Folga da chumaceira do motor: O que é e como escolher?

Geralmente, consideramos que os componentes de um rolamento incluem: o anel interior, o anel exterior, o elemento rolante, a gaiola, os vedantes e a lubrificação. De facto, em palestras anteriores para engenheiros de motores, a folga de uma chumaceira de motor foi listada como um dos componentes de uma chumaceira.

É claro que a folga é um espaço de ar, não um componente físico, mas a atenção que os engenheiros prestam à folga na conceção, instalação, utilização e manutenção não é menor do que qualquer parte física do rolamento.

Qual é a folga de um rolamento de motor?

Folga da chumaceira refere-se normalmente ao movimento de um anel em relação a um anel fixo no rolamento. Se este movimento for axial, é designado por folga axial; se for radial, é designado por folga radial.

A figura seguinte mostra a folga radial e axial de um rolamento rígido de esferas:

Na figura:

• Folga radial da chumaceira = δ
• Folga axial da chumaceira = δ1 + δ2

As folgas para rolamentos são regidas por normas nacionais e internacionais correspondentes. Por exemplo, a folga radial comummente utilizada para rolamentos, GB/T4604-93, categoriza as folgas da seguinte forma:

• Grupo 2, um grupo de apuramento mais pequeno do que o Grupo 0
• Grupo 0, o grupo de desobstrução padrão
• Grupo 3, um grupo de apuramento maior do que o Grupo 0

A norma também especifica outros grupos de folgas. Em aplicações práticas, as folgas mais frequentemente utilizadas para rolamentos de motores industriais são do grupo de folgas padrão (Grupo 0) e do Grupo C3.

Tabela 1: Folga Radial dos Rolamentos Ranhurados de Esferas (Furo Cilíndrico) - Unidade: µm

Folga radial dos rolamentos rígidos de esferas

Para os engenheiros de motores, os tipos de rolamentos mais utilizados são os rolamentos rígidos de esferas e os rolamentos de rolos cilíndricos. Se forem necessárias folgas para outros tipos de chumaceiras, estas podem ser obtidas através das normas nacionais ou dos fabricantes relevantes.

Como deve ser selecionada a folga de um rolamento de motor?

Em primeiro lugar, os valores da folga do rolamento mencionados nas normas acima são valores iniciais, ou seja, os valores da folga quando o rolamento não foi instalado ou utilizado. Quando o rolamento é instalado, colocado em funcionamento e num estado de trabalho, o valor da folga é um fator crítico no funcionamento do rolamento.

Geralmente, o ajuste entre o rotor do motor de rotação interna e o rolamento é relativamente apertado, enquanto o ajuste entre a caixa do rolamento e o anel externo do rolamento é relativamente frouxo. Desta forma, o anel interior do rolamento expandir-se-á para fora, o que reduzirá a folga. Chamamos a isto a redução da folga de instalação.

Quando o rolamento está em estado de funcionamento, existe normalmente uma diferença de temperatura entre os anéis interior e exterior do rolamento, o que leva a diferentes graus de expansão térmica dos anéis interior e exterior do rolamento, alterando assim a folga. Chamamos a isto a redução da folga causada pela temperatura.

Por conseguinte, a folga de trabalho efectiva do rolamento é a folga inicial menos a redução da folga de instalação e a redução da folga causada pela temperatura.

δ_trabalho = δ_inicial - δ_instalar - δ_temperatura

O tempo de vida de um rolamento de motor típico está relacionado com a sua folga operacional da seguinte forma:

• Eixo vertical: O rácio entre o tempo de vida real e o tempo de vida esperado de um rolamento sob várias folgas efectivas (folgas operacionais).
• Eixo horizontal: A folga efectiva (folga operacional) do rolamento.

É evidente que a vida útil mais elevada da chumaceira ocorre quando a sua folga é inferior a zero. Isto implica que, teoricamente, quando a folga operacional da chumaceira é negativa, a vida útil da chumaceira é a mais longa.

No entanto, operar com este valor de folga acarreta um risco. Ao examinar o declive da curva em ambos os lados, torna-se evidente que, quando a folga operacional efectiva é inferior à folga no tempo de vida máximo, o declive da curva é acentuado e, com uma maior diminuição da folga, o tempo de vida diminui drasticamente.

Em contrapartida, um aumento da folga resulta numa diminuição muito mais lenta da vida útil do rolamento.

Por conseguinte, se a folga operacional do rolamento estiver no valor ideal para uma vida útil máxima, qualquer redução adicional devido a alterações nas condições de funcionamento diminuirá rapidamente a vida útil do rolamento. Isto é o que normalmente designamos por "gripagem da chumaceira".

Considerando tudo o que precede, em condições reais de funcionamento, escolhemos frequentemente uma folga operacional ligeiramente superior a zero para o rolamento. Este é um valor seguro, assegurando que o impacto na vida do rolamento, independentemente das alterações na folga operacional, permanece dentro de um intervalo controlável.

Normalmente, os engenheiros de motores optam por folgas do grupo Normal ou C3 quando seleccionam as folgas dos rolamentos. (Isto está associado ao ajuste de tolerância que normalmente utilizamos e à distribuição da temperatura interna no motor).

Naturalmente, se as condições de funcionamento forem únicas, o valor da folga da chumaceira terá de ser verificado através de cálculos para garantir que a chumaceira funciona numa condição de folga segura.