Por que a maioria das máquinas de mineração opta por rolamentos em vez de mancais de deslizamento?

Como componentes indispensáveis ​​e importantes em produtos mecânicos, os rolamentos desempenham um papel fundamental no suporte de eixos rotativos. De acordo com as diferentes propriedades de atrito, os rolamentos são divididos em rolamentos de rolamento (também chamados de rolamentos de esferas) e rolamentos de deslizamento (também chamados de rolamentos de esferas). Os dois tipos de rolamentos possuem características estruturais próprias, e cada um apresenta vantagens e desvantagens em termos de desempenho.

Comparação entre rolamentos e mancais de deslizamento

1. Comparação da estrutura e do modo de movimento

A diferença mais óbvia entre rolamentos emancais de deslizamentoé a presença ou ausência de elementos rolantes.

Os rolamentos possuem elementos rolantes (esferas, rolos cilíndricos, rolos cônicos, rolos de agulha) que dependem de sua rotação para suportar o eixo rotativo, portanto, o ponto de contato é um ponto, e quanto mais elementos rolantes, mais pontos de contato.

Mancais de deslizamentoNão possuem elementos rolantes e dependem de superfícies lisas para suportar o eixo rotativo, portanto a parte de contato é uma superfície.

 

A diferença na estrutura dos dois determina que o modo de movimento do rolamento é de rolamento, enquanto o modo de movimento do mancal de deslizamento é de deslizamento, portanto a situação de atrito é completamente diferente.

 

2. Comparação da capacidade de carga

Em geral, devido à grande área de contato do mancal de deslizamento, sua capacidade de carga é geralmente maior do que a do rolamento. A capacidade do rolamento de rolamento de suportar cargas de impacto não é tão alta, enquanto o mancal totalmente lubrificado a líquido pode suportar grandes cargas de impacto devido ao amortecimento e à absorção de vibrações proporcionados pela película de óleo lubrificante. Quando a velocidade de rotação é alta, a força centrífuga dos elementos rolantes no rolamento de rolamento aumenta e sua capacidade de carga é reduzida (o ruído tende a ocorrer em altas velocidades). No caso dos mancais de deslizamento dinâmicos, sua capacidade de carga aumenta com o aumento da velocidade.

 

3. Comparação do coeficiente de atrito e da resistência ao atrito inicial

Em condições normais de funcionamento, o coeficiente de atrito dos rolamentos é menor do que o dos mancais de deslizamento, e seu valor é mais estável. A lubrificação dos mancais de deslizamento é facilmente afetada por fatores externos, como velocidade e vibração, e o coeficiente de atrito varia amplamente.

 

Na partida, a resistência é maior do que a do rolamento de esferas, porque o mancal de deslizamento ainda não formou uma película de óleo estável, mas a resistência ao atrito inicial e o coeficiente de atrito de trabalho do mancal de deslizamento hidrostático são muito pequenos.

 

4. Comparação das velocidades de trabalho aplicáveis

Devido à limitação da força centrífuga do elemento rolante e ao aumento da temperatura do rolamento, a velocidade de operação do rolamento não pode ser muito alta, sendo geralmente adequado para condições de trabalho em velocidades médias e baixas. Rolamentos com lubrificação líquida incompleta, devido ao aquecimento e desgaste do rolamento, não devem ter velocidades de operação muito altas. O desempenho em alta velocidade de rolamentos com lubrificação líquida completa é muito bom, especialmente quando os mancais de deslizamento hidrostáticos são lubrificados com ar, e suas velocidades de rotação podem atingir 100.000 rpm.

 

5. Comparação da perda de potência

Devido ao baixo coeficiente de atrito dos rolamentos, suas perdas de potência geralmente não são grandes, sendo menores do que as de rolamentos com lubrificação líquida incompleta. No entanto, essas perdas aumentam consideravelmente quando a lubrificação e a instalação são feitas corretamente. A perda de potência por atrito em rolamentos com lubrificação líquida completa é baixa, mas, no caso de mancais de deslizamento hidrostáticos, a perda total de potência pode ser maior devido à perda de potência da bomba de óleo.

 

6. Comparação da vida útil

Devido à influência da corrosão por pitting e da fadiga, os rolamentos são geralmente projetados para uma vida útil de 5 a 10 anos, ou substituídos durante a revisão geral. As pastilhas de rolamentos com lubrificação líquida incompleta sofrem desgaste severo e precisam ser substituídas regularmente. A vida útil de rolamentos com lubrificação líquida completa é teoricamente ilimitada, mas, na prática, a falha por fadiga do material do rolamento pode ocorrer devido à ciclagem de tensões, especialmente em mancais de deslizamento dinâmicos.

 

7. Comparação da precisão de rotação

Os rolamentos geralmente apresentam alta precisão de rotação devido à pequena folga radial. Os rolamentos com lubrificação líquida incompleta operam em regime de lubrificação limite ou mista, apresentando funcionamento instável, desgaste acentuado e baixa precisão. Devido à presença da película de óleo, os rolamentos com lubrificação líquida completa amortecem e absorvem vibrações com alta precisão. Os mancais de deslizamento hidrostáticos possuem ainda maior precisão de rotação.

 

8. Comparação de outros aspectos

Os rolamentos utilizam óleo, graxa ou lubrificante sólido, em quantidades muito pequenas, mas que aumentam consideravelmente em altas velocidades. A limpeza do óleo exige um alto grau de pureza, o que torna necessária a vedação. No entanto, esses rolamentos são fáceis de substituir e, geralmente, não requerem reparos no eixo. Já os mancais de deslizamento, além da lubrificação líquida incompleta, geralmente utilizam lubrificantes líquidos ou gasosos em grandes quantidades, exigindo também altos padrões de limpeza. As pastilhas do mancal precisam ser substituídas com frequência e, às vezes, o eixo precisa ser reparado.

 

Seleção de rolamentos e mancais de deslizamento

Devido às condições de trabalho reais, complexas e diversas, não existe um padrão unificado para a seleção de rolamentos e mancais de deslizamento. Graças ao seu baixo coeficiente de atrito, baixa resistência inicial, sensibilidade, alta eficiência e padronização, os rolamentos apresentam excelente intercambialidade e versatilidade, além de serem convenientes de usar, lubrificar e manter, sendo geralmente priorizados na seleção e, portanto, amplamente utilizados em máquinas em geral. Os mancais de deslizamento, por sua vez, possuem algumas vantagens exclusivas, sendo geralmente utilizados em situações onde os rolamentos não podem ser usados, são inconvenientes ou não apresentam vantagens, como nos seguintes casos:

 

1. O espaço radial disponível é limitado ou a instalação precisa ser dividida.

Devido à sua estrutura composta por anel interno, anel externo, elemento rolante e gaiola, a dimensão radial dos rolamentos é grande, limitando sua aplicação. Rolamentos de agulhas são indicados quando as dimensões radiais são restritas; caso necessário, utilizam-se mancais de deslizamento. Para peças onde o uso de rolamentos é inconveniente, ou onde a montagem axial não é possível, ou ainda quando as peças precisam ser desmontadas, utilizam-se mancais de deslizamento bipartidos.

 

2. Eventos de alta precisão

Quando o rolamento utilizado exige alta precisão, geralmente opta-se pelo rolamento de deslizamento, pois a película de óleo lubrificante do rolamento de deslizamento amortece a vibração. Já quando a precisão é extremamente alta, somente o rolamento de deslizamento hidrostático é adequado. Os rolamentos de deslizamento são amplamente utilizados em retificadoras de precisão e alta precisão, diversos instrumentos de precisão, etc.

 

3. Ocasiões de carga pesada

Os rolamentos, sejam de esferas ou de rolos, são propensos ao aquecimento e à fadiga em situações de serviço pesado. Portanto, quando a carga é grande, os rolamentos de deslizamento são os mais utilizados, como em laminadores, turbinas a vapor, acessórios de motores aeronáuticos e máquinas de mineração.

 

4. Outras ocasiões

Por exemplo, quando a velocidade de trabalho é particularmente alta, o choque e a vibração são extraordinariamente grandes, e há necessidade de trabalhar em água ou meios corrosivos, etc., os mancais de deslizamento também podem ser uma opção razoável.

 

Para determinados tipos de máquinas e equipamentos, a aplicação de rolamentos e mancais de deslizamento apresenta vantagens e desvantagens específicas, devendo a escolha ser feita de forma criteriosa, considerando as necessidades de cada projeto. No passado, britadores de grande e médio porte geralmente utilizavam mancais de deslizamento fundidos em metal antifricção, devido à sua capacidade de suportar grandes impactos, além de maior resistência ao desgaste e estabilidade. Já os britadores de mandíbula de pequeno porte utilizavam principalmente rolamentos, que ofereciam alta eficiência de transmissão, maior sensibilidade e facilidade de manutenção. Com o aprimoramento das técnicas de fabricação de rolamentos, a maioria dos britadores de mandíbula de grande porte também passou a utilizá-los.