Cálculo de la vida útil de los rodamientos: los secretos para predecir la vida útil de los rodamientos

Cálculo práctico de la vida útil de los rodamientos.

Anteriormente, discutimos cómo calcular la vida útil de un rodamiento. En estos artículos, presentamos principalmente los aspectos teóricos de la vida útil de los rodamientos y la fórmula de cálculo.

Hoy pretendemos aplicar esta teoría a escenarios prácticos. Después de todo, el objetivo final de adquirir conocimientos teóricos es satisfacer las necesidades prácticas de ingeniería. Algunos ingenieros han solicitado ejemplos de cálculos del mundo real, así que profundicemos usando el ejemplo de nuestro artículo anterior.

Volvamos al ejemplo del motor vertical. Aquí están los detalles relevantes del rodamiento:

• Modelo de rodamiento: 6208
• Clasificación de carga dinámica del rodamiento básico: 29 kN
• Carga dinámica equivalente del rodamiento: P=5,83kN

También proporcionaremos algunos parámetros adicionales para este rodamiento:
Velocidad del rodamiento: n = 1500 rpm

Uso de la fórmula de vida útil del rodamiento obtenemos la vida del rodamiento:

Aquí, p es el coeficiente de cálculo del rodamiento. Cuando el elemento rodante del rodamiento es una bola, p es 3, y cuando el elemento rodante es un rodillo, p es 10/3. La vida útil resultante del rodamiento es de 123,08, en millones de revoluciones. Convirtiendo a una unidad de tiempo más común, obtenemos:

La vida útil calculada del rodamiento es de aproximadamente 1368 horas.

En este ejemplo, utilizamos un escenario en el que el rodamiento está sometido a una carga elevada. El resultado calculado sugiere que el rodamiento no es adecuado para esta aplicación debido a su corta vida útil. Si el motor funciona continuamente, la vida nominal básica sólo puede garantizar menos de dos meses de funcionamiento del rodamiento.

Es decir, si elegimos este rodamiento, sólo podemos garantizar que el 90% de los rodamientos podrán funcionar de forma continua durante dos meses en estas condiciones.

El valor anterior es el valor de vida útil del rodamiento obtenido utilizando la teoría básica de la vida útil del rodamiento.

Sin embargo, como habrás notado, al igual que en nuestros artículos anteriores, todo el proceso de cálculo solo considera la carga del rodamiento. En otras palabras, la denominada vida útil del rodamiento sólo considera el impacto de la carga. Como comentamos en nuestros artículos anteriores, después de muchos años de desarrollar la teoría moderna de la vida de los rodamientos, este cálculo ya no satisface nuestras necesidades. Por lo tanto, necesitamos ajustar más este valor.

En otras palabras, necesitamos calcular el valor de vida modificado del rodamiento. La mayoría de los cálculos posteriores no utilizan métodos estandarizados porque estos cálculos pueden ser complejos, muchos de los procesos o teorías de referencia provienen de experimentos y, en tercer lugar, varios proveedores de rodamientos y estándares internacionales de rodamientos nos han proporcionado una mejor herramienta de referencia: los gráficos. Entonces, ¿cómo utilizamos estos gráficos? Exploremos esto usando nuestro ejemplo.

Vida de rodamiento ajustada

Como se describió en nuestros artículos anteriores, la fórmula de vida ajustada es la siguiente:

Para determinar el valor final L _10mh necesitamos definir a1 y a _iso .

01 Primero definimos a1.

Como comentamos anteriormente, a1 se conoce como coeficiente de confiabilidad de vida ajustado. Cuando la confiabilidad es del 90 %, el valor de a1 es 1. Para máquinas de uso general utilizadas en la industria, a menos que se requiera específicamente, la vida útil del rodamiento siempre se basa en una confiabilidad del 90 %. Entonces, en este ejemplo, podemos tomar directamente a1.

02 En segundo lugar, encontramos una _iso .

El método estándar para calcular el coeficiente de vida _isoajustado de un rodamiento considera los siguientes factores:

• Carga
• Condiciones de lubricación (tipo de lubricante y viscosidad, velocidad, tamaño del rodamiento, si se utilizan aditivos)
• Límite de fatiga del rodamiento
• Tipo de rodamiento
• Tensión residual del rodamiento
• Condiciones ambientales
• Contaminación en el lubricante.

En resumen, una _iso es función de los siguientes parámetros:

Dónde:

• η _c es el factor de contaminación del rodamiento,
• C _u es la carga límite de fatiga del rodamiento,
• k es la tasa de viscosidad del lubricante para rodamientos.

Primero, seleccionamos el factor de contaminación del rodamiento ηc. En ISO281 y en todos los catálogos de fabricantes de rodamientos, existe una tabla de referencia para los criterios de selección de la siguiente manera:

Contaminación	coeficiente CE
	dm<100 mm 1 )	dm≥100mm 1 )
Extremadamente limpio -Tamaño de partícula menor que el espesor de la película de aceite. -Condiciones de laboratorio	1	1
Muy limpio -Aceite filtrado por filtros ultrafinos. -Rodamientos lubricados con grasa sellada.	0,8-0,6	0,9-0,8
Limpieza estándar -Aceite filtrado por filtros de malla fina.	0,6-0,5	0,8-0,6
Contaminacion de luz -Ligera contaminación del aceite lubricante.	0,5-0,3	0,6-0,4
Contaminación general -Contaminación de rodamientos por partículas abrasivas en otras piezas mecánicas.	0,3-0,1	0,4-0,2
Contaminación severa -El medio ambiente en el que se utiliza el rodamiento está gravemente contaminado. -Disposición deficiente del sellado de los rodamientos.	0.1-0	0.1-0
Contaminación extrema	0	0

En la aplicación de motores verticales, según nuestra experiencia pasada, el factor de contaminación del rodamiento debe seleccionarse entre contaminación lumínica y limpieza general. En este caso, elegimos un factor de contaminación de 0,6, que es ligeramente superior al de la limpieza general.

Déjame agregar,

La selección del factor de contaminación no tiene una fórmula matemática específica a la que referirse. Generalmente depende de años de experiencia en aplicaciones de rodamientos. Cuantas más aplicaciones encontremos, más conocimientos obtendremos en esta selección.

Como el rodamiento seleccionado es el 6208, el límite de carga de fatiga _C de este rodamiento se puede encontrar en el catálogo de rodamientos como: 1,05 kN

El valor de carga dinámica equivalente del rodamiento se calculó en el capítulo anterior como P=5,83 kN.

Por tanto, podemos obtener un valor aproximado:

A continuación, debemos hacer una elección un poco más compleja de la relación de viscosidad k. Debido al espacio limitado en este capítulo, no entraremos en detalles sobre el significado específico de k y cómo elegir este valor. Escribiremos otro artículo para detallarlo más adelante. Por ahora, sólo queremos enfatizar que para los rodamientos, elegir la lubricación correcta es muy importante. Esto no sólo se refiere a la calidad de la grasa en sí, sino también al impacto de la lubricación en los rodamientos.

En cuanto a la relación de viscosidad,

Generalmente, esperamos que el valor de lubricación final elegido de k pueda seleccionarse entre 1 y 4, con varias consideraciones.

Si el valor k calculado del valor de lubricación seleccionado es:

• Menos de 1 significa que la lubricación no logró el efecto deseado. El propósito de un lubricante es separar el contacto de acero con acero entre la pista del rodamiento y el elemento rodante. Si k<1, indica que el lubricante no ha separado el contacto acero-acero y el rodamiento aún generará fricción durante el funcionamiento.
• Más de 4 significa que se ha agregado demasiado lubricante. Aunque separa perfectamente el contacto metálico, el exceso de lubricante en el rodamiento generará lo que llamamos par de “pérdida de arrastre”. Esta es una parte muy importante del modelo de fricción del rodamiento. En términos sencillos, el objetivo principal de la lubricación es reducir la fricción y bajar aún más la temperatura del rodamiento. Sin embargo, demasiado lubricante también puede crear “fricción”, que también generará calor.

Por lo tanto, seleccionamos un valor de lubricación adecuado y el valor k final es 1,5.

Con estos dos parámetros podemos encontrar la siguiente tabla en ISO281 o en el catálogo del fabricante de rodamientos.

¡Cuidadoso!

Hay varios diagramas similares, cada uno para diferentes tipos de rodamientos. Elegimos rodamiento rígido de bolas, que es un tipo de rodamiento de bolas radial. Por lo tanto, seleccione la tabla adecuada según el tipo de rodamiento específico.

Del diagrama elegido podemos determinar que, en esta aplicación, aiso=12.

En este ejemplo, la vida nominal final corregida del rodamiento 6208 es:

l _10mh = a ₁ ×a _iso ×L _10h = 1×12×1367,6 = 16411,2

En este motor vertical, en condiciones de lubricación adecuada, el rodamiento puede funcionar durante 16.410 horas.

Propósito del cálculo

Dado que el resultado del cálculo de la vida útil del rodamiento no puede reflejar con precisión la vida útil real del rodamiento, ¿cuál es el propósito de este cálculo?

De hecho, muchos ingenieros malinterpretan el cálculo de la vida útil como “conjeturas”, probablemente debido a su nombre. Originalmente, el objetivo del estudio de la vida a fatiga de los rodamientos era establecer un valor de referencia, una referencia de vida útil. Con el tiempo, este valor de referencia se ha convertido en un parámetro para comparar y verificar la razonabilidad de la selección de rodamientos.

De hecho, el cálculo de la vida útil del rodamiento es una comprobación de la capacidad de carga del rodamiento elegido. En otras palabras, se trata de elegir el rodamiento más pequeño que pueda cumplir con los requisitos de vida útil. En este sentido, el cálculo de la vida útil del rodamiento es un requisito para el límite inferior de la capacidad de carga del rodamiento.

Como podemos entender esto? Comencemos con el proceso de control de salud:

Cuando los ingenieros verifican la vida útil de los rodamientos, los manuales de diseño mecánico y los materiales de los equipos siempre proporcionan algunos valores mínimos para los requisitos de vida útil. Lo siguiente es un ejemplo:

Condiciones de operación:	tipos de maquinas	Vida requerida del rodamiento (tiempo, h)
Operación a corto plazo o intermitente	Electrodomésticos y herramientas eléctricas, maquinaria agrícola, cabrestantes.	4.000 ~ 8.000
Uso poco frecuente, pero se requiere un funcionamiento confiable	Unidades de aire acondicionado domésticas, máquinas de construcción, cintas transportadoras, ascensores.	8.000 ~ 12.000
Funcionamiento no continuo, pero sí prolongado.	Cuellos de rodillos de laminadores, pequeños motores eléctricos, grifos.	8.000 ~ 12.000
	Motores eléctricos en general, reductores en general.	12.000 ~ 20.000
	Máquinas herramienta, cribas vibratorias, trituradoras.	20.000 ~ 30.000
	Compresores, bombas, dispositivos de engranajes cruciales.	40.000 ~ 60.000
Operación constante superior a 8 horas diarias o operación continua a largo plazo	Escalera mecánica.	12.000 ~ 20.000
	Separadores centrífugos, equipos de aire acondicionado, sopladores, máquinas para trabajar la madera, ejes de vehículos ferroviarios.	20.000 ~ 30.000
	Grandes motores eléctricos, cabrestantes para minas, motores eléctricos principales para vehículos ferroviarios, ejes de locomotoras.	40.000 ~ 60.000
	Máquinas para fabricar papel.	100.000 ~ 200.000
Funcionamiento ininterrumpido y sin fallos las 24 horas del día	Equipos de suministro de agua, equipos de centrales eléctricas, equipos de drenaje minero.	100.000 ~ 200.000

Por supuesto, algunos fabricantes de equipos ofrecen diferentes requisitos de vida útil. A menudo, estos valores de vida útil se cumplen con los rodamientos en diseños tradicionales.

Por lo tanto, al diseñar nuevos equipos y comprobar la vida útil de los rodamientos, se puede utilizar el siguiente enfoque:

• Si la vida útil del rodamiento recién elegido es menor que la vida útil requerida: La capacidad de carga (y la vida útil correspondiente bajo esta carga) del rodamiento seleccionado es menor que la de los rodamientos que previamente cumplían esta condición. En otras palabras, el rodamiento elegido es demasiado pequeño;
• Si la vida útil calculada del rodamiento recién elegido es mayor o igual a la vida útil requerida: La capacidad de carga (y la vida útil correspondiente bajo esta carga) del rodamiento seleccionado es mayor que la de los rodamientos que previamente cumplían esta condición. En otras palabras, el rodamiento elegido es demasiado grande;

La elección entre demasiado pequeño o demasiado grande debe estar dentro de un rango razonable y no debe buscarse la igualdad absoluta. Por lo tanto, al observar la “vida útil requerida”, encontraríamos que este valor es un rango, no un valor absoluto.

Por lo tanto, el cálculo implícito de la vida útil del rodamiento implica verificar la capacidad de carga del rodamiento bajo requisitos razonables de vida útil. En otras palabras, elija un rodamiento de tamaño razonable bajo ciertas condiciones de trabajo.

En la vida real, debido a una mala comprensión de los conceptos anteriores, ocurren muchos "errores de operación":

(1) La vida útil calculada de un rodamiento debe cumplir con el período de garantía del equipo.

Esta práctica confunde la comprobación de la carga del rodamiento con la vida útil del equipo. De hecho, comprobar la vida útil de un rodamiento no equivale a “adivinar”, como se explica en el artículo anterior.

Las condiciones reales de los rodamientos varían y los ingenieros no pueden calcular cada máquina individualmente. Se trata de un malentendido por parte de los fabricantes de equipos sobre el “cálculo de la vida útil de los rodamientos”.

El concepto de período de garantía atribuye toda la responsabilidad al fabricante del equipo, un concepto de “garantía” que es mucho más amplio que el concepto cubierto por el “cálculo de la vida útil de los rodamientos”, lo que hace que su aplicación directa sea inapropiada.

Por supuesto, algunos ingenieros, debido a la presión del cliente, se ven obligados a cumplir con un requisito de vida útil de “20 años”. Bajo tal mandato, los rodamientos elegidos son a menudo sobredimensionados, lo que no sólo resulta en ineficiencia económica, sino que también malinterpreta que los cálculos de vida útil más grandes o más largos no siempre son mejores para los rodamientos.

(2) Cuanto más larga sea la vida útil calculada de un rodamiento, mejor sonará.

De hecho, esto también confunde la selección de rodamientos. Como mencioné anteriormente, el cálculo de la verificación de la vida útil de los rodamientos es una verificación de la capacidad de carga mínima de los rodamientos en condiciones de trabajo.

Por otro lado, también debería haber un límite a la capacidad de carga máxima de los rodamientos, que es el límite superior de la capacidad de carga de los rodamientos en condiciones de trabajo. Si el resultado del cálculo excede este valor, se producirán problemas con el rodamiento.

Esto es lo que a menudo llamamos "carga mínima de rodamiento". Si el rodamiento elegido es demasiado grande y la vida útil calculada del rodamiento en condiciones de trabajo es larga, lo que significa que la capacidad de carga del rodamiento es demasiado alta, es posible que no cumpla con el requisito de carga mínima del rodamiento.

Si la carga soportada por el rodamiento es menor que la carga mínima requerida, pueden ocurrir problemas como el deslizamiento del elemento rodante dentro del rodamiento, haciéndolo más propenso a quemarse.

De hecho, comprender el concepto de vida útil de los rodamientos puede conducir a numerosas optimizaciones de diseño. Éstas incluyen:

Evaluar si es posible reducir el tamaño del rodamiento y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de vida útil;

Mantenga un registro de la vida útil de varios rodamientos y considere mayores reducciones de tamaño si hay alguna vida residual constante.

En resumen, en la práctica de la ingeniería, el cálculo de la vida útil de los rodamientos se utiliza para verificar su capacidad de carga, no simplemente para maximizarla. Además, esta vida calculada no refleja la vida “verdadera” del rodamiento.

Una comprensión precisa de los conceptos sobre la vida útil de los rodamientos ayuda a seleccionar correctamente los tamaños de los rodamientos.

Desafortunadamente, en el trabajo real, a veces tenemos que someternos a las demandas de nuestros clientes, incluso si creemos que sus solicitudes no son técnicamente razonables. Así que no dudes en compartir este artículo con ellos.

Este podría ser el artículo más difícil de entender en el sitio hasta el momento, especialmente para los ingenieros eléctricos. Si alguien tiene alguna pregunta, no dude en dejar un comentario para discutirlo.