Vida nominal do rolamento

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Para estimar a vida útil esperada, é possível utilizar as seguintes abordagens: 

  • Se você tiver experiência com as condições operacionais relacionadas à lubrificação e à contaminação e souber que as condições com as quais trabalha não têm um efeito significativo na vida útil dos seus rolamentos, utilize o cálculo da vida nominal básica. 
  • Na maioria dos outros casos, utilize a vida nominal SKF. 
  • No entanto, para rolamentos híbridos, utilize o SKF Generalized Bearing Life Model. 
O que é vida nominal e por que usá-la?
A vida de fadiga de um rolamento individual é o número de rotações (ou o número de horas de operação a uma velocidade constante) em que o rolamento opera antes que o primeiro sinal de fadiga do metal (fadiga de contato rolante [RCF] ou lascamento) apareça em um dos anéis ou elementos rolantes. Testes de laboratório e experiências práticas mostram variações consideráveis na vida de fadiga de rolamentos idênticos que operam sob condições iguais.

Quando se deseja evitar falhas por fadiga do rolamento antes que a aplicação chegue à vida útil esperada, é possível utilizar uma abordagem estatística para determinar o tamanho do rolamento. A vida nominal L10 é a vida de fadiga que se espera que 90% de um grupo suficientemente grande de rolamentos idênticos, operando em condições iguais, possam atingir ou exceder.

A vida nominal L10 é uma ferramenta eficiente e testada que pode ser usada para determinar o tamanho de um rolamento que seja adequado para evitar falhas por fadiga. Compare a vida nominal calculada de acordo com as expectativas de vida útil da aplicação de rolamentos. É possível utilizar a experiência com seleções anteriores, se disponíveis, ou aplicar as diretrizes relacionadas à especificação da vida útil de diferentes aplicações de rolamentos fornecidas na tabela 1 e tabela 2.
Vida nominal básica
Se você considerar apenas a carga e a velocidade, poderá usar a vida nominal básica, L10.

A vida nominal básica de um rolamento de acordo com a norma ISO 281 é

Basic rating life
Realização do cálculo

Se a velocidade for constante, geralmente é preferível calcular a vida expressa em horas de operação utilizando

Basic rating life in hours

onde
L10vida nominal básica (com 90% de confiabilidade) [milhões de revoluções]
L10hvida nominal básica (com 90% de confiabilidade) [horas operacionais\]
Cclassificação de carga dinâmica básica [kN]
Pcarga dinâmica equivalente do rolamento [kN]
nvelocidade de rotação [rpm]
pexpoente da equação de vida
= 3 para rolamentos de esferas
= 10/3 para rolamentos de rolos


Vida nominal SKF
Para rolamentos modernos de alta qualidade, a vida nominal básica calculada pode desviar-se significativamente da vida útil real em uma determinada aplicação. A vida útil em uma aplicação específica depende não apenas da carga e do tamanho do rolamento, mas também de uma variedade de fatores determinantes, incluindo lubrificação, grau de contaminação, montagem adequada e outras condições ambientais.

A norma ISO 281 utiliza um fator de vida útil modificado para complementar a vida nominal básica. O fator de modificação de vida aSKF , aplica o mesmo conceito de um limite de carga de fadiga, Pu (→ Limite de carga de fadiga, Pu), como utilizado na norma ISO 281. Os valores de Pu são listados nas tabelas de produtos. Assim como na norma ISO 281, para refletir três das condições operacionais importantes, o Fator de modificação de vida aSKF considera as condições de lubrificação (→ Condição de lubrificação – relação de viscosidade, κ), o nível de carga em relação ao limite de carga de fadiga do rolamento e um fator ηc para o nível de contaminação (→ Fator de contaminação, ηc) utilizando

SKF rating life
Realização do cálculo

Se a velocidade for constante, a vida útil poderá ser expressa em horas de funcionamento utilizando

SKF rating life in hours

onde
Lnmvida nominal SKF (com 100 – n1) % de confiabilidade) [milhões de revoluções]
Lnmhvida nominal SKF (com 100 – n1) % de confiabilidade) [horas de operação]
L10vida nominal básica (com 90% de confiabilidade) [milhões de revoluções]
a1fator de ajuste de vida para confiabilidade (tabela 3, valores de acordo com a norma ISO 281)
aSKFfator de modificação de vida
Cclassificação de carga dinâmica básica [kN]
Pcarga dinâmica equivalente do rolamento [kN]
nvelocidade de rotação [rpm]
pexpoente da equação de vida
= 3 para rolamentos de esferas
= 10/3 para rolamentos de rolos

1) O fator n representa a probabilidade de falha, que é a diferença entre a confiabilidade necessária e 100%.

Para 90% de confiabilidade:

Lnm = vida nominal SKF (a 100 - n1)% de confiabilidade) [milhões de rotações]

Torna-se:

L10m = vida nominal SKF [milhões de rotações]

Como o fator de ajuste de vida a1 está relacionado à fadiga, é menos relevante para níveis de carga, P, abaixo do limite de carga de fadiga, Pu. O dimensionamento com fatores de ajuste de vida que refletem uma confiabilidade muito alta (como 99%) resulta em rolamentos grandes para cargas específicas. Nesses casos, a carga do rolamento deve ser verificada em relação ao requisito de carga mínima para o rolamento. O cálculo da carga mínima é descrito em Cargas mínimas necessárias.

A tabela 4 mostra os fatores de conversão mais usados para a vida útil do rolamento em unidades diferentes de milhões de rotações.

SKF Generalized Bearing Life Model
O SKF Generalized Bearing Life Model (GBLM) permite a previsão da vida nominal de rolamentos e das condições operacionais, que não são abordadas por outros modelos de vida útil do rolamento. O SKF GBLM separa os modos de falha superficial e subsuperficial (fig. 1). O modelo avalia fadiga superficial com modelos avançados de tribologia e fadiga subsuperficial com um modelo clássico de contato de rolagem de Hertzian. Ele inclui os efeitos da lubrificação, da contaminação e das propriedades superficiais da pista, que influenciam a distribuição da tensão na área de contato rolante.

A representação matemática geral usada para calcular a vida nominal é:

SKF GBLM

onde
LnGM vida nominal (a 100 – n1) % de confiabilidade) com base no SKF GBLM [milhões de rotações]
a1fator de ajuste de vida para confiabilidade (tabela 3, valores de acordo com a norma ISO 281)
L10.surfvida nominal de superfície (com 90% de confiabilidade) com base no SKF GBLM [milhões de rotações]
L10.sub
vida nominal de subsuperfície (com 90% de confiabilidade) com base no SKF GBLM [milhões de rotações]
econstante matemática: ~ 2,718

O SKF GBLM está disponível para rolamentos híbridos. É possível utilizar a SKF Bearing Select para calcular a vida nominal do rolamento com base no SKF GBLM.


1) O fator n representa a probabilidade de falha, que é a diferença entre a confiabilidade necessária e 100%.
Cálculo da vida útil do rolamento com condições operacionais variáveis

Em algumas aplicações (por exemplo, redutores de engrenagens industriais, transmissões de veículos ou moinhos), condições operacionais como magnitude e direção das cargas, velocidades, temperaturas e condições de lubrificação mudam constantemente. Nesses tipos de aplicação, a vida útil do rolamento não pode ser calculada sem antes reduzir o espectro da carga ou o ciclo de trabalho da aplicação a um número limitado de casos simplificados de carga (diagrama 1).

Para cargas em constante mudança, cada nível de carga diferente pode ser acumulado, e o espectro da carga, reduzido a um histograma com blocos de carga constante. Cada bloco deve caracterizar uma determinada porcentagem ou fração de tempo durante a operação. Cargas pesadas e normais consomem a vida útil do rolamento a uma taxa mais rápida que cargas mais leves. Portanto, é importante ter cargas de pico bem representadas no diagrama de carga, mesmo se a ocorrência dessas cargas for relativamente rara e curta. 


Em cada intervalo de trabalho, a carga e as condições operacionais do rolamento podem ter um valor médio constante representativo. O número de horas de operação ou de rotações esperado de cada intervalo de trabalho, mostrando a fração de vida útil necessária para essa condição de carga específica, também deve ser incluído. Portanto, se N1 for igual ao número de rotações necessárias na condição de carga P1, e N for o número esperado de rotações para concluir todos os ciclos de carga variável, então a fração de ciclo U1 = N1/N é utilizada pela condição de carga P1, que possui uma vida útil calculada de L10m1. Sob condições operacionais variáveis, a vida útil do rolamento pode ser classificada utilizando

Bearing life

onde

L10mvida nominal SKF (com 90% de confiabilidade) [milhões de revoluções]
L10m1, L10m2, ...vidas nominais SKF (com 90% de confiabilidade) em condições constantes 1, 2, ... [milhões de revoluções]
U1, U2, ...fração do ciclo de vida sob as condições 1, 2, …
U1 + U2 + ... Un = 1


O uso desse método de cálculo é adequado para condições de aplicação de nível de carga variante e velocidade variável com frações de tempo conhecidas.

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