O que define os limites de velocidade e temperatura de um rolamento — e qual dos componentes, gaiola, lubrificante, vedação ou folga, é o primeiro a limitar

A velocidade de catálogo é uma condição, não uma propriedade

Um limite de velocidade impresso em uma tabela de rolamentos não é uma propriedade apenas do rolamento. É a velocidade determinada sob lubrificação com graxa e lubrificação com banho de óleo para aquele tipo de rolamento, e aplica-se a rolamentos de projeto padrão operando sob carga normal — aproximadamente C/P ≳16 e Fa/Fr ≦0,25⁸.

Leia o número na página do catálogo em relação a essas duas condições antes de usá-lo. Se sua aplicação estiver fora delas, o valor não descreve sua aplicação.

Uma carga mais pesada ou um grande componente axial altera o calor que o rolamento deve dissipar, e o calor é o que realmente está por trás do limite⁶.

A mesma tabela também traz um valor separado para graxa e para banho de óleo, porque o lubrificante faz parte da definição, não é um detalhe secundário⁸. Portanto, ao comparar dois rolamentos candidatos em termos de velocidade, verifique se ambos os números foram tabelados sob a mesma lubrificação e a mesma suposição de carga.

Um valor de velocidade citado sem sua condição de lubrificação não é comparável com outro que a inclua.

Quando a velocidade está próxima o suficiente do limite para parar de extrapolar

Duas abordagens para um limite de velocidade convergem para a mesma faixa de cautela. A abordagem do catálogo diz que, quando a velocidade rotacional excede 80% da especificação do catálogo, consulte o fabricante⁸.

A abordagem calculada usa um fator de limite de velocidade por tipo de rolamento, calcula um limite de velocidade a partir do diâmetro primitivo e afirma que qualquer velocidade operacional dentro de 80% desse limite deve ser examinada mais detalhadamente¹⁰. Essa convergência é útil como regra de triagem, não como critério de aprovação.

Se sua aplicação cair no quinto superior de qualquer um dos valores, trate o número do catálogo como o início de uma conversa com o fabricante do rolamento, e não como a resposta.

A abordagem calculada tem sua própria condição: os fatores de limite de velocidade publicados aplicam-se quando a vida nominal calculada é igual ou superior a 100.000 horas, e rolamentos mais carregados precisam de limites ajustados pelo fabricante⁶.

Um rolamento selecionado para vida curta sob carga pesada, portanto, tem menos margem de velocidade do que a tabela implica.

Use dm·n, não rpm, para avaliar o lubrificante

Dois rolamentos de diâmetros diferentes girando na mesma rotação não solicitam seu lubrificante na mesma velocidade. O fator de velocidade — dN, ou dm·n — é a ligação entre rotação, diâmetro do rolamento e comportamento do lubrificante, pois define a velocidade linear no ponto onde a graxa ou o óleo realmente sofre cisalhamento³.

Essa velocidade linear orienta o restante da decisão de lubrificação: a seleção da viscosidade do óleo base, o volume de graxa e o intervalo de relubrificação decorrem dela³. Julgar apenas pela rotação em rpm arrisca o lubrificante errado, cisalhamento excessivo, temperatura mais alta e vida mais curta³.

Para sua seleção, isso significa que o lubrificante é escolhido com base no dm·n para o furo e o diâmetro externo reais, e não na rotação do eixo na especificação da máquina. Ao solicitar uma recomendação de lubrificante, forneça o diâmetro primitivo do rolamento e a velocidade operacional juntos.

Qual componente define o teto de temperatura

Não há uma temperatura máxima única para um rolamento, porque o teto é o mais fraco de vários componentes. Para rolamentos rígidos de esferas com tampas, as velocidades alcançáveis e os limites de temperatura são governados pela gaiola e pela graxa, não pela blindagem¹⁵.

Quando uma vedação faz contato, o material da borda de vedação entra nessa lista e pode se tornar o elemento limitante¹⁵. Os números diferem por sistema em vez de se contradizerem, portanto compare apenas dentro de uma mesma configuração de lubrificante e vedação.

Construção da gaiola como limite de velocidade e calor

A gaiola é tanto um limitador de velocidade quanto um contribuinte para o calor, e é a peça mais frequentemente deixada no padrão do catálogo.

Em rolamentos rígidos de esferas, velocidades acima de 500.000 dN exigem uma mudança da construção estampada rebitada para projetos usinados rebitados que guiam na pista, com o material então escolhido para a lubrificação ou ambiente operacional⁴.

Esse limiar é o valor de um fabricante para um tipo de rolamento, não uma regra geral para toda gaiola. O estilo de guia da gaiola também altera a temperatura.

Roleiros guiados por bolsos da gaiola em vez de um anel de guia central são alegados por um fabricante como proporcionando 4–10% menos torque rotacional e cerca de 5 °C a menos de temperatura operacional¹¹.

Trate isso como resultado de teste desse fabricante em seus próprios rolamentos autocompensadores de rolos, não como uma propriedade do guia por bolsos em geral. A escolha do material é orientada pela temperatura, mas as fontes não fornecem números.

Rolamentos de rolos cilíndricos são oferecidos com gaiolas de poliamida ou latão dependendo da temperatura operacional, sem limite declarado entre elas¹⁸. O latão é posicionado para choque, vibração, alta aceleração e lubrificação mínima¹¹.

Se sua aplicação for quente, peça ao fornecedor a classificação de temperatura do próprio material da gaiola em vez de inferi-la do valor nominal do rolamento.

Defina a folga a partir do gradiente térmico, não do padrão do catálogo

A folga interna é projetada desde o início para permitir que o rolamento suporte carga enquanto absorve a expansão térmica e o efeito dos ajustes dos anéis⁵. Não é folga livre; é uma margem que é consumida em serviço.

A direção do gradiente decide para que lado ir. Onde se espera que o anel interno ou o eixo opere mais quente e se expanda mais que o anel externo ou a carcaça, a folga de funcionamento diminuirá, portanto, uma folga radial inicial maior é desejável⁵.

Onde a dissipação de calor é ruim e a temperatura operacional continua acumulando, C3 ou C4 é recomendado para compensar a expansão térmica²¹.

Variantes para temperaturas extremas vão além e usam folga radial interna que é um múltiplo de C5 — duas vezes C5 para a versão de rolamento Y — para manter a folga operacional na temperatura máxima¹². A pré-carga está no mesmo equilíbrio.

Pré-carga excessiva aumenta o atrito e o calor e reduz substancialmente a vida do rolamento, e o calor do rotor ou estator altera a folga ou a pré-carga em serviço²⁰. Se você especificar um par pré-carregado, as decisões de folga e pré-carga devem ser tomadas em conjunto com a mesma estimativa térmica.

Verifique o balanço térmico antes de liberar o projeto

A temperatura operacional é um balanço: carga e atrito geram calor, e a maior parte dele sai pela pista externa e pela carcaça⁶. Carcaças finas e expostas, com movimento de ar livre e ambiente baixo, operam mais frias que carcaças espessas e confinadas⁶.

Os itens abaixo são as entradas que você controla em cada lado desse balanço.

• ✓Confirme o tipo de vedação: blindagens sem contato não adicionam atrito; vedações de contato adicionam atrito e temperatura operacional.
• ✓Verifique o preenchimento de graxa e o nível de óleo — lubrificação excessiva e nível de óleo alto aumentam a temperatura.
• ✓Verifique o alinhamento, pois o desalinhamento está listado entre as causas de temperatura mais alta do rolamento.
• ✓Confirme o caso de carga usado para o limite de velocidade, porque carga maior gera mais calor.
• ✓Defina um alarme de mudança de temperatura: uma variação superior a 50 °F é preocupante independentemente do nível absoluto.
• ✓Observe a faixa de alerta de 200–250 °F como referência de monitoramento, não como limite de projeto.

Restringindo o tipo para aplicações de alta velocidade

A seleção do tipo dá a direção antes de qualquer número ser fixado. Rolamentos de esferas são normalmente mais adequados para aplicações de alta velocidade do que rolamentos de rolos, e em aplicações de altíssima velocidade rolamentos de alta precisão ou híbridos podem ser benéficos²³.

Rolamentos de rolos cilíndricos ainda são descritos como adequados para velocidades relativamente altas, e um fornecedor afirma que seus limites de velocidade podem chegar a 60% mais altos que rolamentos de rolos cônicos de tamanho comparável¹⁸. O que decide o resultado em alta velocidade é mais amplo que o rótulo do tipo.

Gaiola, lubrificante, precisão de funcionamento e folga do rolamento, a frequência de ressonância do sistema e o balanceamento dos componentes rotativos influenciam a vida útil em alta velocidade²³. Essa lista é o motivo pelo qual uma pré-seleção de tipo sozinha não resolve uma aplicação de alta velocidade.

Sobre classe de precisão, as fontes não fornecem números. Rolamentos de alta precisão podem ser benéficos em altíssima velocidade²³, mas nada nesta evidência quantifica o que uma classe ABEC ou ISO acrescenta em velocidade ou temperatura.

Portanto, trate uma atualização de classe como uma pergunta para o fabricante do rolamento, e não como um ganho calculado.

Onde as fontes apresentam números diferentes para o mesmo limite

Estas não são contradições a serem mediadas — elas descrevem sistemas diferentes ou enquadramentos diferentes da mesma peça. Verifique a que corresponde à sua configuração.

Antes de solicitar um orçamento

• Peça destinos de exportação relevantes, referências de parque instalado e contactos de clientes comparáveis.
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: nenhuma fonte dá uma classificação de velocidade ou temperatura por material de gaiola (aço, latão, poliamida, PEEK) — pergunte ao fornecedor a classificação do material da gaiola escolhido
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: não são dados dados numéricos de viscosidade do lubrificante, óleo base, espessante ou fator de velocidade — peça uma recomendação de lubrificante para o seu dm·n
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: não é dada nenhuma relação quantitativa entre folga e temperatura ou velocidade, e nenhuma fonte afirma que uma classe específica (C3/C4/C5) é exigida para um serviço dado — confirme o grupo de folga contra o seu gradiente térmico calculado
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: nenhum método de cálculo de binário de atrito, geração ou dissipação de calor, nem potência de arrefecimento necessária para ar, óleo ou água — peça ao fabricante que confirme o balanço térmico
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: nenhum efeito da classe de precisão ABEC/ISO sobre velocidade ou temperatura é quantificado — trate uma subida de classe como não quantificada para esta decisão
• A evidência não define isso — pergunte ao fornecedor: não são dados fatores de majoração tabulados para carga, desalinhamento, vibração ou montagem — solicite limites ajustados para o seu caso de carga real
• Peça destinos de exportação relevantes, referências de parque instalado e contactos de clientes comparáveis.