Anilhas elásticas cónicas que se montam junto às chumaceiras de esferas atuando como retenção da mesma, proporcionando um apoio elástico que absorve vibrações e elimina o ruído derivado da rotação sem carga axial.
A mola de prato atua ainda como compensador das dilatações térmicas produzidas pelo aquecimento e arrefecimento do eixo no qual está montada a chumaceira, aumentando significativamente a vida útil do rolamento.
A sua vantagem diferencial é a pouca variação de força numa ampla zona da sua capacidade de deslocamento: a mola fornece a força necessária para uma correta fixação axial e mantém-na dentro de um intervalo adequado, sem sobrecarregar nem desapertar o rolamento.
Existem dois tipos de molas de prato para rolamentos: o modelo liso (plain) e o ranhurado (slotted). Ambos partilham o mesmo princípio de funcionamento — operar na zona regressiva da sua curva característica, o que significa que, ainda que haja um deslocamento na altura da mola, não se produz uma alteração significativa na força, ou seja, consegue-se obter uma força quase constante sobre o rolamento no seu ciclo operativo — mas diferenciam-se no nível de força de pré-carga e na finura do seu comportamento.
Consiste numa anilha cónica elástica cujas características de projeto fazem com que a sua curva de força vs. deflexão seja de tipo regressivo. Isto permite que a variação de força seja baixa relativamente à sua deflexão.
É uma variação relativamente à anterior, na qual a anilha apresenta umas ranhuras na sua circunferência interior. O objetivo deste projeto é obter uma força de pré-carga ainda mais baixa e, além disso, conseguir a mínima variação dessa força, tal como no caso anterior. Isto é especialmente interessante para rolamentos que requerem pré-cargas mais pequenas.
É a força que, por condições de projeto, o rolamento de esferas requer para poder operar em condições ótimas.
A mola de prato para rolamentos resolve o que outro tipo de mola com uma constante linear não consegue fazer: devido à geometria da mola de prato, pode dimensionar-se para que, nestes casos, tenha uma zona onde a força permanece quase constante.
Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.
A mola de prato para rolamentos trabalha na zona regressiva da sua curva característica, onde a rigidez decresce com a deflexão.
Na zona de trabalho projetada (tipicamente entre 75 % e 100 % da deflexão total), a relação ΔF/Δs é muito baixa:
Este comportamento é impossível de obter com um espaçador rígido ou uma porca de ajuste, que fixam a posição mas não a força.
A zona regressiva surge quando a relação h/t (altura livre do cone sobre a espessura do disco) supera um valor de aproximadamente 1,41. As molas para rolamentos são projetadas especificamente para trabalhar nesta zona.
Na maioria das aplicações industriais, o eixo e a carcaça têm coeficientes de dilatação térmica semelhantes mas não idênticos, e a massa térmica de cada componente faz com que aqueçam e arrefeçam a ritmos distintos. O resultado são variações dimensionais axiais de décimas de milímetro que, sobre um sistema de pré-carga rígido, podem gerar variações de carga de centenas de Newtons.
Com uma mola de prato para rolamento bem selecionada, esses 0,138 mm de variação dimensional produzem uma variação de força inferior a 10–15 % da pré-carga nominal. Com um sistema rígido, a mesma dilatação pode gerar um aumento de pré-carga de vários kN, com risco de sobrecarga do rolamento.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Material do eixo (aço 42CrMo4) | α = 11,5 × 10⁻⁶ /°C |
| Comprimento entre apoios | 300 mm |
| Variação de temperatura | ΔT = 40 °C |
| Dilatação axial resultante | Δl ≈ 0,138 mm |
As molas de prato para rolamentos encontram-se em equipamentos onde a combinação de precisão, temperatura variável e longa vida útil é um requisito de projeto.
Os fusos de alta velocidade são extremamente sensíveis a variações de pré-carga. Os fabricantes de fusos de precisão utilizam molas de prato para rolamentos de contacto angular em tandem, onde a pré-carga deve manter-se constante desde frio até à temperatura de operação. A alternativa — ajuste manual com porca — exige recalibração periódica e é fonte de erros de maquinagem.
Em motores de indução e servomotores, o rolamento de extremidade livre (lado não acionado) trabalha com um apoio flutuante axialmente. A mola de prato na tampa do motor proporciona a pré-carga mínima necessária para evitar o patinar da pista sem restringir a dilatação axial do veio do rotor.
As bombas centrífugas e os compressores de parafuso geram cargas axiais variáveis com o caudal e a pressão. A mola de prato atua como elemento de pré-carga que assegura o contacto no rolamento de impulso mesmo em condições de carga ligeira (arranque, operação em vazio).
Em redutores de engrenagens helicoidais, a componente axial da força de engrenamento deve ser absorvida por rolamentos de impulso ou de contacto angular. Uma mola de prato no apoio flutuante do eixo assegura que este rolamento permaneça carregado em toda a gama de operação, evitando o skidding (deslizamento dos elementos rolantes).
Bogies e eixos de tração trabalham em condições de temperatura extrema (de −40 °C a +80 °C) e exigem materiais e projetos que mantenham a função ao longo de toda essa gama. Nestas aplicações é frequente o uso de ligas especiais (ver secção de materiais).
Quando uma aplicação requer uma força maior do que a fornecida por uma anilha individual, é possível realizar um empilhamento em paralelo: a força da mola aumenta proporcionalmente ao número de molas utilizadas. A histerese devida ao atrito das peças entre si terá um efeito sobre a curva força vs. deflexão.
Quando o espaço axial disponível não permite escalar para uma mola de maior diâmetro, ou quando se necessita de uma força superior à disponível em catálogo para o diâmetro exterior condicionado pela chumaceira.
Com 2 molas em paralelo duplica-se a força mantendo a deflexão. Com 3, triplica-se. O curso útil de trabalho não muda, mas a histerese aumenta.
Para aplicações de alta precisão (fusos de maquinagem, instrumentação), o empilhamento em paralelo de mais de 2 peças pode introduzir uma histerese de força inaceitável. Nestes casos recomenda-se selecionar uma mola de maior diâmetro ou diferente relação h/t. Consulte os nossos engenheiros.
As molas de prato para rolamentos são fabricadas em aço-mola de alta qualidade. Também podem ser fabricadas noutros materiais com o objetivo de oferecer resistência à corrosão, às altas ou baixas temperaturas, ou para aplicações que exijam um material de tipo não magnético.
Para tal empregam-se aços inoxidáveis e ligas como o Inconel ou o Nimonic 90. Tendo estes aços um módulo de elasticidade diferente, o cálculo da mola variará e, em alguns casos, é necessário fabricar as peças com uma espessura diferente para cobrir as especificações da mola original.
Para aplicações com temperatura de operação superior a 200 °C ou em ambientes corrosivos, a seleção do material é crítica para a vida útil da mola. Consulte-nos antes de especificar.
| Material | Norma · designação | Temp. máx. contínua | Resist. corrosão | Magnético | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|---|
| Aço-mola | 51CrV4 / DIN 17221 | ~200 °C | Baixa (revestimento) | Sim | Uso geral industrial |
| Aço inoxidável | 1.4310 (AISI 301) | ~300 °C | Alta | Fraco | Alimentar, química, marítimo |
| Aço inoxidável | 1.4568 (17-7 PH) | ~350 °C | Alta | Fraco | Aeroespacial, alta resistência |
| Inconel 718 | UNS N07718 | ~650 °C | Muito alta | Não | Alta temperatura, aerospace |
| Nimonic 90 | UNS N07090 | ~850 °C | Muito alta | Não | Turbinas, criogénico |
A seleção de uma mola de prato para rolamento requer determinar os seguintes parâmetros de partida. Com estes dados, a nossa equipa pode recomendar-lhe o modelo de catálogo mais adequado ou calcular uma peça especial se o padrão não cobrir os requisitos.
Tecnicamente é possível se as dimensões e a curva de força forem compatíveis. No entanto, as molas para rolamentos são projetadas especificamente para operar na zona regressiva da sua curva, com relações h/t otimizadas para este fim. Uma mola DIN 2093 padrão pode ter um comportamento mais linear que não é ótimo para aplicações de pré-carga de chumaceiras. Consulte-nos.
A lubrificação reduz a histerese da mola. Em condições secas, o atrito entre molas empilhadas (em paralelo) aumenta a histerese e pode gerar diferenças até 20–30 % entre a curva de carga e descarga. Com lubrificante (massa ou óleo), esta diferença reduz-se significativamente. Para aplicações de alta precisão, recomenda-se especificar sempre lubrificação.
Em aplicações de pré-carga estática ou quase-estática (rolamento com poucas inversões de carga por dia), a vida útil prática é indefinida se a tensão de trabalho não ultrapassar os limites de fadiga do material. Em aplicações dinâmicas (vibração contínua, ciclos de carga frequentes), a vida útil depende da amplitude de deflexão e deve ser calculada segundo os critérios de DIN 2093 / DIN EN 16983.
Para ambientes húmidos ou com corrosão ligeira: fosfatação + óleo ou zincado cromatizado. Para ambientes marítimos ou com ácidos: aço inoxidável 1.4310 ou revestimento de zinco-níquel. Para casos extremos: Inconel ou Nimonic sem revestimento adicional.
Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.
