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O que é pré-carga em rolamentos? Rigidez e precisão.

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Entendendo a pré-carga dos rolamentos

Definição: O que é pré-carga de rolamento?

Pré-carga do rolamento (também chamada de pré-carga ou carga inicial) é uma carga compressiva controlada aplicada intencionalmente a um rolamento para eliminar a deformação interna. liberação e criam uma ligeira interferência entre os elementos rolantes e as pistas. A pré-carga garante que todos os elementos rolantes estejam em contato contínuo com as pistas em todas as condições de operação, eliminando a pequena folga interna que existiria de outra forma. Isso cria um sistema de rolamentos mais rígido e preciso, com melhor distribuição de carga e resistência à vibração.

A pré-carga é essencial em aplicações que exigem alta rigidez, posicionamento preciso do eixo ou operação com cargas variáveis ou oscilantes. É prática padrão em fusos de máquinas-ferramenta, instrumentos de precisão e máquinas de alta velocidade, onde... instabilidade A prevenção é fundamental.

Finalidade e benefícios

1. Aumento da rigidez

O principal benefício da pré-carga:

  • Elimina a folga que permite a deflexão sob carga.
  • Todos os elementos rolantes em contato, distribuindo a carga por todos os elementos.
  • A rigidez do rolamento pode aumentar de 2 a 5 vezes em comparação com um rolamento sem pré-carga.
  • Reduz a deflexão do eixo e melhora a rigidez do sistema.

2. Precisão e exatidão aprimoradas

  • Elimina desvio do eixo folga do rolamento
  • Proporciona um posicionamento preciso e repetível do eixo.
  • Essencial para máquinas de precisão (máquinas-ferramenta, instrumentos de medição)
  • Reduz vibração de impactos relacionados à liberação

3. Prevenção de Derrapagens

  • Garante que os elementos rolantes realmente rolem em vez de deslizarem.
  • Particularmente importante sob cargas leves ou altas velocidades.
  • O deslizamento causa desgaste rápido dos rolamentos e danos na superfície.
  • A pré-carga mantém a força de contato adequada para um rolamento puro.

4. Redução de ruído

  • Elimina ruídos provenientes de folgas internas.
  • Proporciona um funcionamento mais silencioso e suave.
  • Importante para aplicações próximas a pessoal ou equipamentos sensíveis.

5. Aprimoramento da estabilidade

Em dinâmica do rotor:

  • O aumento da rigidez do rolamento eleva velocidades críticas
  • Melhora amortecimento características
  • Previne instabilidades induzidas por rolamentos
  • Reduz a suscetibilidade à vibração externa.

Tipos de pré-carga

1. Pré-carga fixa (rígida)

Pré-carga constante, independentemente da temperatura ou velocidade:

  • Método: Espaçadores, calços ou porcas de travamento ajustados em uma posição específica
  • Características: Alta rigidez, controle preciso
  • Limitações: Pode aumentar com a temperatura, risco de sobrecarga.
  • Aplicações: Eixos de máquinas-ferramenta, equipamentos de precisão

2. Pré-carga da mola (elástica)

A pré-carga é mantida por molas, permitindo a compensação térmica:

  • Método: Molas onduladas, arruelas Belleville ou molas helicoidais
  • Características: Acomoda a expansão térmica sem sobrecarga.
  • Vantagens: Mais tolerante às mudanças de temperatura.
  • Aplicações: Aplicações com variação de temperatura e requisitos de precisão menos críticos.

Métodos de pré-carga

Pré-carga axial (mais comum)

Montagem frente a frente ou costas com costas

  • Dois rolamentos de contato angular montados em lados opostos.
  • Força axial aplicada comprimindo os rolamentos.
  • Elimina a folga axial em ambas as direções.
  • Padrão para máquinas-ferramenta e aplicações de alta precisão.

Pré-carga ajustável

  • Porca de travamento ou retentor roscado ajustado para definir a pré-carga
  • Medido por torque, força axial ou aumento da temperatura do rolamento.
  • Pode ser ajustado durante a montagem ou manutenção.

Pré-carga radial

  • A interferência entre as pistas e o eixo/carcaça cria uma compressão radial.
  • Elementos rolantes comprimidos radialmente entre pistas
  • Menos comum que a pré-carga axial.
  • Utilizado em alguns rolamentos selados e aplicações especiais.

Seleção da magnitude da pré-carga

Pré-carga leve

  • Vigor: 1-5% de classificação de carga dinâmica do rolamento
  • Benefícios: Rigidez aprimorada com aumento mínimo do atrito
  • Aplicações: Maquinaria de precisão geral

Pré-carga média

  • Vigor: 5-10% de classificação dinâmica
  • Benefícios: Alta rigidez, boa precisão
  • Aplicações: Eixos de máquinas-ferramenta, acionamentos de precisão

Pré-carga pesada

  • Vigor: 10-20% de classificação dinâmica
  • Benefícios: Rigidez e estabilidade máximas
  • Limitações: Alto atrito, geração de calor, vida útil reduzida
  • Aplicações: Aplicações de ultraprecisão, requisitos de alta rigidez em baixa velocidade

Desvantagens e Considerações

Aumento do atrito e do calor

  • A pré-carga aumenta as cargas de contato e o atrito.
  • A temperatura de operação aumenta (normalmente de 5 a 20 °C acima da temperatura sem pré-carga).
  • Temperaturas mais elevadas aceleram a degradação do lubrificante.
  • Pode exigir refrigeração ou lubrificação reforçadas.

Vida útil reduzida dos rolamentos

  • A pré-carga aumenta as cargas operacionais.
  • O cálculo da vida útil do rolamento deve incluir o efeito da pré-carga.
  • A pré-carga excessiva pode reduzir drasticamente a vida útil.
  • Equilíbrio entre rigidez/precisão e vida útil

Sensibilidade Térmica

  • A pré-carga fixa aumenta com a elevação da temperatura (expansão diferencial).
  • Pode levar à sobrecarga se a expansão térmica não for considerada.
  • A pré-carga da mola acomoda as variações térmicas.
  • O projeto deve levar em consideração a faixa de temperatura de operação.

Aplicações

Onde a pré-carga é essencial

  • Eixos de máquinas-ferramenta: Eixos para retificação, fresagem e torneamento que exigem precisão e rigidez.
  • Equipamentos de alta velocidade: Previne derrapagens e instabilidade.
  • Instrumentos de Precisão: Equipamentos de medição, sistemas ópticos
  • Cargas oscilantes: Aplicações com inversões de carga ou cargas variáveis
  • Cargas de Momento: Mancais sujeitos a momentos de inclinação

Onde a pré-carga não é recomendada

  • Aplicações em altas temperaturas (risco de sobrecarga térmica)
  • Velocidade muito alta (preocupações com atrito e calor)
  • cargas de choque pesadas
  • Quando a longa vida útil do rolamento é priorizada em relação à rigidez.
  • Aplicações industriais gerais onde a precisão não é crítica

A pré-carga dos rolamentos é uma ferramenta poderosa para melhorar o desempenho do sistema de rolamentos, proporcionando maior rigidez, melhor precisão e prevenindo deslizamentos e instabilidades. No entanto, ela deve ser especificada e aplicada com cuidado, considerando as compensações entre o aumento do atrito, o calor e a potencial redução da vida útil, para se obter o desempenho ideal em cada aplicação específica.

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Categorias: GlossárioDiagnóstico de vibração
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