BRPI0711322B1 - Caixa para rolamento de esferas e mancal de rolamento - Google Patents

Caixa para rolamento de esferas e mancal de rolamento Download PDF

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Abstract

caixa para rolamento de esferas e mâncal de rolamento caixa (4) para rolamento de esferas, que compreende um rebordo (7) anular e uma porção substancialmente axial (8) provida de garras (11) que definem alvéolos (9) para esferas e que se unem no rebordo (7), a porção substancialmente axial (8) se estendendo axialmente em um uma parte dos alvéolos (9). a porção substancialmente axial (8) apresenta um diâmetro exterior inferior ao diâmetro exterior do rebordo (7), o diâmetro exterior da porção substancialmente axial sendo compreendido entre o diâmetro primitivo da caixa diminuído da metade da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa aumentado da metade da espessura radial do rebordo.

Description

“CAIXA PARA ROLAMENTO DE ESFERAS E MANCAL DE ROLAMENTO” [0001] A presente invenção se refere ao domínio das caixas para rolamento, em especial as caixas feitas de material sintético utilizadas nos rolamentos de esferas de canelura profunda a fim de assegurar o espaçamento circunferencial conveniente entre as esferas. A invenção se refere também às caixas para rolamento de anéis feitas de chapa de pequena espessura.
[0002] Tais tipos de caixas apresentam uma forma geral anular com alvéolos esféricos nos quais vêm se alojar parcialmente as esferas. As esferas são retidas nos alvéolos por garras dispostas por pares no lado oposto ao rebordo da caixa. Os alvéolos esféricos possuem um diâmetro muito ligeiramente superior ao diâmetro das esferas, a fim de que uma certa folga funcional entre esferas e alvéolos exista. É possível se referir ao resumo do documento JP 2002/147 463 (NSK), no qual a espessura radial das garras vai diminuindo no lado oposto ao rebordo.
[0003] Quando o rolamento gira em alta velocidade, sob o efeito da força centrifuga, a caixa é submetida a tensões que tendem a deformar a dita caixa, principalmente no sentido radial, e a colocar a mesma em guarda-chuva, quer dizer a dar à caixa uma forma cônica por aumento do diâmetro no lado das garras. Tais deformações têm consequências prejudiciais para o bom funcionamento do rolamento. De fato, as bordas de alvéolos vêm apertar contra as esferas, provocando um aumento do torque de atrito e um efeito de raspagem do lubrificante, que leva rapidamente a uma degradação acelerada das condições de lubrificação do rolamento. Existe também um risco de entrada em contato das extremidades das garras com a perfuração do anel exterior do rolamento, que apresenta o risco de provocar um desgaste excessivo da caixa.
[0004] A presente invenção tem como objetivo corrigir esses inconvenientes.
[0005] A presente invenção tem como objetivo diminuir as deformações radiais da extremidade da caixa oposta ao rebordo ao mesmo tempo em que torna mais leve a dita caixa.
[0006] A caixa para rolamento de esferas compreende um rebordo anular e uma porção substancialmente axial provida de garras que definem alvéolos para esferas
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2/9 e que se unem no rebordo. A porção substancialmente axial se estende axialmente em um comprimento superior ou igual à metade do diâmetro dos alvéolos. A porção substancialmente axial apresenta um diâmetro exterior inferior ao diâmetro exterior do rebordo. O diâmetro exterior da porção substancialmente axial é compreendido entre o diâmetro primitivo da caixa diminuído da metade da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa aumentado da metade da espessura radial do rebordo.
[0007] Entende-se por “diâmetro primitivo da caixa”, o diâmetro do círculo fictício que passa pelo centro das esferas fictícias que definem os alvéolos. O diâmetro primitivo da caixa é substancialmente igual ao diâmetro primitivo do rolamento, quer dizer o diâmetro do círculo fictício que une os centros das esferas.
[0008] Obtém-se assim um alívio de carga da porção substancialmente axial da caixa cuja espessura radial é reduzida em relação àquela do rebordo, daí uma redução do custo da matéria prima da caixa, da massa e da inércia da caixa. A porção substancialmente axial tendo um comprimento significativo, o alívio de carga é grande. Graças a esse alívio de carga, a caixa se deforma menos em alta velocidade, daí uma redução do desgaste da caixa e das esferas.
[0009] Em um modo de realização, a porção substancialmente axial apresenta pelo menos em uma parte de seu comprimento um ângulo de rebaixo inferior a 6o, por exemplo da ordem de 4o. Facilita-se assim a desmoldagem da porção substancialmente axial realizada em material sintético moldado.
[0010] Em um modo de realização, a porção substancialmente axial se estende axialmente em um comprimento pelo menos igual a 60 % do diâmetro dos alvéolos. A porção substancialmente axial pode apresentar um diâmetro exterior inferior ou igual a 95 % do diâmetro exterior do rebordo.
[0011] Vantajosamente, o diâmetro exterior da porção substancialmente axial está compreendido entre o diâmetro primitivo da caixa diminuído de um terço da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa aumentado de um terço da espessura radial do rebordo.
[0012] Em um modo de realização, a caixa compreende uma conexão entre o
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3/9 rebordo e a porção radial. A conexão se estende axialmente em um comprimento inferior ao comprimento da porção axial. Obtém-se assim uma rigidez radial elevada da porção axial. A conexão pode se estender em um comprimento inferior a um terço do comprimento da porção axial. A porção substancialmente axial e a conexão podem se estender axialmente em pelo menos a metade do diâmetro dos alvéolos. [0013] Vantajosamente, aberturas são feitas no rebordo, as aberturas desembocando em pelo menos duas faces do rebordo. As aberturas podem ser dispostas angularmente a equidistância entre dois alvéolos. Obtém-se assim um alívio de carga significativo do rebordo.
[0014] Vantajosamente, zonas vazadas podem ser dispostas angularmente a equidistância dentre dois alvéolos. Alivia-se assim a carga da porção axial, daí um ganho de matéria e uma diminuição da deformação devida à velocidade.
[0015] Em um modo de realização, as aberturas e as zonas vazadas estão em comunicação.
[0016] Em um modo de realização, a porção substancialmente axial compreende uma pluralidade de protuberâncias interalveolares. Uma protuberância compreende dois ramos que definem os alvéolos e que se unem no rebordo, uma nervura que liga os ramos à distância do rebordo e à distância das extremidades livres dos ramos, e uma divisória disposta entre os ramos, a nervura e o rebordo. A divisória pode apresentar uma espessura radial inferior à espessura radial dos ramos.
[0017] Em um modo de realização, a caixa compreende poliamida carregada de fibras de vidro.
[0018] Em um modo de realização, a caixa compreende poliéter-éter-cetona.
[0019] A invenção também se refere a um mancai de rolamento que compreende elementos rolantes dispostos entre duas pistas de rolamento e montados nos alvéolos de uma caixa. A caixa compreende um rebordo anular e uma porção substancialmente axial provida de garras que definem os ditos alvéolos e que se unem no rebordo. A porção substancialmente axial se estende axialmente em uma parte do comprimento dos elementos rolantes. A porção substancialmente axial apresenta um diâmetro exterior inferior ao diâmetro exterior do rebordo, O diâmetro
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4/9 exterior da porção substancialmente axial está compreendido entre o diâmetro primitivo da caixa diminuído da metade da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa aumentado da metade da espessura radial do rebordo.
[0020] É possível conservar na borda do alvéolo uma espessura axial idêntica àquela do interior do alvéolo, que forma assim uma nervura que assegura uma boa rigidez. Tira-se benefício dos efeitos da redução de massa da caixa, do aumento do espaço disponível para a graxa ao mesmo tempo em que se conserva uma rigidez suficiente para reduzir as deformações radiais da caixa. O ganho de massa de uma caixa pode ser da ordem de 20 a 30 %, por exemplo 25 %, enquanto que a deformação radial pode ser reduzida de cerca de 30 a 40 %, por exemplo 35 %. Graças à caixa, é possível utilizar um rolamento a uma velocidade de rotação superior de 17 % a um rolamento equipado com uma caixa convencional, por exemplo 700 000 ndm no lugar de 600 000 ndm, o ndm sendo um fator de velocidade que resulta do produto da velocidade de rotação em rpm pelo diâmetro primitivo do rolamento em mm. O ndm é representativo da velocidade linear de deslocamento das esferas.
[0021] A caixa permite também, para uma velocidade dada, uma utilização com temperaturas de funcionamento mais elevadas do que no caso de uma caixa convencional, e isso graças à redução da deformação e ao aumento do espaço disponível para o lubrificante. Por exemplo, para uma caixa feita de poliamida PA66 carregada de fibras de vidro, é possível empurrar o limite de temperatura de utilização de 120°C a 150°C. Por outro lado, a redução da quantidade de matéria que forma a caixa tem um efeito significativo de redução de custo de matéria prima.
[0022] A presente invenção será melhor compreendida com o estudo da descrição detalhada de alguns modos de realização tomados a título de exemplos de nenhuma forma limitativos e ilustrados pelos desenhos anexos.
[0023] A figura 1 é uma vista explodida em perspectiva de um mancal de rolamento de acordo com um aspecto da invenção.
[0024] A figura 2 é uma vista em perspectiva da caixa do rolamento da figura 1.
[0025] A figura 3 é uma vista parcial em corte axial perpendicular a um alvéolo da
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5/9 caixa da figura 2.
[0026] A figura 4 é uma vista parcial em corte axial perpendicular a uma porção substancialmente axial da caixa da figura 2.
[0027] As figuras 5 e 6 são vistas que correspondem às figuras 3 e 4 de um outro modo de realização da caixa.
[0028] As figuras 7 e 8 são vistas que correspondem às figuras 3 e 4 de um outro modo de realização da caixa.
[0029] A figura 9 é uma vista que corresponde à figura 3 de um outro modo de realização da caixa.
[0030] A figura 10 é uma vista em perspectiva da caixa da figura 9.
[0031] A figura 11 é uma vista que corresponde à figura 3 de um outro modo de realização da caixa.
[0032] A figura 12 é uma vista em perspectiva da caixa da figura 11.
[0033] A figura 13 mostra uma curva de deformação da caixa em função da distância em relação ao rebordo para uma caixa de acordo com a invenção e uma caixa convencional a condições de funcionamento dadas.
[0034] Como pode ser visto na figura 1, o mancal de rolamento compreende um anel exterior 1, um anel interior 2, uma fileira de elementos rolantes 3, aqui esferas, uma caixa 4 de manutenção do espaço circunferencial dos elementos rolantes 3 e flanges de estanqueidade 5 e 6.
[0035] Os anéis exterior 1 e interior 2 são de tipo de canelura profunda, por exemplo obtidas por usinagem de uma porção de tubo. O anel exterior 1 compreende uma superfície exterior axial cilíndrica 1a, superfícies frontais radiais opostas 1b e 1c, e uma perfuração a partir da qual é formado um caminho de rolamento 1d para os elementos rolantes 3. O anel interior 2 compreende uma perfuração cilíndrica 1a, duas superfícies frontais radiais opostas 2b e 2c e uma superfície exterior a partir da qual é formada uma pista de rolamento 2d para os elementos rolantes 3. O anel exterior 1 é munido de duas ranhuras simétricas, nas quais são enfiados respectivamente os flanges de estanqueidade 5 e 6 no lado da superfície radial 1b e da superfície radial 1c. Os flanges de estanqueidade 5 e 6 vêm
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6/9 formar uma passagem estreita com uma protuberância cilíndrica do anel interior 2 situada entre a pista de rolamento 2d e as superfícies radiais frontais respectivas 2b e 2c.
[0036] A caixa 4 está melhor visível na figura 2 e compreende um rebordo 7 anular e uma parte axial 8 que define uma pluralidade de alvéolos para os elementos rolantes 3. Os alvéolos 9 têm uma forma esférica ou quase esférica.
[0037] O rebordo 7 apresenta um diâmetro exterior superior ao diâmetro da parte axial 8 e um diâmetro interior igual. No entanto, a título de variante, podería ser previsto um rebordo que apresenta um diâmetro interior ligeiramente diferente do diâmetro da parte axial 8. A parte axial 8 apresenta um comprimento axial pelo menos igual à metade do diâmetro dos alvéolos 9, de tal modo que os elementos rolantes 3 possam ser convenientemente retidos nos ditos alvéolos 9. O diâmetro exterior da porção substancialmente axial 8 está compreendido na faixa definida entre o diâmetro primitivo da caixa menos a metade da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa mais a metade da espessura radial do rebordo. O diâmetro primitivo da caixa é o diâmetro do círculo fictício que passa pelo centro das esferas fictícias que definem os alvéolos 9.
[0038] Entre dois alvéolos 9 próximos, a parte axial 8 forma uma protuberância que compreende dois ramos 10 em arco de círculo, cada um deles se terminando por uma garra 11 axialmente no lado oposto ao rebordo 7. A parte axial 8 compreende também uma nervura 12 que liga as extremidades dos dois ramos 10 no lado oposto ao rebordo 7. Para além da nervura 12, se estendem as garras 11, os ramos 10, as garras 11 e a nervura 12 podem apresentar uma espessura radial igual.
[0039] A caixa 1 compreende também uma conexão 13 situada na base de cada ramo 10 e que forma interface entre o rebordo 7 e o ramo 10. A conexão 13 possui um perfil arredondado em seção reta e apresenta uma espessura radial decrescente indo do rebordo 7 para o ramo 10. Os ramos 10 formam nervuras que oferecem uma superfície suficiente para formar os alvéolos 9 de retenção dos elementos rolantes 3. [0040] A parte axial 8 compreende também uma divisória 14 que liga dois ramos
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7/9 de dois alvéolos 9 próximos. A divisória 14 apresenta uma pequena espessura radial, por exemplo inferior à metade da espessura radial dos ramos 10, e se estende axialmente entre o rebordo 7 e a nervura 12. A divisória 14 é disposta na face interna da parte axial 8 e deixa subsistir na face externa uma zona vazada 16. Em outros termos, as zonas vazadas 16 se estendem axialmente entre o rebordo 7 e a nervura 12, circunferencialmente entre dois ramos 10 e dois alvéolos 9 próximos e radialmente entre a divisória 14 e a face externa da parte axial 8. Como pode ser visto na figura 2, a divisória 14 é delimitada radialmente para o interior pela superfície interior cilíndrica da caixa 1.
[0041] Aberturas 15 também são feitas no rebordo 7 e se estendem axialmente entre a face do rebordo 7 oposta à parte axial 8 e as zonas vazadas 16. As aberturas 15 e as zonas vazadas 16 estão portanto em comunicação mútua, o que facilita a fabricação da caixa, por exemplo por moldagem. Por outro lado, a presença das aberturas 15 e das zonas vazadas 16 favorece a circulação de lubrificante no interior do rolamento. As aberturas 15 são delimitadas circunferencialmente substancialmente ao nível das aberturas 16 e em consequência disso entre a carlinga de cada ramo 10 e radialmente, de tal modo a deixar subsistir uma parte de rebordo 7 no lado interior e uma outra parte de rebordo 7 no lado exterior.
[0042] Graças à redução do diâmetro exterior da parte axial 8 e à presença das aberturas 15 e das zonas vazadas 16, a quantidade de matéria necessária para a formação da caixa 4 é nitidamente reduzida, daí uma redução do custo de matéria prima e uma redução da massa que permite diminuir a deformação radial por ocasião da rotação em alta velocidade. Por outro lado, a forma da parte axial 8 com ramos que formam nervuras de enrijecimento e a divisória 14 que aumenta também a rigidez do lado da parte axial 8 que é submetida a tensões de tração axiais por ocasião de uma deformação radial em flexão do conjunto da parte axial 8, permite também reduzir a dita deformação radial em flexão, o rebordo 7 permanecendo relativamente pouco deformável radialmente em razão de sua estrutura anular.
[0043] Como pode ser visto nas figuras 3 e 4, o diâmetro exterior da parte axial 8 é ligeiramente superior ao diâmetro primitivo da caixa e permanece inferior à soma
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8/9 do diâmetro primitivo da caixa e da metade da espessura radial do rebordo 7.
[0044] No modo de realização ilustrado nas figuras 5 e 6, o diâmetro exterior da parte axial 8 é substancialmente igual ao diâmetro primitivo da caixa 4.
[0045] No modo de realização ilustrado nas figuras 7 e 8, o diâmetro exterior da parte axial 8 é inferior ao diâmetro primitivo ao mesmo tempo em que permanece superior ao diâmetro primitivo diminuído da metade da espessura radial do rebordo
7. Esse modo de realização oferece uma caixa especialmente leve e em consequência disso econômica. Sua deformação pode ser ligeiramente superior, sem dano especial, em razão da grande distância que existe radialmente entre as garras 11 e a perfuração do anel exterior do rolamento. Essa distância pode ser superior ao raio dos alvéolos.
[0046] No modo de realização ilustrado nas figuras 9 e 10, a parte axial 8 e o rebordo 7 se unem diretamente, o rebordo 7 apresentando uma superfície radial 7a no lado da parte axial 8. A conexão 13 em arredondado do modo de realização precedente não está, portanto, presente.
[0047] No modo de realização ilustrado nas figuras 11 e 12, a conexão 13 se apresenta sob a forma de um chanfro substancialmente a 45° e que apresenta um comprimento axial relativamente pequeno, da ordem de 15 a 25 % do comprimento da parte axial 8. A presença de uma conexão permite aumentar a rigidez radial da parte axial 8, mediante um aumento de massa muito pequeno.
[0048] A curva da figura 13 mostra, para um ponto de funcionamento dado de um rolamento dado, em outros termos a uma velocidade especial de rotação de uma caixa de diâmetro primitivo especial, a evolução da deformação radial da parte axial 8 da caixa 4 em função da distância em relação ao rebordo 7 do ponto cuja deformação é medida, e isso para uma caixa convencional e para a caixa de acordo com a invenção. A título de exemplo, é possível ver que quando a caixa de acordo com a invenção apresenta uma deformação de 0,15 mm, a caixa convencional já apresenta uma deformação de 0,2 mm, e isso a uma igual distância do rebordo.
[0049] Além de uma melhor lubrificação e uma redução da massa, da inércia e da quantidade de matéria utilizada, a invenção oferece uma redução grande da
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9/9 deformação radial e consequentemente, uma melhoria da regularidade do filme de lubrificante, uma redução do torque de atrito, uma redução do aquecimento interno do rolamento, uma redução do desgaste da caixa e um aumento considerável da duração de vida do rolamento. Por outro lado, é possível prever com deformação radial máxima admissível, um aumento da velocidade de rotação do rolamento absolutamente significativa. O aumento da velocidade pode ser substancialmente igual à raiz quadrada da redução da deformação passando de uma caixa convencional para uma caixa de acordo com a invenção.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Caixa (4) para rolamento de esferas, que compreende um rebordo anular (7) e uma porção substancialmente axial (8) provida de garras (11) que definem alvéolos (9) para esferas e que se unem no rebordo (7), a porção substancialmente axial (8) se estendendo axialmente por um comprimento superior ou igual à metade do diâmetro dos alvéolos, a porção substancialmente axial (8) apresentando um diâmetro exterior inferior ao diâmetro exterior do rebordo (7), caracterizada pelo fato de que o diâmetro exterior da porção substancialmente axial está compreendido entre o diâmetro primitivo da caixa reduzido da metade da espessura radial do rebordo e o diâmetro primitivo da caixa aumentado da metade da espessura radial do rebordo, aberturas (15) sendo formadas no rebordo (7), as aberturas desembocando em pelo menos duas faces do rebordo, a porção substancialmente axial (8) da caixa tendo uma divisória (14) disposta em sua face interna, deixando zonas vazadas (16) sobre a face externa da porção substancialmente axial (8), as aberturas (15) e as zonas vazadas (16) se intercomunicando.
  2. 2. Caixa de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a porção substancialmente axial (8) se estende axialmente por um comprimento pelo menos igual a 60 % do diâmetro dos alvéolos (9).
  3. 3. Caixa de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende uma conexão (13) entre o rebordo (7) e a porção substancialmente axial (8), a dita conexão (13) se estendendo axialmente por um comprimento inferior ao comprimento da porção substancialmente axial (8).
  4. 4. Caixa de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que as aberturas (15) e as zonas vazadas (16) são angularmente posicionadas em distâncias iguais entre os alvéolos (9).
  5. 5. Caixa de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a porção substancialmente axial (8) compreende uma pluralidade de protuberâncias interalveolares, uma protuberância compreendendo dois ramos (10) que definem os alvéolos (9) e que se unem no rebordo (7), uma
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    2/2 nervura (12) que liga os ramos (10) à distância do rebordo (7) e das extremidades livres dos ramos, e uma divisória (14) de espessura radial inferior à espessura radial dos ramos, posicionada entre os ramos (10), a travessa (12) e o rebordo (7).
  6. 6. Caixa de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende poliamida carregada de fibras de vidro, e/ou poliéter-éter-cetona.
  7. 7. Mancal de rolamento caracterizado pelo fato de que compreende esferas (3) montadas nos alvéolos (9) de uma caixa (4) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6 e posicionadas entre duas pistas de rolamento.
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