Os rolamentos de engrenagens planetárias, bombas hidráulicas e outros são frequentemente expostos a condições onde deformações elásticas nas peças circundantes levam a um desalinhamento significativo dos anéis entre si. Este desalinhamento causa picos de pressão locais e conseqüente redução na vida útil do rolamento. O coroamento correto da pista reduz esses efeitos e é, portanto, uma consideração muito importante durante a aprovação do fornecedor.
A influência das tensões locais pode ser considerada durante o processo de projeto, mas também deve ser levada em consideração durante os testes se o desempenho do rolamento for verificado em uma bancada de testes. Aqui, acelerar a execução dos testes pode complicar a situação. Normalmente, as cargas de teste são maiores que as cargas de aplicação porque os anos de vida útil devem ser representados por semanas em uma bancada de testes. Ao estudar o efeito do desalinhamento, as condições de teste escolhidas devem levar a distribuições de tensões não uniformes semelhantes às esperadas na aplicação.
Durante os testes, o grau de desalinhamento pode ser controlado com o uso de acessórios personalizados. Contudo, é sempre importante verificar se as condições de teste mimetizam adequadamente a aplicação.
Introdução
Os testes de resistência são um método poderoso para verificar o desempenho do rolamento e aprovar seu fornecedor. No entanto, um dos desafios durante os testes é modelar anos de vida útil como semanas de resistência numa bancada de testes sem alterar as conclusões. Normalmente, velocidades e cargas são os parâmetros que controlam o tempo de teste. Velocidades mais altas permitem atingir o mesmo número de rotações em menos tempo, mas também alteram as condições de lubrificação. Estas variações podem ser compensadas alterando a viscosidade do lubrificante.
Aumentar as cargas também ajuda a reduzir os tempos de teste. No entanto, exagerar pode causar problemas na bancada de testes que podem ser completamente irrelevantes em campo. Para aplicações com um amplo espectro de carga, como automóveis de passageiros, onde o torque máximo representa apenas uma pequena porcentagem do tempo de operação, os testes podem ser acelerados concentrando-se nas cargas normais máximas e ignorando as condições de “cruzeiro” longo.
Contudo, se, além das cargas e da velocidade, também for necessário considerar o desalinhamento, deve ser dada especial atenção às tensões locais. O coroamento da pista pode ser otimizado para uma determinada quantidade de tombamento e uma carga específica. Se as condições de teste excederem aquelas da aplicação real, a quantidade de deflexão do eixo também pode ser maior e potencialmente levar ao contato da borda frontal no equipamento de teste que não apareceria na aplicação. Como resultado, um fornecedor potencialmente bom pode não ser considerado qualificado porque os dados de teste foram gerados em condições inadequadas.
Isto torna desejável poder calcular distribuições de tensão locais tanto para a aplicação quanto para a configuração de teste para garantir que os dados de teste representem adequadamente as condições do mundo real.
Visão geral do teste
Os testes foram realizados em um equipamento de teste EELPRAAX-130 (Figura 1) construído pela Elgeti Engineering GmbH. A linha de bancadas de teste EELPRAAX pode aplicar cargas axiais, radiais ou combinadas e está disponível em diferentes tamanhos para acomodar rolamentos de até 320 mm de diâmetro externo. Como todas as bancadas de testes da Elgeti Engineering, elas são equipadas com duas estações completamente independentes no mesmo chassi.
Um dispositivo feito sob medida é usado para inserir os rolamentos na caixa. O eixo e o motor são conectados por uma junta cardan dupla que resiste a pequenos desalinhamentos e amortece vibrações. O motor e o cabeçote de teste são montados em uma placa de base rígida conectada à estrutura principal com amortecedores de vibração. Estes eliminam a influência de vibrações externas, especialmente aquelas provenientes da estação de teste oposta.
A bancada de testes está equipada com um sistema de lubrificação por circulação de óleo com vazão variável. A temperatura do óleo determina a temperatura de operação dos mancais e é medida nas entradas e saídas do cabeçote e regulada por meio de um resfriador; O aquecimento está disponível opcionalmente, mas geralmente não é necessário. O filtro de óleo padrão possui malha de 10 µm; uma malha mais fina também é opcional. As cargas são aplicadas com cilindros hidráulicos controlados, permitindo aplicar não apenas cargas constantes, mas também rampas, degraus e ciclos.
As grandezas medidas incluem a temperatura do anel externo de todos os rolamentos, vibrações da carcaça e torque do motor. Essas grandezas são usadas para detectar uma falha no rolamento e acionar um desligamento automático. Isto permite que a máquina funcione continuamente sem supervisão.
O desalinhamento é controlado pelo projeto do eixo; Tanto os diâmetros do eixo quanto a distância entre os rolamentos definem a linha de curvatura do eixo. Durante o processo de projeto, deve-se lembrar que os rolamentos aumentam a rigidez do eixo e que a simulação correta no FVA Workbench é essencial para gerar os resultados desejados.
Resultados e conclusão
A Figura 4 mostra distribuições de tensões locais sob condições de teste que são representativas da aplicação no mundo real. Com base nesses resultados de simulação, foram realizados testes utilizando os mesmos parâmetros. As durações medidas são, em geral, mais longas do que a duração calculada (Figura 5). Os rolamentos em questão atendem, portanto, aos requisitos e o fornecedor foi aprovado.
A abordagem aqui adotada, utilizando simulações para informar a seleção dos parâmetros de teste, garante que as condições de teste sejam verdadeiramente representativas das características específicas da aplicação, sem exageros ou subestimações. Isto é especialmente importante quando, como nesta aplicação, é esperado um desalinhamento significativo entre os anéis do rolamento.
