Manutenção e diagnóstico de falhas em rolamentos de giro: guia do engenheiro de campo

Um rolamento de giro é um rolamento anular de grande diâmetro que permite à estrutura superior de uma ponte rolante, escavadeira ou turbina girar sob cargas combinadas. Mesmo quando corretamente especificado, ele pode falhar no 3º ano quando deveria durar 15 — quase sempre devido à forma como o anel foi instalado, como foi lubrificado e se os sinais de alerta foram identificados cedo o bastante para permitir uma intervenção. Este guia de campo acompanha todo o ciclo de uso do rolamento de giro: instalação do anel, lubrificação nos intervalos previstos, interpretação dos sinais de desgaste e decisão entre reparar ou trocar.

Por que os rolamentos de giro falham precocemente (e, em geral, o problema não é o aço)

A seleção correta do rolamento de giro resolve questões de capacidade de carga, mas não garante, por si só, a vida útil. A análise das recomendações dos fabricantes de rolamentos para instalação e manutenção revela uma lista surpreendentemente curta de causas fundamentais de falha: superfície de montagem fora de planicidade, torque desigual dos parafusos, ciclo de relubrificação não realizado ou entrada de poeira e umidade por uma vedação danificada.

• Erro de instalação — superfície de montagem sem planicidade ou parafusos sem torque uniforme
• Falha de lubrificação — relubrificação não realizada ou graxa inadequada
• Contaminação — entrada de sujeira ou água por uma vedação danificada
• Sobrecarga — operação acima da capacidade nominal de momento

Nenhuma dessas causas decorre de defeitos de material. Todas resultam de decisões do proprietário que fazem com que dois rolamentos do mesmo lote apresentem desempenhos completamente diferentes em máquinas com rotinas de manutenção distintas. Isso se aplica tanto a rolamentos de giro de esferas de uma carreira com contato de quatro pontos, de contato de oito pontos, de rolos cruzados ou de rolos de três carreiras (três carreiras) — sem engrenagem, com dentes de engrenagem externos ou com engrenagem interna — quanto a esses rolamentos de coroa de giro e rolamentos de mesa giratória.

💡 Dica técnica

A descamação por fadiga da pista é considerada desgaste normal depois que o rolamento atinge toda a vida útil nominal. Outros sinais de falha aparecem muito antes desse ponto e são abordados abaixo, em “Interpretação dos sinais de alerta”.

A partir daqui, este guia acompanha a vida útil do rolamento: como garantir instalação e lubrificação corretas, identificar possíveis problemas precocemente e saber quando considerar o reparo ou a troca. O guia de especificação e seleção de rolamentos de giro da Aubrik explica como escolher o tipo correto de anel, as dimensões e o cálculo de momento.

Instalação: passo a passo do caminho de carga

Os parafusos de montagem suportam a carga do anel e a transmitem à estrutura de sustentação do equipamento antes mesmo que ela chegue à pista — tanto o anel interno quanto o externo dependem dessa força de aperto para manter alinhado o caminho da carga durante a rotação. Quando esse caminho é irregular — seja porque a superfície de montagem está fora de planicidade, seja porque os parafusos não foram apertados na sequência correta — o anel fica submetido a um estado de tensão para o qual nunca foi projetado.

Aperto dos parafusos: a sequência é tão importante quanto o valor do torque

O valor, por si só, resolve apenas metade do problema. As recomendações das National Academies para pré-carga de parafusos indicam um aperto em etapas para aplicar força uniforme à junta aparafusada: primeiro, aperto manual; depois, aproximadamente 25% do torque-alvo, seguido de cerca de 50%, 75% e, por fim, 100%, sempre em padrão de estrela ou diagonal, e não ao redor da circunferência. Um atalho comum é realizar o aperto preliminar dos parafusos em sequência ao redor do anel; isso torna quase inevitável que os últimos parafusos apertados sofram maior tensão de compressão do que os primeiros.

• ✔ Limpe a superfície de contato do rolamento e verifique se não há contaminantes presos sob o anel. Eles reproduzem um problema de planicidade mesmo em uma superfície usinada com precisão.
• ✔ Verifique se os parafusos atendem à classe de resistência especificada pelo fabricante (normalmente uma classe referenciada conforme as classes de resistência da ISO 898-1); um parafuso de classe inferior apertado com o torque correto ainda produzirá força de aperto insuficiente.
• ✔ Continue o aperto no padrão de estrela alternado e volte aos primeiros parafusos para verificar se eles não perderam aperto devido às tensões introduzidas quando os parafusos vizinhos receberam torque. A interação elástica frequentemente faz com que parafusos já apertados afrouxem à medida que os próximos são apertados.

Técnicos de serviço de campo ressaltam repetidamente os danos que um parafuso de montagem frouxo pode causar antes que alguém perceba o problema. Em uma publicação muito popular sobre a desmontagem para troca de um anel de giro, alguém escreveu:

“se os parafusos não ficarem totalmente assentados, eles podem entortar ou quebrar, ou arrancar a rosca da peça.”

r/EngineeringPorn, discussão sobre manutenção de rolamentos de giro

Com o anel do rolamento corretamente fixado ao eixo e à estrutura de montagem, o passo a passo do caminho de carga está concluído — agora o rolamento recebe a carga exatamente como sua classificação nominal prevê. Se estiver selecionando um rolamento em vez de instalar um que já tem em mãos, analise o lado da carga dessa decisão com uma ferramenta como a calculadora de momento de tombamento da Aubrik.

Intervalos de lubrificação e relubrificação conforme o regime de trabalho

As orientações publicadas pelos fabricantes sobre a frequência de relubrificação de um rolamento de giro são notavelmente inconsistentes — alguns documentos indicam um intervalo de 50 a 500 horas, outros estabelecem 100 horas, enquanto outros dividem o intervalo conforme a velocidade do equipamento, e uma referência da SKF sobre manutenção de rolamentos arquivada pelo MIT observa que a própria graxa se degrada com o tempo, mesmo durante o armazenamento, antes que o rolamento opere por uma única hora. Não se deixe confundir por essa disparidade: a necessidade de lubrificação de um rolamento depende muito mais do ambiente operacional do que do próprio rolamento — uma coroa de giro lubrificada com graxa em equipamentos de mineração, como empilhadeiras, recuperadoras ou carregadeiras, exige um intervalo menor do que a mesma construção em uma torre giratória de sala limpa ou em equipamentos de usinagem, e nenhum desses cronogramas de lubrificação se aplica aos pequenos mancais lisos autolubrificantes às vezes usados em mesas giratórias para serviços leves. Muitas dessas coroas são projetadas para aplicações que exigem rotação intermitente enquanto suportam simultaneamente cargas radiais, axiais e de momento elevadas, razão pela qual a mesa giratória de regime de trabalho abaixo considera o ambiente o fator decisivo, e não o tipo de rolamento.

A compatibilidade do lubrificante pode ser tão importante quanto a frequência de aplicação. Usar uma graxa com espessante diferente daquele presente no rolamento degrada a estrutura de ambos os lubrificantes, em vez de simplesmente complementar a lubrificação — por isso, os tipos de lubrificante especificados pelo fabricante devem, em geral, ser considerados obrigatórios, e não apenas uma recomendação inicial.

Sinais de desgaste e falha: guia de campo com 9 sinais de desgaste

A maioria dos problemas em rolamentos de giro apresenta sintomas precoces — um pouco de ruído, consumo de energia ligeiramente maior — antes da falha completa ou do travamento, e a dificuldade está em reconhecer o significado desses diferentes sintomas quando avaliados em conjunto. Um estudo revisado por pares sobre avaliação da condição de rolamentos defende exatamente esse tipo de acompanhamento periódico dos sinais, em vez de esperar por um único evento de falha grave. Os componentes de um anel de giro são projetados para oferecer a melhor relação entre custo e capacidade para determinada carga em diversas aplicações que exigem rotação intermitente, desde mesas indexadoras até o acionamento da caixa de transmissão de uma empilhadeira; os projetos de giro com esferas, às vezes comercializados como rolamentos de anel de giro com esferas, são as soluções de rolamentos de giro mais simples do mercado, e compreender o funcionamento de um rolamento de giro por meio de uma vista em corte facilita a leitura da tabela de diagnóstico abaixo.

Quanto tempo dura um rolamento de giro?

Não existe um único valor para a vida útil — ela depende muito mais do regime de trabalho e da qualidade da manutenção do que das classificações de capacidade do rolamento. Um anel de giro de ponte rolante submetido a uma rotina de lubrificação e verificação dos parafusos normalmente opera por 10 a 15 anos em serviços de construção; um rolamento de guinada ou passo de turbina eólica costuma ser dimensionado para a vida útil de 20 anos do projeto da turbina. Ambos os casos pressupõem que a manutenção apresentada neste guia tenha sido efetivamente realizada — se ela for ignorada, qualquer um dos rolamentos falhará muito antes do fim desse período.

“Em uma aplicação de giro, a esfera mais carregada pode receber várias vezes a carga média; portanto, o diagnóstico em campo precisa identificar os primeiros sintomas, sem esperar que o rolamento peça ‘socorro’ ao travar.”

Equipe de engenharia da Aubrik, divisão de rolamentos e acionamentos de giro

Uma desmontagem bem documentada realizada por um técnico mostra quando reparar ou descartar um rolamento de giro: uma unidade contaminada, mas sem deformação física, muitas vezes justifica uma boa limpeza e a instalação de novas esferas. A seguir, veja como tomar essa decisão.

Rolos cruzados, esferas ou 3 carreiras: quais apresentam desgaste diferente

A árvore de decisão entre construção e carga da Aubrik aborda qual tipo — rolamento de esferas com contato de 4 pontos, rolamentos de rolos cruzados ou rolos de 3 carreiras — deve ser adquirido para determinada condição de carga; também aborda materiais, desde o aço padrão para rolamentos até opções resistentes à corrosão quando essa resistência é mais importante do que a capacidade bruta. Entretanto, depois da instalação de um rolamento rotativo, as diferentes características de envelhecimento dos projetos tornam a manutenção diária tudo menos idêntica.

Escala de precisão dos rolos cruzados: exigência de manutenção conforme a construção

O tipo de construção ideal não pode ser alterado depois que o rolamento é instalado, mas seus padrões específicos de envelhecimento afetam a forma de manutenção. Um rolamento de rolos cruzados instalado no cabeçote de um robô para movimentos precisos exigirá verificações de planicidade da montagem em intervalos menores do que um rolamento de esferas com contato de 4 pontos em uma aplicação de giro de ponte rolante, por exemplo, embora ambos possam usar intervalos de verificação semelhantes em condições equivalentes.

Reparar, recondicionar ou trocar? Planilha de momento de tombamento

O fato de ainda não ter ocorrido uma falha física não significa que seja seguro operar um rolamento de giro. Veja o que determina se o desgaste impede a operação:

Exemplo prático: o operador de uma ponte rolante identifica 1,4 mm de folga axial em um rolamento cuja especificação do OEM é de 1,0 mm, enquanto o valor de referência registrado durante o comissionamento era de 0,3 mm. Essa condição ultrapassa os limites documentados; portanto, conforme a lógica acima, o rolamento deve passar por uma inspeção realizada por pessoa qualificada, em vez de depender de uma suposição no chão de fábrica — essa inspeção determinará se o rolamento deve ser trocado.

Verificação do anel de reposição: lista de verificação para suprimentos na China

Depois da decisão de trocar o rolamento, a aquisição da peça pode ser tão crítica quanto o próprio rolamento. O processo de reposição direta do fabricante da linha original de rolamentos da Aubrik — que atende desde pequenos rolamentos de giro com algumas centenas de milímetros até anéis com vários metros de diâmetro, em opções de aço padrão ou resistente à corrosão — é apresentado na página de rolamentos de giro; a lista de verificação abaixo se aplica tanto a um novo pedido ao fabricante original quanto à escolha de outro fornecedor.

• Confirme se o número da peça corresponde ao código de designação original — isso inclui o furo do rolamento, o tipo de engrenagem e o padrão de furos, além do diâmetro externo; anéis pequenos comercializados na faixa de 80 mm a 310 mm podem ser especificados com o tipo incorreto de engrenagem tão facilmente quanto os maiores.
• Exija um certificado de dureza da pista do rolamento, incluindo a profundidade da camada endurecida — uma pista pode ser aprovada em uma verificação superficial e ainda assim não apresentar dureza suficiente na camada para suportar a carga nominal.
• Solicite documentação de rastreabilidade, na forma de certificado da usina, para a liga específica prevista para o componente original.
• Compare os prazos de entrega informados com a capacidade de produção, e não apenas com uma estimativa comercial; identifique a fábrica específica e a posição exata no programa de produção atribuída ao rolamento.

Monitoramento da condição e a transição para a manutenção preditiva

Os rolamentos de giro normalmente ficam no interior da estrutura de uma máquina — sob uma plataforma rotativa ou dentro da estrutura de giro de uma ponte rolante —, portanto, não são tão acessíveis quanto um rolamento de eixo montado externamente e, como abordado acima, a falha de um rolamento de giro envolve riscos de tombamento e danos estruturais, tornando-o crítico para a segurança, e não apenas para a produtividade. A combinação desses 2 fatos consolidados torna a justificativa para o monitoramento integrado da condição desse tipo específico de rolamento mais convincente do que um discurso genérico de transformação digital — trata-se de uma avaliação derivada dos fatos de acesso e segurança já apresentados neste guia, não de uma alegação baseada em um único estudo.

A atividade de patentes confirma que este é um foco atual da engenharia

A atividade recente de patentes confirma isso: uma patente dos Estados Unidos depositada em 2024, US20240068908A1, aborda um sistema baseado em emissão acústica que detecta danos na pista de rolamento antes que sejam fisicamente evidentes. Uma patente de modelo de utilidade alemã, DE20316544U1, de uma data anterior, vai além e descreve um sistema de monitoramento projetado especificamente para rolamentos de giro de grande diâmetro. Isso parece ser um foco contínuo da engenharia, e não uma ideia estagnada.

Embora se diga que o mercado de manutenção preditiva como um todo deverá atingir dezenas de bilhões e continuar crescendo até o início da década de 2030, a dimensão desse mercado não é realmente a principal justificativa para investir no monitoramento de um determinado rolamento. Na verdade, se o rolamento for difícil de inspecionar visualmente e um modo de falha for crítico para a segurança, a instrumentação será simplesmente um custo razoável de proteção antes da próxima desmontagem programada — não depois.

• Se a corrente do motor de acionamento já estiver sendo registrada, acompanhe esse parâmetro ao longo do tempo e compare-o com as leituras de referência obtidas durante o comissionamento.
• Com um analisador portátil de vibração em cada inspeção de serviço, é possível identificar, por um custo muito menor, muitos dos mesmos problemas que um sistema instalado permanentemente revelaria; o Guia de campo dos sinais de desgaste apresentado anteriormente neste guia explica como interpretar os desvios detectados.
• Essa mesma lógica relacionada à dificuldade de acesso aplica-se tanto à instalação de um rolamento de giro em uma escavadeira quanto em um guindaste — o anel de giro de uma escavadeira oculta sua pista de rolamento tão completamente quanto um guindaste, e é exatamente nessa aplicação de rolamento de giro que o monitoramento se paga mais rapidamente.

Perguntas frequentes