Vida útil dos rolamentos: Quanto tempo eles podem durar?

Qual é a vida útil de um rolamento?

Em primeiro lugar, é essencial esclarecer que a pergunta "Por quanto tempo um rolamento pode ser usado?" implica que o rolamento já está em serviço e indaga sobre sua duração utilizável.

Essa discussão não inclui o tempo de armazenamento dos rolamentos não utilizados.

O tempo em que um rolamento pode ser usado também depende de outro padrão, ou seja, em que condição um rolamento é considerado inutilizável?

Em geral, consideramos que um rolamento falhou quando ele não consegue mais oferecer o desempenho projetado durante a operação. A falha do rolamento é categorizada em duas situações:

• Primeiro, o rolamento perde completamente sua funcionalidade e não pode girar.
• Segundo, o rolamento perde parcialmente seu desempenho, mas ainda pode operar. No entanto, ocorreram anomalias na precisão operacional, na vibração, etc., do sistema do eixo.

Explicações claras para os dois itens acima tipos de rolamentos As falhas podem ser encontradas nos padrões correspondentes de análise de falhas de rolamentos. No entanto, é perceptível que o fato de um rolamento com "mau funcionamento" ser considerado "inutilizável" depende da situação específica do usuário.

Normalmente, há várias maneiras de definir o ponto em que um rolamento se torna "inutilizável":

Com base na definição de rolamento falha por fadigaÉ quando aparece a primeira fragmentação por fadiga no elemento rolante ou na superfície da pista. Nesse ponto, o rolamento já passou por falha por fadiga. Em outras palavras, quando atinge esse estado, o rolamento fica "inutilizável".

A determinação de quando um rolamento se torna "inutilizável" pode ser feita de várias maneiras:

Em primeiro lugar, de acordo com a definição de falha por fadiga do rolamento, é o momento em que a primeira falha por fadiga aparece no elemento rolante ou na superfície da pista. Nesse momento, o rolamento apresenta falha por fadiga. Em outras palavras, o rolamento se torna "inutilizável" nesse estado.

Em segundo lugar, em condições reais de trabalho, quando a primeira falha por fadiga aparece, o status operacional do rolamento às vezes não muda significativamente. Por exemplo, pode não haver um aumento perceptível na vibração do rolamento. Especialmente nos estágios iniciais da falha, pode ser difícil detectá-la. Nesse momento, a temperatura do rolamento geralmente está normal. Aos olhos de muitos usuários, esse rolamento ainda é "utilizável".

Em terceiro lugar, se a situação acima continuar a se desenvolver, a falha do rolamento progride, levando a um aumento da vibração e da temperatura do rolamento. Nesse momento, você pode determinar se o rolamento está "inutilizável" de acordo com os padrões de vibração ou temperatura do equipamento relacionado. Portanto, o padrão de "inutilização" vem dos padrões relevantes. Antes de atingir esse padrão, embora o rolamento já possa estar "doente", ele ainda é "utilizável".

Em quarto lugar, em alguns casos em que a exigência de precisão do eixo não é alta, mesmo na situação acima, desde que o rolamento possa girar, ele é considerado utilizável. Ele não é considerado "inutilizável" até o dia em que fica preso e não pode girar.

Portanto, antes de analisar a questão de "por quanto tempo um rolamento ainda pode ser usado", é necessário determinar qual é o padrão para "ainda utilizável". Caso contrário, seria impossível discutir essa usabilidade.

Os fatores que influenciam a usabilidade de um rolamento

Discutimos anteriormente os diferentes critérios para determinar se um rolamento ainda é utilizável e introduzimos o conceito de falha do rolamento. Ao discutir a usabilidade de um rolamento, primeiro precisamos estabelecer um padrão e, em seguida, explorar os fatores que o afetam dentro desse padrão.

Em geral, o cálculo da vida nominal básica é um método de verificação comum para rolamentos. Para nossa discussão, podemos usar a definição desse cálculo, ou seja, o tempo até que ocorra o primeiro ponto de falha no rolamento.

Como sabemos, um rolamento consiste em componentes como corpos rolantes, gaiolas, pistas, vedações e graxa. Como um todo, se qualquer parte de um rolamento falhar, considera-se que o rolamento inteiro falhou ou está "inutilizável".

Considerando os vários componentes de um rolamento, temos o seguinte:

Elementos de rolagem e corridas:

A vida útil de um rolamento geralmente é definida por sua vida em fadiga, que está relacionada à carga e à velocidade do rolamento. Assim, a vida útil dos corpos rolantes e das pistas de um rolamento é influenciada pela carga e pela velocidade do rolamento. Diferentes cargas e velocidades resultam em diferentes vidas úteis dos rolamentos. Obviamente, os engenheiros mecânicos podem ver esses fatores no cálculo da vida útil do rolamento.

Para ilustrar isso em termos simples: um rolamento, quando girado manualmente (equivalente a nenhuma carga, baixa velocidade), é quase impossível de se desgastar, o que implica uma vida útil muito longa (quase infinita). Entretanto, o mesmo rolamento sob uma grande carga e alta velocidade pode falhar rapidamente. Portanto, para estimar aproximadamente a vida útil à fadiga de um rolamento, a carga e a velocidade devem ser levadas em conta. Uma simples pergunta como "quanto tempo um rolamento pode durar?" não pode fornecer uma resposta.

Gaiolas:

As gaiolas suportam tensões alternadas em um rolamento e, em condições normais, também sofrem fadiga. Quando as condições operacionais mudam, as gaiolas também podem estar sujeitas a cargas adicionais.

Entretanto, em condições normais, a carga sofrida pelas gaiolas é significativamente menor do que a dos corpos rolantes e das pistas. Portanto, na maioria dos casos, a vida útil à fadiga das gaiolas excede a do rolamento. (As exceções ocorrem em condições anormais de operação.) Além disso, as gaiolas feitas de materiais diferentes podem ser afetadas pela temperatura ambiente, o que não será abordado aqui.

Vedações:

Para vedações sem contato, como os protetores contra poeira, que normalmente não sofrem cargas significativas, sua vida útil à fadiga pode ser considerada quase infinita (exceto em condições anormais). Entretanto, se levarmos em conta as reações químicas entre o protetor contra poeira e o ambiente externo, como poluentes (por exemplo, oxidação lenta), será necessária uma avaliação adicional.

Para vedações de contato, geralmente feitas de borracha, sua vida útil é influenciada pelo desgaste no lábio e pelas reações químicas entre o próprio material da vedação e o ambiente externo, incluindo poluentes (como a oxidação lenta). O desgaste no lábio do selo está relacionado à pressão do lábio, à velocidade do movimento relativo e à resistência ao desgaste do material do selo. Os fabricantes de vedações devem ter dados de teste relevantes.

Lubrificação:

Os rolamentos são normalmente lubrificados com graxa, cuja vida útil pode ser estimada de acordo com a vida útil geral dos lubrificantes. Os leitores interessados podem consultar livros como "Motor Aplicação de rolamentos Technology" e "Motor Bearing Failure Diagnosis and Analysis" para cálculos.

Além disso, a graxa em rolamentos não operacionais (em estado de não funcionamento) está sujeita à oxidação pelo ar. Essas informações podem ser obtidas com os fabricantes relevantes.

Por quanto tempo os rolamentos podem ser usados?

Depois de discutir os padrões de uso de rolamentos e os fatores que influenciam o tempo de uso de um rolamento, é hora de fornecer uma resposta clara aos engenheiros que estão interessados nos resultados.

É mais correto dizer que isso é um requisito do que uma resposta. Porque quando os engenheiros de motores estão projetando estruturas e selecionando rolamentos, eles precisam calcular com base nessa vida útil. Caso contrário, o processo de seleção não poderá ser concluído.

Em geral, os requisitos de vida útil dos rolamentos em motores industriais comuns de pequeno e médio porte podem ser encontrados nos manuais de projeto mecânico e nos manuais técnicos fornecidos pelos fornecedores de rolamentos.

Embora existam algumas discrepâncias entre esses valores recomendados, eles são bastante semelhantes. Normalmente, durante os cálculos, considera-se uma vida útil entre 20.000 e 40.000 horas.

Observe que essa faixa não menciona velocidade, carga, tipo de rolamento etc. Portanto, esse é um requisito de projeto e, se a vida útil real de um rolamento não puder atender a esse requisito, será necessário discutir com os fabricantes relevantes.

Mesmo que essas discussões surjam, isso não significa que o rolamento não esteja em conformidade, pois há muitos fatores relevantes envolvidos.

Por fim, essa faixa se aplica apenas a motores industriais gerais. Para equipamentos especializados, os requisitos podem variar. Por exemplo, eletrodomésticos, equipamentos de energia eólica, etc. Os engenheiros podem consultar os padrões relevantes para esses casos.