anel externo e o suporte ou, em alguns casos, entre o eixo e o anel interno²¹.

Esse ajuste com folga é uma providência térmica deliberada, não uma versão mais folgada do ajuste do lado fixo.

Delimite a interferência pelas duas extremidades

O ajuste tem de ser apertado o suficiente para impedir que o anel deslize no assento, e folgado o suficiente para não sobrecarregá-lo.

Ajustes corretos impedem a rotação da pista de rolagem em relação ao eixo ou ao suporte e o fretting e o engripamento que se seguem, e apoiam as pistas de rolagem relativamente finas; as tolerâncias de eixo e suporte permitidas são apenas ligeiramente maiores que as dos componentes de rolamento acoplados¹¹.

A montagem por prensa do anel interno soma-se à tensão circunferencial no anel.

Para um caso específico — um rolamento de contato angular de encosto, furo de 120 mm, em aço M50, para o eixo principal de um turbojato — a fonte recomenda que essa componente de tensão circunferencial devida à montagem por prensa não deva exceder cerca de 140 MPa¹⁷.

Esse valor vem de uma única aplicação aeroespacial de alta rotação e não é um limite geral da indústria; trate-o como um lembrete de que a interferência máxima é limitada pela tensão no anel, e pergunte ao fornecedor de rolamentos pelo limite aplicável ao seu rolamento.

Escolha um método de montagem que alcance o ajuste

A interferência do desenho tem de ser atingível sem dano à pista de rolagem. Rolamentos de furo cilíndrico são em geral montados por prensa, ou pelo aquecimento do anel interno para dilatar seu furo antes da montagem — um ajuste por contração²⁶.

Para rolamentos maiores ou interferência maior, a montagem a quente reduz o risco de dano à pista de rolagem durante a prensagem, e onde o anel externo precisa de ajuste com interferência o rolamento pode primeiro ser resfriado com gelo seco, com tratamento anticorrosivo aplicado previamente²⁶. A ferramentaria importa tanto quanto a temperatura.

Devem ser usadas prensas de rolamentos, aquecedores por indução ou prensas hidráulicas conforme o tipo de rolamento e o ajuste, e força nunca deve ser aplicada diretamente aos elementos rolantes — apenas ao anel que está sendo montado¹³.

O que confirmar no desenho antes do pedido

Os ajustes são escritos como combinações de letra e dígito, como m6 e H7, em que uma letra minúscula é um diâmetro externo de eixo e uma letra maiúscula é um furo de suporte, e cada um deles é definido em relação à tolerância normal do furo ou do diâmetro externo do rolamento¹².

Como essas tolerâncias normais crescem com o tamanho do rolamento, a mesma classe produz um ajuste absoluto diferente em um rolamento maior; por isso o desenho está incompleto sem a classe de tolerância do rolamento contra a qual está definido¹².

As fontes não trazem valores numéricos de geometria ou acabamento do assento, de modo que esses itens devem ser escritos como pontos de verificação, e não como números copiados.

• ✓Indique a classe de tolerância do rolamento contra a qual o ajuste é definido, usando a designação ISO, DIN, ANSI/ABEC ou JIS com a qual o fornecedor trabalha [S12][S14][S25]
• ✓Confirme a classe de eixo contra o caso de carga e a faixa real de diâmetro do eixo, não contra uma classe padrão [S2]
• ✓Confirme a classe de suporte contra a necessidade de deslocamento do anel externo e a temperatura do eixo [S5]
• ✓Indique a classe de folga interna (CN, C3 ou C4) e o ajuste com o qual ela foi escolhida [S20]
• ✓Exija que a oficina verifique o diâmetro do eixo e o furo do suporte, o acabamento superficial e a forma antes da montagem [S11]
• ✓Peça ao fornecedor que confirme a redução de folga esperada para o ajuste especificado [S19][S9]
• ✓Nomeie o método de montagem e as ferramentas, para que a interferência especificada seja atingível sem dano à pista de rolagem [S26][S13]

Onde as fontes divergem ou permanecem em silêncio

As tabelas acima vêm de guias de seleção de ajuste de fornecedores, e nem todas apontam na mesma direção. As linhas abaixo mantêm cada posição separada; a evidência não resolve qual vale para uma máquina específica, por isso o comprador verifica contra a aplicação real.

O que as fontes não estabelecem

• Nenhuma fonte fornece valores numéricos dos desvios de furo e diâmetro externo Δdmp/ΔDmp para um rolamento específico, de modo que a interferência real não pode ser calculada a partir deste artigo.
• Nenhuma fonte fornece faixas numéricas de folga interna radial para CN, C3 ou C4 antes da montagem.
• Nenhuma fonte fornece uma fórmula completa do fator de relação de anéis para a redução da folga; são indicados apenas o fator 2/3 e a dimensão de aplanamento G*.
• Nenhuma fonte fornece cálculos numéricos de dilatação térmica nem o diferencial de temperatura a partir do qual C3 ou C4 se torna necessário.
• Nenhuma fonte fornece uma fórmula de interferência mínima para prevenir deslizamento ou fretting, nem um limite geral de interferência máxima para trincas ou tensão circunferencial.
• Nenhuma fonte fornece requisitos numéricos de rugosidade superficial (Ra), cilindricidade, redondeza ou perpendicularidade do ombro.
• Nenhuma fonte fornece valores de interferência alcançáveis ou exigidos, ou valores de força de montagem, para ajuste por prensagem, aquecimento por indução, injeção de óleo ou porca hidráulica.
• Nenhuma fonte fornece tolerâncias geométricas numéricas dos assentos de eixo ou carcaça em relação às tolerâncias do rolamento.