Alguma vez se perguntou quanto tempo pode durar um rolamento? Nesta publicação do blogue, vamos explorar o conceito de vida útil dos rolamentos e os factores que o influenciam. O nosso experiente engenheiro mecânico irá analisar as complexidades e fornecer informações sobre como maximizar a longevidade dos rolamentos. Descubra dicas e estratégias práticas para manter os seus rolamentos a funcionar de forma suave e eficiente.
Anteriormente, falámos sobre como calcular a vida útil de um rolamento. Nesses artigos, apresentámos principalmente os aspectos teóricos da vida útil dos rolamentos e a fórmula de cálculo.
Atualmente, o nosso objetivo é aplicar essa teoria a cenários práticos. Afinal de contas, o objetivo final da aquisição de conhecimentos teóricos é servir as necessidades práticas da engenharia. Alguns engenheiros solicitaram exemplos de cálculos reais, por isso vamos aprofundar o assunto utilizando o exemplo do nosso artigo anterior.
Voltemos ao exemplo do motor vertical. Aqui estão os detalhes relevantes dos rolamentos:
Vamos também fornecer alguns parâmetros adicionais para este rolamento:
Velocidade da chumaceira: n=1500rpm
Utilizando a fórmula da vida útil dos rolamentos
obtemos o tempo de vida do rolamento:
Aqui, p é o coeficiente de cálculo para o rolamento. Quando o elemento rolante do rolamento é uma esfera, p é 3, e quando o elemento rolante é um rolo, p é 10/3. A vida útil do rolamento resultante é 123,08, em milhões de rotações. Convertido para uma unidade de tempo mais comum, obtemos:
A vida útil calculada do rolamento é de aproximadamente 1368 horas.
Neste exemplo, utilizámos um cenário em que o rolamento está sujeito a uma carga elevada. O resultado calculado sugere que o rolamento não é adequado para esta aplicação devido à sua curta vida útil. Se o motor funcionar continuamente, a vida útil nominal básica só pode garantir menos de dois meses de funcionamento do rolamento.
Ou seja, se escolhermos este rolamento, só podemos garantir que 90% dos rolamentos podem funcionar continuamente durante dois meses nestas condições.
O valor acima é o valor da vida útil da chumaceira obtido utilizando a teoria básica da vida útil da chumaceira.
No entanto, como deve ter reparado, tal como nos nossos artigos anteriores, todo o processo de cálculo considera apenas a carga sobre a chumaceira. Por outras palavras, esta chamada vida útil nominal da chumaceira considera apenas o impacto da carga. Como discutimos nos nossos artigos anteriores, após muitos anos de desenvolvimento da teoria moderna da vida útil dos rolamentos, este cálculo já não satisfaz as nossas necessidades. Por isso, precisamos de ajustar mais este valor.
Ou seja, precisamos de calcular o valor da vida útil modificada da chumaceira. A maior parte dos cálculos subsequentes não utiliza métodos de fórmulas porque estes cálculos podem ser complexos, muitos dos processos ou teorias de referência provêm de experiências e, em terceiro lugar, vários fornecedores de chumaceiras e normas internacionais de chumaceiras forneceram-nos uma melhor ferramenta de referência - gráficos. Então, como é que utilizamos estes gráficos? Vamos explorar esta questão com o nosso exemplo.
Conforme descrito nos nossos artigos anteriores, a fórmula para a vida útil ajustada é a seguinte:
Para determinar o valor final L10mh precisamos de definir a1 e aiso.
01 Em primeiro lugar, definimos a1.
Como já discutimos anteriormente, a1 é conhecido como o coeficiente de fiabilidade da vida ajustada. Quando a fiabilidade é 90%, o valor de a1 é 1. Para máquinas de uso geral usadas na indústria, a menos que seja especificamente exigido, a vida do rolamento é sempre baseada numa fiabilidade 90%. Portanto, neste exemplo, podemos tomar diretamente a1.
02 Em segundo lugar, encontramos umiso.
O método padrão para calcular o coeficiente de vida ajustado aiso de um rolamento tem em conta os seguintes factores:
Em resumo, umiso é uma função dos seguintes parâmetros:
Onde:
Em primeiro lugar, seleccionamos o fator de contaminação ηc da chumaceira. Na norma ISO281 e em todas as normas fabricante de rolamentos catálogos, existe um quadro de referência para os critérios de seleção, como se segue:
| Poluição | Coeficiente ec | |
| dm<100mm1) | dm≥100mm1) | |
| Extremamente limpo -Tamanho das partículas inferior à espessura da película de óleo -Condições de laboratório | 1 | 1 |
| Altamente limpo -Óleo filtrado por filtros ultra-finos -Rolamentos lubrificados com massa selada | 0.8-0.6 | 0.9-0.8 |
| Limpeza padrão -Óleo filtrado por filtros de malha fina | 0.6-0.5 | 0.8-0.6 |
| Poluição luminosa -Contaminação ligeira do óleo lubrificante | 0.5-0.3 | 0.6-0.4 |
| Poluição geral -Contaminação dos rolamentos por partículas abrasivas noutras peças mecânicas | 0.3-0.1 | 0.4-0.2 |
| Poluição severa -O ambiente em que o rolamento é utilizado está muito poluído -Falta de vedação do rolamento | 0.1-0 | 0.1-0 |
| Poluição extrema | 0 | 0 |
Na aplicação de motores verticais, com base na nossa experiência anterior, o fator de contaminação dos rolamentos deve ser selecionado entre a poluição luminosa e a limpeza geral. Neste caso, escolhemos um fator de contaminação de 0,6, que é ligeiramente superior ao da limpeza geral.
Acrescento,
A seleção do fator de contaminação não tem uma fórmula matemática específica a que se possa referir. Baseia-se geralmente em anos de aplicação de rolamentos experiência. Quanto mais aplicações encontrarmos, mais conhecimentos adquirimos nesta seleção.
Uma vez que o rolamento selecionado é o 6208, o limite de carga de fadiga Cu deste rolamento pode ser encontrado no catálogo de rolamentos como: 1.05kN
O valor da carga dinâmica equivalente da chumaceira foi calculado no capítulo anterior como sendo P=5,83kN
Por conseguinte, podemos obter um valor aproximado:
De seguida, precisamos de fazer uma escolha ligeiramente mais complexa do rácio de viscosidade k. Devido ao espaço limitado deste capítulo, não vamos desenvolver o significado específico de k e como escolher este valor. Escreveremos outro artigo para o detalhar mais tarde. Por agora, queremos apenas enfatizar que, para os rolamentos, a escolha da lubrificação correcta é muito importante. Isto não está apenas relacionado com a qualidade da massa lubrificante em si, mas também com o impacto da lubrificação nas chumaceiras.
Relativamente ao rácio de viscosidade,
De um modo geral, esperamos que o valor final de lubrificação escolhido de k possa ser selecionado entre 1 e 4, com várias considerações.
Se o valor k calculado do valor de lubrificação selecionado for:
Por conseguinte, seleccionámos um valor de lubrificação adequado e o valor final de k é 1,5.
Com estes dois parâmetros, podemos encontrar a seguinte tabela na ISO281 ou no catálogo do fabricante de rolamentos.
Atenção!
Existem vários diagramas semelhantes, cada um para diferentes tipos de rolamentos. Escolhemos o rolamento rígido de esferas, que é um tipo de rolamento radial de esferas. Por isso, seleccione o diagrama adequado com base no tipo específico de rolamento.
A partir do diagrama escolhido, podemos determinar que, nesta aplicação, aiso=12.
Neste exemplo, a vida nominal final corrigida do rolamento 6208 é:
L10mh = a1×aiso×L10h = 1×12×1367.6 = 16411.2
Neste motor vertical, em condições de lubrificação adequadas, o rolamento pode funcionar durante 16.410 horas.
Uma vez que o resultado do cálculo da vida útil da chumaceira não pode refletir com exatidão a vida útil real da chumaceira, qual é o objetivo deste cálculo?
De facto, muitos engenheiros interpretam erradamente o cálculo da vida útil como "adivinhação", provavelmente devido ao seu nome. Originalmente, o objetivo do estudo da vida à fadiga dos rolamentos era estabelecer um valor de referência, uma referência de vida útil. Com o tempo, este valor de referência tornou-se um parâmetro para comparar e verificar a razoabilidade da seleção de rolamentos.
De facto, o cálculo da vida útil da chumaceira é uma verificação da capacidade de carga da chumaceira escolhida. Por outras palavras, trata-se de escolher a chumaceira mais pequena que pode satisfazer o requisito de vida útil. Neste sentido, o cálculo da vida útil da chumaceira é um requisito para o limite inferior da capacidade de carga da chumaceira.
Como é que podemos compreender isto? Comecemos pelo processo de controlo da vida:
Quando os engenheiros verificam a vida útil dos rolamentos, os manuais de projeto mecânico e os materiais de equipamento fornecem sempre alguns valores mínimos para os requisitos de vida útil. Um exemplo é o seguinte:
| Condições de funcionamento: | Tipos de máquinas | Tempo de vida necessário do rolamento (tempo, h) |
| Funcionamento a curto prazo ou intermitente | Electrodomésticos e ferramentas eléctricas, máquinas agrícolas, guinchos. | 4000~8000 |
| Utilização pouco frequente, mas é necessário um funcionamento fiável | Aparelhos de ar condicionado domésticos, máquinas de construção, transportadores de correia, elevadores. | 8000~12000 |
| Funcionamento não contínuo mas prolongado | Pescoços de rolos de laminadores, pequenos motores eléctricos, gruas. | 8000~12 000 |
| Motores eléctricos gerais, redutores gerais. | 12 000~20 000 | |
| Máquinas-ferramentas, crivos vibratórios, trituradores. | 20000~30 000 | |
| Compressores, bombas, dispositivos de engrenagem cruciais. | 40000~60 000 | |
| Funcionamento constante superior a 8 horas diárias ou funcionamento contínuo a longo prazo | Escadas rolantes. | 12 000~20 000 |
| Separadores centrífugos, aparelhos de ar condicionado, ventiladores, máquinas para trabalhar madeira, eixos de veículos ferroviários. | 20000~30 000 | |
| Grandes motores eléctricos, guinchos de minas, motores eléctricos principais para veículos ferroviários, eixos de locomotivas. | 40000~60 000 | |
| Máquinas de fabrico de papel. | 100000~200000 | |
| Funcionamento ininterrupto e sem falhas durante 24 horas | Equipamento de abastecimento de água, equipamento para centrais eléctricas, equipamento de drenagem para minas. | 100000~200000 |
É certo que alguns fabricantes de equipamentos fornecem requisitos de vida útil diferentes. Muitas vezes, estes valores de vida útil são cumpridos pelos rolamentos em projectos tradicionais.
Assim, na conceção de novos equipamentos e na verificação da vida útil dos rolamentos, pode ser utilizada a seguinte abordagem:
A escolha de um valor demasiado pequeno ou demasiado grande deve estar dentro de um intervalo razoável, e não se deve procurar uma igualdade absoluta. Por conseguinte, quando se observa o "tempo de vida necessário", verifica-se que este valor é um intervalo e não um valor absoluto.
Por conseguinte, o cálculo implícito da vida útil da chumaceira envolve a verificação da capacidade de carga da chumaceira sob requisitos de vida útil razoáveis. Por outras palavras, escolher uma chumaceira de tamanho razoável em determinadas condições de trabalho.
Na vida real, devido a uma má compreensão dos conceitos acima referidos, ocorrem muitas "operações incorrectas":
(1) O tempo de vida calculado de um rolamento deve corresponder ao período de garantia do equipamento.
Esta prática confunde a verificação da carga do rolamento com a vida útil do equipamento. De facto, a verificação da vida útil de um rolamento não é equivalente a uma "adivinhação", como explicado no artigo anterior.
As condições reais dos rolamentos são variadas e os engenheiros não podem calcular cada máquina individualmente. Este é um mal-entendido dos fabricantes de equipamento sobre o "cálculo da vida útil dos rolamentos".
O conceito de período de garantia atribui toda a responsabilidade ao fabricante do equipamento, um conceito de "garantia" que é muito mais amplo do que o conceito abrangido pelo "cálculo da vida útil dos rolamentos", tornando inadequada uma aplicação direta.
É claro que alguns engenheiros, devido à pressão do cliente, são forçados a cumprir um requisito de vida útil de "20 anos". Sob tal mandato, os rolamentos escolhidos são muitas vezes sobredimensionados, o que não só resulta em ineficiência económica, como também não compreende que cálculos de vida maiores ou mais longos nem sempre são melhores para os rolamentos.
(2) Quanto maior for o tempo de vida útil calculado de um rolamento, melhor será o seu som.
De facto, isto também induz em erro a seleção de rolamentos. Tal como referi anteriormente, o cálculo da verificação da vida útil das chumaceiras é uma verificação da capacidade de carga mínima das chumaceiras em condições de trabalho.
Por outro lado, também deve haver um limite para a capacidade de carga máxima dos rolamentos, que é o limite superior da capacidade de carga dos rolamentos em condições de trabalho. Se o resultado do cálculo exceder este valor, ocorrerão problemas com a chumaceira.
Isto é o que muitas vezes chamamos de "carga mínima do rolamento". Se a chumaceira escolhida for demasiado grande e a vida útil calculada da chumaceira em condições de trabalho for longa, o que significa que a capacidade de carga da chumaceira é muito elevada, pode não cumprir o requisito de carga mínima da chumaceira.
Se a carga suportada pelo rolamento for inferior à carga mínima exigida, podem ocorrer problemas como o deslizamento do corpo rolante no interior do rolamento, tornando-o mais suscetível de se queimar.
De facto, a compreensão do conceito de vida útil dos rolamentos pode conduzir a numerosas optimizações na conceção. Estas incluem:
Avaliar se é possível reduzir o tamanho do rolamento, respeitando os requisitos de vida útil;
Manter um registo da vida útil de vários rolamentos e considerar uma redução adicional do tamanho se houver consistentemente alguma vida residual.
Em resumo, na prática de engenharia, o cálculo da vida útil do rolamento é utilizado para verificar a capacidade de carga do rolamento e não simplesmente para a maximizar. Além disso, esta vida calculada não reflecte a "verdadeira" vida útil do rolamento.
Uma compreensão precisa dos conceitos de vida útil dos rolamentos ajuda na seleção correcta dos tamanhos dos rolamentos.
Lamentavelmente, no trabalho real, temos por vezes de nos submeter às exigências dos nossos clientes, mesmo que consideremos que os seus pedidos não são tecnicamente razoáveis. Por isso, sinta-se à vontade para partilhar este artigo com eles.
Este pode ser o artigo mais difícil de compreender no sítio Web até agora, especialmente para engenheiros electrotécnicos. Se alguém tiver dúvidas, não hesite em deixar um comentário para discussão.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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