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Jun 23, 2023

Rolamentos de agulhas: 60 anos e ainda evoluindo

Embora o projeto básico de um rolamento de rolos de agulhas não tenha mudado muito nos últimos 60 anos, desenvolvimentos contínuos resultaram em novos projetos de gaiola que proporcionam cinco vezes mais vida útil

Embora o projeto básico de um rolamento de rolos de agulhas não tenha mudado muito nos últimos 60 anos, desenvolvimentos contínuos resultaram em novos projetos de gaiola que proporcionam cinco vezes mais vida útil e o dobro da classificação de carga estática de seus equivalentes originais. já estará familiarizado com as vantagens técnicas proporcionadas por um rolamento de rolos de agulhas – a capacidade de lidar com cargas relativamente altas em um design compacto. Esta vantagem técnica tornou o rolamento de agulhas a escolha preferida de rolamento em uma ampla variedade de aplicações de transmissão de energia industriais e automotivas ao longo dos anos. Um rolamento de agulhas é um rolamento que utiliza pequenos rolos cilíndricos. Esses rolos são usados ​​para reduzir o atrito de uma superfície rotativa. Em comparação com os rolamentos de esferas, os rolamentos de rolos de agulhas têm uma grande área de superfície que está em contato com os munhões da pista do rolamento. A estrutura típica de um rolamento de rolos de agulhas compreende uma pista interna (ou às vezes apenas um eixo), uma gaiola de agulha que orienta e contém os rolos de agulhas, os próprios rolos de agulhas e uma pista externa. Existem muitos designs diferentes de rolamentos de rolos de agulhas, incluindo copo trefilado, pista de precisão, rolo gaiola e rolo axial. Aqui, consideramos o tipo de rolo com gaiola. A função de um rolamento de agulhas com gaiola é suportar cargas radiais e velocidades de rotação. Aqui, uma gaiola guia e retém os rolos. Os designs com gaiola normalmente vêm em designs de fileiras simples e duplas, com uma ampla variedade de materiais de gaiola disponíveis, incluindo aço, plástico (PA66) e alumínio. Projetos de rolamentos de várias carreiras aumentam a capacidade de carga. As gaiolas, sejam de aço ou plástico, podem ser feitas em uma variedade de construções diferentes, incluindo gaiola sólida, divisão única e metades divididas (duas peças). Essas gaiolas também podem incorporar passagens de lubrificação e outros recursos personalizados. As aplicações típicas para rolamentos de agulhas com gaiola são caixas de engrenagens, sistemas de transmissão de energia automotiva, motores de dois e quatro tempos, conjuntos de engrenagens planetárias e compressores de ar. do rolamento de rolos de agulhas for selecionado para uma aplicação, os engenheiros devem considerar uma variedade de fatores antes de tomar sua decisão o mais cedo possível na fase de projeto: o tamanho/envelope do projeto, tipo de carga, capacidade de carga, velocidade, temperatura, desalinhamento, alojamento e especificações de eixo, vida útil e requisitos de lubrificação. Em 1949, no final da Segunda Guerra Mundial, os fundadores da INA (agora Grupo Schaeffler), Dr. Georg Schaeffler e seu irmão, Wilhelm, inventaram um novo tipo de rolamento de rolos de agulhas, o Rolamento de rolos de agulhas com gaiola INA. Foi durante a fabricação de rolamentos para o exército dos EUA que Georg Schaeffler considerou pela primeira vez como superar as desvantagens dos rolamentos de rolos de agulhas com conjunto completo. Naquela época, os projetos de rolamentos com elementos rolantes tinham tendência a distorcer, especialmente em altas velocidades de funcionamento, e portanto sofriam com um aumento na resistência ao atrito (calor). Além disso, o rolamento travou facilmente onde a folga era apertada. A solução do Dr. Georg Schaeffler em 1949 foi guiar as agulhas axialmente em uma gaiola. O rolamento de agulhas com gaiola superou essas desvantagens ao mesmo tempo que oferecia altas velocidades e baixo atrito. Trabalhando com uma equipe de engenheiros da INA, Georg desenvolveu a ideia até que ela estivesse pronta para produção em massa e então partiu com seu irmão munido de uma caixa de amostras para convencer os clientes das vantagens de seu novo rolamento de agulhas. O desenvolvimento do INA esteve intimamente ligado à indústria automóvel. Na verdade, o primeiro alvo dos rolamentos de agulhas com gaiola foi a indústria automotiva e alguns dos primeiros clientes a se converterem à nova tecnologia foram Mercedes Benz e Adler Motorcycles. O negócio de rolamentos da INA havia realmente começado. Em pouco tempo, o rolamento de agulhas com gaiola do Dr. Schaeffler tornou-se um elemento essencial em muitos projetos de máquinas e instalações automotivas e industriais. É notável que a genialidade da engenharia do rolamento de agulhas com gaiola do Dr. Schaeffler ainda esteja em uso em seu projeto original hoje. No entanto, o design original não ficou parado ao longo dos anos, mas foi melhorado continuamente e adaptado para atender a demandas cada vez mais diversas. O rolamento de agulhas com gaiola INA deu uma contribuição significativa para o desenvolvimento de veículos menores, mais eficientes e econômicos. Ainda hoje seria difícil imaginar um sistema de transmissão automotiva que não utilizasse rolamentos de agulhas. Hoje, os rolamentos de agulhas INA são fabricados em mais de 15.000 variantes, com novos designs personalizados para atender aos requisitos especiais das aplicações dos clientes. Os rolamentos de rolos de agulhas constituem o núcleo da gama, especialmente com a recente introdução do padrão de qualidade premium X-life da Schaeffler. Os rolamentos de agulhas produzidos com a qualidade X-life oferecem agora um aumento de 13% na classificação de carga dinâmica em comparação com os rolamentos convencionais, o que corresponde a um aumento de 50% na vida útil. e temperaturas mais baixas dos rolamentos, o que, por sua vez, resulta em rolamentos com maior eficiência energética. Além disso, o aumento na capacidade de desempenho permite que o rolamento seja reduzido para a aplicação, com reduções correspondentes no peso do rolamento e nos seus requisitos de espaço. No caso improvável de os requisitos da aplicação excederem até mesmo os rolamentos X-life, melhorias adicionais no desempenho técnico podem ser obtido através do uso de novos revestimentos e materiais de rolamentos.Um projeto atualmente em andamento na Divisão Automotiva da Schaeffler envolve o redesenho de um conjunto de engrenagens planetárias de alta velocidade para uma transmissão automática em um novo veículo elétrico híbrido de passageiros.Stewart Davies, Engenheiro de Aplicação Sênior da Schaeffler (UK) Ltd comenta: “A indústria automóvel está hoje sob pressão crescente para produzir veículos mais eficientes em termos de consumo de combustível e com menores emissões de CO2. Um método para conseguir isso é melhorar o consumo de combustível do veículo, reduzindo o atrito em todo o trem de força. Isso significa reduzir o peso de todo o veículo, reduzindo o peso dos componentes individuais.” “Os fabricantes de automóveis agora exigem rolamentos e outros componentes do motor que forneçam melhores características de atrito, e é aqui que as vantagens do rolamento de agulhas com gaiola entram em jogo .”Davies diz que um projeto especial de gaiola para o rolamento de agulhas e recursos aprimorados que melhoram as características do fluxo de lubrificação do rolamento resultaram em um projeto de menor atrito do rolamento, o que permitiu que o conjunto de engrenagens planetárias do cliente para os diferenciais elétricos fosse reduzido em tamanho, pesando 17% menos que o sistema original. Os rolamentos, em combinação com o fluxo de óleo otimizado através do transportador, permitiram velocidades de operação 20% mais altas (até 8.000 rpm). “A gaiola foi projetada sob medida para a aplicação. Devido a um envelope de projeto restrito, a gaiola precisou ser menor para acomodar o eixo e o furo da caixa da engrenagem foi acabado para suportar uma pista de rolamento. Caso contrário, seria necessário um anel externo ou interno”, explica Davies. Os rolamentos de rolos de agulhas enjaulados podem ser montados em diversas variedades para o cliente. Isso inclui designs de divisão única, tipos de meia carcaça e divisão única com conexões de barra de mola diagonal. Do final da década de 1980 até o início da década de 1990, as melhorias no design da gaiola concentraram-se em designs mais finos com massa reduzida. Outras melhorias incluíram novos recursos de design que ajudaram a movimentar o lubrificante de forma mais eficaz em todas as áreas do rolamento, levando a um melhor fluxo de óleo. Originalmente, as gaiolas foram projetadas simplesmente para guiar os elementos rolantes. No entanto, mais recentemente, os rolamentos de rolos de agulhas estão sendo fornecidos com designs de gaiola muito melhorados, incluindo, por exemplo, gaiolas especiais precessadas. A precessão não apenas ajuda a distribuir o desgaste entre todos os rolos, mas também distribui o lubrificante ao redor do rolamento. 'Falso brinelling' é um modo de falha típico para rolamentos de agulhas com gaiola, particularmente em aplicações de transmissão de potência. Esses modos de falha são comumente causados ​​por microvibração e movimentos entre os elementos rolantes e os munhões da pista, criando condições de contato metal com metal. O resultado de melhorias como as descritas fez com que os mais recentes projetos de rolos com gaiola de rolamento fossem capazes de oferecem capacidades de carga estática até 25% maiores para rolamentos de tamanho semelhante, o que equivale a mais que o dobro da classificação de carga dinâmica. Para aplicações com múltiplos movimentos pequenos, a vida útil do rolamento normalmente aumenta de três a cinco vezes. Para obter mais informações, visite www.schaeffler.co.uk