Cálculo da vida útil dos rolamentos: Os segredos da previsão da vida útil dos rolamentos

Cálculo prático da vida útil do rolamento

Anteriormente, discutimos como calcular a vida útil de um rolamento. Nesses artigos, apresentamos principalmente os aspectos teóricos da vida útil do rolamento e a fórmula de cálculo.

Hoje, nosso objetivo é aplicar essa teoria a cenários práticos. Afinal, o objetivo final da aquisição de conhecimento teórico é atender às necessidades práticas da engenharia. Alguns engenheiros solicitaram exemplos de cálculos do mundo real, portanto, vamos nos aprofundar usando o exemplo do nosso artigo anterior.

Vamos revisar o exemplo do motor vertical. Aqui estão os detalhes relevantes do rolamento:

• Modelo do rolamento: 6208
• Classificação da carga dinâmica básica do rolamento: 29kN
• Carga dinâmica equivalente do rolamento: P=5,83kN

Vamos também fornecer alguns parâmetros adicionais para esse rolamento:
Velocidade do rolamento: n=1500rpm

Usando a fórmula de vida útil do rolamentoobtemos a vida útil 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 em uma unidade de tempo mais comum, obtemos:

A vida útil calculada do rolamento é de aproximadamente 1.368 horas.

Neste exemplo, usamos um cenário em que o rolamento está sob uma carga alta. O resultado calculado sugere que o rolamento não é adequado para essa aplicação devido à sua curta vida útil. Se o motor operar continuamente, a vida útil nominal básica só poderá garantir menos de dois meses de operação do rolamento.

Ou seja, se escolhermos esse rolamento, só poderemos garantir que 90% dos rolamentos possam operar continuamente por dois meses nessas condições.

O valor acima é o valor da vida útil do rolamento obtido usando a teoria básica da vida útil do rolamento.

No entanto, como você deve ter notado, assim como em nossos artigos anteriores, todo o processo de cálculo considera apenas a carga no rolamento. Em outras palavras, essa chamada vida útil nominal do rolamento considera apenas o impacto da carga. Como discutimos em nossos artigos anteriores, após muitos anos de desenvolvimento da teoria moderna da vida útil dos rolamentos, esse cálculo não atende mais às nossas necessidades. Portanto, precisamos ajustar ainda mais esse valor.

Ou seja, precisamos calcular o valor da vida útil modificada do rolamento. A maioria dos cálculos subsequentes não usa métodos de fórmulas porque esses cálculos podem ser complexos, muitos dos processos ou teorias de referência vêm de experimentos e, em terceiro lugar, vários fornecedores de rolamentos e padrões internacionais de rolamentos nos forneceram uma ferramenta de referência melhor: gráficos. Então, como usamos esses gráficos? Vamos explorar isso usando nosso exemplo.

Vida útil nominal ajustada dos rolamentos

Conforme descrito em nossos artigos anteriores, a fórmula para a vida útil ajustada é a seguinte:

Para determinar o valor final L_10mh precisamos definir a1 e a_iso.

01 Em primeiro lugar, definimos a1.

Como discutimos anteriormente, a1 é conhecido como o coeficiente de confiabilidade da vida útil ajustada. Quando a confiabilidade é 90%, o valor de a1 é 1. Para máquinas de uso geral usadas na indústria, a menos que seja especificamente exigido, a vida útil do rolamento é sempre baseada em uma confiabilidade 90%. Portanto, neste exemplo, podemos usar diretamente a1.

02 Em segundo lugar, encontramos um_iso.

O método padrão para calcular o coeficiente de vida ajustado a_iso de um rolamento considera os seguintes fatores:

• Carga do rolamento
• Condições de lubrificação (tipo e viscosidade do lubrificante, velocidade, tamanho do rolamento, se são usados aditivos)
• Limite de fadiga do rolamento
• Tipo de rolamento
• Estresse residual do rolamento
• Condições ambientais
• Contaminação no lubrificante

Em resumo, um_iso é uma função dos seguintes parâmetros:

Onde:

• η_c é o fator de contaminação do rolamento,
• C_u é o limite de carga de fadiga do rolamento,
• k é o índice de viscosidade do lubrificante do rolamento.

Primeiro, selecionamos o fator de contaminação ηc do rolamento. Na norma ISO281 e em todas as normas fabricante de rolamentos há uma tabela de referência para os critérios de seleção, como segue:

Na aplicação de motores verticais, com base em nossa experiência anterior, o fator de contaminação dos rolamentos deve ser selecionado entre a poluição luminosa e a limpeza geral. Nesse caso, escolhemos um fator de contaminação de 0,6, que é um pouco maior do que a limpeza geral.

Deixe-me acrescentar,

A seleção do fator de contaminação não tem uma fórmula matemática específica à qual se referir. Geralmente, ela se baseia em anos de aplicação de rolamentos experiência. Quanto mais aplicativos encontrarmos, mais percepções obteremos nessa seleção.

Como o rolamento selecionado é o 6208, o limite de carga de fadiga C_u desse rolamento pode ser encontrado no catálogo de rolamentos como: 1,05kN

O valor da carga dinâmica equivalente do rolamento foi calculado no capítulo anterior como sendo P=5,83kN

Portanto, podemos obter um valor aproximado:

Em seguida, precisamos fazer uma escolha um pouco mais complexa do índice de viscosidade k. Devido ao espaço limitado neste capítulo, não entraremos em detalhes sobre o significado específico de k e como escolher esse valor. Escreveremos outro artigo para detalhar isso mais tarde. Por enquanto, queremos apenas enfatizar que, no caso dos rolamentos, a escolha da lubrificação correta é muito importante. Isso não está relacionado apenas à qualidade da graxa em si, mas também ao impacto da lubrificação nos rolamentos.

Com relação ao índice de viscosidade,

Em 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:

• Se for menor que 1, significa que a lubrificação não atingiu o efeito desejado. A finalidade de um lubrificante é separar o contato aço-aço entre a pista do rolamento e o elemento rolante. Se k<1, isso indica que o lubrificante não separou o contato aço-aço, e o rolamento ainda gerará atrito durante o funcionamento.
• Maior que 4, significa que foi adicionado muito lubrificante. Embora separe perfeitamente o contato metálico, o excesso de lubrificante no rolamento gerará o que chamamos de torque de "perda por arrasto". Essa é uma parte muito importante do modelo de atrito do rolamento. Em termos leigos, o principal objetivo da lubrificação é reduzir o atrito e diminuir ainda mais a temperatura do rolamento. Entretanto, o excesso de lubrificante também pode gerar "atrito", o que também gera calor.

Portanto, selecionamos um valor de lubrificação adequado, e o valor final de k é 1,5.

Com esses dois parâmetros, podemos encontrar a seguinte tabela na ISO281 ou no catálogo do fabricante do rolamento.

Cuidado!

Há 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. Portanto, selecione o gráfico apropriado com base no tipo específico de rolamento.

Com base no diagrama escolhido, podemos determinar que, nesse aplicativo, aiso=12.

Nesse exemplo, a vida nominal final corrigida do rolamento 6208 é:

L_10mh = a₁×a_iso×L_10h = 1×12×1367.6 = 16411.2

Nesse motor vertical, sob condições adequadas de lubrificação, o rolamento pode operar por 16.410 horas.

Objetivo do cálculo

Como o resultado do cálculo da vida útil do rolamento não pode refletir com precisão a vida útil real do rolamento, qual é o objetivo desse cálculo?

De fato, muitos engenheiros interpretam erroneamente o cálculo da vida útil como "adivinhação", provavelmente devido ao seu nome. Originalmente, o objetivo de estudar a vida útil dos rolamentos era estabelecer um valor de referência, uma referência de vida útil. Com o tempo, esse valor de referência se tornou um parâmetro para comparar e verificar a razoabilidade da seleção de rolamentos.

De fato, o cálculo da vida útil do rolamento é uma verificação da capacidade de carga do rolamento escolhido. Em outras palavras, trata-se de escolher o menor rolamento que possa atender ao requisito de vida útil. Nesse sentido, o cálculo da vida útil do rolamento é um requisito para o limite inferior da capacidade de carga do rolamento.

Como podemos entender isso? Vamos começar pelo processo de verificação da vida:

Quando os engenheiros verificam a vida útil dos rolamentos, os manuais de projeto mecânico e os materiais dos equipamentos sempre fornecem alguns valores mínimos para os requisitos de vida útil. Um exemplo é o seguinte:

Certamente, alguns fabricantes de equipamentos fornecem requisitos de vida útil diferentes. Muitas vezes, esses valores de vida útil são atendidos pelos rolamentos em projetos tradicionais.

Portanto, ao projetar novos equipamentos e verificar a vida útil do rolamento, a seguinte abordagem pode ser usada:

• Se a vida útil do rolamento recém-escolhido for menor do que a vida útil exigida: A capacidade de carga (e a vida útil correspondente sob essa carga) do rolamento selecionado é menor do que a dos rolamentos que satisfizeram essa condição anteriormente. Em outras palavras, o rolamento escolhido é muito pequeno;
• Se a vida útil calculada do rolamento recém-escolhido for maior ou igual à vida útil exigida: A capacidade de carga (e a vida útil correspondente sob essa carga) do rolamento selecionado é maior do que a dos rolamentos que satisfizeram essa condição anteriormente. Em outras palavras, o rolamento escolhido é muito grande;

A escolha de um valor muito pequeno ou muito grande deve estar dentro de uma faixa razoável, e a igualdade absoluta não deve ser buscada. Portanto, ao observar o "tempo de vida útil necessário", é possível perceber que esse valor é um intervalo, não um valor absoluto.

Portanto, o cálculo implícito da vida útil do rolamento envolve a verificação da capacidade de carga do rolamento sob requisitos razoáveis de vida útil. Em outras palavras, escolha um rolamento de tamanho razoável sob determinadas condições de trabalho.

Na vida real, devido a mal-entendidos dos conceitos acima, ocorrem muitas "operações errôneas":

(1) A vida útil calculada de um rolamento deve atender ao período de garantia do equipamento.

Essa prática confunde a verificação da carga do rolamento com a vida útil do equipamento. De fato, a verificação da vida útil de um rolamento não é equivalente à "adivinhação", conforme explicado no artigo anterior.

As condições reais dos rolamentos são variadas, e os engenheiros não podem calcular cada máquina individualmente. Esse é um mal-entendido dos fabricantes de equipamentos sobre o "cálculo da vida útil do rolamento".

O conceito de período de garantia coloca toda a responsabilidade no fabricante do equipamento, um conceito de "garantia" que é muito mais amplo do que o conceito coberto pelo "cálculo da vida útil do rolamento", o que torna essa aplicação direta inadequada.

É claro que alguns engenheiros, devido à pressão do cliente, são forçados a atender a um requisito de vida útil de "20 anos". Com essa exigência, os rolamentos escolhidos costumam ser superdimensionados, o que não só resulta em ineficiência econômica, mas também não compreende que cálculos de vida útil maiores ou mais longos nem sempre são melhores para os rolamentos.

(2) Quanto maior for a vida útil calculada de um rolamento, melhor será seu som.

Na verdade, isso também induz a erro na seleção dos rolamentos. Como mencionei anteriormente, o cálculo de verificação da vida útil do rolamento é uma verificação da capacidade de carga mínima dos rolamentos 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 esse valor, ocorrerão problemas com o rolamento.

Isso é o que geralmente chamamos de "carga mínima do rolamento". Se o rolamento escolhido for muito grande e a vida útil calculada do rolamento em condições de trabalho for longa, o que significa que a capacidade de carga do rolamento é muito alta, ele pode não atender ao requisito de carga mínima do rolamento.

Se a carga suportada pelo rolamento for menor do que a carga mínima exigida, poderão ocorrer problemas como o deslizamento do elemento rolante dentro do rolamento, tornando-o mais propenso a queimar.

De fato, a compreensão do conceito de vida útil do rolamento pode levar a várias otimizações no projeto. Isso inclui:

Avaliar se é possível reduzir o tamanho do rolamento e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos de vida útil;

Manter um registro da vida útil de vários rolamentos e considerar uma redução de tamanho adicional se houver consistentemente alguma vida residual.

Em resumo, na prática de engenharia, o cálculo da vida útil do rolamento é usado para verificar a capacidade de carga do rolamento, não para simplesmente maximizá-la. Além disso, essa vida útil calculada não reflete a "verdadeira" vida útil do rolamento.

Uma compreensão precisa dos conceitos de vida útil dos rolamentos ajuda na seleção correta dos tamanhos dos rolamentos.

Lamentavelmente, no trabalho real, às vezes temos de nos submeter às exigências de nossos clientes, mesmo que acreditemos que suas solicitações não sejam tecnicamente razoáveis. Portanto, sinta-se à vontade para compartilhar este artigo com eles.

Este pode ser o artigo mais difícil de entender no site até o momento, especialmente para engenheiros elétricos. Se alguém tiver alguma dúvida, fique à vontade para deixar um comentário para discussão.