Tudo sobre a vida útil dos rolamentos

Tudo sobre a vida útil dos rolamentos

A vida útil do rolamento é um dos principais fatores que determinam a vida útil do equipamento mecânico. Após determinar o espaço de trabalho do rolamento, para um determinado diâmetro do furo do eixo, é possível encontrar rolamentos padrão com diferentes diâmetros externos e larguras. À medida que o diâmetro externo e a largura do rolamento aumentam, a capacidade de carga dinâmica aumenta proporcionalmente, aumentando assim a vida útil do rolamento. Uma vez determinadas a carga e a velocidade dos rolamentos, a questão agora é: “Quantas horas de vida útil uma máquina bem projetada requer?” Às vezes, isso é ditado por padrões específicos do setor ou políticas da empresa com base no setor e na localização do cliente. de. Numa indústria, pode ser perfeitamente aceitável que os utilizadores finais façam a manutenção do equipamento uma vez por ano, substituindo rolamentos, vedações, etc. Noutra indústria, os rolamentos têm uma vida útil de pelo menos dez anos. A frequência de uso do equipamento também precisa ser considerada na determinação do valor mínimo de vida nominal esperado.

AUbearing - um fabricante líder de rolamentos

AUbearing fabrica mais de 8,000 tipos de rolamentos usados ​​em diversas indústrias nos Estados Unidos e em todo o mundo. Os rolamentos de nível industrial fabricados pela Aubearing não apenas proporcionam longa vida útil de acordo com os padrões de fadiga de rolamento, mas a construção do rolamento também deve ser considerada com base na aplicação para evitar choques, sobrecargas e excursões ocasionais em alta velocidade. Para este fim, o design de cada rolamento é otimizado.

Aubearing

Capacidade de carga dinâmica do rolamento – C

Com base no fato de a carga dinâmica nominal ser uma carga radial pura de direção constante e magnitude constante (para rolamentos radiais) ou uma carga axial central (para rolamentos axiais), uma vida nominal básica de 1 milhão de rotações pode ser obtida neste caso. O valor deste importante parâmetro de rolamento C é mostrado em todas as tabelas de rolamentos, exceto nos rolamentos do gancho do guindaste. A classificação de carga dinâmica básica indica a capacidade do rolamento de suportar a fadiga de rolamento e é especificada como a classificação de carga radial dinâmica básica (< ai = 3> Cr) para rolamentos radiais e a classificação de carga axial dinâmica básica (Ca) para rolamentos axiais. Esses valores foram definidos por associações como a American Bearing Manufacturers Association (ABMA) e a International Organization for Standardization (ISO) para calcular cargas dinâmicas em rolamentos. A carga dinâmica do rolamento é usada para prever a vida útil nominal de cada rolamento em sua carga e velocidade esperadas. De modo geral, um rolamento só pode suportar uma carga operacional máxima igual à metade de sua capacidade de carga dinâmica do rolamento.

Carga dinâmica e estática do rolamento

Capacidade Estática - Co

A capacidade estática do rolamento Co é a carga máxima que pode ser aplicada com segurança a um rolamento não giratório sem causar danos à operação subsequente do rolamento. Baseia-se na tensão de contato calculada no centro do elemento rolante mais fortemente carregado em contato com o anel interno. Os níveis de tensão para os três tipos de rolamentos são:

– Os rolamentos autocompensadores de esferas têm 4600 MPa (667,000 psi)
– 4200 MPa (609,000 psi) para todos os outros rolamentos de esferas
– Todos os rolamentos de rolos têm 4000 MPa (580,000 psi)

Cálculo da vida útil do rolamento

A vida nominal básica L10 refere-se às condições de uso de rolamentos de fabricação de alta qualidade com uma vida útil de 90% de confiabilidade em uso normal. O interior do rolamento é feito de materiais de aço especificados pela JIS ou de um projeto padrão feito de materiais equivalentes. A relação entre classificação de carga dinâmica básica e carga dinâmica. A carga equivalente e a vida nominal básica do rolamento podem ser expressas pela equação (5-1). Esta fórmula de cálculo de vida útil não é aplicável a rolamentos C0 que são afetados por fatores como deformação plástica da pista e superfícies de contato do elemento rolante devido a condições de carga extremamente altas (quando P excede a classificação de carga estática básica) (consulte a carga estática básica classificação e carga estática equivalente) ou 0.5C) ou inversamente, para condições de carga do rolamento afetadas por fatores como superfícies de contato das pistas e deslizamento dos elementos rolantes devido ao deslizamento extremamente baixo. Este é o tempo que um conjunto de rolamentos aparentemente idênticos passará ou excederá antes que a fragmentação por fadiga se desenvolva. A fórmula básica para calcular a vida nominal do rolamento L10 é (1-1):

Vida útil do rolamento 1
2

Para calcular a vida nominal básica de um rolamento, a equação (1-2) é usada para operação com velocidade constante; quando o rolamento é usado em material rodante ferroviário ou automóveis, em termos de distância percorrida (km), a equação (1-3) é usada.

Portanto, a carga dinâmica equivalente é P e a velocidade de rotação é n; então você pode consultar a tabela de especificações de rolamentos para selecionar o tamanho de rolamento mais adequado para a finalidade específica. C pode calcular a fórmula básica de classificação de carga dinâmica (1-4); a vida útil recomendada do rolamento varia dependendo da máquina que utiliza o rolamento, conforme mostrado na Tabela 1-5 Vida útil recomendada do rolamento (referência) .

3 1

Consulte
O coeficiente de vida útil (fh) e o coeficiente de velocidade rotacional nf são calculados de acordo com a equação (1-2) como segue:

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Apenas para referência, os valores de fn, fh e L10h podem ser facilmente obtidos utilizando o nomograma anexo a este catálogo como método simplificado.

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[Referência] Velocidade (n) e seu coeficiente (f< ai=4>n), coeficiente de vida útil (fh) e vida nominal básica (L10h)

Cargas radiais e axiais combinadas

Todos os rolamentos de esferas e de rolos podem suportar grandes cargas axiais. Quando ocorrem cargas radiais e axiais combinadas, a “carga equivalente do rolamento” P usada na fórmula de vida nominal precisa ser calculada. Este cálculo pode ser um tanto complexo, pois depende das magnitudes relativas das cargas radiais e axiais entre si e do ângulo de contato criado pelo rolamento. Seria muito difícil demonstrar o cálculo de P para todos os tipos de rolamentos mostrados. Para rolamentos de rolos cônicos, é utilizado o coeficiente de impulso “K”. Para quaisquer cálculos de vida nominal que exijam uma combinação de cargas radiais e axiais, entre em contato com a Aubearing.

Os rolamentos radiais de rolos cilíndricos com flanges opostos nos anéis interno e externo têm uma capacidade limitada de suportar cargas axiais ao longo do comprimento dos rolos. Cargas axiais aceitáveis ​​são aquelas que utilizam extremidades de rolos e flanges para fins intermitentes de impulso e posicionamento. Como quaisquer cargas axiais serão perpendiculares às cargas radiais e serão utilizadas diferentes superfícies de contato do rolamento, as cargas axiais ao longo do comprimento do rolo não são um fator nos cálculos da vida útil do rolamento.

Cargas radiais e axiais combinadas

Cargas e velocidades variadas

Os rolamentos não operam com carga ou velocidade constante em muitas aplicações e pode não ser econômico selecionar um rolamento com uma vida útil nominal específica (em horas) com base nas piores condições operacionais. Normalmente, o ciclo de trabalho pode ser definido para diversas condições operacionais (carga e velocidade) e a porcentagem de tempo sob cada condição operacional. Situações relacionadas também ocorrem em algumas máquinas que produzem movimento alternativo. Além disso, estes dois exemplos podem ser combinados para diversas condições operacionais esperadas com movimento alternativo e diferentes picos de carga e velocidades. O cálculo da vida nominal para mudanças de carga e velocidade requer primeiro o cálculo da vida nominal L10 para cada condição operacional do ciclo de trabalho. Em seguida, use a fórmula abaixo para combinar a vida útil L10 individual com a vida nominal durante todo o ciclo de trabalho.

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  • T1, T2, T = porcentagem de tempo sob diferentes condições, expressa em decimal n

  • T1 + T2 +… T< /span> = 1n

  • Lp1, Lp2, L = Vida útil em horas por carga constante e ciclo de velocidade pn

Carga oscilante

O rolamento não gira completamente durante a operação, mas apresenta uma amplitude de oscilação. Podemos usar a seguinte fórmula para calcular a carga radial equivalente inferior do rolamento:

Pe = Po x (β/ 90)1/e

  • Pe = carga radial dinâmica equivalente

  • Po = carga radial oscilante real

  • β = ângulo de oscilação em graus

  • e = 10/3 (rolamento de rolos) 3.0 (rolamento de esferas)

Cargas radiais e axiais separadas

Em algumas aplicações, os rolamentos estão sujeitos a cargas radiais e axiais muito elevadas. Para aplicações sujeitas a ambos os tipos de carregamento, um projeto melhor é fornecer rolamentos separados para cargas radiais ou axiais. Se for esse o caso, o projetista da máquina deve ter cuidado para garantir que os rolamentos radiais suportem apenas cargas radiais e os rolamentos axiais suportem apenas cargas axiais. Uma boa forma de conseguir isso é utilizar um rolamento de rolos cilíndricos com pista reta na posição “radial”, uma vez que este rolamento não suporta nenhuma força de impulso. Um par de rolamentos de contato angular ou rolamentos de rolos cônicos de grande ângulo geralmente são boas opções para suportar cargas axiais, mas devem ser protegidos de quaisquer cargas radiais. Uma maneira de conseguir isso é fazer com que o anel externo se encaixe com muita folga no alojamento: normalmente 0.5 mm/0.020 pol. a 1.0 mm/0.040 pol.

Fatores de ajuste para vida útil do rolamento

Os fatores de ajuste da vida útil dos rolamentos permitem que os OEMs prevejam melhor a vida útil real e a confiabilidade dos rolamentos que você seleciona e instala em seu equipamento. A vida nominal L10 ajustada é calculada usando a seguinte fórmula:

Lna = a1 x a2 x a3 x L10

  • Lna = vida nominal ajustada

  • a1 = coeficiente de ajuste de vida útil da confiabilidade

  • a2 = fator de ajuste de vida útil para características especiais do rolamento (por exemplo, material)

  • a3 = Fator de ajuste de vida útil para condições de operação, lubrificação, limpeza, etc.

Os fatores de ajustamento à vida a1, a2 e a3 podem teoricamente ser maiores ou menores que 1.0, dependendo da sua avaliação.

Ajuste da vida útil da confiabilidade - a1

Os fabricantes de equipamentos precisam melhorar a confiabilidade dos rolamentos selecionados para prever tempos de serviço mais longos. O fator a1 mostrado abaixo é usado para aumentar o valor de confiabilidade. Se o valor L10 calculado usando o fator a1 for inaceitavelmente baixo, será necessário selecionar um rolamento com maior capacidade de carga dinâmica.(Citação de JIS B 1518: 2013)

Confiabilidade, %Lnmα1
90L10m1
95L5m0.64
96L4m0.55
97L3m0.47
98L2m0.37
99L1m0.25
99.2L0.8m0.22
99.4L0.6m0.19
99.6L0.4m0.16
99.8L0.2m0.12
99.9L0.1m0.093
99.92L0.08m0.087
99.94L0.06m0.080
99.95L0.05m0.077

Fator de ajuste de vida útil para características especiais do rolamento - a2

Especialmente nos últimos anos, houve muitas melhorias no projeto e na fabricação dos rolamentos que foram confirmadas em testes de vida útil, resultando em tempos L10 melhores. Algumas dessas melhorias são:

  • Melhorar o acabamento da superfície

  • Materiais melhorados e tratamento térmico

  • Rolos e pistas

Fator de correção de vida: αISO

a) Abordagem sistemática

Os vários efeitos na vida útil dos rolamentos são interdependentes. O método sistemático de cálculo da vida corrigida foi avaliado como um método prático para determinar o fator de correção da vida αISO (ver Figura 5-1). O coeficiente de correção de vida αISO é calculado pela seguinte fórmula. Existem diagramas para cada tipo de rolamento (rolamentos radiais de esferas, rolamentos radiais de rolos, rolamentos axiais de esferas e rolamentos axiais de rolos). (Cada figura (Figuras 5-2 a 5-5) é citada em JIS B 1518≤50. ISOα
Observe que no uso real, isso é definido para o fator de modificação da vida útil: 2013.)

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Figura 1-1 Solução do sistema

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1-2 Coeficiente de correção de vida αISO (rolamento radial de esferas)

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1-3 Coeficiente de correção de vida αISO (rolamento de rolos radiais)

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1-4 Coeficiente de correção de vida αISO (rolamento axial de esferas)

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1-5 Coeficiente de correção de vida αISO (rolamento axial de rolos)

b) Limite de carga de fadiga: Cu

Com a mesma qualidade, desde que a condição de carga não ultrapasse determinado valor e em ambiente com boas condições de lubrificação, nível de limpeza da lubrificação e demais condições de operação, a vida útil do rolamento é teoricamente ilimitada. Para rolamentos feitos geralmente de materiais de alta qualidade e qualidade de fabricação, o limite de tensão de fadiga é atingido quando a tensão de contato entre a pista e os corpos rolantes é de aproximadamente 1.5 GPa. Se uma ou ambas a qualidade do material e a qualidade de fabricação forem inferiores, o limite de tensão de fadiga também será inferior. O termo “limite de carga de fadiga” refere-se ao limite de carga de fadiga. Cu é definido como “a carga do rolamento que atinge o limite de tensão de fadiga sob a carga mais pesada “contato na pista” ISO 281:2007. E é afetado por fatores como tipo, tamanho e material do rolamento. Em relação aos rolamentos especiais e não listados neste catálogo Para obter informações detalhadas sobre os limites de carga de fadiga de outros rolamentos, entre em contato com a Aubearing.

c) Fator de poluição: ec

Se partículas sólidas de lubrificante contaminado ficarem presas entre as pistas e os corpos rolantes, podem formar-se reentrâncias em uma ou em ambas as pistas e nos corpos rolantes. Estas reentrâncias causarão aumentos de pressão localizados, encurtando assim a vida útil. A vida útil reduzida devido à contaminação do lubrificante pode ser calculada de acordo com o grau de contaminação, ou seja, o coeficiente de contaminação ec. Na tabela Dpw é mostrado o diâmetro do círculo primitivo do conjunto esfera/rolo, simplesmente expresso como < /span>: diâmetro interno) Especial relevante Para detalhes como condições de lubrificação ou investigação detalhada, entre em contato com a JTEKT. d: diâmetro externo, D)/2. (d=(D+pcD

Nível de contaminaçãoec
Dpw< 100mmDpw≧ 100mm
Limpeza extremamente alta: O tamanho das partículas é aproximadamente igual à espessura da película de óleo lubrificante, encontrada em ambientes de laboratório.11
Alta limpeza: O óleo foi filtrado por um filtro extremamente fino, encontrado em rolamentos padrão lubrificados com graxa e rolamentos vedados.0.8 0.6 ~0.9 0.8 ~
Limpeza padrão: O óleo foi filtrado por um filtro fino, encontrado em rolamentos padrão lubrificados com graxa e rolamentos blindados.0.6 0.5 ~0.8 0.6 ~
Contaminação mínima: O lubrificante está ligeiramente contaminado.0.5 0.3 ~0.6 0.4 ~
Contaminação normal: Isto é encontrado quando nenhuma vedação é usada e um filtro grosso é usado em um ambiente no qual detritos de desgaste e partículas da área circundante penetram no lubrificante.0.3 0.1 ~0.4 0.2 ~
Alta contaminação: Isto é encontrado quando o ambiente circundante está consideravelmente contaminado e a vedação do rolamento é insuficiente.0.1 0 ~0.1 0 ~
Contaminação extremamente alta00

d) Razão de viscosidade: κ

O lubrificante forma uma película de óleo na superfície de contato do rolo, separando as pistas e os corpos rolantes. O estado do filme de óleo lubrificante é expresso pela razão de viscosidade κ, que é a viscosidade cinemática real ν na temperatura operacional dividida pela viscosidade cinemática de referência. Para obter informações detalhadas sobre lubrificantes como graxas e lubrificantes contendo aditivos de extrema pressão, entre em contato com a JTEKT. Maior que 4, igual a 4 e menor que 0.1 não são aplicáveis. κ A é mostrado na fórmula a seguir.

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Vida útil de um sistema de rolamentos composto por dois ou mais rolamentos

A maioria das máquinas usa dois ou mais rolamentos em um eixo e geralmente tem dois ou mais eixos. Todos os rolamentos de uma máquina são considerados um sistema de rolamentos. Para fins comerciais, é importante que os fabricantes compreendam a confiabilidade de suas máquinas ou a longevidade do sistema. Este processo de avaliação considera o importante fator de combinar a vida útil L10 de todos os rolamentos do sistema para responder à pergunta: “Por quanto tempo a máquina funcionará com noventa por cento de confiabilidade?” “Simplificando, a confiabilidade do sistema L10 será menor do que a menor vida útil nominal do L10 individual. A fórmula de cálculo da vida nominal do sistema é a seguinte:

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[exemplo]
Quando um eixo é suportado por dois rolamentos de rolos com vidas úteis de 50 horas e 000 horas respectivamente, a vida nominal do sistema de rolamentos que suporta o eixo é calculada da seguinte forma: Fórmula (30-000):

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Esta equação mostra que esses rolamentos, como sistema, têm uma vida útil mais curta do que rolamentos com vida útil mais curta. Este fato é importante para estimar a vida útil do rolamento em aplicações onde dois ou mais rolamentos são usados.

Vida útil recomendada de rolamentos em diferentes aplicações

Dado que uma vida útil mais longa nem sempre contribui para uma operação económica, deve ser determinada a vida útil mais adequada para cada aplicação e condições de funcionamento. Para referência, a vida útil recomendada determinada empiricamente com base na aplicação é descrita na tabela abaixo.

Condição operacionalAplicativoVida útil recomendada (h)
Operação curta ou intermitenteAparelhos elétricos domésticos, ferramentas elétricas, equipamentos agrícolas, equipamentos de elevação de carga pesada4000 8000 ~
Não tem duração prolongada, mas é necessária operação estávelMotores de ar condicionado doméstico, equipamentos de construção, transportadores, elevadores8000 12000 ~
Operação intermitente, mas prolongadaPescoços de rolos de laminadores, pequenos motores, guindastes8000 12000 ~
Motores usados ​​em fábricas, engrenagens em geral12000 20000 ~
Máquinas-ferramentas, peneiras vibratórias, britadores20000 30000 ~
Compressores, bombas, engrenagens para uso essencial40000 60000 ~
Operação diária superior a 8 horas. ou operação estendida contínuaEscadas rolantes12000 20000 ~
Separadores centrífugos, condicionadores de ar, sopradores de ar, equipamentos para marcenaria, eixos de ônibus de passageiros20000 30000 ~
Grandes motores, guinchos para minas, eixos de locomotivas, motores de tração para material rodante ferroviário40000 60000 ~
Equipamento de fabricação de papel100000 200000 ~
24 horas. operação (nenhuma falha permitida)Instalações de abastecimento de água, centrais eléctricas, instalações de descarga de água de minas100000 200000 ~