Engrenagem sem-fim Diagnóstico de falhas — Cinco modos, como diferenciá-los e o que cada um significa para sua especificação

O desgaste visível anual não é normal para um conjunto de engrenagens helicoidais corretamente especificado em condições normais de operação industrial. Um conjunto devidamente especificado e lubrificado deve apresentar desgaste mensurável na face do dente de aproximadamente 0,01 a 0,03 mm ao longo de 5.000 horas de operação — tipicamente anos, e não meses — antes que a substituição seja necessária. Se você está substituindo a engrenagem anualmente, um ou mais parâmetros de especificação estão incorretos: diferença de dureza, tipo de lubrificante, contaminação do lubrificante ou sobrecarga. A abordagem correta não é aceitar a substituição anual como manutenção normal, mas sim identificar o mecanismo de desgaste acelerado e corrigi-lo — a contagem de partículas de desgaste em amostras de óleo a cada 500 horas mostrará se a taxa de desgaste está estável (aceitável) ou aumentando (problema que requer intervenção).

Em uma transmissão corretamente especificada, o eixo é sempre a superfície mais dura e a roda é a superfície de desgaste. Marcas de desgaste nos flancos da rosca do eixo são anormais e indicam (a) contaminação abrasiva desgastando ambas as superfícies simultaneamente ou (b) inversão da diferença de dureza — o eixo não foi adequadamente temperado. Verifique a dureza do eixo com um testador Rockwell portátil. Se o eixo estiver abaixo da dureza especificada, a falha por diferença de dureza é confirmada. Os danos no eixo normalmente apresentarão marcas de desgaste direcionais paralelas à hélice da rosca, enquanto os danos na roda apresentarão marcas paralelas à direção de deslizamento da face do dente.

Às vezes, sim, mas as condições para a recuperação são específicas. A corrosão por pite inicial — crateras isoladas ainda não fundidas, sem crateras com profundidade superior a aproximadamente 0,5 mm, confinadas à área da linha de passo — pode estabilizar se a carga for reduzida abaixo do limite de fadiga de Hertz. Na prática, isso significa reduzir o torque para aproximadamente 60–70% do valor que causou a corrosão por pite. Mais comumente, a corrosão por pite inicial fornece os locais de iniciação de trincas para a fadiga por pite progressiva, e a taxa de corrosão por pite acelera. Se a corrosão por pite for detectada precocemente durante uma revisão programada de análise de óleo, aproveite a oportunidade para planejar a substituição da engrenagem antes do próximo intervalo de manutenção — não espere que a corrosão por pite se transforme em um evento de fratura do dente.

O óleo correto é um óleo mineral para engrenagens ISO VG 220–460 ou um óleo sintético PAO especificamente descrito como "adequado para engrenagens sem-fim", "compatível com bronze" ou "adequado para metais amarelos". Essas designações confirmam que a formulação não inclui aditivos de extrema pressão (EP) à base de enxofre, que reagem com o cobre presente nas engrenagens sem-fim de bronze e latão, formando produtos de corrosão como sulfeto de cobre. Esse problema surge com frequência em análises de falhas porque o óleo para engrenagens industriais padrão — o óleo utilizado na manutenção dos trens de engrenagens helicoidais da mesma linha de produção — normalmente contém aditivos EP à base de enxofre e é totalmente apropriado para engrenagens helicoidais. Os profissionais de manutenção que reabastecem um acionamento por engrenagem sem-fim com o mesmo óleo usado para redutores de engrenagens helicoidais introduzem aditivos EP que iniciam um ataque corrosivo na engrenagem de bronze. Sempre identifique claramente os acionamentos por engrenagem sem-fim com a especificação de óleo necessária.

Não continue operando um inversor com suspeita de desgaste por atrito ativo. O desgaste por atrito é um mecanismo adesivo termicamente ativado com um caráter de retroalimentação positiva — cada evento de desgaste aumenta a rugosidade da superfície, o que aumenta a temperatura local nos contatos subsequentes da malha, facilitando ainda mais o desgaste. A progressão das marcas iniciais de desgaste até a falha catastrófica pode levar de horas a dias, dependendo da carga, da velocidade e da condição do lubrificante. Pare o inversor, verifique o nível de óleo, drene o óleo e inspecione a presença de detritos metálicos, verifique a temperatura da carcaça. Se o óleo apresentar detritos metálicos significativos ou se a carcaça estiver quente, não reinicie o inversor até que os flancos dos dentes sejam inspecionados e a causa raiz identificada.

A distribuição das crateras de corrosão revela a história. A corrosão por sobrecarga tende a se distribuir por toda a faixa de contato da maioria ou de todos os dentes, com densidade de crateras aproximadamente uniforme — a carga é distribuída por todos os dentes, e todos os dentes são igualmente tensionados acima do limite de fadiga. A corrosão por contato inadequada, por outro lado, concentra-se em uma faixa estreita correspondente à zona de contato real (que é mais estreita do que a zona de contato projetada) e pode ser particularmente severa no lado de entrada da face do dente. Se você observar corrosão em uma faixa com largura inferior à metade da largura da face do dente, o padrão de contato é o provável fator contribuinte, mesmo que a sobrecarga também esteja presente.

Antes e durante a inicialização após a substituição de dentes fraturados: (1) Lave bem a carcaça com óleo limpo e drene-o — não apenas complete o nível; (2) Inspecione visualmente a rosca do eixo sem-fim quanto a ranhuras causadas por impacto ou fragmentos em circulação — se o eixo apresentar danos significativos na rosca, substitua-o também; (3) Na remontagem, gire manualmente o conjunto de engrenagens por várias rotações completas e confirme a ausência de ruído metálico de contato; (4) Complete com óleo novo até o nível correto; (5) Inicie com carga de 20% e mantenha por 30 minutos, monitorando a temperatura da carcaça; (6) Aumente para a carga de 50% por 1 hora e verifique a temperatura novamente; (7) Confirme a operação em plena carga por 2 horas antes de retornar à produção.

É quase certo que se trata de um problema de viscosidade do lubrificante, e não de uma falha mecânica. Em baixas temperaturas ambientes, a viscosidade do óleo mineral padrão para engrenagens aumenta drasticamente — o óleo mineral ISO VG 460 a 5 °C pode ter uma viscosidade de 5 a 8 vezes maior do que na temperatura de operação. Esse óleo frio de alta viscosidade cria um arrasto viscoso significativo à medida que a rosca sem-fim gira através dele, e a resistência irregular produz ruído e vibração. Se o ruído desaparecer em 10 a 20 minutos de funcionamento, conforme o óleo aquece, as engrenagens em si não estão danificadas. Troque para um óleo sintético PAO ISO VG 220, que permanece mais fluido em baixas temperaturas. Se o ruído não desaparecer conforme a transmissão aquece, ou se estiver ficando progressivamente mais alto ao longo de semanas, independentemente da temperatura, investigue o desgaste abrasivo ou a formação de pites.