Compreender os danos nos rolamentos – Causas, modo de falha e prevenção

Os rolamentos de rolamento são componentes robustos e fiáveis em engenharia mecânica e construção de máquinas personalizadas. No entanto, sob determinadas condições, podem ocorrer danos nos rolamentos destes elementos da máquina amplamente utilizados, normalmente resultantes de um comportamento invulgar durante o funcionamento. No pior dos casos, os danos nos rolamentos podem resultar numa falha completa dos rolamentos, o que pode resultar em tempo de inatividade indesejado. Por conseguinte, é importante detetar os primeiros sinais de danos nos rolamentos e remediar as suas causas. Neste artigo, discutimos os sintomas de danos nos rolamentos, as suas causas e modos de falha típicos.

Como ocorrem os danos nos rolamentos?

Os danos nos rolamentos podem ser causados por várias causas, algumas das quais se devem a desgaste e montagem incorreta. No entanto, os danos no rolamento ocorrem frequentemente devido a um design inadequado durante a fase de conceção, o que pode levar a sobrecarga do rolamento. Para além da instalação defeituosa e sobrecarga, contaminação e lubrificação insuficiente ou mesmo em falta são motivos típicos pelos quais os rolamentos falham.

Em qualquer caso, é necessária uma revisão aprofundada das causas em caso de danos nos rolamentos para garantir a longevidade e segurança da aplicação. Os rolamentos danificados não devem ser inspecionados completamente isolados. Os componentes circundantes podem ser afetados negativamente pelo comportamento operacional perturbado do rolamento ou podem mesmo ser considerados uma causa potencial dos danos no rolamento.

Que sintomas podem ser utilizados para identificar danos nos rolamentos?

Os danos nos rolamentos geralmente podem ser reconhecidos pelo fato de que o comportamento operacional está mudando gradualmente. Dependendo do ambiente operacional e da aplicação, os danos nos rolamentos podem ser observados sob a forma de diferentes sintomas.

Muitas vezes, os danos no rolamento podem ser detetados por ruído operacional incomum. Os ruídos de assobio, ganho ou irregular são uma indicação clara de danos. O ruído dos rolamentos é frequentemente causado por uma lubrificação inadequada ou inadequada. Mas cargas excessivas e erros de instalação do rolamento também podem ser um motivo para o ruído do rolamento.

Se os rolamentos estiverem acessíveis ou visíveis a partir do exterior, os danos também podem ser detetados pelo funcionamento irregular dos rolamentos. O funcionamento irregular ou impreciso pode ser causado por choques, vibrações, mas também por sujidade. Outro sintoma de danos nos rolamentos são temperaturas excessivas. As temperaturas excessivas no rolamento podem geralmente ser atribuídas ao aumento do atrito. No entanto, uma quantidade excessivamente baixa ou elevada de lubrificante, sobrecargas ou erros de instalação também podem aumentar a temperatura do rolamento.

Em princípio, os rolamentos devem ser inspecionados quanto a estes sintomas durante as inspeções de rotina, a fim de evitar danos nos rolamentos e neutralizar de forma preventiva qualquer tempo de inatividade resultante da aplicação.

Quais são os modos de falha típicos?

Cada tipo de dano tem as suas próprias características e modos de falha. Com base nos modos de falha, podem ser tiradas conclusões sobre as causas do defeito e podem ser iniciadas contramedidas adequadas. Os danos típicos nos rolamentos, por exemplo, incluem desgaste, corrosão, indentações, polimento e fluxo de corrente. Os rolamentos danificados ou avariados têm frequentemente uma combinação de diferentes danos.

A seguir, alguns dos modos de falha mais comuns, suas características e causas possíveis são examinadas com mais detalhes e destacadas com exemplos.

Danos nos rolamentos devido a desgaste

O desgaste inclui danos na superfície causados por atrito de deslizamento nos corpos dos rolos, superfícies do mancal ou faces das extremidades, entre outras coisas. No caso de rolamentos rolantes, dificilmente existe qualquer desgaste percetível em circunstâncias normais. No entanto, pode ocorrer desgaste se o rolamento entrar em contacto com partículas estranhas ou se a lubrificação for insuficiente. As vibrações nos rolamentos estacionários também podem causar desgaste.

Pequenas partículas, como abrasão metálica, podem causar desgaste nas pistas, corpos de rolamento e na caixa do rolamento, o que, por sua vez, faz com que as superfícies pareçam mate. A granulação e o tipo de partículas determinam o grau de acasalamento. Por exemplo, uma descoloração esverdeada da massa lubrificante do rolamento pode indicar abrasão na caixa de latão. Sinais adicionais de desgaste podem ser pequenos entalhes nas pistas. Entre outras coisas, isto deve-se à falta de limpeza durante a instalação, a vedantes ineficazes ou a lubrificantes contaminados.

Se existir muito pouco lubrificante ou se este perder a sua lubrificação, não se pode formar uma película de lubrificante suficientemente viável. Isto leva ao contacto metal-metal entre os corpos de rolamento e as pistas. Quando o lubrificante é completamente consumido, a temperatura aumenta significativamente. Como resultado, o aço de rolamento endurecido perde a sua dureza e as superfícies descoloram. Em casos extremos, a temperatura pode subir tão alto que o rolamento fica gripado. Se a película lubrificante estiver em falta e isto levar a um contacto de metal com metal entre os corpos de rolamento e as pistas, as vibrações podem causar pequenos movimentos entre os corpos de rolamento e os anéis da calha. Isto, por sua vez, pode levar a que pequenas partículas se partam das superfícies. Ao longo do tempo, isto cria depressões nas quais a ferrugem se desenvolve frequentemente devido à oxidação das partículas separadas.

Danos nos rolamentos devido a indentações nas pistas

Os entalhes ou furos nas superfícies do rolamento ocorrem quando são aplicadas cargas elevadas a um rolamento estacionário ou quando entram objetos estranhos no rolamento. No entanto, a sobrecarga devido a instalação inadequada também pode causar indentações.

Se partículas estranhas penetrarem no rolamento e forem enroladas nas pistas pelos corpos rolantes, podem ocorrer indentações. Os objetos estranhos e outras partículas de sujidade podem permanecer no rolamento devido a limpeza inicial insuficiente ou falta de limpeza após os processos de trabalho. Se os rolamentos estiverem sob carga e vibração durante um período de tempo mais longo, podem formar-se as chamadas marcas de ralenti. Típicos para marcações ao ralenti são as impressões uniformes distribuídas ao longo da calha à distância dos corpos de rolamento. As cargas de pico devido a choques ou sobrecarga estática também podem levar a depressões em pistas que também se manifestam como indentações à distância dos corpos rolantes. Os modos de falha resultam frequentemente de força excessiva num dos anéis da calha durante a montagem e desmontagem.

Uma vez que os contornos das indentações são sujeitos a uma grande tensão sempre que o capotamento ocorre após corpos estranhos serem pressionados, podem ocorrer as chamadas borbulhas. Estes podem propagar-se por toda a calha em forma de V na direção do rolamento. Quanto mais forte for a definição do contorno da impressão (por exemplo, para minerais duros) e quanto maior for a carga, maior será a probabilidade de mais borbulhas e falha do rolamento.

Danos nos rolamentos devido a corrosão

A corrosão é um dos modos de falha de rolamento mais graves. Ocorre em condições de funcionamento em que a humidade ou meios agressivos entram em contacto com o rolamento e o lubrificante já não consegue proteger as superfícies do rolamento.

A corrosão devido à humidade (ferrugem) forma-se desigualmente distribuída pelo rolamento sob a forma de cicatrizes de ferrugem acastanhadas. O tempo de inatividade prolongado também resulta frequentemente em defeitos de ferrugem à distância dos elementos rolantes. Os danos causados por corrosão devido à humidade ocorrem devido a armazenamento inadequado, condensação devido a flutuações de temperatura, mas também devido a vedação inadequada e discos de cobertura defeituosos.

Para além da humidade, os suportes agressivos também podem causar danos por corrosão nos rolamentos. Por conseguinte, é importante ter em conta os materiais operacionais em contacto com o rolamento durante o design e realizar a manutenção apenas com os agentes de limpeza aprovados. A cor dos defeitos é normalmente diferente e é causada por erros de selagem ou contacto com químicos agressivos ou lubrificantes inadequados.

Outros tipos de danos nos rolamentos

Em rolamentos rolantes em ambientes de transporte de corrente (por exemplo, em motores elétricos ou durante a soldadura), o fluxo de corrente através do rolamento pode levar a danos materiais térmicos. Tais modos de falha manifestam-se geralmente como crateras ou rolha no rolamento e são formados nos pontos de contacto dos parceiros de rolamento. Esta forma de danos no rolamento pode estender-se por toda a superfície do rolamento.

Os danos no rolamento devido a lubrificação inadequada são um problema comum que pode prejudicar significativamente o desempenho do rolamento e a vida útil. O excesso de lubrificante pode ser tão nocivo quanto pouco. O enchimento excessivo leva ao aumento da resistência no rolamento, o que, por sua vez, leva à geração excessiva de calor. Este calor pode prejudicar a lubricidade do lubrificante e causar deterioração dos componentes do rolamento. Pelo contrário, a falta de lubrificante leva a um aumento do atrito entre as peças móveis do rolamento. Isto resulta em desgaste excessivo, aumento da geração de calor e, em última análise, em falha prematura do rolamento. Água, poeira e outros contaminantes podem contaminar lubrificantes e reduzir a sua lubricidade. Além disso, os lubrificantes perdem a sua eficácia ao longo do tempo. Os lubrificantes antigos podem perder as suas propriedades de lubrificação, o que pode levar a um maior desgaste e falha dos rolamentos.

As tensões na orientação de montagem afetam a calha na medida em que o desgaste não uniforme se torna aparente. O tipo de stress que está presente é decisivo aqui. A tensão radial num rolamento de esferas, tal como uma folga do rolamento demasiado estreita, pode manifestar-se mostrando traços circunferenciais em ambos os anéis do rolamento. Os modos de falha nos rolamentos de esferas devido a tensões ovais, por outro lado, são discerníveis de um desgaste mais elevado de superfícies de corrida opostas, enquanto as peças intermédias têm um desgaste significativamente mais baixo. Um exemplo disto seria um anel externo sob tensão por cargas de compressão radial. As causas do stress podem ser encontradas frequentemente na deformação dos rolamentos ou componentes circundantes. Uma seleção inadequada de um rolamento em relação às forças atuantes da aplicação também pode ser a causa da tensão.

Como pode evitar danos nos rolamentos?

Em geral, os rolamentos cuidadosamente selecionados atingem a sua vida útil prevista. No entanto, erros muitas vezes evitáveis levam ao desgaste prematuro destes rolamentos. Esses defeitos prematuros geralmente não resultam de fadiga do material, mas são devidos a vários defeitos:

• Erro de montagem
• Manuseamento defeituoso
• Lubrificação insuficiente
• Entrada de corpos estranhos
• Desenvolvimento excessivo de calor.

Para tomar medidas eficazes contra tais falhas, é necessário um exame minucioso do modo de falha, do tipo de falha e das causas potenciais. Isto requer um conhecimento preciso de todas as condições relevantes de pré-falha e pós-falha, incluindo aplicação específica, condições operacionais e ambiente. A implementação de contramedidas bem-sucedidas pode, em grande parte, prevenir problemas semelhantes no futuro.

Por conseguinte, os potenciais riscos de danos e falhas dos rolamentos já devem ser tidos em consideração ao selecionar rolamentos e determinar especificações. Por exemplo, em caso de dúvida, os rolamentos que não podem ser reparados (permanentemente lubrificados) devem ser preferidos em vez dos rolamentos lubrificados novamente. Além disso, o material do rolamento e o lubrificante devem corresponder à capacidade do rolamento, às cargas estáticas e dinâmicas, às temperaturas esperadas e ao meio ambiente em contacto com o rolamento.

O MISUMI oferece uma seleção abrangente de rolamentos de alta qualidade, configuráveis individualmente. Além disso, devem ser sempre observadas as especificações do fabricante do rolamento e do fornecedor do lubrificante. A montagem adequada e a inspeção e manutenção regulares ajudam a manter os mancais rolantes para uma longa vida útil e um alto nível de segurança em sua aplicação.

Na gestão de produção moderna, a monitorização das localizações dos rolamentos também pode ser feita através da monitorização de ruído (microfone), análise de frequência ou análise de vibração. O princípio da função baseia-se na determinação de emissões sonoras excessivas ou no exame de frequências de danos específicas do rolamento de esferas que indicam danos nos rolamentos em questão. Esses sistemas estão disponíveis para profissionais e estão diretamente integrados ao controlo de produção. No entanto, também é possível utilizar testes adequados independentemente do controlo de produção como parte da manutenção ou manutenção preventiva. O MISUMI oferece os seguintes instrumentos de medição para monitorização: Medidores de vibração e estroboscópio industrial (monitora a vibração durante a execução).