Como calcular a vida L10 de um rolamento passo a passo: o que você pode calcular e o que deve obter do fornecedor

Decidir se a carga radial sozinha basta para P

P é o termo de carga na equação de vida: se o rolamento recebe carga axial e você entra apenas com Fr, a vida calculada sai alta demais.

A conversão é P = X·Fr + Y·Fa, em que X e Y dependem do tipo de rolamento e da sua geometria e são publicados pelas normas ou pelo fabricante^9,18.

Esses fatores não podem ser extraídos deste artigo; peça ao fornecedor os valores de X e Y aplicáveis ao rolamento candidato e à sua razão Fa/Fr antes de confiar em qualquer número de vida. Se eles são necessários depende do caso de carga.

Um rolamento de esferas de contato radial pode suportar carga axial nos dois sentidos, mas um fornecedor informa que sua capacidade axial normalmente não excede cerca de 20–30% da carga radial estática, e que maior capacidade axial pede um projeto de contato angular⁶.

Trate essa porcentagem como a observação de um único fornecedor, não como uma regra de projeto. Se sua componente axial é uma fração pequena da carga radial, o cálculo apenas radial pode bastar para uma primeira aproximação; caso contrário, o caminho de X e Y é obrigatório.

Fixar o expoente e a fórmula de base

A vida nominal básica é L10 = (C/P)^p × 10^6 rotações, em que C é a capacidade de carga dinâmica básica, P a carga dinâmica equivalente e p vale 3 para rolamentos de esferas ou 10/3 para rolamentos de rolos^8–10,21.

Com o expoente errado, todo número a jusante está errado — confirme portanto primeiro a família do rolamento: um rolamento de rolos se calcula com 10/3, não com 3. O expoente também explica por que mudanças de carga pesam tanto.

Como a vida varia com a razão de carga elevada a essa potência, um pequeno aumento da carga aplicada produz uma grande redução da vida calculada — dobrar a carga de um rolamento de esferas reduz a vida a cerca de um oitavo⁸.

Rolamentos de rolos, com o expoente maior, são ainda mais sensíveis^1,9,21. É por isso que um modesto aumento do tamanho do rolamento, que eleva C, pode custar menos do que aceitar um número de vida por pouco suficiente.

Uma cautela sobre a própria C: as capacidades dinâmicas de catálogo dos rolamentos de rolos cônicos nem sempre são diretamente comparáveis entre fabricantes, porque podem ser calculadas segundo normas diferentes²⁹. Se você compara candidatos de mais de um fabricante, peça a cada um a norma por trás da capacidade declarada.

Converter rotações em horas na velocidade da aplicação

L10 sai em rotações; as horas só existem depois de fixar uma velocidade. Divida o número de rotações pelas rotações por hora, ou seja, RPM × 60¹⁰.

A aritmética é simples: com C = 10,000 N, P = 2,000 N e p = 3, tem-se C/P = 5 e (C/P)^3 = 125, logo L10 = 125 × 10^6 rotações; a 1,000 RPM isso dá 125,000,000 ÷ 60,000 = cerca de 2,083 horas^9,10.

Esse exemplo é uma ilustração genérica, não um caso de motor, bomba ou transportador — nenhuma fonte deste conjunto desenvolve um deles com cargas reais. Com o que você compara o resultado depende do regime de trabalho.

Uma fonte situa a vida L10 alvo típica em 20,000–50,000 horas para a maioria dos equipamentos industriais, e em 80,000–100,000 horas ou mais para bombas, ventiladores e compressores críticos de funcionamento contínuo²¹.

Trate essas faixas como uma referência de partida de fonte única, não como especificação, e defina seu próprio alvo a partir do intervalo de manutenção e do custo de uma parada não planejada.

Um transportador que opera um turno por dia e uma bomba que funciona continuamente não merecem o mesmo alvo em horas, mesmo com o rolamento idêntico.

Aplicar os ajustes de confiabilidade e condições de operação

O número básico L10 corresponde a uma confiabilidade de 90%. Se a sua aplicação exige mais, a vida nominal modificada é Lna = a1 × a2 × a3 × L10, em que a1 ajusta a confiabilidade, a2 o material e a3 as condições de operação, incluindo lubrificação e limpeza¹¹.

O fator de confiabilidade é o que tem valores publicados: a1 = 1,0 a 90% de confiabilidade, 0,62 a 95% e 0,21 a 99%²⁰.

Elevar uma bomba de 90% para 99% de confiabilidade reduz portanto a vida calculada a cerca de um quinto — é exatamente essa a troca que se faz ao escrever um alvo de confiabilidade na especificação.

O lado de lubrificação e contaminação entra por a3, ou pela abordagem combinada de vida modificada da ISO 281, que considera em conjunto estado de lubrificação, contaminação e alvo de confiabilidade^11,21.

Nenhuma fonte deste conjunto fornece valores de a_ISO nem um cálculo de vida modificada desenvolvido com números, de modo que este passo não pode ser concluído apenas com dados publicados. Peça ao fornecedor que execute o cálculo modificado para as suas condições de lubrificação e limpeza e que declare qual estrutura de fatores usou.

Definir folga interna e ajustes para o regime de trabalho

A folga interna não faz parte da aritmética de L10, mas decide se a vida calculada é a vida que você terá.

A folga interna afeta ruído, vibração, tensão térmica, deflexão, distribuição de carga e vida à fadiga, e uma folga radial maior é desejável quando o anel interno ou o eixo gira mais quente que o anel externo, porque a folga se fecha à medida que o eixo se dilata⁷.

Em motor, bomba ou transportador, o anel interno normalmente gira mais quente; por isso a folga C3 é comumente recomendada para os três regimes, pela alta velocidade, pela geração de calor e pela dilatação térmica²². O ajuste atua da mesma forma na outra direção.

Um regime de alta velocidade e alta carga precisa de um ajuste com interferência mais seguro, enquanto a dilatação térmica pode empurrar para um ajuste com folga ou de transição²³. As duas escolhas interagem: um ajuste apertado num eixo quente pode consumir a folga interna escolhida, e um ajuste frouxo deixa o anel reptar.

Antes de emitir a consulta, confirme juntos a classe de folga e as tolerâncias de eixo e alojamento frente à diferença de temperatura real entre anel interno e externo, em vez de tratá-las como decisões separadas.

Verificar se C0 governa em vez da vida dinâmica

A fórmula de vida dinâmica pressupõe que o rolamento gira sob carga.

Para um rolamento parado ou se movendo muito lentamente sob carga — um eixo que posiciona e permanece parado, ou que mantém uma posição — assumem o comando a capacidade estática C0 e a verificação de segurança estática, e choques, oscilação lenta ou longos tempos de parada tornam essa verificação tão importante quanto a dinâmica¹².

Um acionamento de transportador com partidas frequentes e cargas de impacto é o caso a vigiar aqui. O que as fontes não dão é a fórmula do fator de segurança estático nem um mínimo aceitável para alguma aplicação, de modo que essa verificação não pode ser concluída a partir deste artigo.

Peça ao fornecedor o método de carga estática equivalente e o fator de segurança mínimo que aplicam ao seu regime.

Dados a exigir do fornecedor antes de confiar no número

A cadeia de cálculo acima só está completa se você tiver as entradas que as fontes não publicam. Exija estes pontos antes de emitir a consulta e trate como provisório qualquer número de vida citado sem eles.

• ✓Os fatores X e Y para o seu rolamento candidato na sua razão Fa/Fr, com a norma de onde foram extraídos
• ✓A norma por trás da capacidade dinâmica de catálogo C, especialmente para rolamentos de rolos cônicos, cujas capacidades podem não ser comparáveis entre fabricantes
• ✓C0 e o método e o mínimo do fator de segurança estático para o seu regime
• ✓a_ISO ou fatores equivalentes de lubrificação e contaminação para as suas condições reais de lubrificação e limpeza
• ✓A confirmação de que o número de vida pressupõe lubrificação limpa, montagem correta e condições normais de operação, e o que muda caso não
• ✓Se a calculadora de vida do próprio fornecedor pode ser executada para o seu regime assim que você tiver uma lista curta de candidatos
• ✓O valor DN do rolamento candidato, já que rolamentos de uma carreira normalmente admitem valores DN 20–40% maiores que os equivalentes de duas carreiras do mesmo furo

Onde as fontes divergem sobre a estrutura de ajuste

Os dois caminhos de ajuste dão aritméticas diferentes; pergunte ao fornecedor qual está por trás da vida que ele cita antes de comparar números.

O que as fontes não estabelecem

• Nenhuma fonte fornece os valores reais dos fatores X e Y necessários para calcular P para tipos de rolamento específicos.
• Nenhuma fonte fornece um cálculo de L10 totalmente desenvolvido para aplicações de motor, bomba ou transportador de correia com cargas concretas, velocidade e a L10h resultante.
• Nenhuma fonte fornece a fórmula s0 = C0/P0 ou valores mínimos aceitáveis para alguma aplicação.
• Nenhuma fonte fornece valores de a_ISO ou um cálculo de vida nominal modificada desenvolvido com números.
• Nenhuma fonte fornece dados de catálogo reais (C, C0, dimensões, limites de velocidade) para rolamentos candidatos específicos.
• Nenhuma fonte fornece um exemplo resolvido passo a passo que inclua calcular P a partir das cargas radial e axial usando os fatores X e Y.
• Nenhuma fonte fornece a conversão entre L10 em rotações e L10h em horas para aplicações de velocidade variável.