{"id":8534,"date":"2020-07-01T18:59:15","date_gmt":"2020-07-01T18:59:15","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=8534"},"modified":"2023-11-13T22:17:09","modified_gmt":"2023-11-13T22:17:09","slug":"ball-bearing-wear-resistance-using-macro-tribology","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/ball-bearing-wear-resistance-using-macro-tribology\/","title":{"rendered":"Rolamentos de esferas: estudo de resist\u00eancia ao desgaste de alta for\u00e7a"},"content":{"rendered":"


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INTRODU\u00c7\u00c3O<\/strong><\/em><\/h2>\n

Um rolamento de esferas utiliza esferas para reduzir o atrito rotacional e suportar cargas radiais e axiais. As esferas rolantes entre as pistas do rolamento produzem um coeficiente de atrito (COF) muito menor em compara\u00e7\u00e3o com duas superf\u00edcies planas deslizando uma contra a outra. Os rolamentos de esferas s\u00e3o frequentemente expostos a altos n\u00edveis de tens\u00e3o de contato, desgaste e condi\u00e7\u00f5es ambientais extremas, como altas temperaturas. Portanto, a resist\u00eancia ao desgaste das esferas sob cargas elevadas e condi\u00e7\u00f5es ambientais extremas \u00e9 cr\u00edtica para prolongar a vida \u00fatil do rolamento de esferas e reduzir custos e tempo em reparos e substitui\u00e7\u00f5es.
\nOs rolamentos de esferas podem ser encontrados em quase todas as aplica\u00e7\u00f5es que envolvem pe\u00e7as m\u00f3veis. Eles s\u00e3o comumente usados em ind\u00fastrias de transporte, como aeroespacial e automobil\u00edstica, bem como na ind\u00fastria de brinquedos que fabrica itens como fidget spinner e skates.<\/p>\n

AVALIA\u00c7\u00c3O DO DESGASTE DE ROLAMENTOS DE ESFERAS EM ALTAS CARGAS<\/strong><\/em><\/h2>\n

Os rolamentos de esferas podem ser fabricados a partir de uma extensa lista de materiais. Os materiais comumente usados variam entre metais como a\u00e7o inoxid\u00e1vel e a\u00e7o cromado ou cer\u00e2micas como carboneto de tungst\u00eanio (WC) e nitreto de sil\u00edcio (Si3n4). Para garantir que os rolamentos de esferas fabricados possuam a resist\u00eancia ao desgaste necess\u00e1ria, ideal para as condi\u00e7\u00f5es de aplica\u00e7\u00e3o especificadas, s\u00e3o necess\u00e1rias avalia\u00e7\u00f5es tribol\u00f3gicas confi\u00e1veis sob cargas elevadas. Os testes tribol\u00f3gicos auxiliam na quantifica\u00e7\u00e3o e contraste dos comportamentos de desgaste de diferentes rolamentos de esferas de maneira controlada e monitorada para selecionar o melhor candidato para a aplica\u00e7\u00e3o desejada.<\/p>\n

OBJETIVO DA MEDI\u00c7\u00c3O<\/strong><\/em><\/h2>\n

Neste estudo, apresentamos um Nanovea Trib\u00f4metro<\/a> como a ferramenta ideal para comparar a resist\u00eancia ao desgaste de diferentes rolamentos de esferas sob altas cargas.
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Figura 1: Configura\u00e7\u00e3o do teste de rolamento.<\/em><\/h6>\n

PROCEDIMENTO DE TESTE<\/strong><\/em><\/h2>\n

O coeficiente de atrito, COF e a resist\u00eancia ao desgaste dos rolamentos de esferas feitos de diferentes materiais foram avaliados por um Trib\u00f4metro Nanovea. Foi utilizada lixa de gr\u00e3o P100 como contra-material. As cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas foram examinadas usando um Nanovea<\/strong> Perfilador 3D sem contato ap\u00f3s a conclus\u00e3o dos testes de desgaste. Os par\u00e2metros de teste est\u00e3o resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste, K<\/strong>foi avaliada usando a f\u00f3rmula K=V\/(F\u00d7s)<\/strong>onde V <\/strong>\u00e9 o volume gasto, F<\/strong> \u00e9 a carga normal e s<\/strong> \u00e9 a dist\u00e2ncia de deslizamento. As cicatrizes de desgaste da bola foram avaliadas por um Nanovea<\/strong> Perfilador 3D sem contato para garantir medi\u00e7\u00e3o precisa do volume de desgaste.
\nO recurso de posicionamento radial motorizado automatizado permite que o trib\u00f4metro diminua o raio da trilha de desgaste durante um teste. Este modo de teste \u00e9 denominado teste espiral e garante que o rolamento de esferas sempre deslize sobre uma nova superf\u00edcie da lixa (Figura 2). Melhora significativamente a repetibilidade do teste de resist\u00eancia ao desgaste na esfera. O codificador avan\u00e7ado de 20 bits para controle de velocidade interno e o codificador de 16 bits para controle de posi\u00e7\u00e3o externo fornecem informa\u00e7\u00f5es precisas de velocidade e posi\u00e7\u00e3o em tempo real, permitindo um ajuste cont\u00ednuo da velocidade de rota\u00e7\u00e3o para atingir velocidade de deslizamento linear constante no contato.
\nObserve que a lixa P100 Grit foi usada para simplificar o comportamento de desgaste entre v\u00e1rios materiais de esfera neste estudo e pode ser substitu\u00edda por qualquer outra superf\u00edcie de material. Qualquer material s\u00f3lido pode ser substitu\u00eddo para simular o desempenho de uma ampla gama de acoplamentos de materiais sob condi\u00e7\u00f5es reais de aplica\u00e7\u00e3o, como em l\u00edquidos ou lubrificantes.
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Figura 2: Ilustra\u00e7\u00e3o dos passes em espiral do rolamento de esferas na lixa.<\/em><\/h6>\n
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Tabela 1: Par\u00e2metros de teste das medi\u00e7\u00f5es de desgaste.<\/em><\/h6>\n

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RESULTADOS & DISCUSS\u00c3O<\/strong><\/em><\/h2>\n

A taxa de desgaste \u00e9 um fator vital para determinar a vida \u00fatil do rolamento de esferas, enquanto um COF baixo \u00e9 desej\u00e1vel para melhorar o desempenho e a efici\u00eancia do rolamento. A Figura 3 compara a evolu\u00e7\u00e3o do COF para diferentes rolamentos de esferas em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 lixa durante os testes. A esfera de a\u00e7o Cr mostra um COF aumentado de ~0,4 durante o teste de desgaste, em compara\u00e7\u00e3o com ~0,32 e ~0,28 para rolamentos de esferas SS440 e Al2O3. Por outro lado, a bola de WC apresenta um COF constante de ~0,2 durante todo o teste de desgaste. A varia\u00e7\u00e3o observ\u00e1vel do COF pode ser observada ao longo de cada teste, atribu\u00edda \u00e0s vibra\u00e7\u00f5es causadas pelo movimento deslizante dos rolamentos de esferas contra a superf\u00edcie \u00e1spera da lixa.<\/p>\n

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Figura 3: Evolu\u00e7\u00e3o do COF durante os testes de desgaste.<\/em><\/h6>\n

A Figura 4 e a Figura 5 comparam as cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas ap\u00f3s serem medidas por um microsc\u00f3pio \u00f3ptico e pelo perfilador \u00f3ptico sem contato Nanovea, respectivamente, e a Tabela 2 resume os resultados da an\u00e1lise das trilhas de desgaste. O perfilador Nanovea 3D determina com precis\u00e3o o volume de desgaste dos rolamentos de esferas, tornando poss\u00edvel calcular e comparar as taxas de desgaste de diferentes rolamentos de esferas. Pode-se observar que as esferas de a\u00e7o Cr e SS440 apresentam cicatrizes de desgaste achatadas muito maiores em compara\u00e7\u00e3o com as esferas cer\u00e2micas, ou seja, Al2O3 e WC ap\u00f3s os testes de desgaste. As esferas Cr Steel e SS440 t\u00eam taxas de desgaste compar\u00e1veis de 3,7\u00d710-3 e 3,2\u00d710-3 m3\/N m, respectivamente. Em compara\u00e7\u00e3o, a esfera de Al2O3 apresenta uma maior resist\u00eancia ao desgaste com uma taxa de desgaste de 7,2\u00d710-4 m3\/N m. A bola de WC quase n\u00e3o apresenta pequenos arranh\u00f5es na \u00e1rea superficial da pista de desgaste, resultando em uma taxa de desgaste significativamente reduzida de 3,3\u00d710-6 mm3\/N m.
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Figura 4: Marcas de desgaste dos rolamentos ap\u00f3s os testes.<\/i><\/h6>\n

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Figura 5: Morfologia 3D das marcas de desgaste nos rolamentos de esferas.<\/em><\/h6>\n

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Tabela 2: An\u00e1lise de cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas.<\/em><\/h6>\n

A Figura 6 mostra imagens microsc\u00f3picas das marcas de desgaste produzidas na lixa pelos quatro rolamentos de esferas. \u00c9 evidente que a bola de WC produziu o desgaste mais severo (removendo quase todas as part\u00edculas de areia em seu caminho) e possui a melhor resist\u00eancia ao desgaste. Em compara\u00e7\u00e3o, as esferas Cr Steel e SS440 deixaram uma grande quantidade de detritos met\u00e1licos na trilha de desgaste da lixa.
\nEstas observa\u00e7\u00f5es demonstram ainda mais a import\u00e2ncia do benef\u00edcio de um teste em espiral. Garante que o rolamento de esferas sempre deslize sobre uma nova superf\u00edcie da lixa, o que melhora significativamente a repetibilidade de um teste de resist\u00eancia ao desgaste.
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Figura 6: Marcas de desgaste na lixa contra diferentes rolamentos de esferas.<\/em><\/h6>\n

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CONCLUS\u00c3O<\/strong><\/em><\/h2>\n

A resist\u00eancia ao desgaste dos rolamentos de esferas sob alta press\u00e3o desempenha um papel vital no seu desempenho em servi\u00e7o. Os rolamentos de esferas de cer\u00e2mica possuem resist\u00eancia ao desgaste significativamente melhorada sob condi\u00e7\u00f5es de alta tens\u00e3o e reduzem o tempo e o custo devido ao reparo ou substitui\u00e7\u00e3o do rolamento. Neste estudo, o rolamento de esferas WC apresenta uma resist\u00eancia ao desgaste substancialmente maior em compara\u00e7\u00e3o com os rolamentos de a\u00e7o, tornando-o um candidato ideal para aplica\u00e7\u00f5es de rolamentos onde ocorre desgaste severo.
\nUm Trib\u00f4metro Nanovea \u00e9 projetado com capacidade de alto torque para cargas de at\u00e9 2.000 N e motor preciso e controlado para velocidades de rota\u00e7\u00e3o de 0,01 a 15.000 rpm. Ele oferece testes repet\u00edveis de desgaste e fric\u00e7\u00e3o usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com m\u00f3dulos opcionais de desgaste e lubrifica\u00e7\u00e3o em alta temperatura dispon\u00edveis em um sistema pr\u00e9-integrado. Esta gama incompar\u00e1vel permite aos usu\u00e1rios simular diferentes ambientes de trabalho severos dos rolamentos de esferas, incluindo alta tens\u00e3o, desgaste e alta temperatura, etc. Ela tamb\u00e9m atua como uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente os comportamentos tribol\u00f3gicos de materiais superiores resistentes ao desgaste sob altas cargas.
\nUm perfilador sem contato Nanovea 3D fornece medi\u00e7\u00f5es precisas do volume de desgaste e atua como uma ferramenta para analisar a morfologia detalhada das trilhas de desgaste, fornecendo insights adicionais na compreens\u00e3o fundamental dos mecanismos de desgaste.<\/p>\n

Preparado por
\nDuanjie Li, PhD, Jonathan Thomas e Pierre Leroux<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

INTRODUCTION A ball bearing uses balls to reduce rotational friction and support radial and axial loads. The rolling balls between the bearing races produce much lower coefficient of friction (COF) compared to two flat surfaces sliding against each other. Ball bearings are often exposed to high contact stress levels, wear and extreme environmental conditions such […]<\/p>","protected":false},"author":7,"featured_media":8608,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[7,349,372,373,336],"tags":[],"class_list":["post-8534","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-application-notes","category-laboratory-testing","category-linear-tribology","category-rotational-tribology","category-tribology-testing"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8534"}],"version-history":[{"count":53,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":23408,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions\/23408"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8608"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8534"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8534"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8534"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}