Qual é o torque de um rolamento giratório? Guia de fricção, fórmulas e seleção

Quando a estrutura superior de um guindaste hesita no primeiro balanço de uma manhã fria, o problema raramente é apenas o motor. Muito mais frequentemente, ninguém dimensionava o acionamento de acordo com o torque escondido dentro do próprio rolamento. O torque de um rolamento giratório não é um valor fixo impresso ao lado das classificações de carga em uma folha de dados. É a resistência que o rolamento cria contra a rotação: atrito dos corpos rolantes que transportam a carga, dos lábios de vedação ao longo do anel e dos dentes da engrenagem onde uma engrenagem integral é instalada. A resposta curta é esta: o torque de um rolamento giratório é uma carga de atrito variável, geralmente 1,5 a 2 vezes maior no rompimento do que durante o funcionamento constante, e pertence ao centro do dimensionamento do acionamento, não às margens.

Três "torques" diferentes ficam confusos em aplicações de giro

Antes de calcular qualquer coisa, separe as três grandezas que os engenheiros chamam casualmente de “torque de giro”, porque o valor de uma delas não diz quase nada sobre as outras.

• Torque de fricção do rolamento — a resistência gerada no interior do próprio rolamento pelos corpos rolantes, vedações e engrenagens. Isso é o que o termo geralmente significa.
• Torque de acionamento necessário — tudo o que o motor ou pinhão deve fornecer: atrito do rolamento mais inércia durante a aceleração mais resistência de trabalho, como carga de vento ou reação de escavação.
• Torque de retenção ou frenagem — o torque estático que um inversor pode resistir sem danos. Esta é uma especificação de unidade, não de rolamento.

Uma folha de dados de rolamento de giro raramente cita um único número de torque de atrito, e essa omissão é deliberada. O atrito depende da carga axial, carga radial e momento de inclinação que você realmente aplica, da folga ou classe de pré-carga solicitada, da viscosidade do lubrificante e da temperatura. Dois anéis idênticos podem diferir por um fator de três na resistência medida, dependendo do serviço, portanto, tratá-lo como uma constante é onde começa a maioria dos erros de seleção.

Os três componentes do torque de fricção de um rolamento giratório

Os fabricantes modelam o torque de atrito total como a soma de três partes: M = Mf Sra. mg. Cada um se comporta de maneira diferente no serviço, e é por isso que a divisão é importante.

Torque de fricção para suporte de carga (Mf)

A resistência ao rolamento é gerada onde esferas ou rolos encontram as pistas sob a carga axial aplicada, carga radial e momento de inclinação. Ele cresce com a carga, de forma acentuada sob cargas de grande momento que pressionam um lado da pista em contato com força. Os designs de esfera mostram contato pontual e geralmente menor resistência; os designs de rolos suportam mais carga por tamanho ao preço de maior atrito quando totalmente carregados.

Torque de fricção da vedação (Ms)

Os lábios de vedação deslizando na superfície do anel produzem um arrasto que é quase independente da carga. Em um rolamento pequeno ou levemente carregado, as vedações podem ser responsáveis ​​pela maior parte do atrito total, e cada borda adicional contribui para isso. Dois rolamentos com invólucros idênticos, mas com arranjos de vedação diferentes podem, portanto, exigir acionamentos visivelmente diferentes.

Fricção de malha de engrenagem (Mg)

Os anéis de engrenagem adicionam atrito na interface do pinhão e do anel, influenciado pelo grau de qualidade da engrenagem, módulo, lubrificação e alinhamento da malha. Em unidades com engrenagens externas, um pinhão desalinhado aparece como torque elevado e desgaste dentário localizado.

Como esses componentes variam de acordo com o tamanho e a função, a escolha da estrutura molda o orçamento de torque. Em equipamentos leves e médios, como rastreadores solares, pequenos posicionadores e máquinas alimentícias, um rolamento de giro de esferas de uma carreira mantém o atrito de rolamento e vedação baixo o suficiente para que unidades compactas e de baixa potência permaneçam viáveis.

Rolamento giratório de esferas de uma fileira para rotação em serviços leves Com uma fileira de esferas de aço endurecido, esse rolamento mantém o rolamento e o atrito de vedação baixos, de modo que acionamentos compactos em rastreadores solares, pequenos posicionadores e máquinas alimentícias permaneçam viáveis. As pistas tratadas termicamente, as opções de vedação e a fácil instalação suportam um serviço longo e estável. Ver Produto →

Como calcular o torque do rolamento giratório

Projetos sérios trabalham os números em ambas as direções.

Da energia disponível

A fórmula prática do lado do acionamento é M = P / ω, onde P é a potência fornecida ao anel e ω é a velocidade angular em radianos por segundo. Uma plataforma girando a 1 rpm gira em ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Se 1,5 kW atingir o anel nessa velocidade, o torque disponível será de cerca de 1.500/0,105 ≈ 14.300 N·m, aproximadamente 14 kNm. Execute a aritmética ao contrário para verificar se o motor e a caixa de engrenagens propostos podem realmente fornecer o que a aplicação exige em velocidades de rotação reais.

Da fricção

Uma estimativa de primeira passagem multiplica a carga de contato equivalente pelo raio da pista e um coeficiente de atrito combinado: M ≈ µ × F × d/2. Valores de trabalho de µ entre aproximadamente 0,005 e 0,015 cobrem o contato rolante mais as vedações, com o limite inferior para projetos de esferas levemente pré-carregadas em condições quentes e bem lubrificadas e o limite superior para unidades com carga pesada ou funcionamento a frio. As fórmulas do fabricante refinam isso em polinômios que pesam os termos axial, radial e de momento separadamente, portanto, use-os para a verificação final e não para a estimativa.

Adicionando o resto do dever

A demanda total é M_drive = M_friction M_inertia M_working. O torque de inércia domina os sistemas de automação e rastreamento de indexação rápida; a resistência de trabalho domina em escavadeiras e guindastes. Onde uma unidade giratória de engrenagem helicoidal substitui um pinhão aberto, a relação incluída converte o torque modesto do motor no grande torque de saída que o anel precisa, e como a relação de transmissão molda a saída de torque e velocidade merece sua própria etapa de verificação antes de definir o tamanho do motor.

Torque inicial versus torque operacional

O torque de ruptura medido em um rolamento giratório normalmente é 1,5 a 2 vezes seu valor de funcionamento constante, e a folga aumenta em climas frios. Três efeitos causam isso: o atrito estático sob carga é maior do que o atrito em movimento, a graxa endurece até que os elementos rolantes atravessem uma película mais espessa nas primeiras revoluções e os lábios de vedação aderem com mais força antes de aquecerem e se conformarem. Para a seleção do acionamento, isso significa que as configurações do motor, da caixa de engrenagens e da válvula de alívio devem superar o pico de ruptura, e não a média de funcionamento — uma verificação que é mais importante em equipamentos que iniciam sob carga total, como estruturas superiores de escavadeiras e porta-panelas.

O que empurra o torque do rolamento giratório para cima ou para baixo

• Classe de liberação ou pré-carga: os anéis pré-carregados ficam mais rígidos e resistem mais à rotação; eles compram precisão ao custo do torque.
• Magnitude da carga e momento de inclinação: cargas mais pesadas e descentralizadas aumentam a pressão e o atrito de contato da pista.
• Temperatura e lubrificante: graxa de baixa temperatura ou alta viscosidade aumenta o torque de partida e de funcionamento.
• Projeto de vedação: lábios extras e contato mais firme adicionam arrasto constante.
• Precisão de montagem: uma superfície de montagem desnivelada ou um aperto irregular dos parafusos distorce os anéis e carrega a pista de maneira desigual.
• Alinhamento da malha de engrenagem: um pinhão desalinhado aumenta o atrito da engrenagem e acelera o desgaste.

O caractere de carregamento é tão importante quanto o tamanho do carregamento. Os ciclos de trabalho que oscilam ou revertem mantêm a zona de contato em movimento ao redor da pista, de modo que a resistência muda ao longo do ciclo; vale a pena revisar como os projetos de esferas de carreira única lidam com cargas flutuantes antes de finalizar um perfil de serviço.

No extremo mais pesado da escala – guindastes portuários, máquinas de abrir túneis, grandes escavadeiras – o atrito mais alto é aceito como o preço da capacidade, que é onde um Rolamento giratório de rolos de três carreiras da série 13 ganha seu lugar: pistas separadas transportam cargas axiais, radiais e de momento de forma independente, de modo que nenhuma linha única seja comprometida.

Rolamento giratório de rolos de três carreiras série 13 para cargas pesadas Pistas separadas transportam cargas axiais, radiais e de momento de forma independente, tornando este rolamento da Série 13 adequado para guindastes portuários, máquinas de abertura de túneis e grandes escavadeiras onde a capacidade supera o atrito adicional. A construção em liga de aço e a manutenção simplificada suportam ciclos de trabalho exigentes. Ver Produto →

O que confirmar com seu fornecedor antes de fazer o pedido

1. Dados de torque de fricção em suas cargas — valores de partida e funcionamento, e não um valor combinado.
2. Condições de teste — a carga, velocidade e temperatura nas quais esses valores foram medidos.
3. Classe de folga ou pré-carga – e o que isso faz com a resistência esperada.
4. Especificação de vedação e graxa — contagem de lábios, tipo de graxa e nível de preenchimento e comportamento em climas frios.
5. Qualidade da engrenagem e folga — para anéis de engrenagem, uma vez que a qualidade da malha alimenta diretamente o Mg.
6. Critérios de aceitação — um limite de torque de rotação medido no teste de rotação antes do envio.

Quando o atrito mais o torque de trabalho superam o que um arranjo de pinhão e redutor suporta economicamente, muitos compradores migram para unidades integradas; um unidade de giro horizontal empacota o rolamento, a engrenagem incluída e a caixa de montagem como um conjunto combinado, de modo que a corrente de torque seja projetada como um sistema, em vez de montada a partir de peças.

Unidade de giro horizontal com função de travamento automático Esta unidade integrada reúne rolamentos, engrenagens fechadas e caixa de montagem como um conjunto combinado, de modo que a corrente de torque é projetada como um sistema. O travamento automático mantém a posição sob carga sem energia, útil quando o atrito e o torque de trabalho excedem os arranjos de pino e redutor. Ver Produto →

O torque de um rolamento giratório é melhor tratado como uma propriedade do sistema, não como uma constante de catálogo. É a soma da carga, vedação e atrito da engrenagem; aumenta na inicialização; e se move com pré-carga, temperatura, lubrificação e qualidade de montagem. Compartilhe seus casos de carga reais — axial, radial, momento, velocidade e faixa de temperatura — com o fabricante do rolamento com antecedência e solicite dados de torque de partida e operação em relação a essas cargas. Essa única etapa evita o modo de falha mais caro em aplicações de giro: uma máquina que gira, mas nunca tão facilmente quanto o desenho prometia.