Cálculo prático da vida útil do rolamento
Anteriormente, discutimos como calcular a vida útil de um rolamento. Nesses artigos, introduzimos principalmente os aspectos teóricos da vida útil dos rolamentos e da fórmula de cálculo.
Hoje, pretendemos aplicar essa teoria a cenários práticos. Afinal, o objetivo final de adquirir conhecimento teórico é atender às necessidades práticas da engenharia. Alguns engenheiros solicitaram exemplos de cálculo do mundo real, então vamos nos aprofundar usando o exemplo do nosso artigo anterior.
Vamos revisitar o exemplo do motor vertical. Aqui estão os detalhes relevantes do rolamento:
- Modelo de rolamento: 6208
- Classificação básica de carga dinâmica do rolamento: 29kN
- Carga dinâmica equivalente do rolamento: P=5,83kN
Vamos também fornecer alguns parâmetros adicionais para este rolamento:
Velocidade do rolamento: n = 1500 rpm
Usando a fórmula de vida útil do rolamentoobtemos a vida útil do rolamento:
Aqui, p é o coeficiente de cálculo do 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 resultante do rolamento é 123,08, em milhões de rotações. Convertendo para 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 elevada. O resultado calculado sugere que o rolamento não é adequado para esta aplicação devido à sua curta vida útil. Se o motor operar continuamente, a vida nominal básica só poderá garantir menos de dois meses de operação do rolamento.
Ou seja, se escolhermos este rolamento, só podemos garantir que 90% dos rolamentos poderão operar continuamente durante dois meses nestas condições.
O valor acima é o valor da vida útil do rolamento obtido usando a teoria básica da vida útil do rolamento.
Porém, como você deve ter notado, assim como em nossos artigos anteriores, todo o processo de cálculo considera apenas a carga do rolamento. Em outras palavras, a chamada vida nominal do rolamento considera apenas o impacto da carga. Conforme discutimos em nossos artigos anteriores, após muitos anos de desenvolvimento da moderna teoria da vida dos rolamentos, esse cálculo não atende mais às nossas necessidades. Portanto, precisamos ajustar ainda mais esse valor.
Ou seja, precisamos calcular o valor de vida modificado do rolamento. A maioria dos cálculos subsequentes não utiliza métodos padronizados 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: os gráficos. Então, como usamos esses gráficos? Vamos explorar isso usando nosso exemplo.
Vida nominal ajustada dos rolamentos
Conforme descrito em nossos artigos anteriores, a fórmula para a vida ajustada é a seguinte:
Para determinar o valor final L10mh precisamos definir a1 e aiso.
01 Primeiramente definimos a1.
Como discutimos anteriormente, a1 é conhecido como coeficiente de confiabilidade da vida ajustada. Quando a confiabilidade é de 90%, o valor de a1 é 1. Para máquinas de uso geral usadas na indústria, a menos que seja especificamente necessário, a vida útil do rolamento é sempre baseada em uma confiabilidade de 90%. Portanto, neste exemplo, podemos pegar diretamente a1.
02 Em segundo lugar, encontramos umiso.
O método padrão para calcular o coeficiente de vida ajustado aiso de um rolamento considera os seguintes fatores:
- Carga de 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
- Tensão residual do rolamento
- Condições ambientais
- Contaminação no lubrificante
Em resumo, umiso é uma função dos seguintes parâmetros:
Onde:
- ηc é o fator de contaminação do rolamento,
- Cvocê é o limite de carga de fadiga do rolamento,
- k é a taxa de viscosidade do lubrificante do rolamento.
Primeiro, selecionamos o fator de contaminação ηc do rolamento. Na norma ISO281 e em todos os catálogos de fabricantes de rolamentos, há uma tabela de referência para critérios de seleção como segue:
| Poluição | Coeficiente ec | |
| dm<100 mm1) | dm≥100mm1) | |
| Extremamente limpo -Tamanho de partícula menor que a espessura da película de óleo -Condições laboratoriais |
1 | 1 |
| Altamente limpo -Óleo filtrado por filtros ultrafinos -Rolamentos lubrificados com graxa 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 -Ligeira contaminação do óleo lubrificante |
0,5-0,3 | 0,6-0,4 |
| Poluição geral -Contaminação dos rolamentos por partículas abrasivas em outras peças mecânicas |
0,3-0,1 | 0,4-0,2 |
| Poluição severa -O ambiente em que o rolamento é usado está gravemente poluído -Má disposição de vedação do rolamento |
0,1-0 | 0,1-0 |
| Poluição extrema | 0 | 0 |
Na aplicação de motores verticais, com base em nossa experiência anterior, o fator de contaminação dos rolamentos deve ser selecionado entre poluição luminosa e limpeza geral. Neste caso, escolhemos um fator de contaminação de 0,6, que é um pouco superior à limpeza geral.
Deixe-me acrescentar,
A seleção do fator de contaminação não possui uma fórmula matemática específica a que se referir. Geralmente depende de anos de experiência em aplicações de rolamentos. Quanto mais aplicações encontramos, mais insights ganhamos nesta seleção.
Como o rolamento selecionado é 6208, o limite de carga de fadiga Cvocê deste 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:
A seguir, precisamos fazer uma escolha um pouco mais complexa da relação 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 detalhá-lo posteriormente. Por enquanto, queremos apenas enfatizar que, para rolamentos, a escolha da lubrificação correta é muito importante. Isto não se refere apenas à qualidade da graxa em si, mas também ao impacto da lubrificação nos rolamentos.
Em relação à relação de viscosidade,
Geralmente, esperamos que o valor de lubrificação final escolhido de k possa ser selecionado entre 1 e 4, com diversas considerações.
Se o valor k calculado do valor de lubrificação selecionado for:
- Menor que 1 significa que a lubrificação não alcançou o efeito desejado. A finalidade de um lubrificante é separar o contato aço-aço entre a pista do rolamento e o corpo rolante. Se k<1, 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 irá gerar o que chamamos de torque de “perda de arrasto”. Esta 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. No entanto, muito lubrificante também pode gerar “fricção”, que também gerará calor.
Portanto, selecionamos um valor de lubrificação adequado e o valor k final é 1,5.
Com estes dois parâmetros, podemos encontrar o seguinte gráfico na ISO281 ou no catálogo do fabricante do rolamento.
Coeficiente de correção de vida aiso para rolamentos radiais de esferasCuidado!
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. Portanto, selecione o gráfico apropriado com base no tipo específico de rolamento.
A partir do diagrama escolhido, podemos determinar que, nesta aplicação, aiso=12.
Neste exemplo, a vida nominal corrigida final do rolamento 6208 é:
eu10mh = um1×umaiso×L10h = 1×12×1367,6 = 16411,2
Neste 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 propósito deste cálculo?
Na verdade, muitos engenheiros interpretam mal 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, esse valor de referência tornou-se um parâmetro para comparar e verificar a razoabilidade da seleção do rolamento.
Na verdade, 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 aos requisitos 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 com o processo de verificação de 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. O seguinte é um exemplo:
| Condições Operacionais: | Tipos de máquinas | Vida útil necessária do rolamento (tempo, h) |
| Operação de curto prazo ou intermitente | Eletrodomésticos e ferramentas elétricas, máquinas agrícolas, guinchos. | 4.000 ~ 8.000 |
| Uso pouco frequente, mas é necessária uma operação confiável | Unidades de ar condicionado doméstico, máquinas de construção, transportadores de correia, elevadores. | 8.000 ~ 12.000 |
| Operação não contínua, mas prolongada | Pescoços de rolos de laminadores, pequenos motores elétricos, guindastes. | 8.000 ~ 12.000 |
| Motores elétricos em geral, dispositivos de engrenagens em geral. | 12.000 ~ 20.000 | |
| Máquinas-ferramentas, peneiras vibratórias, britadores. | 20.000 ~ 30.000 | |
| Compressores, bombas, dispositivos de engrenagem cruciais. | 40.000 ~ 60.000 | |
| Operação constante superior a 8 horas diárias ou operação contínua de longo prazo | Escadas rolantes. | 12.000 ~ 20.000 |
| Separadores centrífugos, equipamentos de ar condicionado, sopradores, máquinas para trabalhar madeira, eixos de veículos ferroviários. | 20.000 ~ 30.000 | |
| Grandes motores elétricos, guinchos de minas, motores elétricos principais para veículos ferroviários, eixos de locomotivas. | 40.000 ~ 60.000 | |
| Máquinas para fabricação de papel. | 100.000 ~ 200.000 | |
| Operação ininterrupta e sem falhas 24 horas por dia | Equipamentos de abastecimento de água, equipamentos de usinas de energia, equipamentos de drenagem de mineração. | 100.000 ~ 200.000 |
Certamente, alguns fabricantes de equipamentos oferecem diferentes requisitos de vida útil. Freqüentemente, esses valores de vida útil são atendidos pelos rolamentos em projetos tradicionais.
Assim, ao projetar novos equipamentos e verificar a vida útil do rolamento, a seguinte abordagem pode ser utilizada:
- Se a vida útil do rolamento recém-escolhido for inferior à vida útil necessária: A capacidade de carga (e a vida útil correspondente sob esta carga) do rolamento selecionado é menor do que a dos rolamentos que anteriormente satisfaziam esta condição. 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 necessária: A capacidade de carga (e a vida útil correspondente sob esta carga) do rolamento selecionado é maior do que a dos rolamentos que anteriormente satisfizeram esta condição. Em outras palavras, o rolamento escolhido é muito grande;
A escolha de muito pequeno ou muito grande deve estar dentro de uma faixa razoável e a igualdade absoluta não deve ser buscada. Portanto, ao observar a “vida útil necessária”, descobriríamos que este valor é um intervalo, não um 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 muitos “erros de operação”:
(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. Na verdade, a verificação da vida útil de um rolamento não equivale a uma “leitura da sorte”, conforme 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 por parte dos fabricantes de equipamentos sobre o “cálculo da vida útil dos rolamentos”.
O conceito de período de garantia coloca toda a responsabilidade sobre o fabricante do equipamento, um conceito de “garantia” que é muito mais amplo do que o conceito coberto pelo “cálculo da vida útil do rolamento”, tornando inadequada tal 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, mas também entende mal que cálculos de vida útil maiores ou mais longos nem sempre são melhores para os rolamentos.
(2) Quanto maior a vida útil calculada de um rolamento, melhor será o seu som.
Na verdade, isso também confunde a seleção dos rolamentos. Como mencionei anteriormente, o cálculo da 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 máxima de carga 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.
Isto é o que muitas vezes 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 que a carga mínima exigida, problemas como deslizamento do elemento rolante podem ocorrer dentro do rolamento, tornando-o mais sujeito à queima.
Na verdade, compreender o conceito de vida útil do rolamento pode levar a inúmeras otimizações no projeto. Esses incluem:
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 reduções adicionais de tamanho se houver alguma vida residual consistente.
Em resumo, na prática da engenharia, o cálculo da vida útil do rolamento é usado para verificar a capacidade de carga do rolamento, e não simplesmente para maximizá-la. Além disso, esta vida calculada não reflete a “verdadeira” vida útil do rolamento.
Uma compreensão precisa dos conceitos de vida útil dos rolamentos auxilia na seleção correta dos tamanhos dos rolamentos.
Lamentavelmente, no trabalho real, por vezes temos de nos submeter às exigências dos nossos clientes, mesmo que acreditemos que os seus pedidos são tecnicamente irracionais. Portanto, sinta-se à vontade para compartilhar este artigo com eles.
Este pode ser o artigo mais desafiador de entender no site até agora, especialmente para engenheiros elétricos. Se alguém tiver alguma dúvida, fique à vontade para deixar um comentário para discussão.
