El efecto brinelling falso es un daño en los rodamientos causado por desgaste , con o sin corrosión , [1] que provoca huellas que parecen similares al efecto brinelling , pero que son causadas por un mecanismo diferente. El efecto brinelling falso puede ocurrir en rodamientos que actúan bajo pequeñas oscilaciones [2] o vibraciones. [3]
La causa básica del efecto Brinelling falso es que el diseño del rodamiento no tiene un método para redistribuir el lubricante sin un gran movimiento rotacional de todas las superficies del rodamiento en la pista de rodadura. [4] El lubricante es expulsado de una región cargada durante pequeños movimientos oscilatorios y vibraciones donde las superficies del rodamiento repetidamente no se mueven mucho. [5] Sin lubricante, el desgaste aumenta cuando los pequeños movimientos oscilatorios ocurren nuevamente. Es posible que los residuos de desgaste resultantes se oxiden y formen un compuesto abrasivo que acelera aún más el desgaste.
En funcionamiento normal, un rodamiento de elementos rodantes tiene los rodillos y las pistas separados por una fina capa de lubricante, como grasa o aceite . [6] Aunque estos lubricantes normalmente parecen líquidos (no sólidos), bajo alta presión actúan como sólidos y evitan que el rodamiento y la pista entren en contacto. [7] [8]
Si se elimina el lubricante, los cojinetes y las pistas pueden tocarse directamente. Si bien los cojinetes y las pistas parecen lisos a simple vista, son microscópicamente rugosos. Por lo tanto, los puntos altos de cada superficie pueden tocarse, pero los "valles" no. La carga del cojinete se distribuye así sobre un área mucho menor , lo que aumenta la tensión de contacto [9], lo que hace que trozos de cada superficie se rompan o se suelden a presión y luego se rompan cuando el cojinete gira.
Las piezas rotas también se denominan restos de desgaste . Los restos de desgaste son malos porque son relativamente grandes en comparación con el acabado de la superficie circundante y, por lo tanto, crean más regiones de alta tensión de contacto. Peor aún, el acero de los cojinetes comunes puede oxidarse ( óxido ), [10] produciendo un compuesto más abrasivo que acelera el desgaste.
La simulación de un efecto de brinelling falso es posible con la ayuda del método de elementos finitos. Para la simulación, se determinan los desplazamientos relativos (deslizamiento) entre el elemento rodante y la pista de rodadura, así como la presión en el contacto rodante. Para la comparación entre la simulación y los experimentos, se utiliza la densidad de trabajo de fricción, que es el producto del coeficiente de fricción, el deslizamiento y la presión local. Los resultados de la simulación se pueden utilizar para determinar parámetros críticos de la aplicación o para explicar los mecanismos de daño. [11]
La simulación física del mecanismo de efecto brinelling falso se ha estandarizado desde la década de 1980 en el instrumento de prueba de cojinetes Fafnir, donde se comprimen dos juegos de cojinetes de bolas de empuje con una carga fija y los cojinetes se hacen oscilar mediante un brazo excéntrico en condiciones estandarizadas. Esto culminó en la norma ASTM D4170. [12] Aunque es un método antiguo, sigue siendo el método de control de calidad líder para grasas que necesitan evitar el daño por efecto brinelling falso.
El efecto brinelling falso fue mencionado por primera vez por Almen en 1937. [13] Almen descubrió que los cojinetes de las ruedas se dañaban antes de que los clientes los utilizaran. Además, descubrió que los cojinetes se dañaban más durante el envío de los automóviles a larga distancia y que la temporada de envío también tenía influencia. La razón de los cojinetes dañados eran las microoscilaciones [14] que se producían debido al envío. Las pequeñas oscilaciones dan lugar a grietas por fatiga, seguidas de la liberación de partículas que posteriormente comienzan a dañar de forma abrasiva el área de contacto entre una bola y la pista del cojinete, lo que da como resultado un daño por desgaste típico. Debido a que el daño tiene un aspecto similar al efecto brinelling, se lo denominó efecto brinelling falso. [15]
Aunque el problema de la entrega de automóviles se ha resuelto, hay muchos ejemplos modernos. Un problema de mantenimiento importante son los cojinetes de paso en las turbinas eólicas , para los que se tuvieron que desarrollar grasas especiales que dan como resultado casi ningún daño por falso brinelling. [16] [17] También pueden ocurrir daños similares en los contactos eléctricos y electrónicos que están sujetos a vibraciones durante el uso, piense en los conectores aeroespaciales y automotrices e incluso en los compartimentos de la batería del control remoto . Aunque el daño en estas áreas puede no ser tan grave como el falso brinelling en los cojinetes, los mecanismos de daño son similares y dan como resultado la creación de partículas en el contacto que pueden influir gravemente en la conexión eléctrica.
Además, los generadores o bombas pueden fallar o necesitar servicio debido a este daño, por lo que es común tener una unidad de repuesto cercana que se deja apagada la mayor parte del tiempo, pero se pone en servicio cuando es necesario. Sin embargo, sorprendentemente, la vibración de la unidad en funcionamiento puede causar fallas en los cojinetes de la unidad que está apagada. Cuando se enciende esa unidad, los cojinetes pueden hacer ruido debido al daño y pueden fallar por completo en unos pocos días o semanas [18] [19], incluso si la unidad y sus cojinetes son nuevos. Las soluciones comunes incluyen: mantener la unidad de repuesto a una distancia de la que está encendida y vibrando; rotar manualmente los ejes de las unidades de repuesto de manera regular (por ejemplo, semanalmente); o cambiar regularmente entre las unidades para que ambas estén en funcionamiento regular (por ejemplo, semanalmente).
Hasta hace poco, los juegos de dirección de las bicicletas tendían a sufrir un falso efecto Brinell en la posición de dirección "recta", debido a pequeños movimientos provocados por la flexión de la horquilla. Los juegos de dirección modernos de buena calidad incorporan un cojinete liso para adaptarse a esta flexión, dejando que la pista de bolas proporcione un movimiento de rotación puro. [ cita requerida ]
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