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Falhas em rolamentos

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Os principais modos de falha em rolamentos são:
• Falhas de vedação – Abrasão causada por entrada de elemento estranho
no mancal de rolamento;
• Marcas durante instalação (montagem incorreta);
• Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente;
• Corrosão;
• Descargas elétricas;
• Lascamento;
Todos os modos acima descritos causam o início da falha do rolamento,
sendo que após o surgimento, as cargas cíclicas sobre o rolamento fazem
com que o dano se estenda até a falha do mancal de rolamento.
Falhas em mancais de rolamento 
1) Falha de vedação - Abrasão por entrada de elemento estranho no
mancal de rolamento
Modos de falhas
Exemplo de pista de mancais de rolamento foscas por abrasão 
resultante de elemento estranho.
2) Marcas durante instalação (indentações ou impactos)
Impacto na 
gaiola
3) Lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente
Escorregamento causado por excesso de lubrificante.
4) Corrosão
Corrosão na esfera e na pista de rolamento de uma carreira de 
esferas.
5) Descarga elétrica
Exposição contínua a cargas elétricas geram marcas axiais de 
tonalidade escura em grande parte da pista.
6) Lascamento
Marcas de lascamento em esferas vistas em microscópio ótico.
Diferentemente dos demais tipos de defeito, os mancais de rolamento não
possuem uma frequência característica de defeito única que possa ser
calculada através de múltiplos de rotação de eixo.
Dado que o mancal de rolamento é composto de vários componentes:
pistas, esferas e gaiola e existe movimento relativo entre eles, as
frequências de defeito são calculadas em função da geometria de cada
mancal de rolamento.
Explicando de outra forma: Considere um ponto fixo na pista por onde
passarão as esferas, é necessário calcular a frequência com que as
esferas passarão por este ponto, pois caso haja um defeito neste ponto
cada esfera que passar irá registrar um impacto no sinal.
frequências de defeito em mancais de rolamento 
Os mancais de rolamento possuem frequências características de defeito
que podem ser calculadas em função de sua geometria e da frequência de
rotação:
frequências de defeito em mancais de rolamento 
Onde:
d = Diâmetro da esfera
D = Diâmetro primitivo:
= Ângulo de contato
Z = número de esferas
As frequências características de defeitos podem ser calculadas através da
seguinte formulação:
frequências de defeito em mancais de rolamento 
Onde:
d = Diâmetro da esfera
D = Diâmetro primitivo:
= Ângulo de contato
Z = número de esferas
Considere o mancal de rolamento 6205:
frequências de defeito em mancais de rolamento 
Demonstração 
6205 - Rolamento fixo de 
uma carreira de esferas 
para aplicação com 
cargas radiais.
frequências de defeito para o mancal de rolamento 6205:
No cálculo das frequências é assumido que não há escorregamento entre
as esferas e as pistas, quando de fato há.
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Conceito
Conforme o ângulo de carregamento varia
com a posição de cada esfera do rolamento,
ocorre uma mudança no carregamento de
cada esfera.
Como a gaiola obriga a velocidade média das
esferas a ser a mesma, as esferas que estão
na região mais carregada tentam girar mais
lentamente, sendo carregadas pela gaiola,
gerando um pequeno escorregamento.
Os mancais de rolamento com defeito produzem sinais com padrões
típicos dependendo do local onde está localizado o defeito:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Sinais tipicos
Adaptado de Randal, R.B., Antony, J.
Rolling element bearing diagnostics -
A tutorial. Mechanical Systems and
Signal Processing, Vol. 25 (2011)
pag. 485-520
O sinal de defeito é modulado conforme a falha passa pelo local do dano:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Adaptado de Randal, R.B., Antony, J.
Rolling element bearing diagnostics -
A tutorial. Mechanical Systems and
Signal Processing, Vol. 25 (2011)
pag. 485-520
Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na pista interna:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Sinais típicos
Cada vez que uma das
esferas passa sobre o
defeito na pista é gerado
um sinal de impacto.
A modulação do sinal
ocorre por causa da
rotação da pista interna
(com a falha) em relação
ao sensor (geralmente
posicionado no mancal de
rolamento).
Superfície com dano
Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na pista externa:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Sinais típicos
Cada vez que uma das
esferas passa sobre o
defeito na pista é gerado
um sinal de impacto.
Não ocorre modulação de
amplitude, pois a falha na
pista externa não se move
em relação ao sensor
(posicionado no mancal
de rolamento)
Superfície com dano
Desta forma, explicando o padrão do sinal de defeito na esfera:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Sinais típicos
Cada impulso é resultado do contato entre a esfera
defeituosa e uma das pistas.
A modulação do sinal ocorre por causa do
movimento radial da esfera com o giro do rolamento,
conforme sua posição em relação ao sensor.
Esfera com dano
Exemplificando o padrão
dos sinais coletados em
rolamentos com vários
tipos de defeito:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Sinais típicos
Uma vez iniciado um defeito em um mancal de rolamento este progride em
função do carregamento cíclico a que o elemento está submetido.
As frequências de defeito irão começar a surgir no espectro do sinal
coletado e aumentar sua intensidade até o final da vida útil do mancal de
rolamento.
A evolução da falha pode ser dividida em quatro etapas de acordo com a
progressão do dano.
A seguir será apresentada a sequência de evolução de uma falha do ponto
de vista da análise espectral.
Evolução da falha em mancais de rolamento 
1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio 
Evolução da falha em mancais de rolamento 
Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral
Hz
1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio
Evolução da falha em mancais de rolamento 
Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral
Hz
1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio
Evolução da falha em mancais de rolamento 
Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral
Hz
1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio
Evolução da falha em mancais de rolamento 
Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral
Hz
1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio 4º Estágio 
Evolução da falha em mancais de rolamento 
Avaliação da evolução da falha do ponto de vista da análise espectral
Hz
A técnica do envelope por demodulação busca a região dos picos
ressonantes em alta frequência (500 Hz – 20 kHz) para através da
demodulação das frequências de ressonância buscar pelas frequências de
defeito moduladas no sinal (região 2);
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Conceito
Utilizando a bancada experimental serão efetuadas coletas de dados
demonstrando como se identificam os sinais de defeito em mancais de
rolamento:
Sinais de vibração em mancais de rolamento 
Experimento
Montagem de um rolamento 6205
com defeito na pista interna:
frequências a 25 Hz (1500 rpm):
Numero de Esferas 9
Diâmetro da Esfera 7,96mm
Diâmetro da Pista Interna 31,04 mm
Diâmetro da Pista Externa 46,72 mm
Sinais coletados na bancada experimental com o eixo a 25 Hz:
25
50
85
97
177
113
122
267
Espectro do sinal medido
Observe que no espectro do sinal 
não surge a frequência de defeito de 
135 Hz, esperada para este 
rolamento.
Isto ocorre pois a energia dos 
impactos é muito pequena, não 
permitindo que se destaque no 
espectro de frequências.
25
50
85
97
177
113
122
267
Aplicação da técnica do envelope :
1ª Etapa – Selecionar a frequência ressonante (frequência portadora):
2850 Hz
Calculando a abertura em 3,5 vezes a 
frequência de