O guia definitivo para causas de falhas em rolamentos

O guia definitivo para causas de falhas em rolamentos

Os rolamentos combinam peças rotativas (eixos) e peças estacionárias (caixas de rolamentos) com atrito mínimo. É precisamente por causa da função dos rolamentos que vários equipamentos rotativos, como carros, aviões, geradores, transportadores e motores, podem funcionar sem problemas. Com o rápido desenvolvimento do progresso científico e tecnológico, os clientes têm requisitos cada vez mais elevados quanto à qualidade dos produtos de rolamentos. É importante que os fabricantes de rolamentos forneçam rolamentos de alta qualidade que atendam aos padrões e aos requisitos de desempenho, mas é ainda importante usá-los corretamente. Com base em muitos anos de trabalho em tecnologia de fabricação de rolamentos, a Aubearing frequentemente encontra o problema de que o rolamento é qualificado após o teste, mas o rolamento fica preso após a instalação ou falha de rotação precoce durante o uso. Os principais sintomas incluem uma sensação de travamento rotacional, descamação severa da superfície de trabalho, desgaste severo e até mesmo distorção e fratura da superfície de trabalho. gaiola. A análise dos resultados das falhas mostra que não há muitos problemas de qualidade relacionados ao rolamento em si, e a maioria deles é causada por instalação e uso inadequados. Por esta razão, Aubearing acredita que é necessário rever os modos de falha comuns dos rolamentos e fornecer sugestões construtivas para melhorar ainda mais a vida útil dos rolamentos.

Rolamentos são componentes de alta precisão feitos de aço de rolamento de alta dureza (AISI52100). Agora e rolamentos usam elementos rolantes cerâmicos. Rolamentos consistem em anéis internos e externos, esferas ou rolos e gaiolas. Alguns rolamentos também têm vedações ou tampas contra poeira. Esses rolamentos vedados são pré-preenchidos com graxa na fábrica. O óleo lubrificante ou graxa é crítico para a espessura do filme lubrificante que precisa ser estabelecido para separar os elementos rolantes e pistas. Rolamentos adequados devem ser selecionados para o equipamento e instalados corretamente para garantir que os rolamentos estejam bem lubrificados e livres de contaminação.

Bearing

Causas de falha de rolamento

Ao procurar sinais de danos, é importante compreender adequadamente a geometria interna do rolamento e como ele funciona. Comparar os traços de carga da pista de rolamentos danificados removidos do equipamento com rolamentos em bom funcionamento pode ajudar a compreender a causa dos danos ao rolamento. Também é importante proteger-se contra rolamentos falsificados, pois os rolamentos falsificados geralmente têm uma vida útil muito mais curta do que os rolamentos fabricados por fabricantes de rolamentos respeitáveis. Se a máquina for sobrecarregada, usada ou mantida inadequadamente, os rolamentos serão afetados e 34% das falhas prematuras dos rolamentos são devidas à fadiga. Porque os rolamentos emitem um “aviso antecipado” quando recebem manutenção inadequada ou são sobrecarregados.

Causas de falha de rolamento

Fadiga de contato

A falha por fadiga de contato refere-se à falha causada por tensão alternada na superfície de trabalho do rolamento. A fragmentação por fadiga de contato ocorre na superfície de trabalho do rolamento e geralmente é acompanhada por trincas por fadiga. Ele ocorre primeiro a partir da tensão de cisalhamento alternada máxima abaixo da superfície de contato e, em seguida, se expande para a superfície para formar diferentes formas de lascamento, como pite ou pite spalling. A descamação em pequenos flocos é chamada de descamação superficial. Devido à expansão gradual da superfície de peeling, muitas vezes ela se estende a camadas profundas, formando peeling profundo. O spalling profundo é uma fonte de fadiga de falha por fadiga de contato.

fadiga de contato do rolamento

Falha de desgaste

A falha por desgaste refere-se à falha causada pelo atrito de deslizamento relativo entre as superfícies, causando desgaste contínuo do metal na superfície de trabalho. O desgaste contínuo causará danos graduais às peças do rolamento, levando eventualmente à perda da precisão dimensional do rolamento e outros problemas relacionados. O desgaste pode afetar alterações de forma, aumentar a folga de montagem e alterar a topografia da superfície de trabalho. Pode afetar o lubrificante ou contaminá-lo até certo ponto, fazendo com que a função de lubrificação seja completamente perdida, fazendo com que o rolamento perca a precisão rotacional ou até mesmo deixe de funcionar normalmente. A falha por desgaste é um dos modos de falha comuns de vários tipos de rolamentos. De acordo com a forma de desgaste, geralmente pode ser dividido em desgaste abrasivo e desgaste adesivo mais comuns.

Falha de desgaste do rolamento

O desgaste abrasivo refere-se ao desgaste causado pela compressão de partículas duras estranhas ou materiais estranhos duros ou detritos de desgaste na superfície do metal entre as superfícies de trabalho do rolamento e o movimento relativo das superfícies de contato, muitas vezes causando arranhões semelhantes a sulcos no trabalho. superfície do rolamento. Partículas duras ou materiais estranhos podem vir de dentro do hospedeiro ou de outras partes adjacentes do sistema hospedeiro e são enviadas para dentro do rolamento pelo meio lubrificante. O desgaste adesivo refere-se à tensão irregular na superfície de atrito devido a saliências microscópicas ou materiais estranhos na superfície de atrito. Quando as condições de lubrificação se deterioram seriamente, é gerado calor de fricção local, o que pode facilmente causar deformação local da superfície de fricção e microssoldagem por fricção. Grave O metal da superfície pode estar parcialmente derretido e a força na superfície de contato romperá o ponto de soldagem por fricção local da matriz e aumentará a deformação plástica. Este ciclo de adesão-rasgo-adesão constitui desgaste adesivo. De modo geral, um leve desgaste adesivo é chamado de abrasão e um desgaste adesivo severo é chamado de oclusão.

Falha na Fratura

As principais razões para a falha da fratura do rolamento são defeitos de projeto e sobrecarga. Quando a carga aplicada ultrapassa o limite de resistência do material e causa a quebra da peça, é chamada de fratura por sobrecarga. O principal motivo da sobrecarga é a falha repentina do host ou a instalação inadequada. Defeitos como microfissuras, cavidades de contração, bolhas, grandes corpos estranhos, tecidos superaquecidos e queimaduras locais em peças de rolamentos também podem causar fraturas nos defeitos durante sobrecarga de impacto ou vibração severa, o que é chamado de fratura de defeito. Ressalta-se que durante o processo de fabricação de rolamentos, instrumentos podem ser utilizados para analisar corretamente se os defeitos acima mencionados existem durante a reinspeção de fábrica de matérias-primas, controle de qualidade de forjamento e tratamento térmico e controle de processo de usinagem. O controlo ainda terá de ser reforçado no futuro. Mas, de modo geral, a maioria das falhas comuns por fratura de rolamentos são falhas por sobrecarga.

falha de fratura de rolamento

Falha na alteração da autorização

Quando o rolamento está funcionando, devido à influência de fatores externos ou internos, a folga do encaixe original muda, a precisão diminui e até causa “emperramento”, o que é chamado de falha na mudança de folga. Fatores externos, como interferência excessiva, instalação inadequada, expansão causada por aumento de temperatura, sobrecarga instantânea, etc., e fatores internos, como austenita retida e tensão residual em estado instável, são os principais motivos para falha na mudança de folga.

Montagem inadequada

16% das falhas prematuras de vários rolamentos são devido à montagem inadequada (geralmente devido à força excessiva...) e ao uso incorreto de ferramentas de montagem. Alguns equipamentos exigem métodos mecânicos, hidráulicos ou de aquecimento para instalação e remoção corretas e eficientes. A SKF oferece uma gama completa de ferramentas e equipamentos com base em uma variedade de tecnologias de serviços de engenharia profissional para tornar esses trabalhos mais fáceis, rápidos e econômicos. A montagem profissional usando ferramentas e técnicas especializadas é outra solução para maximizar o tempo de atividade da máquina.

rolamento Montagem inadequada

Lubrificação inadequada

Embora uma variedade de rolamentos vedados “livres de manutenção” possam ser instalados, 36% das falhas prematuras dos rolamentos são causadas por aplicação técnica incorreta e uso inadequado de graxa. Qualquer rolamento mal lubrificado irá inevitavelmente falhar prematuramente antes de sua vida útil normal. Como os rolamentos são geralmente as peças mais difíceis de montar e remover dos equipamentos mecânicos, podem surgir problemas se não forem lubrificados regularmente. Quando a manutenção manual não for possível, SKF pode desenvolver um sistema de lubrificação totalmente automático para obter resultados ideais de lubrificação. A lubrificação eficaz usando graxa, ferramentas e tecnologia SKF conforme necessário ajudará a reduzir significativamente o tempo de inatividade

rolamento Lubrificação inadequada

Poluir

Os rolamentos são peças de precisão. Se os rolamentos e a graxa estiverem contaminados, eles não funcionarão de maneira eficaz. Além disso, como os rolamentos vedados isentos de manutenção e lubrificados representam apenas uma pequena porcentagem de todos os rolamentos em uso, pelo menos 14% de todas as falhas prematuras dos rolamentos são devidas a problemas de contaminação. A SKF possui excelentes capacidades de fabricação e projeto de rolamentos e pode fornecer soluções de vedação para uma variedade de ambientes de trabalho severos.

rolamento Poluir

Método de análise de falha de rolamento

No processo de análise de falhas de rolamentos, muitos fenômenos complicados são frequentemente encontrados. Vários resultados experimentais podem ser contraditórios ou pouco claros. Isto requer experiências e demonstrações repetidas para obter provas ou contra-evidências suficientes. Somente usando métodos, procedimentos e etapas de análise corretos podemos encontrar a verdadeira causa da falha. De modo geral, a análise de falhas de rolamentos pode ser dividida nas três etapas a seguir: coleta de objetos com falha e dados de fundo, inspeção macroscópica e análise microscópica de objetos com falha.

Coleção de objetos inválidos e materiais de fundo

Colete o máximo possível de peças e fragmentos de coisas que falharam. Compreenda totalmente as condições de trabalho, o processo de uso e a qualidade de fabricação de rolamentos com falha. Os conteúdos específicos incluem:

(1) A carga, velocidade de rotação, condições de trabalho do motor principal e outras condições de trabalho de projeto do rolamento.
(2) Condições de falha de rolamentos e outras peças relacionadas e tipos de falhas de rolamento.
(3) Registros de instalação e operação de rolamentos. Há alguma operação anormal durante a operação e uso?
(4) Se a carga real suportada pelo rolamento durante a operação está em conformidade com o projeto original.
(5) A velocidade de rotação real do rolamento e a frequência das diferentes velocidades de rotação.
(6) Se há um aumento acentuado de temperatura ou fumaça, ruído e vibração durante a falha.
(7) Se existem meios corrosivos no ambiente de trabalho e se existe alguma cor especial de oxidação na superfície ou outra cor de contaminação entre o rolamento e o munhão.
(8) Registros de instalação do rolamento (incluindo a reinspeção das tolerâncias dimensionais do rolamento antes da instalação), folga original do rolamento, condições de montagem e alinhamento, a rigidez do assento do rolamento e da base da máquina e se há alguma anormalidade na instalação.
(9) Se há expansão térmica e alterações na transmissão de energia durante a operação do rolamento.
(10) Condições de lubrificação do rolamento, incluindo marca do lubrificante, composição, cor, viscosidade, teor de impurezas, filtração, status de substituição e fornecimento, etc., e coleta de seus sedimentos.
(11) Se a seleção do material do rolamento está correta e se a qualidade do material atende aos padrões ou requisitos de desenho relevantes.
(12) Se o processo de fabricação do rolamento é normal, se há deformação plástica na superfície e se há alguma queimadura de retificação na superfície.
(13) Registros de reparo e manutenção de rolamentos com defeito.
(14) Condições de falha de rolamentos do mesmo lote ou tipo.

No trabalho real de coleta de materiais de fundo, é difícil atender a todos os requisitos acima. No entanto, quanto mais informações forem coletadas, mais propícias serão para obter conclusões analíticas corretas.

inspeção macroscópica

A inspeção macroscópica de rolamentos com falha (incluindo medição de tolerância dimensional e inspeção e análise das condições da superfície) é a etapa mais importante na análise de falhas. A inspeção geral da aparência pode fornecer uma visão geral da falha do rolamento e das características das peças danificadas, estimar a causa da falha, observar o tamanho, forma, localização, quantidade e características dos defeitos e interceptar peças apropriadas para inspeção microscópica adicional e análise. O conteúdo da inspeção macro inclui:

(1) Mudanças na aparência e tamanho (incluindo análise de medição de vibração, análise de função dinâmica e análise de circularidade da pista).
(2) Mudanças na autorização.
(3) Se existe fenômeno de corrosão, onde está, que tipo de corrosão é e se está diretamente relacionado à falha.
(4) Se existem fissuras, a forma das fissuras e as propriedades da fratura.
(5) Que tipo de desgaste é e quanto contribui para a falha.
(6) Observe a descoloração e localização da superfície de trabalho de cada peça do rolamento para determinar sua condição de lubrificação e efeito da temperatura da superfície.
(7) Observe principalmente a área característica de falha quanto a desgaste anormal, incorporação de partículas estranhas, rachaduras, arranhões e outros defeitos.
(8) O método de decapagem a frio ou método de decapagem a quente é usado para verificar se há pontos moles, camadas descarbonetadas e queimaduras na superfície original das peças do rolamento, especialmente queimaduras de retificação superficial.
(9) Use um instrumento de medição de tensão de raios X para medir as mudanças de tensão do rolamento antes e depois da operação.

Os resultados da inspeção macroscópica podem, às vezes, determinar basicamente a forma e a causa da falha, mas para determinar melhor a natureza da falha, evidências devem ser obtidas e uma análise microscópica deve ser feita.

análise microscópica

A análise microscópica de rolamentos com falha inclui análise metalográfica óptica, análise de microscópio eletrônico, análise de espectroscopia de energia de sonda e eletrônica, etc. Ela é baseada principalmente nas mudanças microestruturais na área característica da falha e na análise de fontes de fadiga e fontes de trinca para fornecer critérios suficientes ou contra-evidências para análise de falha. Os métodos mais comumente usados ​​e comuns em análise microscópica são análise metalográfica óptica e detecção de dureza de superfície. O conteúdo da análise deve incluir:

(1) Se a qualidade do material atende aos padrões e requisitos de projeto relevantes.
(2) Se a estrutura básica e a qualidade do tratamento térmico das peças do rolamento atendem aos requisitos relevantes.
(3) Se existe camada de descarbonetação, troostita e outras camadas de deterioração do processamento de superfície na estrutura da superfície.
(4) Medir a profundidade da camada de reforço da superfície, como a camada carburizada e a estrutura de cada camada do metal multicamadas, a forma e a profundidade do poço de corrosão ou rachadura, e determinar a causa e a natureza da rachadura com base na forma da fissura e nas características estruturais de ambos os lados.
(5) Determine o grau de deformação, aumento de temperatura, tipo de material e processo com base no tamanho do grão, deformação estrutural, transformação de fase local, recristalização, agregação de fase, etc.
(6) Medir a dureza básica, a uniformidade da dureza e as alterações de dureza nas áreas características de falha.
(7) Observação e análise de fraturas. Análise qualitativa e medição foram realizadas para observar a superfície da fratura por meio de microscopia eletrônica de varredura.
(8) Microscópios eletrônicos, sondas e espectroscopia de energia eletrônica podem medir os componentes da superfície de fratura e descobrir a natureza da superfície de fratura e a causa da fratura na análise de fontes de fadiga e fontes de trinca.

As três etapas do método geral de análise de falhas de rolamentos apresentado acima são um processo de análise passo a passo e aprofundado de fora para dentro. O conteúdo incluído em cada etapa deve ser selecionado com base no tipo e nas características da falha do rolamento e nas circunstâncias específicas, mas as etapas de análise são indispensáveis. Além disso, ao longo de todo o processo de análise, os resultados da análise devem estar sempre vinculados aos diversos fatores que afetam a falha do rolamento e considerados de forma abrangente.

Modos de falha comuns e contramedidas de rolamentos

1. Descascamento na posição extrema de um lado do canal. A descamação na posição extrema de um lado do canal se manifesta principalmente em anéis de lascamento severos na junção do canal e da costela. A causa é que o rolamento não está instalado no lugar ou há uma sobrecarga axial repentina durante a operação. As contramedidas a serem tomadas são garantir que o rolamento esteja instalado no lugar ou alterar o ajuste do anel externo do rolamento lateral livre para um ajuste com folga, para que o rolamento possa ser compensado quando estiver sobrecarregado.

2. O canal se destaca em uma posição simétrica na direção circunferencial. O anel interno se destaca em uma posição simétrica ao redor da circunferência, enquanto o anel externo se destaca em uma posição circunferencialmente simétrica (ou seja, na direção do eixo curto da elipse). A principal razão para isso é que o buraco da casca é elíptico. Estrutura de furo de carcaça superdimensionada ou dividida em duas metades, o que é particularmente óbvio em rolamentos de eixo de comando de motocicleta. Quando o rolamento é pressionado no orifício da caixa com uma elipse maior ou as duas metades da caixa separada são apertadas, o anel externo do rolamento torna-se elíptico e a folga na direção do eixo curto é significativamente reduzida ou até negativa. Sob a ação da carga, o anel interno do rolamento girará e produzirá marcas de descascamento circunferenciais, enquanto o anel externo produzirá apenas marcas de descascamento em uma posição simétrica na direção do eixo curto. Esta é a principal razão para a falha precoce do rolamento. A inspeção das peças defeituosas do rolamento mostra que a redondeza do diâmetro externo do rolamento mudou de 0.8 μm controlado pelo processo original para 27 μm. Este valor é muito maior que o valor da folga radial. Portanto, pode-se determinar que o rolamento está operando sob deformação severa e folga negativa, e é fácil causar desgaste anormal e rápido e descascamento na superfície de trabalho no estágio inicial. As contramedidas tomadas são para melhorar a precisão do processamento do furo da caixa ou evitar, tanto quanto possível, o uso da estrutura de separação de duas metades do furo da caixa.

3. Descascamento inclinado da pista. Um anel de descascamento inclinado aparece na superfície de trabalho do rolamento, indicando que o rolamento está funcionando em estado inclinado. Quando o ângulo de inclinação atinge ou excede um estado crítico, desgaste e descascamento anormais e rápidos podem ocorrer precocemente. Os principais motivos são má instalação, deflexão do eixo, baixa precisão do munhão e do furo da caixa, etc. Contramedidas são tomadas para garantir a qualidade da instalação do rolamento e melhorar a precisão do desvio axial do ressalto do eixo e do ressalto do furo.

4. Quebra da virola. A falha na quebra do ferrolho é geralmente rara e geralmente causada por sobrecarga repentina. As causas são complexas, como defeitos de matéria-prima (bolhas, furos de contração), defeitos de forjamento (queima excessiva), defeitos de tratamento térmico (superaquecimento), defeitos de processamento (queimaduras locais ou microfissuras superficiais), defeitos de hospedeiro (má instalação, má lubrificação, Sobrecarga instantânea), etc. Uma vez sobrecarregado, carga de impacto ou vibração severa pode causar a quebra do ferrolho. São tomadas contramedidas para evitar cargas de impacto de sobrecarga, selecionar a interferência apropriada, melhorar a precisão da instalação, melhorar as condições de uso e fortalecer o controle de qualidade no processo de fabricação de rolamentos.

5. Fratura da gaiola. A fratura em gaiola é um modo de falha anormal esporádico. Os principais motivos são os seguintes:

a. Carga anormal na gaiola. Se a instalação não estiver no lugar, inclinada ou a interferência for muito grande, isso levará facilmente a uma redução na folga, agravamento do atrito e geração de calor, amolecimento da superfície e descascamento anormal prematuro. À medida que o descascamento se expande, o material estranho descascado entrará nas bolsas da gaiola, causando a retenção. O funcionamento da gaiola é bloqueado e são geradas cargas adicionais, o que agrava o desgaste da gaiola. Essa piora na circulação pode causar a quebra da gaiola.

b. A má lubrificação significa principalmente que o rolamento está funcionando em um estado pobre em óleo, o que é propenso ao desgaste adesivo, deteriorando a condição da superfície de trabalho, e os rasgos causados ​​pelo desgaste adesivo podem entrar facilmente na gaiola, fazendo com que a gaiola gere anormal cargas e possivelmente causando a quebra da gaiola.

c. A intrusão de corpos estranhos é um modo comum de falha na fratura da gaiola. Devido à intrusão de corpos estranhos duros, o desgaste da gaiola é agravado e são geradas cargas adicionais anormais, o que também pode causar o gaiola para quebrar.

d. O fenômeno de fluência também é uma das causas da fratura da gaiola. O chamado fenômeno de fluência refere-se ao fenômeno de deslizamento das ponteiras. Quando a interferência da superfície de contato é insuficiente, o ponto de carga se move na direção periférica devido ao deslizamento, fazendo com que o ferrolho se desvie na direção circunferencial em relação ao eixo ou alojamento. Uma vez que a fluência ocorre, a superfície de contato se desgastará significativamente e o pó de desgaste poderá entrar no interior do rolamento, causando desgaste anormal – descascamento da pista – desgaste da gaiola e carga adicional, o que pode até mesmo causar a quebra da gaiola.

e. Defeitos no material da gaiola (como rachaduras, grandes inclusões de metais estranhos, cavidades de contração, bolhas de ar) e defeitos de rebitagem (pregos faltantes, pregos de almofada, lacunas entre as duas metades da gaiola, danos graves nos rebites), etc., podem causar a quebra da gaiola. . A contramedida é controlar rigorosamente o processo de fabricação.

Conclusão

Em resumo, pode-se observar pelos mecanismos de falha e modos de falha comuns dos rolamentos que, embora os rolamentos sejam fundações estruturais precisas e confiáveis, o uso inadequado também pode causar falhas precoces. De modo geral, se os rolamentos forem usados ​​corretamente, eles poderão ser usados ​​até sua vida útil à fadiga. A falha precoce dos rolamentos é causada principalmente por fatores como a precisão de fabricação das peças correspondentes do hospedeiro, qualidade da instalação, condições de uso, efeito de lubrificação, intrusão de corpos estranhos externos, impacto térmico e falha repentina do hospedeiro. Portanto, o uso correto e razoável dos rolamentos é um projeto sistemático. No processo de projeto, fabricação e instalação de estruturas de rolamentos, tomar as medidas correspondentes para os elos que causam falhas precoces pode efetivamente melhorar a vida útil dos rolamentos e do motor principal. Esta é a fabricação. A fábrica e o cliente devem assumir responsabilidades conjuntas.