Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ROLAMEN-TO RADIAL, ESPECIALMENTE ROLAMENTO DE ESFERAS DE CAR-REIRA ÚNICA, BEM COMO PROCESSO PARA SUA MONTAGEM".
Descrição
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a um rolamento radial, adequadopara cargas axiais intensas, de acordo com as características formadoras dopreâmbulo da reivindicação I, bem como abrange um processo para a mon-tagem de um mancai radial desta natureza, podendo ser concretizada demodo especialmente vantajoso em mancais de rolamento de carreira únicaque são empregados, por exemplo, como rolamentos fixos em câmbios deveículos automotores.
Antecedentes da invenção
Como rolamentos radiais que podem também ser sujeitos a in-tensas forças axiais, na prática são geralmente empregados rolamentos deesferas estriados de carreira única, já que estes apresentam uma capacida-de de carga radial e axial uniformemente elevada, reduzida à flexão e osmais altos limites de rotações de todos os tipos de rolamentos. Estes rola-mentos de esferas estriados consistem, como é conhecido, em um anel derolamento externo e em um anel de rolamento interno, bem como em umnúmero de corpos de esferas de rolamento, em forma de corpos de rolamen-to, que estão integradas entre os anéis de rolamento. No caso, no lado inter-no do anel do rolamento externo e no lado externo do anel de rolamento in-terno são engastadas trajetórias em forma estriada, sendo limitadas por duasbordas axiais e nas quais as esferas do rolamento são aproximadas umas dasoutras através de uma gaiola de rolamentos, em distâncias uniformes. A inte-gração das esferas de rolamento no rolamento estriado de esferas verifica-seno caso geralmente pelo processo de montagem excêntrico que passou a serconhecido com o documento DE 168 499, no qual os dois anéis do rolamentosão dispostos um em relação ao outro em forma excêntrica e o espaço livre,assim produzido entre os anéis do rolamento, será enchido com as esferas dorolamento. Em seguida, o anel do rolamento interno, aproveitando a elasticida-de de ambos os anéis do rolamento, será movido para a posição concêntricarelativamente ao anel do rolamento externo, de maneira que as esferas de ro-lamento finalmente podem ser uniformemente distribuídas nos percursos dedeslocamento dos anéis de rolamento e a gaiola do rolamento poderá ser inte-grada.
Na prática, ficou, todavia, demonstrado que tais mancais de es-feras estriados, tendo em vista o reduzido número máximo que pode ser in-tegrado de esferas, dependendo das dimensões do anel de rolamento inter-no e externo, bem como do diâmetro das esferas, encontra limites mesmoassim, especialmente em relação à capacidade de carga radial do rolamen-to. No passado, foram, portanto, propostas muitas soluções, como, por e-xemplo, uma solução que prevê uma abertura de enchimento não fechada edisposta nas bordas, reciprocamente opostas dos percursos de deslocamen-to do anel de rolamento externo e interno, de acordo com o documento DE151 483 ou uma abertura de enchimento de configuração similar e que podeser fechado* de acordo com o documento DE 24 07 477 A1, com as quais,com o aumento do número das esferas, pode ser logrado um aumento dacapacidade de carga radial em mancais de esferas estriados, mas que nãopuderam ser aprovados na prática, em virtude de muitas desvantagens.Uma outra possibilidade para aumentar o número de corpos derolamento em um rolamento radial passou a ser conhecido, além disso, pelaprimeira vez pelo documento DE 311 317, tendo sido desenvolvido adicio-nalmente pelo documento DE 43 34 195 A1'. Nesses rolamentos radiais con-figurados como rolamentos de esferas estriados de carreira única, os corposde rolamento, todavia, não são formados por esferas, porém por as chama-das esferas de rolamento, que são configuradas com duas faces laterais a-chatadas simetricamente de um formato esférico básico, bem como faceslaterais dispostas em sentido reciprocamente paralelo. A largura dessas es-feras de rolamento entre as suas faces laterais, no caso, é menor do que adistância entre as bordas axiais, radialmente opostas nos percursos de ro-lamento nos anéis de rolamento, de maneira que o enchimento do rolamentocom as esferas de rolamento pode ser feito um chamado processo de mon-tagem axial, no qual as esferas de rolamento podem ser introduzidas axial-mente pela distância entre o anel interno e o anel externo, penetrando norolamento. Quando o ponto central das esferas de rolamento depois se en-contrar na altura do eixo de percurso de rolamento, as esferas de rolamentosão uma vez giradas na vertical e uma vez na horizontal em 90°, de maneiraque podem rolar com suas faces de rolamento nos percursos de rolamentodos anéis de rolamento.
Apesar da possibilidade de poder empregar axialmente no rola-mento essas esferas de rolamento de configuração especial, enchendo as-sim o rolamento radial quase totalmente com um grande número de corposde rolamento, podendo utilizá-lo para intensas cargas radiais, tal rolamentoesférico - tendo em vista a capacidade de carga axial do rolamento - dequalquer modo representa apenas um compromisso. Isto se baseia no fatode que as esferas de rolamento, em virtude da sua possibilidade de poderemser axialmente introduzidas no rolamento, somente podem ser produzidasrelativamente achatadas com uma largura reduzida entre as suas faces late-rais e os percursos de rolamento das esferas de rolamento nos anéis de ro-lamento, a fim de viabilizar o giro dos corpos de rolamento para a sua posi-ção de serviço, sem que seja formada uma folga radial demasiado elevadano rolamento todo. Os percursos de rolamento relativamente achatados dasesferas de rolamento produzem, todavia, o fato de que para as esferas derolamento, na adequação a um ângulo de pressão de serviço de ação axial,devido ao tombamento axial dentro de seus percursos de rolamento, estádisponível uma face de apoio demasiado reduzida, de modo que, especial-mente a capacidade de carga axial de um rolamento de esferas desta natu-reza é muito reduzida e estes rolamentos de esferas, portanto, são inade-quados para cargas axiais intensas.
Para evitar estas desvantagens foi, portanto, proposto pelo pedi-do de patente alemão de número 10 2005 014 556.6, ainda não publicada nomomento do depósito do presente pedido de patente, de ampliar a larguradas esferas de rolamento entre as suas faces laterais para o mínimo de 70%do diâmetro de seu formato esférico básico e configurar os percursos de ro-lamento estriados das esferas de rolamento nos anéis de rolamento comuma profundidade entre 17% e 19%, bem como com uma largura entre 75%e 78% do diâmetro do formato esférico básico das esferas de rolamento, jáque desta forma surge uma capacidade de carga radial como também axialdo rolamento aumentando a face de contato global das esferas de rolamentoem relação aos seus percursos de rolamento que correspondem a aproxi-madamente 45% da circunferência do formato esférico básico das esferasde rolamento, como também é apresentado com as esferas de rolamentosesféricos estriados convencionais em relação aos seus percursos de rola-mento nos anéis de rolamento. Como a distância entre as bordas do anel derolamento interno e externo que limitam os percursos de rolamento dos cor-pos de rolamento é, todavia, menor do que a largura das esferas de rola-mento, a integração das esferas de rolamento no rolamento radial terá deser novamente feita de acordo com o conhecido processo de montagem ex-cêntrica, no qual as esferas de rolamento são introduzidas em uma posiçãovertical no ponto da maior distância das bordas radialmente opostas dos doisanéis de rolamento dispostos em sentido reciprocamente oposto e excêntri-co, em sentido transversal nos percursos de rolamento dos corpos de rola-mento, sendo movidos com suas faces laterais, encostando reciprocamente,para o espaço livre entre os anéis do rolamento. As faces laterais achatadasdas esferas de rolamento possibilitam, no caso, que também com o proces-so de montagem excêntrico o maior número de corpos de rolamento possaser montado diante de rolamentos de esferas estriadas em carreira únicadentro do rolamento. Após o enchimento do rolamento com as esferas derolamento, o anel de rolamento interno será então movido para a posiçãoconcêntrica relativamente ao anel de rolamento externo, de maneira que asesferas de rolamento permanecem distribuídas no círculo primitivo de refe-rência de seus percursos de rolamento com distância uniforme reciproca-mente, podendo ser girados para a sua posição de serviço em 909 em senti-do longitudinalmente, relativamente aos percursos de rolamento a fim de,finalmente, poder ser integrado à gaiola do rolamento dentro do rolamentoradial.Com um rolamento de esferas desta configuração, conseguiu-seque as esferas de rolamento apresentem grandes faces de contato relativa-mente aos seus percursos de rolamento dentro dos anéis do rolamento eque o rolamento pode ser equipado com o maior número de corpos de rola-mento do que mancais de esferas estriadas de carreira única convencionais,de maneira que especialmente a capacidade de carga radial do rolamento,. comparado com convencionais rolamentos esféricos estriados, for majoradae o espaço construído axial e o peso do rolamento foram reduzidos. Mesmoassim, o aumento da capacidade de carga axial do rolamento foi compara-damente reduzido, já que os percursos de rolamento, embora aprofundados,das esferas de rolamento continuaram sendo demasiado achatados, a fim deapoiarem totalmente as esferas de rolamento na adequação ao ângulo depressão de serviço atuante por tombamento axial dentro de seus percursosde rolamento, de maneira que estes mancais de rolamento de esferas conti-nuam como antes sendo inadequados para cargas axiais variáveis em ângu-los de pressão de serviço extremamente elevados.Objetivo da invenção
Partindo das desvantagens expostas das soluções do estado datécnica conhecida, a presente invenção tem, portanto, o objetivo básico deconceber um rolamento radial, especialmente um rolamento de esferas decarreira única, o qual além de elevada capacidade de carga radial, estejatambém adequado para cargas axiais variáveis sob ângulos de pressão deserviço elevados e nos dois lados do eixo longitudinal do rolamento.Descrição da invenção
De acordo com a invenção, esta tarefa é solucionada em umrolamento radial com as características do preâmbulo da reivindicação 1, detal sorte que os percursos de rolamento nos dois anéis de rolamento sãoconfigurados com uma profundidade e largura de tal forma extremamenteampliadas que a esfera de rolamento, também no caso de cargas axiais va-riáveis, encontra-se em um ângulo de pressão de serviço de até 25° bilate-ralmente no eixo longitudinal do rolamento com suas faces de rolamento emcontato linear completo, relativamente aos percursos de rolamento nos anéisde rolamento, sendo que a distância entre as bordas axiais, reciprocamenteopostas em sentido radial nos percursos de rolamento nos anéis de rolamen-to é de tal modo reduzida que esta unidade, mesmo com anéis de rolamentoexcentricamente expostos em sentido recíproco, é menor do que o diâmetrodo formato esférico básico das esferas de rolamento.
Configurações e Ampliações preferidas do rolamento radial, con-figuradas de acordo com a invenção serão descritas nas reivindicações de-pendentes.
Assim sendo, de acordo com as reivindicações 2 e 3 está previs-to no rolamento radial, configurado de acordo com a invenção qúe os per-cursos de rolamento no lado interno do anel do rolamento externo e no ladoexterno do anel do rolamento interno apresentem uma profundidade superiora 25% do diâmetro do formato esférico básico das esferas de rolamento,enquanto que a largura dos percursos de rolamento nos anéis de rolamentoé superior a 85% do diâmetro do formato esférico básico das esferas de ro-lamento. A configuração dos percursos de rolamento com essas dimensõesultrapassa, no caso, nitidamente as dimensões dos percursos de rolamentode rolamentos esféricos estriados convencionais e garante que as esferasde rolamento, independente do vão radial, apresentam também nos ângulosde pressão de serviço de até 25° um grau de aplicação de 100%, relativa-mente aos seus percursos de rolamento e, portanto, o rolamento, com capa-cidade de aplicação de carga radial máxima, apresenta uma capacidade decarga axial extremamente elevada.
De acordo com as reivindicações 4 e 5, o rolamento radial, con-figurado de acordo com a invenção, ainda se destaca pelo fato de que nadisposição concêntrica dos anéis de rolamento em sentido recíproco, a dis-tância entre as bordas axiais dos percursos de rolamento, opostos em senti-do radial, é apenas 40% a 50% do diâmetro do formato esférico básico dasesferas de rolamento, enquanto que na disposição excêntrica dos anéis domancai em sentido recíproco, a maior distância entre estas bordas axiaisestá situada entre 75% até 90% do diâmetro do formato esférico básico dasesferas de rolamento. Com uma largura das esferas de rolamento entre suasfaces laterais de 70% do seu formato esférico básico, parece assim pratica-mente impossível poder introduzir as esferas de rolamento, nem de acordocom o processo de montagem axial conhecido, nem de acordo com o pro-cesso de montagem excêntrico convencional, dentro do rolamento radial, jáque para ambos os processos a distância entre as bordas dos percursos derolamento é demasiado reduzida.
O processo preconizado pela presente invenção para a monta-gem de um rolamento radial desta natureza, de acordo com a reivindicação6 revela, portanto, um processo de montagem excêntrico modificado paraesferas de rolamento, no qual inicialmente, de modo conhecido, a introduçãodo anel de rolamento interno no anel do rolamento externo e a disposiçãodos anéis de rolamento em uma posição excêntrica recíproca se verificamem um eixo radial comum. Diferente ao processo convencional de monta-gem excêntrico, verificar-se-á então a introdução de uma primeira esfera derolamento não em posição vertical, porém em posição tangencial das faceslaterais, relativamente aos anéis do rolamento no ponto da maior distânciadas bordas, reciprocamente opostas em sentido radial dos anéis do rolamen-to, para que em seguida esta primeira esfera de rolamento seja tombada em90° para os percursos de rolamentos dos anéis de rolamento em uma posi-ção relativamente transversal em sentido aos mesmos, movendo-os nestaposição, em uma primeira posição intermediária lateral entre os anéis derolamento. Em seguida, uma segunda esfera de rolamento será movida emposição tangencial das faces laterais para os anéis do rolamento no local damaior distância das bordas entre os anéis do mancal, a fim de tombar igual-mente em 90° para os percursos de rolamento dos anéis de rolamento, ocu-pando uma posição transversal em relação aos mesmos e, nesta posição,são movidos para uma segunda posição intermediária lateral entre os anéisde mancal.
As etapas acima mencionadas serão então repetidas alternada-mente até o enchimento máximo possível do rolamento radial com as esfe-ras de rolamento, de maneira que em seguida, poderá verificar-se novamen-te o deslocamento já conhecido do processo de montagem excêntrica, doanel de rolamento interno para uma posição concêntrica, relativamente aoanel de rolamento externo. Desta maneira, então todas as esferas de rola-mento integradas serão distribuídas em sua posição transversal para com ospercursos de rolamento em toda a circunferência dos percursos de rolamen-to dos anéis de rolamento, ou seja, no seu círculo primitivo de referência emdistâncias uniformes e por giro em 90° são movidos para a sua posição deserviço prevista longitudinalmente em relação aos percursos de rolamento,de maneira que finalmente o emprego da gaiola de rolamentos, pela distân-cia entre as bordas dos anéis de rolamento, pode ser mesmo assim concre-tizado.
O rolamento de esferas, configurado de acordo com a invençãoapresenta, portanto, em comparação com os rolamentos esféricos conheci-dos do estado da técnica, a vantagem de que pela configuração com percur-sos de rolamento bastante profundos e largos para as esferas de rolamento,juntamente com a configuração das esferas de rolamento com uma larguraótima de 70% do diâmetro do seu formato esférico básico, agora, além deuma elevada capacidade de carga radial, também é dada a garantia paracargas axiais variáveis em elevados ângulos de pressão de serviço nos doislados do eixo longitudinal do rolamento.
Breve descrição dos desenhos
Uma forma de realização preferida do rolamento radial, configu-rado de acordo com a invenção, será explicitada a seguir com base nos de-senhos anexos. As figuras mostram:
figura 1 - vista global espacial do rolamento de esferas configu-rado de acordo com a invenção;
figura 2 - corte pelo rolamento de esferas configurado de acordocom a invenção;
figura 3 - representação ampliada de uma metade da seçãotransversal pelo rolamento de esferas, configurado de acordo com a inven-ção e conforme o detalhe X na figura 2;
figura 4 - Uma vista lateral do rolamento de esferas, configuradode acordo com a invenção, na montagem das esferas de rolamento;figura 5 - corte do rolamento de esferas, configurado de acordocom a invenção, na montagem das esferas de rolamento.Descrição detalhada dos desenhos
A partir das figuras 1 e 2, pode se depreender claramente umrolamento radial 1, configurado como rolamento esférico de carreira única,que consiste essencialmente em um anel de rolamento 2 externo e em umanel de rolamento interno 3, bem como em uma variedade de rolamento es-férico 5, integrados entre estes anéis de rolamento 2, 3, sendo que estesrolamentos esféricos apresentam duas faces laterais 6, 7 dispostas em sen-tido reciprocamente paralelo e achatados simetricamente a partir de um for-mato esférico básico. Estes rolamentos esféricos 4 são claramente visíveisatravés de uma gaiola de rolamento 4, sendo mantidos em direção periféricaa distâncias recíprocas regulares e se movimentam com suas faces de rola-mento 8 em dois percursos de rolamento 11, 12 estriados, engastados nolado interno 9 do anel de rolamento externo 2 e no lado externo 10 do anelde rolamento 3 interno, sendo que estes percursos de rolamento são limita-dos por duas bordas axiais 13, 14 e 15, 16. Os rolamentos esféricos 5 apre-sentam - como se pode depreender da figura 3, uma largura bk entre as suasfaces laterais 6, 7 e aproximadamente 70% do diâmetro dk do seu formatoesférico básico, sendo, portanto, mais largos do que a distância ae entre asbordas 13, 15 e 14, 16 axiais, radialmente opostas dos percursos de rola-mento 11,12 nos anéis de rolamento 2, 3.
Para configurar um rolamento radial 1 desta configuração comuma capacidade de carga axial muito elevada, os percursos de rolamento11, 12, de acordo com a invenção, são configurados nos dois anéis de rola-mento 2, 3, como pode ser depreendido das figuras 2 e 3, com uma profun-didade tLA, tLI e largura biLA, bLI, de tal modo extremamente ampliada que osrolamentos esféricos 5, também, no caso de cargas axiais variáveis em umângulo de pressão de serviço de até 25°, nos dois lados do eixo longitudinaldo rolamento 17, com suas faces de rolamento 8, estão em contato linearcompleto com os percursos de rolamento 11,12 nos anéis de rolamento 2,3. No caso, a distância ae, representada na figura 3 entre as bordas axiais,radialmente opostas 13, 15 e 14, 16 dos percursos de rolamento de rolamen-to 11, 12 será mantida em extensão tão reduzida nos anéis de rolamento 2,3 que mesmo com uma disposição excêntrica dos anéis de rolamento 2, 3,conforme mostrada na figura 4, em sentido recíproco a distância aeex é me-nor do que o diâmetro d« do formato esférico básico dos rolamentos esféri-cos 5.
Como configuração concreta, fica evidente que pela figura 3, quea profundidade tla, tu dos percursos de rolamento 11, 12 no lado interno 9do anel de rolamento 2 externo e no lado externo 10 do anel de rolamentointerno 3, é de aproximadamente 30% do diâmetro d« do formato esféricobásico e dos rolamentos de esferas 5, ao etapa que a largura buv, bLi dospercursos de rolamento 11,12 representa aproximadamente 90% do diâme-tro d« do formato esférico básico das esferas de rolamento 5. Da mesmamaneira pode-se depreender do desenho que em uma disposição concêntri-ca mostrada dos anéis de rolamento 2, 3 em sentido reciprocamente volta-dos um para o outro, a distância ae entre as bordas 13, 15 e 14, 16 dos per-cursos de rolamento 11, 12, radialmente opostos, é apenas 40% aproxima-damente do diâmetro d« do formato esférico básico dos rolamentos esféricos5, ao etapa que na disposição excêntrica mostrada na figura 4, dos anéis de rolamento 2, 3, em sentido recíproco a maior distância aeex entre estas bor-das axiais representa aproximadamente 80% do diâmetro d« do formato es-férico básico dos rolamentos de esfera 5. Pela configuração dos percursosde rolamento 11,12 com estas dimensões, os rolamentos esféricos 5 tam-bém nos ângulos de posição de serviço de até 25° apresentam um grau deaplicabilidade de 100% em relação aos seus percursos de rolamento 11, 12e garantem, portanto, com aplicabilidade de carga radial plena, uma capaci-dade de carga axial extremamente elevada do rolamento, mas ao mesmotempo os rolamentos esféricos 5, de acordo com os processos convencio-nais e conhecidos de montagem axial ou excêntrica, tendo em vista a dis-tância Άβ ou aeex. demasiado reduzida, entre as bordas axiais 13, 15 e 14, 16dos percursos de rolamento 11,12 não mais podem ser montados.
A montagem das esferas de rolamento 5 verifica-se, portanto,em um rolamento radial 1, de tal modo configurado, de acordo com a inven-ção, segundo um processo de montagem excêntrico modificado, no qual ini-cialmente verifica-se a introdução conhecida, mostrada inicialmente na figura4, do anel de rolamento 3 interno e no anel de rolamento 2 externo e a dis-posição dos anéis de rolamento 2, 3, em uma posição excentricamente recí-proca, em um eixo radial comum. Constitui, todavia, novidade neste proces-so de montagem excêntrica que, em seguida, a introdução de um primeirorolamento esférico 5 em uma posição tangencial, mostrada nas figuras 4 e 5,das faces laterais 6, 7 para com os anéis de rolamento 2, 3 se verifica nolugar da maior distância aBex das bordas radialmente opostas 13, 15 e 14, 16dos anéis de rolamento 2, 3, a fim de que, em seguida, tombar este primeirorolamento esférico 5, em 90° dentro dos percursos de rolamento 11, 12 dosanéis de rolamento 2, 3, ocupando uma posição transversal em relação aosmesmos e deslocar nesta posição, para uma primeira posição intermediárialateral, representada no lado esquerdo do eixo central vertical, entre os anéisde rolamento 2,3. Em seguida, um segundo rolamento esférico 5 será deslo-cado tangencialmente para com as faces laterais 6, 7 em direção aos anéisde rolamento 2,3 no local da maior distância aeexdas bordas 13, 15 e 14, 16entre os anéis de rolamento 2, 3, sendo igualmente tombados em 90° paraos percursos de rolamento 11,12 dos anéis de rolamento 2, 3, ocupandouma posição transversal para os mesmos e nesta posição serão deslocadosem uma segunda posição intermediária lateral, representada na figura 4, àdireita do eixo central vertical, situado entre os anéis de rolamento 2, 3.
Em seguida, verifica-se uma repetição alternada das etapas a-cima mencionadas até o enchimento máximo possível do rolamento radial 1,com esferas de rolamento 5, de maneira que em seguida o deslocamento jáconhecido do anel de rolamento 3 interno pode ser realizado para uma posi-ção concêntrica em relação ao anel de rolamento 2 externo. Em seguida,todas as esferas de rolamento 5 integradas serão distribuídas em distânciasuniformes no seu círculo por motivo de referência em uma posição transver-sal para com os percursos de rolamento 11, 12 e por meio de rotação em90° passam a ocupar a sua posição de serviço, mostrada na figura 1, previs-ta longitudinalmente para com os percursos de rolamento 11, 12, de maneiraque finalmente pode-se verificar a integração da gaiola de rolamento 4 peladistância aB entre as bordas 13, 15 e 14, 16 através dos anéis de rolamento2, 3.
Relação numérica de componentes
1 Rolamento radial
2 Anel de rolamento externo
3 Anel de rolamento interno
4 Gaiola de rolamento
5 Rolamentodeesferas
6 Face lateral de 5
7 Face lateral de 5
8 Face de rolamento de 5
9 Lado interno de 2
10 Lado externo de 3
11 Percurso de rolamento em 9
12 Percurso de rolamento em 10
13 Borda de 11,
14 Borda de 11
15 Borda de 12
16 Borda de 12
17 Eixolongitudinaldorolamento
bK Largura de 5
dK Diâmetro do formato esférico básico de 5
tLA Profundidade de 11
tLI Profundidade de 12
bLA Largura de 11
bLI Largura de 12
ab distância entre 13 e 15, ou seja, entre 14 e 16
aeex distância entre 13 e 15, ou seja, entre 14 e 16 com disposição excêntri-
ca de 2 e 3.