elementos de maquinas rodamientos industriales
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Repblica Bolivariana de Venezuela
Elementos de Mquinas
Ing. Jess Rivera
RODAMIENTOS INDUSTRIALES
Integrantes:
Gmez Rivas, Claudio Sergio
Ms y Rub Mrquez, Alberto Jos
Maracaibo, abril de 2010
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INDICE
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Introduccin1. Definiciones
1.1. Cdigos y normas2. Clasificacin de rodamientos
2.1. Cojinetes de superficie plana (chumaceras)2.1.1. Cojinete con lubricacin en el lmite2.1.2. Cojinete con lubricacin por pelcula mixta2.1.3. Cojinete con lubricacin por pelcula completa
2.2. Cojinetes giratorios de contacto (rodamientos)2.2.1. Rodamientos radiales
2.2.1.1. Rodamientos rgidos de bolas2.2.1.1.1. Rodamientos rgidos de
una hilera de bolas2.2.1.1.2. Rodamientos de una
hilera de bolas de diseo bsico
2.2.1.1.3. Rodamientos con placas de proteccin o de obturacin
2.2.1.1.4. Rodamientos con ranura para anillo elstico
2.2.1.1.5. Rodamientos rgidos de bolas apareados
2.2.1.2. Rodamientos de bolas a rtula (autorregulacin)2.2.1.2.1. Rodamientos de rtula de
diseo bsico2.2.1.2.2. Rodamientos obturados2.2.1.2.3. Rodamientos con aro
interior prolongado
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2.2.1.3. Rodamientos de bolas con contacto angular2.2.1.3.1. Rodamientos de una
hilera de bolas con contacto angular
2.2.1.3.2. Rodamientos para apareamiento universal
2.2.1.3.3. Rodamientos de rodillos cilndricos
2.2.1.3.4. Rodamientos de agujas2.2.2. Rodamientos axiales
3. Aspectos generales de los rodamientos3.1. Componentes de un rodamiento
3.1.1. Anillos3.1.2. Elementos rodantes3.1.3. Jaulas
4. Duracin o vida til de un rodamiento5. Relacin entre carga y vida til6. Seleccin de rodamientos
6.1. Solo con carga radial6.1.1. Proceso de seleccin de los rodamientos
6.2. Cargas combinadas (radial y empuje)6.2.1. Rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos
cilndricos6.2.2. Rodamientos ahusados cnicos y de rodillos
7. Materiales y acabados8. Aspectos importantes sobre el montaje, operacin y mantenimiento de
rodamientos
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8.1. Lubricacin8.2. Montaje8.3. Precarga (carga previa)8.4. Alineamiento8.5. Sellos8.6. Rigidez8.7. Velocidades lmite8.8. Tolerancias
ConclusionesBibliografaAnexos
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INTRODUCCION
El presente trabajo se realiz mediante una investigacin a fuentes primarias y
secundarias, en el trabajo, se trata el tema de rodamientos industriales, siendo
stos instrumentos cuya finalidad es el mejoramiento de la movilidad interna de
las mquinas, as como impedir daos que se puedan generar por el roce entre
piezas mecnicas. El objetivo del trabajo es explicar la definicin de
rodamiento, sus tipos, sus aplicaciones, la frmula de su vida til, conocer la
nomenclatura utilizada para estas herramientas, explicar los factores a
considerar para seleccionar un rodamiento y el anlisis las diferentes
actividades a considerar para el mantenimiento de los rodamientos.
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1. DEFINICIONES
Cojinete: Es un elemento mecnico diseado para soportar una carga en
tanto permite el movimiento relativo entre dos piezas de una mquina (ver la
siguiente figura).
Rodamiento: Se emplea para describir la clase de cojinete que soporta a
un eje cuya carga principal se transmite a travs de elementos que estn en
contacto rodante y no deslizante. Rodamiento, es el trmino ms comnmente
usado para definir un cojinete (ver siguiente figura).
Duracin o Vida til de un Rodamiento: Es el nmero de revoluciones
(nmero de horas de funcionamiento a una velocidad constante dada) que un
rodamiento es capaz de soportar antes de presentar los primeros sntomas de
fatiga (desconchado) en uno de sus aros o de sus elementos rodantes.
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Capacidad Bsica de Carga (C): Es la carga radial constante que puede
soportar un grupo de rodamientos, aparentemente idnticos hasta una duracin
nominal de un milln de revoluciones del aro interior (carga estacionaria y aro
exterior fijo). Tambin es llamada capacidad de carga dinmica y se usa
siempre para determinar la duracin del rodamiento para todas las condiciones
de velocidad y carga.
Carga Radial Equivalente (Fr): Es la carga radial estacionaria y
constante que, si est aplicada a un rodamiento con anillo interior que gira y
con anillo exterior estacionario, dara la misma duracin que aquella que el
rodamiento alcanzara en las condiciones reales de carga y de rotacin.
Capacidad de Carga Esttica (Co): Es la carga radial esttica que
corresponde a una deformacin permanente total del elemento rodante y del
anillo de 0,0001 del dimetro del elemento rodante. Esta capacidad se usa
solamente para verificar si ocurrir deformacin permanente de los elementos
rodantes. Nunca se debe usar para calcular la duracin del rodamiento.
Carga Esttica Equivalente (Fe): Es la carga esttica radial que, si se
aplica, causara la misma deformacin permanente total en el contacto ms
fuerte con esfuerzo de bola y anillo que aquella que ocurrira en las condiciones
reales de carga.
1.1. CDIGOS Y NORMAS
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Son todas las regulaciones que rigen cualquier diseo de ingeniera.
Indican las pautas a seguir durante el desarrollo de los clculos. Ejemplo,
valores mximos y/o mnimos permitidos, factores de seguridad recomendados,
entre otros. Si el miembro que se disea cae bajo la jurisdiccin de un cdigo o
norma existente, es obvio que debe elegirse un factor de seguridad o esfuerzo
de diseo que satisfaga este cdigo o norma.
Algunos ejemplos de instituciones que imponen normas para diseos son:
ANSI: American Nacional Standards Institute (Instituto Nacional
Americano de Normas).
AISI: American Iron and Steel Institute (Instituto Americano del Hierro y el
Acero).
ASA: American Stantards Association (Asociacin Americana de
Normas).
AFBMA: Anti-friction Bearing Manufactures Association (Asociacin de
Fabricantes de Rodamientos Anti-friccin).
ABEC: Annular Bearing Engineers Committee (Comit de Ingenieros de
Rodamientos Anulares).
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BMEC: Ball Manufacturers Engineers Committee (Comit de Ingenieros
Fabricantes de Rodamientos de Bolas).
ISO: Internacional Standards Organization (Organizacin de Normas
Internacionales).
RBEC: Roller Bearing Engineers Committe (Comit de Ingenieros de
Rodamientos de Rodillo).
2. CLASIFICACIN DE RODAMIENTOS
A continuacin, se indica una clasificacin general de rodamientos basada
en los criterios establecidos por las dos principales empresas diseadoras y
fabricantes de rodamientos como lo son: SKF y FAG.
Cabe destacar, que esta clasificacin est regida de acuerdo al tipo de
carga que los rodamientos estn soportando en un momento dado, radial, axial
o ambas. Para mayores detalles ver los anexos B y C.
Los cojinetes estn divididos en dos grupos:
Cojinetes de Superficie Plana (Chumaceras).
Cojinetes Giratorios de Contacto (Rodamientos).
2.1. COJINETES DE SUPERFICIE PLANA (CHUMACERAS)
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Un cojinete de superficie plana, es aquel donde dos superficies se
mueven en forma relativa, una respecto a la otra sin el beneficio del contacto
giratorio, presentando contacto por deslizamiento. El nombre de chumacera se
utiliza a veces para cojinetes de superficie plana. En el caso de un cojinete en
un eje que rota, la parte del eje que gira donde se encuentra el cojinete recibe
el nombre de mun. La parte fija que soporta la carga es el cojinete (ver
siguiente figura).
Los cojinetes de superficie plana se subdividen en tres grupos:
2.1.1. Cojinete con Lubricacin en el Lmite
Existe contacto real entre las superficies slidas de las partes movible y
fija del sistema de cojinetes, si bien hay una pelcula de lubricante.
2.1.2. Cojinete con Lubricacin por Pelcula Mixta
Una zona de transicin entre lubricacin en el lmite y lubricacin por
pelcula completa.
2.1.3. Cojinete con Lubricacin por Pelcula Completa
Las partes movible y fija del sistema de cojinetes estn separadas por una
pelcula completa de lubricante que soporta la carga. El trmino lubricacin
hidrodinmica se suele utilizar para describir este tipo.
Estos tres tipos de lubricacin pueden encontrarse en un cojinete sin
presurizacin externa de ste. Si al cojinete se le abastece de lubricante
presurizado, se le denomina cojinete hidrosttico.
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2.2. COJINETES GIRATORIOS DE CONTACTO (RODAMIENTOS)
La ventaja ms importante de estos rodamientos es que el rozamiento
inicial en el arranque no es mucho mayor que en funcionamiento normal, es
decir, el coeficiente de rozamiento vara poco con la carga y la velocidad salvo
en valores extremos. Esto implica que requieran poco lubricante y poca
conservacin. Otras caractersticas importantes es que ocupan menos espacio
axial y ms espacio diametral que los rodamientos simples ordinarios; son ms
silenciosos que stos pero ms caros; algunos tipos de rodamientos pueden
estar sometidos a carga radial, carga axial o una combinacin de ambas
cargas. Estos rodamientos poseen cuatro partes esenciales: aro externo, aro
interno, elementos rodantes (bolas, rodillos) y separador. Los cojinetes
giratorios de contacto (rodamientos) se dividen en dos grandes grupos:
rodamientos radiales y rodamientos axiales dependiendo del tipo de carga que
soporten.
2.2.1. Rodamientos Radiales
Los rodamientos radiales, son cojinetes de contacto giratorio diseados
para soportar cargas radiales exclusivamente. Pueden estar constituidos por
bolas o por rodillos (cilindros). Los rodamientos radiales se dividen en:
rodamientos rgidos de bolas, rodamiento de bolas a rtula, rodamiento de
bolas con contacto angular, rodamientos de rodillos cilndricos y rodamientos
de agujas.
2.2.1.1. Rodamientos Rgidos de Bolas
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Los rodamientos rgidos de bolas, se usan en una amplia variedad de
aplicaciones. Son de diseo sencillo, no desmontables, adecuados para alta
velocidad de funcionamiento y requieren poca atencin de servicio. Estas
caractersticas junto con un precio ventajoso hacen del rodamiento rgido de
bolas el ms popular de todos los rodamientos. Estos rodamientos se dividen
en:
2.2.1.1.1. Rodamientos Rgidos de una Hilera de Bolas
Los rodamientos rgidos de una hilera tienen caminos de rodaduras
profundos y sin interrupciones, as como un alto grado de oscilacin entre las
bolas y las gargantas.
Esto hace posible que soporten cargas axiales considerables en
cualquiera de los dos sentidos, incluso a altas velocidades. Los rodamientos
rgidos de una hilera de bolas son adecuados para una amplia variedad de
aplicaciones y por consiguiente, se fabrican con un gran nmero de tamao y
diseos. Los rodamientos rgidos de dos hileras de bolas, tienen un diseo
similar a los de una hilera.
Carecen de escotes de llenados y por tanto pueden absorber cargas
axiales en ambos sentidos.
2.2.1.1.2. Rodamientos de una Hilera de Bolas de Diseo Bsico
Los rodamientos rgidos de una hilera de bolas de diseo bsico, es decir,
abiertos por los dos lados, son producidos en varias series y en una gama muy
amplia de dimetros.
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Por razones de fabricacin, estos rodamientos del diseo bsico, que
tambin se fabrican con placas de proteccin o de obturacin pueden tener
ranuras en los rebordes del aro exterior para alojar las placas de proteccin o
de obturacin.
2.2.1.1.3. Rodamientos con Placas de Proteccin o de Obturacin
Los rodamientos con placas de proteccin o de obturacin, son fabricados
como estndar de los tamaos ms usuales rgidos de una hilera de bolas con
placas de proteccin (obturaciones no rozantes) o de obturacin (obturacin
rozantes y de bajo rozamiento), en uno o en ambos lados. Los rodamientos con
placas de proteccin o de obturacin en ambos lados vienen lubricados de
fbrica con una grasa de base ltica que tiene buenas propiedades
antioxidantes y que permite usar los rodamientos a temperaturas de
funcionamiento comprendidas entre -30 y +110 C. Los rodantes estn
lubricados por vida y no necesitan mantenimiento.
Estos rodamientos no se deben calentar antes del montaje, ni se deben
lavar por ningn motivo.
2.2.1.1.4. Rodamientos con Ranura para Anillo Elstico
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Los rodamientos rgidos de bolas con ranura para anillo elstico en el aro
exterior simplifican el diseo de la disposicin del rodamiento en muchos
casos, ya que pueden ser retenidos en el alojamiento mediante un anillo
elstico. El mtodo de fijacin axial es sencillo y ahorra espacio. Los anillos
elsticos adecuados se indican en las tablas de rodamiento y pueden
suministrarse separados o ya montados en los rodamientos.
2.2.1.1.5. Rodamientos Rgidos de Bolas Apareados
Para aquellas aplicaciones en las cuales la capacidad de carga de un solo
rodamiento resulta inadecuada o cuando el eje ha de fijarse axialmente en
ambos sentidos con un determinado juego interno, bajo pedido de la necesidad
puede suministrarse rodamientos rgidos de una hilera de bolas apareados. Los
rodamientos se emparejan durante su fabricacin de forma que cuando se
montan uno junto a otro, se obtiene (sin emplear suplementos de reglaje ni
otros medios de ajuste), un reparto uniforme de la carga. Segn los requisitos,
las parejas pueden suministrase en las tres disposiciones alternativas segn la
necesidad.
2.2.1.2. Rodamientos de Bolas a Rtula (Autorregulacin)
Los rodamientos de bolas a rtula tienen dos hileras de bolas con un
camino de rodadura esfrico comn en el aro exterior. Esta ltima
caracterstica confiere al rodamiento la propiedad de ser autoalineable, lo que
permite desviaciones angulares del eje con relacin al soporte. Son por tanto,
especialmente adecuados para aplicaciones en las cuales se pueden producir
desalineaciones por errores de montaje o por flexin del eje.
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Los rodamientos de bolas a rtula del diseo tienen una capacidad de
carga mayor que los diseos originar debido a las mejoras realizadas en el
diseo interno. Esto hace que sean adecuados para un campo de aplicaciones
ms amplio en comparacin con sus predecesores y permiten usar el mismo
tamao de rodamiento para soportar mayores cargas o a igualdad de cargas,
permite incrementar la eficacia de funcionamiento y prolongar la duracin del
rodamiento. Estos rodamientos se dividen en:
2.2.1.2.1. Rodamiento de Rtula de Diseo Bsico
Los rodamientos de bolas de rtula del diseo bsico se suministran con
agujero cilndrico o con agujero cnico. Para los rodamientos de bolas a rtula
con agujero cnico poseen unos manguitos adecuados para fijar los
rodamientos fcil y rpidamente a ejes lisos o escalonados. Los manguitos de
fijacin se suministran completos con tuercas y dispositivos de retencin.
2.2.1.2.2. Rodamientos Obturados
Los rodamientos de bola a rtula en versin obturado se suministran con
placas de obturacin rozantes en ambos lados. Las placas de obturacin estn
hechas de caucho sinttico resistente al aceite y al desgaste, tienen un
refuerzo de chapa de acero. El campo de temperatura de funcionamiento para
las placas de obturacin es de -40 a +120 C. El dimetro exterior de la placa
de obturacin queda alojado en una ranura del aro exterior proporcionando una
obturacin hermtica sin deformacin, mientras que el labio de la placa de
obturacin ejerce una ligera presin contra un rebaje del aro interior.
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2.2.1.2.3. Rodamientos con Aro Interior Prolongado
Los rodamientos de bolas a rtula con aro interior prolongado, se emplean
en aplicaciones con ejes redondos fabricados y calibrados comercialmente. El
agujero de estos rodamientos, con una tolerancia especial, permite un fcil
montaje y desmontaje.
Este tipo de rodamientos se fija axialmente por medio de espigas o
prisioneros, los cuales encajan en una ranura existente en uno de los lados del
aro interior, impidiendo al mismo tiempo que este ltimo gire sobre el eje.
2.2.1.3. Rodamientos de Bolas con Contacto Angular
Los rodamientos de bolas con contacto angular tienen los caminos de
rodaduras de sus aros interior y exterior, desplazados uno a otro en la direccin
del eje del rodamiento. Esto significa que son particularmente adecuados para
soportar cargas combinadas, es decir, cargas radiales y axiales actuando
simultneamente.
La capacidad de carga axial de los rodamientos de bolas contacto angular
aumenta al aumentar el ngulo de contacto , que se define como el ngulo
que forma la lnea que une los puntos de contacto entre la bola y los caminos
de rodadura, a lo largo de la cual se transmite la carga de un camino de
rodadura al otro, con una lnea perpendicular al eje del rodamiento. En el caso
de los rodamientos de una hilera de bolas, la magnitud del ngulo de contacto
se indica por un sufijo en la designacin. Adems, estos rodamientos se
dividen en:
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2.2.1.3.1. Rodamientos de una Hilera de Bolas con Contacto Angular
Los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular pueden
soportar cargas axiales en un sentido solamente. Una carga radial aplicada
sobre el rodamiento da lugar a una fuerza que acta en el sentido axial que
debe ser contrarrestada, por lo que puedan ajustarse contra un segundo
rodamiento.
Los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular tienen un
resalte alto y otro bajo en cada aro, que permiten la incorporacin de un gran
nmero de bolas y que da al rodamiento una capacidad de carga relativamente
alta. Su ngulo de contacto es de 40 y por tanto, estos rodamientos son
adecuados para cargas axiales elevadas. Son de diseo no desmontable y
pueden funcionar a velocidades relativamente altas.
2.2.1.3.2. Rodamientos para Apareamiento Universal
Estos rodamientos estn especialmente fabricados de forma que cuando
se montan al azar uno junto a otro, se obtiene, sin emplear suplementos de
reglaje ni otros medios de ajuste, un juego axial predeterminado o un reparto
uniforme de la carga. El montaje por pareja se usa cuando la capacidad de
carga del rodamiento individual resulta inadecuada o cuando la disposicin de
rodamiento debe soportar cargas axiales en ambos sentidos.
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En una disposicin en tndem, las lneas de cargas son paralelas y las
cargas radial y axial se dividen por igual entre los dos rodamientos. La pareja
de rodamiento slo puede absorber las cargas axiales en un sentido, por lo que
generalmente se monta un tercer rodamiento contra ellos para soportar la
carga axial en sentido contrario.
2.2.1.3.3. Rodamientos de Rodillos Cilndricos
Los rodillos cilndricos hay de muchos tipos y tamao, siendo la mayora
de ellos de una sola hilera de rodillos con jaula; aunque tambin se fabrican de
una o dos hileras completamente llenos de rodillos y de rodillos cilndricos
cruzados. El programa de fabricacin incluye tambin de una y de dos hileras
de rodillos cilndricos de precisin para su aplicacin en mquinas-herramienta
y rodamientos de dos y o ms hileras de rodillos cilndricos para trenes de
laminacin y otras aplicaciones en la industria pesada.
Todos los rodamientos de rodillos cilndricos se fabrican con la ms
moderna tecnologa. La geometra del contacto entre los rodillos y los caminos
de rodadura ha sido ampliamente mejorada mediante la introduccin del perfil
logartmico que proporciona una ptima distribucin de la carga en el
rodamiento. Los acabados optimizados de las superficies favorecera formacin
de la pelcula de lubricante y el correcto movimiento de rodadura de los rodillos
cilndricos.
2.2.1.3.4. Rodamientos de Agujas
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Los rodamientos de agujas son de rodillos cilndricos cuyos rodillos se
caracterizan por ser finos y largos en relacin a su dimetro, por lo que se les
denomina agujas. A pesar de la seccin transversal tan pequea de estos
rodamientos, son particularmente adecuados para aquellas disposiciones en
las que se presenta un espacio radial limitado.
Las agujas tienen un perfil ligeramente bombeado hacia los extremos, lo
que da lugar a una lnea de contacto modificada entre las agujas y los caminos
de rodaduras que permite evitar los daos por cargas en los bordes.
2.2.2. RODAMIENTOS AXIALES
Los rodamientos axiales, son rodamientos que soportan cargas axiales de
empuje y pueden estar constituidos por bolas, rodillos cnicos, rodillos
cilndricos cortos o rodillos esfricos que ruedan en caminos esfricos y por
consiguiente son a rtula. Estos rodamientos pueden estar soportados
rgidamente, o bien uno de los aros puede estar soportado en un asiento
esfrico para que sea de autoalineacin.
Casi ningn rodamiento axial de empuje es capaz de soportar carga
radial, los que son capaces de hacerlo soportan cargas cuya magnitud es
mnima. En consecuencia, el diseo y la seleccin de tales cojinetes dependen
solo de la magnitud de la carga axial de empuje y de su vida til de diseo.
Estos rodamientos pueden ser de bolas con una hilera, de bolas con dos
hileras, de cilindros, de rodillos cnicos, de rodillos esfricos y ahusados.
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Se anexa el cuadro donde se plantea una comparacin entre los
rodamientos ms usados en la industria.
Comparacin de tipos de rodamientos
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Tipo de Rodamiento Capacidad De Carga Radial
Capacidad de Carga de Empuje
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Bola de una hilera Bola de dos hileras Contacto angular Cilndrico De aguja Esfrico Ahusado
Buena Excelente
Buena Excelente Excelente
Buena Excelente
Aceptable Buena
ExcelentePobrePobre
Aceptable / BuenaExcelente
Fuente: Shigley y Monhke (2003)
3. ASPECTOS GENERALES DE LOS RODAMIENTOS
El fin que debe cumplir un rodamiento es soportar una carga en tanto
permite el movimiento relativo entre dos piezas de una mquina. El tipo ms
comn de rodamiento soporta una flecha (eje) giratoria, que resiste cargas
radiales simples, cargas axiales o una combinacin de ambas, es decir, de
empuje. Algunos rodamientos estn diseados para soportar slo cargas de
empuje. Casi todos los rodamientos se emplean en aplicaciones o usos que
implican rotacin, pero algunos se utilizan en aplicaciones de movimiento lineal.
3.1. Componentes de un Rodamiento
Los componentes de un rodamiento en general son el anillo o pista de
rodamiento interno, el anillo o pista de rodamiento externo y las piezas
giratorias (bolas, rodillos, agujas). Por lo regular, el anillo exterior es fijo y se
sostiene mediante la carcasa de la mquina. El anillo interno es presionado
contra la flecha (eje) giratoria y por lo tanto gira junto con sta. As, las bolas
(rodillos) giran entre el anillo interno y el externo. La trayectoria de la carga es a
partir de la flecha, hacia el anillo interno, hacia las bolas (rodillos), hacia el
anillo externo, y por ltimo hacia la carcasa.
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La presencia de las bolas o rodillos permiten un giro muy suave, con baja
friccin de la flecha. El coeficiente de friccin tpico para un rodamiento en
general es entre 0,001 y 0,005 aproximadamente. La presencia de sellos,
lubricantes en exceso o cargas poco comunes hace que se incrementen estos
valores.
Partes principales de un rodamiento de bolas de una hilera
3.1.1. Anillos
Los anillos o aros interior y exterior de un rodamiento en general estn
hechos normalmente de acero SAE 52100, endurecido de 60 a 67 Rocrwell C.
Los anillos o aros se fabrican para propsitos especiales en materiales como
acero inoxidable, cermica y plsticos. Estos materiales se usan junto con los
distintos materiales para anillos en que la corrosin es un problema.
3.1.2. Elementos Rodantes
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Los elementos rodantes, bolas o rodillos, se hacen normalmente del
mismo material y tienen el mismo acabado que los anillos. Otros materiales
para elementos rodantes, como el acero inoxidable, cermica, monel y
plsticos, se usan junto con los distintos materiales para anillos en que la
corrosin es un problema.
3.1.3. Jaulas
Las jaulas, llamadas algunas veces separadores o retenes, se emplean
para proveer espacios entre los elementos rodantes. Las jaulas se
proporcionan en una amplia variedad de materiales y de construccin. Las
jaulas de acero prensado, de remaches o remachadas, son muy comunes. Las
jaulas slidas maquinadas se usan en donde se requieren mayores
resistencias o altas velocidades. Se fabrican de bronce o de materiales del tipo
plstico sinttico. A altas velocidades, el tipo sinttico trabaja ms
silenciosamente y con mnima friccin.
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4. DURACIN O VIDA TIL DE UN RODAMIENTO
Si un rodamiento se mantiene limpio y bien lubricado, se monta y se sella
contra la entrada de suciedad o polvo, se conserva en esta condicin y es
operado a temperaturas razonables, entonces la fatiga del material ser la
nica causa de falla. Puesto que esto corresponde a muchos millones de
aplicaciones de esfuerzo, se aplica a tal consideracin el trmino: duracin o
vida til del rodamiento.
La duracin o vida til de un rodamiento en particular, se define como el
nmero total de revoluciones, o el nmero de horas de giro a una velocidad
constante dada, de operacin del rodamiento para que se desarrolle el tipo de
falla considerado. En condiciones ideales, la falla por fatiga consistir en una
astilladura o descascarado de las superficies que soportan la carga. La norma
de la Anti-Friction Bearing Manufacturesr Association (AFBMA) indica que el
criterio de falla es la primera evidencia de aparicin de la fatiga. Sin embargo,
se observa que la duracin efectiva con frecuencia se usa como definicin de la
duracin de la fatiga. El criterio de falla utilizado por los laboratorios de la
compaa Timken es el descascarado o picadura en una zona de 0,01 pulg2.
Pero Timken seala que la vida til o efectiva puede extenderse
considerablemente ms all de este punto.
5. RELACIN ENTRE CARGA Y VIDA TIL
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No obstante, que para fabricarlos se utilicen aceros muy resistentes,
todos los rodamientos tienen una vida til limitada y en algn momento
presentan fallas por fatiga debido al considerable esfuerzo por contacto al que
se le somete. Sin embargo, como es obvio, cuando ms ligera sea la carga
ms prolongada ser su vida til y viceversa. La relacin entre carga, P, y vida
til, L, para rodamientos se puede establecer en los siguientes trminos de
acuerdo a la AFBMA:
L2 / L1 = (P1 / P2)K (3-1)
Donde: K=3,0 para rodamientos de bola y K=10/3 para rodamientos de
rodillos, L es vida, en millones de revoluciones u horas de trabajo a una
velocidad constante dada n (RPM).
La AFBMA ha establecido una designacin de carga estndar para
rodamientos en los cuales no interviene la velocidad. Esta designacin se llama
capacidad bsica de carga C. La capacidad bsica de carga se define como la
carga radial constante que puede soportar un rodamiento mientras cumple una
vida til especificada de un milln de revoluciones (L10).
6. SELECCIN DE RODAMIENTOS
6.1. SLO CON CARGA RADIAL
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La seleccin de un rodamiento toma en cuenta la capacidad de carga,
como se analiz, al igual que la geometra del rodamiento que asegurar que
puede instalarse en forma conveniente en la mquina. En primer lugar, se
consideran rodamientos no montados que slo soportan cargas radiales.
Despus, se considerarn rodamientos no montados que soportan una
combinacin de carga radial y carga de empuje. El trmino no montado se
refiere al caso en el que el responsable del diseo debe prever la aplicacin
correcta del rodamiento en el eje o flecha y dentro de la carcasa.
Por lo general, el rodamiento se selecciona una vez que el diseo de la
flecha ha avanzado hasta el punto en el que se ha calculado el dimetro
mnimo que se necesita para la flecha.
6.1.1. Proceso de Seleccin de los Rodamientos
1. Especifique la carga de diseo o equivalente en el rodamiento. El
mtodo para calcular la carga equivalente cuando slo se aplica una carga
radial, Fr, toma en cuenta cul de las dos pistas de bolas, externa o interna, es
la que gira.
Fe = V * Fr (3-7)
Al factor V se le llama factor de rotacin y toma en cuenta el valor de 1.0
si la pista de rodamientos interna es la que gira, el caso ms comn. Si la pista
de rodamientos externa gira, utilice V = 1.2.
2. Calcule el dimetro mnimo aceptable de la flecha que limitar el
tamao del dimetro interno del cojinete.
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3. Seleccione el tipo de cojinete, utilizando el cuadro como parmetro.
Tipo de Rodamiento Capacidad De Carga Radial
Capacidad de Carga de Empuje
Bola de una hilera Bola de dos hileras Contacto angular Cilndrico De aguja Esfrico Ahusado
Buena Excelente
Buena Excelente Excelente
Buena Excelente
Aceptable Buena
ExcelentePobrePobre
Aceptable / BuenaExcelente
Fuente: Shigley y Monhke (2003)
4. Especifique la vida de diseo del cojinete, utilizando el cuadro
siguiente.
Vida til de diseo recomendada para rodamientosUso Vida til de diseo
L10, hAparatos domsticosMotores para avionesAutomotriz Equipo agrcolaElevadores, ventiladores industriales, engrantes de uso mltipleMotores elctricos, ventiladores industriales con tolva, mquinas industriales en generalBombas y compresoresEquipo crtico en operacin continua las 24 horas
1.000-2.0001.000-4.0001.500-5.0003.000-6.000
8.000-15.000
20.000-30.00040.000-60.000
100.000-200.000Fuente: Shigley y Moshke (2003)
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5. Determine el factor de velocidad y el factor de vida til, si dispone de
tales tablas para el tipo de cojinete que se seleccion. Se usar la siguiente
figura.
6. Calcule la especificacin bsica de carga dinmica que se requiere, C,
a partir de la ecuacin (3-1), (3-3) o (3-4).
7. Identifique un conjunto de cojinetes potenciales que tengan la
especificacin bsica de carga dinmica que se necesita.
8. Seleccione el cojinete que tenga la geometra ms conveniente,
considerando tambin costo y disponibilidad.
9. Determine las condiciones de montaje, como dimetro del asiento en la
flecha y tolerancia, dimetro interior de la carcasa y tolerancia, medios para
ubicar axialmente el cojinete y necesidades especiales como sellos o guardas.
6.2. CARGAS COMBIANADAS (RADIAL Y EMPUJE)
6.2.1. Rodamientos de Bolas y Rodamientos de Rodillos Cilndricos
30
-
Cuando sobre un rodamiento se ejercen cargas radiales y de empuje, la
carga equivalente es la carga radial constante que generara la misma vida til
especificada para el cojinete que la carga combinada. El mtodo para calcular
la carga equivalente Fe, lo establece la AFBMA y adopta la forma de:
Fe = V * X * Fr + Y * Fa (3-8)
Donde:
Fe = Carga equivalente.
V = factor de rotacin (como se define).
Fr = Carga radial aplicada.
Fa = Carga de empuje aplicada.
X = Factor radial.
Y = Factor de empuje.
31
-
Los valores de X y Y varan en funcin del diseo especfico del
rodamiento y de la magnitud de la carga radial en relacin a la carga de
empuje. Para cargas de empuje relativamente pequeas, X=1 y Y=0, por tanto,
la ecuacin de carga equivalente se revierte a la forma de la ecuacin (3-7)
para cargas radiales puras. Para indicar la carga de empuje lmite,-para la cual
este es el caso, los fabricantes indican un factor al que le llaman e. Si la
relacin es Fa/Fr > e, se debe utilizar la ecuacin (3-8) para calcular Fe. Si es
Fa/Fr < e, se emplea la ecuacin (3-7). El cuadro 3-2 muestra un conjunto de
datos para un rodamiento de bolas de hilera nica, ranura profunda. Observe
que tanto e como Y dependen de la relacin Fa/Co donde Co es la
especificacin bsica de carga esttica para un rodamiento en particular. Esto
presenta dificultades porque el valor de Co no se conoce hasta que se ha
seleccionado el rodamiento. Por consiguiente, se aplica un mtodo sencillo de
ensayo y error. Si a un rodamiento se le aplica una carga de empuje
significativa junto con una carga radial, realice los pasos siguientes:
1. Suponga un valor de Y a partir del cuadro 3-2. El valor Y=1.50 resulta
razonable, ya que est a la mitad del rango de valores posibles.
2. Calcule Fe = V . X . Fr + Y . Fa.
3. Calcule la especificacin bsica de carga dinmica, C, que se necesita,
a partir de la ecuacin (3-1), (3-3) o (3-4).
4. Seleccione un cojinete potencial que tenga un valor de C cuando
menos igual al valor que se requiere.
5. Calcule Co para el cojinete que se seleccion.
32
-
6. Calcule Fa / Co.
7. Determine e, a partir del cuadro de factores radiales y de empuje.
Factores radiales y de empuje para cojinetes de hilera nica, ranura profunda
33
-
Fa/Co eFa/Fr e Fa/Fr > e
Xi Y1 X2 Y2
34
-
0.014*0.0210.0280.0420.0560.0700.0840.1100.170.280.420.56
0.190.210.220.240.260.270.280.300.340.380.420.44
1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.00
000000000000
0.560.560.560.560.560.560.560.560.560.560.560.56
2.302.151.991.851.711.631.551.451.311.151.041.00
35
-
(*) Utilice 0.014 si Fa/Co < 0.014
8. Si Fa/Fr > e, calcule entonces Y a partir del cuadro de Factores radiales
y de empuje.
9. Si el nuevo valor de Y es distinto al que se supuso en el paso 1, repita
el proceso.
10. Si Fa/Fr < e, utilice la ecuacin (3-7) para calcular Fe y proceda igual
que lo hara para una carga radial simple.
Otro mtodo usado para seleccionar rodamientos con cargas radiales y
(de empuje) es el establecido por la empresa SKF.
Cuando una componente axial de carga est presente en adicin a la
radial, la carga radial equivalente P es el mayor de los valores dados por las
dos ecuaciones siguientes:
P= V1 Fr (3-8a)
P= XV1 Fr + YFa (3-8b)
Donde:
Fr= Componente radial de carga.
Fa= Componente axial de carga.
X = Factor radial del cuadro 3-1a.
Y= Factor axial o de empuje del cuadro 3-1a, determinado del valor de
Fa/iZD2.
36
-
V1= Factor de rotacin en el anillo gua, igual a la unidad para rotacin del
anillo interior y 1.2 para rotacin del anillo exterior.
Las ecuaciones (3-8a) y (3-8b) se aplican a cojinetes de contacto radial y
angular pero no a cojinetes con ranura de relleno.
Un factor C1 de servicio puede insertarse en las ecuaciones (3-8a) y (3-
8b) para tomar en cuenta cualquier condicin de impacto a que pueda estar
sometido el cojinete.
P= C1 V1 Fr (3-8c)
P= C1 (XV1 Fr + YFa) (3-8d)
Los valores de C1 dependen del juicio y experiencia del diseador, pero el
cuadro siguiente puede servir como gua.
Factor de Choque e Impacto
37
-
Tipo de Carga C1
38
-
Constante o permanenteChoques ligerosChoques moderadosChoques fuertes
1.01.52.0
3.0 y mayor
39
-
La carga de impacto sobre un cojinete no debe exceder la capacidad
esttica dada en la tabla A-5, ya que de otra manera el anillo gua puede
daarse por brinelacin de las bolas. Esta carga puede excederse un poco si el
cojinete est girando y la duracin de la carga es suficiente para que el cojinete
efecte una o ms revoluciones completas mientras acta la carga.
6.2.2. Rodamientos Ahusados Cnicos y de Rodillos
La figura 3-2 muestra dos rodamientos ahusados que soportan una flecha
con una combinacin de carga radial y axial. El diseo del eje (flecha) es tal
que a la carga de empuje se le opone el rodamiento del lado izquierdo. Sin
embargo, una caracterstica peculiar de este tipo de rodamiento consiste en
que una carga radial en uno de los rodamientos origina tambin un empuje en
el rodamiento del lado opuesto; al analizar el rodamiento hay que tomar en
cuenta esta caracterstica.
Es necesario, asimismo, determinar con cuidado donde tiene lugar la
reaccin radial. La parte (b) de la figura siguiente muestra una dimensin a
que se encuentra mediante la interseccin de una lnea perpendicular al eje del
rodamiento y a la lnea central del eje. La reaccin radial en el rodamiento
acta a lo largo de este punto. La distancia a se reporta en la tabla de datos
correspondientes a los rodamientos.
A continuacin, se presenta una figura, donde se muestra la instalacin
de rodamientos ahusados.
40
-
Ejemplo de instalacin de rodamientos ahusados.
La Anti-Friction Bearnings Manufacturers Association (AFBMA, Asociacin
de Fabricantes de Rodamientos Antifriccin) sugiere el mtodo siguiente para
calcular cargas equivalentes en un rodamiento de rodamientos ahusados.
FeA = 0.4FrA + 0.5 YA/YB FrB + YATA (3-9)
FeB = FrB
Donde:
FeA = carga radial equivalente en el rodamiento A.
FeB = Carga radial equivalente en el rodamiento B.
FrA = Carga radial aplicada en el rodamiento A.
FrB = Carga radial aplicada en el rodamiento B.
TA = Carga de empuje en el rodamiento A.
YA = Factor de empuje para el rodamiento A a partir de tablas.
YB = Factor de empuje para el rodamiento B a partir de tablas.
de carga radial
de cargade empuje
(c) Detalles de los rodamientos(a) Carga y soporte de la flecha
41
-
El cuadro a continuacin muestra un conjunto abreviado de datos
provenientes de un catlogo para ilustrar el mtodo para calcular cargas
equivalentes.
Para los varios cientos de diseos de cojinetes de rodamientos ahusados
disponibles en el mercado, el valor de empuje vara desde un valor tan bajo
como 1.07 hasta uno tan alto como 2.26. En problemas de diseo, por lo
general, es necesario utilizar un procedimiento de ensayo y error.
Datos para los rodamientos ahusados y cnicos.
42
-
Dimetro Interno
Dimetro Externo
Espesor o Ancho a
Factor de empuje, Y
Especificacin Bsica en
cuanto a carga
dinmica, C
43
-
1.000 01.500 01.750 02.000 02.500 03.000 03.500 0
2.500 03.000 04.000 04.375 05.000 06.000 06.375 0
0.812 50.937 51.250 01.500 01.437 51.625 01.875 0
0.5830.6900.9700.9751.1001.3201.430
1.711.981.502.021.651.471.76
8 370 12 80021 40026 20029 30039 70047 700
Nota: Dimensiones en pulgadas. Carga C en libras para una vida til L10 de un milln de revoluciones
Al utilizar las ecuaciones para cargas equivalentes correspondientes a
rodamientos ahusados hay que observar una recomendacin. Si, a partir de la
ecuacin (3-9), la carga equivalente en el cojinete A es menor que la carga
radial aplicada, tendrn que utilizarse las ecuaciones siguientes:
Si FrA < FrA, entonces sea FeA = FrA y calcule FeB.
FeB = 0.4 FrB + 0.5 YB/YA FrA YBTA (3-11)
Para cojinetes de bola de contacto angular, en los que el diseo de las
pistas o pistas de rodamientos da por resultado una trayectoria de carga similar
a la de los rodamientos de rodamientos ahusados, se utiliza un anlisis similar.
7. MATERIALES Y ACABADOS
La carga en un rodamiento se ejerce sobre un rea reducida. Los
esfuerzos que se producen por contacto son considerables, sin que importe el
tipo de rodamiento. Los esfuerzos por contacto de 300.000 psi no son raros en
los rodamientos disponibles en el mercado. Para soportar estos altos
esfuerzos, las bolas, los anillos y las jaulas se fabrican de acero muy duro y
resistente o de cermica que presente las mismas caractersticas.
44
-
El material que ms se utiliza para fabricar rodamientos es el acero AISI
52100 que tiene alto contenido de carbono, entre 0,95% y 1.10%, junto con
cromo, de 1.30% a 1.60%, 0.25% a 0.45% de manganeso, 0.20% a 0.35% de
silicio y otros elementos de aleacin en cantidades mnimas pero controladas.
Las impurezas se reducen al mnimo con todo cuidado para obtener un acero
en extremo limpio. El material se endurece en la superficie en un rango de 58 a
65 en la escala Rockwell C para darle la capacidad de resistir un alto esfuerzo
debido al contacto.
El acero de herramientas se utiliza algunas veces para rodamientos, en
particular M1 y M50, ya que puede permitir que aumente su temperatura hasta
alrededor de 540 C sin que pierda demasiada dureza. Los metales no frricos
se utilizan para rodamientos por alguna determinada razn; tambin se fabrican
rodamientos de bolas en plstico fenolticos (y de otros plsticos, como nylon,
tefln). El vidrio tiene alguna aplicacin para bolas; y en condiciones de
temperatura excepcionalmente elevada el material Pyroceran es muy
prometedor. Si las piezas son de diferentes materiales, los coeficientes de
dilatacin trmica adquieren importancia con respecto a los juegos u holguras.
El endurecimiento en la superficie mediante carburizacin se emplea con
aceros como AISI 3310, 4620 y 8620 para obtener la alta dureza superficial que
se necesita en tanto se mantiene el ncleo duro y resistente.
45
-
En algunos rodamientos que se someten a cargas ms ligeras o en un
entorno corrosivo se utilizan piezas de acero inoxidable AISI 440C. Las piezas
giratorias y otros componentes pueden fabricarse de materiales cermicos
como nitruro de silicio (Si3 N4). En tanto, que su costo es mayor que el del
acero, las cermicas ofrecen ventajas importantes, tales como, escaso peso,
alta resistencia y alta capacidad trmica hacen que se prefieran para usarlos en
motores aeroespaciales, la industria militar y otras aplicaciones demandantes
(Ver cuadro No.2-2)
Es importante destacar que los dimetros de los elementos giratorios en
un determinado rodamiento sean muy aproximadamente los mismos, es decir,
con una tolerancia de 1,27 a 2,54 micras (50 a 100 micropulgadas), e incluso
menor para aplicaciones de gran exactitud; como en instrumentos y
circunstancias de alta velocidad. Cuando existe una diferencia de dimensiones,
la carga no est bien distribuida entre los elementos y los mayores soportan
esfuerzos excesivos. El acabado de la superficie es el ms uniforme o liso
posible para procesos comerciales.
Propiedades Fsicas de los Materiales de los Rodamientos
46
-
Propiedades Fsicas
Materiales
Cermicos (Si3 N4)
Acero52100
Acero Inox.440 C
Acero Herramienta
M50Dureza a temp. Ambiente (HRC) 78 62 60 64Mdulo de elasticidad a temp. Ambiente 106 psi 45 30 29 28Temperatura mxima de operacin
1.200C2.200F
180C360F
260C500F
320C600F
47
-
Densidad (grm/cm3) 3,2 7,8 7,8 7,6Fuente: Norton, Robert (2004)
8. ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE EL MONTAJE, OPERACIN Y
MANTENIMIENTO DE RODAMIENTOS
En esta seccin se analiza la lubricacin de rodamientos, su montaje,
carga previa, rigidez, operacin ante cargas variables, sellado, velocidad lmite,
tipos de tolerancias y sugerencias para obtener una vida til prolongada en los
rodamientos.
8.1. LUBRICACIN
Las funciones de la lubricacin en una unidad de rodamiento son las que
se indican enseguida:
1. Proporcionar una pelcula de baja friccin entre las piezas giratorias y
las pistas del rodamiento y en los puntos en que hay contacto con jaulas,
superficies de gua, sujetadores y dems.
2. Proteger a los componentes del rodamiento en contra de la corrosin.
3. Contribuir a que se disipe el calor de la unidad del rodamiento.
4. Ayudar a dispensar las sustancias contaminantes y la humedad de los
rodamientos.
48
-
Los rodamientos de contacto giratorio casi siempre se lubrican con aceite,
o bien, mediante grasa. Bajo temperaturas ambiente normales
(aproximadamente 21 C [70C]) y velocidades relativamente bajas, de menos
de 500 rpm, la grasa es aceptable. A velocidades o temperaturas ambiente
ms altas, se requiere utilizar lubricacin por un flujo continuo de aceite, quiz
sea necesario enfriar el aceite en forma externa.
Los aceites que se utilizan en la lubricacin de rodamientos son, en
general, puros, minerales, y estables. En condiciones en las que las
velocidades son ms bajas y las cargas ms ligeras, se utiliza aceite menos
denso. Ante cargas ms pesadas y velocidades ms altas o una combinacin
de ambos factores, se utilizan aceites ms pesados, hasta SAE 30. Un lmite
superior recomendable en cuanto a temperatura del lubricante es 160F. La
seleccin del aceite o grasa indicada depende de muchos factores, por
consiguiente, es necesario analizar cada aplicacin con el fabricante del
rodamiento. En general, una viscosidad de entre 70 y 100 SUS (Saybolt
Universal Seconds) debe mantenerse a la temperatura de operacin del
lubricante en el rodamiento.
49
-
En algunas aplicaciones crticas, como el uso de rodamiento en turbinas y
dispositivos de muy alta velocidad, el aceite lubricante es bombeado a presin
hacia una carcasa cerrada en la que se aloja el rodamiento donde el aceite es
dirigido hacia los propios elementos giratorios. Tambin se proporciona una
trayectoria controlada de regreso. Se le da seguimiento a la temperatura del
aceite en el colector y se controla mediante intercambiadores de calor o
refrigeracin para mantener la viscosidad del aceite dentro de lmites
aceptables. Tales sistemas ofrecen una lubricacin confiable y aseguran que
se elimine el calor en los rodamientos.
Las grasas que se emplean en rodamiento son mezclas de aceites
lubricantes y agentes que los hacen ms espesos, por lo regular detergentes
como litio o bario. Los detergentes actan como conductores para el aceite que
se extrae en el punto en que se necesita dentro del rodamiento. A veces se
agregan aditivos que evitan la corrosin o la oxidacin del propio aceite. En las
clasificaciones de las grasas se especifican temperaturas de operacin a las
que se sometern stas, segn las define la AFBMA y que se describen a
continuacin:
50
-
Grupo Tipo de GrasaTango de
Temperaturas de Operacin (F)
51
-
IIIIIIIVV
De uso general Para alta temperatura Para temperatura media Para baja temperatura Para temperatura en extremo alto
-40-2500-300
32-200-67-225
hasta 540
52
-
Fuente: AFBMA (Asociacin de Fabricantes de Rodamientos Antifriccin).
8.2. MONTAJE
Hasta ahora, en la seleccin de un rodamiento para un uso en particular,
se han considerado la capacidad para soportar carga de los rodamientos y el
dimetro interior. Si bien los anteriores son los parmetros ms crticos, en el
uso exitoso de un rodamiento hay que tomar en cuenta su montaje correcto.
Los rodamientos son elementos mecnicos de precisin. Es necesario ejercer
extremo cuidado en su manejo, instalacin y lubricacin.
Las consideraciones ms importantes al montar un rodamiento, son las
siguientes:
El dimetro del asiento en la flecha y tolerancia respectivas.
El dimetro interno de la carcasa y sus tolerancias correspondientes.
El dimetro del hombro en la flecha contra el cual se ubicar la pista de
rodamientos interna del rodamiento.
El dimetro del hombro en la flecha que se prev para ubicar la pista de
rodamientos externa.
El radio de los chaflanes en la base de la flecha y de los hombros en la
flecha.
Los medios a que se recurre para mantener el rodamiento en su sitio.
53
-
En una instalacin tpica, el dimetro interior del rodamiento hace una
ligera interferencia de ajuste en la flecha, y el dimetro exterior de la pista de
rodamientos externa hace un ajuste de esparcimiento muy justo en el dimetro
interno de la carcasa. Para asegurar una operacin y vida til adecuada, las
dimensiones de montaje deben ser controladas en funcin de una tolerancia de
slo unos cuantos milsimos de pulgadas. Casi todos los catlogos especifican
las dimensiones lmites tanto para el dimetro del asiento en la flecha como
para el dimetro interno de la carcasa.
A su vez, el catlogo especificar los dimetros de hombro que se desean
para la flecha y la carcasa los cuales proporcionarn una superficie segura
contra la cual se coloca el rodamiento, en tanto se asegura que la flecha slo
estar en contacto con la pista de rodamientos interna y el chafln de la
carcasa slo estar en contacto con la pista de rodamientos externa. La tabla
A-1 incluye estos valores (Ver Anexos).
El radio de chafln que se especifica en el catlogo es el radio mximo
permisible en la flecha y en la carcasa que dejar libre el radio externo en las
pistas del rodamiento. Utilizar un radio en extremo grande no permitir que el
rodamiento asiente en forma ajustada contra el hombro. Desde luego, el radio
real del chafln debe hacerse lo ms grande posible hasta un mximo para
reducir al mnimo la concentracin de tensiones en el hombro.
54
-
Los rodamientos pueden retenerse en sentido axial mediante muchos
mtodos. Tres de los mtodos ms comunes emplean anillos de retencin o
sujecin, casquetes en los extremos y tuercas de seguridad. La figura 1 ilustra
una disposicin posible. Observe que, en el caso del rodamiento del lado
izquierdo, el dimetro de la flecha es un poco ms pequeo a la izquierda del
asiento del rodamiento. Esto permite que el rodamiento se deslice con
suavidad a lo largo de la flecha hasta el lugar en el que debe ser presionado. El
anillo de sujecin para la pista de rodamientos externa se puede incorporar
como parte de la pista de rodamientos externa y no como una pieza separada.
El rodamiento del lado derecho se mantiene en la flecha con una tuerca
de seguridad roscada que se atornilla en el extremo de la flecha. Para el diseo
de tuercas de seguridad estndar vase la figura 2. La lengeta interna en la
roldada de seguridad entra en una ranura en la flecha, y una de las lengetas
externas se dobla hasta entrar en una ranura en la tuerca despus que esta
ltima asienta para evitar que la tuerca retroceda. El casquete exterior no slo
protege al cojinete sino tambin retiene la pista de rodamientos externa en su
sitio.
Hay que tener cuidado para asegurar que los rodamientos no se fuercen
demasiado. Si ambos rodamientos se mantienen apretados, cualquier cambio
en dimensiones debido a expansin trmica o a la acumulacin de tolerancias
no favorables provocar que los rodamientos se traben y puede conducir a que
se presenten cargas inesperadamente peligrosas en los rodamientos. Es
pertinente darle a un rodamiento ubicacin total en tanto se permite que el otro
flote en forma axial.
55
-
Figura 1. Ilustracin del montaje de cojinetes
Figura 2. Tuerca y roldana de seguridad para sujetar cojinetes (SKF Industries, Inc., King of Prusia, Pa).
Cojinetee
Tuerca de Seguridad SeSeguridad
(a)
Cojinete
Rodana de Seguridad
Tacrea deSeguridadd
(b)B B+L+T
(c)Tuerca de Seguridad Roldana de Seguridad
56
-
8.3. PRECARGA (CARGA PREVIA)
El objeto de la precarga es eliminar la holgura interna que se tiene
comnmente en los rodamientos a fin de aumentar la duracin a la fatiga, y
disminuir la pendiente o inclinacin del eje en el rodamiento. La figura 4-3
muestra un cojinete tpico en que la holgura se ha exagerado para lograr mayor
claridad.
La precarga de cojinetes de rodillos cilndricos puede obtenerse por:
1. Montaje del rodamiento en un eje o manguito cnico para expandir al
aro interior.
2. Utilizacin de un ajuste de interferencia para el aro exterior.
3. Uso de un rodamiento con el aro exterior precontrado sobre los
rodillos.
57
-
Espacio libre en un rodamiento de la clase off-the-shelf; se muestra exagerado para mayor claridad
En ejes horizontales, casi siempre se utilizan resortes a los que a veces
se les da ajustes axiales de la deflexin de resorte para ajustar la cantidad de
carga previa. Cuando existen limitaciones de espacio, se sugiere utilizar
roldadas Belleville, ya que proporcionan fuerzas muy considerables con
deflexiones mnimas. Se pueden utilizar calzas para ajustar la deflexin real y
la precarga que se obtiene. En ejes verticales el peso del ensamble del eje
quizs sea suficiente para proporcionar la precarga necesaria.
8.4. ALINEAMIENTO
Con base en la experiencia general con los rodamientos; como se
expresa en los catlogos de los fabricantes, el desalineamiento permisible en
los rodamientos de rodillos cnicos y de rodillos cilndricos se limita a 0.001
rad. Con rodamiento de bolas esfricos, el desalineamiento no debe exceder
de 0.0087 rad. Pero en el caso de rodamiento de bolas con ranura profunda, el
intervalo permisible de desalineamiento es de 0.0035 a 0.0047 rad.
Espacio Libre
58
-
La duracin de un rodamiento disminuye significativamente cuando se
exceden los lmites del desalineamiento permisible. La figura 4-4 indica que hay
aproximadamente 20% de prdida en la duracin o vida por cada 0.001 rad de
la inclinacin o pendiente del eje neutro ms all de 0.001 rad.
Asimismo, si existe cualquier grado de desalineamiento, es buena
prctica proporcionar un factor de seguridad aproximadamente igual a 2 para
tener en cuenta posibles incrementos durante el montaje.
Efecto del desalineamiento sobre la vida til de cojinetes de contacto de lnea
8.5. SELLOS
Para evitar la entrada de polvo y materias extraas y retener el lubricante,
el montaje de un rodamiento debe incluir un sello. Los tres tipos principales de
sellado son con sello de fieltro, con sello comercial y con sello de laberinto
(Figura 4).
0.001 0.002 0.003 0.004 0.005Desalineamiento, rad
00
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Fraccin de vida del cojinete
59
-
Los sellos de fieltro pueden usarse en la lubricacin por grasa cuando las
velocidades son bajas. Las superficies en roce o frotamiento deben tener un
alto pulimento. Los sellos de fieltro deben protegerse contra el polvo y la
suciedad colocndolos en ranuras maquinadas o utilizando piezas estampadas
de metal como broqueles o cubiertas.
El sello comercial es un dispositivo que consta del elemento de
frotamiento y, generalmente, un respaldo de resorte que est retenido por una
cubierta de lmina metlica. Estos sellos, por lo general, se colocan por ajuste
a presin dentro de un hueco ensanchado en la cubierta del rodamiento.
Puesto que desarrollan la accin de sellado por roce, no deben ser utilizados
en aplicaciones de alta velocidad.
El sello de laberinto es especialmente eficaz para aplicaciones de alta
velocidad y puede emplearse con aceite o grasa. Algunas veces se usa con
aditamentos. Por lo menos deben emplearse tres ranuras y stas deben
hacerse en el hueco del cojinete o en su parte exterior. La holgura puede
fluctuarse entre 0.010 y 0.040 in, segn la velocidad y la temperatura.
Figura 4. Tipos de sellado tpicos. (Cortesa de New Departure-Hyatt Division, General Motors Corporation)
(a) Sellos de fieltro (b) Sello comercial (c) Sello de laberinto
60
-
8.6. RIGIDEZ
La rigidez es la deflexin que sufre un rodamiento en particular cuando
soporta una carga especfica. Por lo regular, la rigidez radial es muy importante
porque afecta el comportamiento dinmico del sistema del eje giratorio. En
trminos generales, cuando ms blando sea el rodamiento (baja rigidez),
menor ser la velocidad crtica del ensamble del eje. La rigidez se mide en las
unidades que se utilizan para resortes, como libras por pulgadas o newton por
milmetro. Desde luego, los valores de rigidez son muy considerables, entre
500.000 y 1.000.000 Lbs/Pulg., resultan razonables. Cuando se requiera
informacin de este tipo, hay que consultar con el fabricante, ya que rara vez
se incluye en los catlogos estndar.
8.7. VELOCIDADES LMITE
61
-
Casi todos los catlogos incluyen velocidades lmite para cada
rodamiento. El exceder estos lmites puede dar por resultado temperaturas de
operacin excesivamente altas debido a la friccin entre las jaulas que
soportan a las piezas que giran. Por lo general, la velocidad lmite es ms baja
para rodamientos grandes que para los pequeos. Adems, un rodamiento en
particular tendr una velocidad lmite ms baja conforme se incrementan las
cargas. Si se ejerce especial cuidado, ya sea en la fabricacin de la jaula del
rodamiento o bien en su lubricacin, los rodamientos son capaces de operar a
velocidades ms altas que aquellas que se enumeran en el catlogo. Para tales
aplicaciones hay que consultar al fabricante. Utilizar piezas giratorias de
cermica cuya masa es ms reducida quiz d por resultado velocidades lmite
ms altas.
8.8. TOLERANCIAS
En la industria de los rodamientos se reconocen diferentes tipos de
tolerancias para adaptarlas a las necesidades de la amplia variedad de equipos
en los que se emplean rodamientos giratorios de contacto. En general, todos
los rodamientos son piezas de maquinaria de precisin y deben considerarse
como tales. Como se seal antes, el rango general de tolerancias es del orden
de unas cuantas diezmilsimas de pulgada. Los tipos estndar de tolerancias
se definen mediante ABEC, como se identifica enseguida.
ABEC 1: Rodamientos de bolas radiales estndar y de rodamientos o
giratorios.
62
-
ABEC 2: Rodamientos de rodamientos para instrumentos de
semiprecisin.
ABEC 5: Rodamientos de bolas radiales y de rodamientos de precisin.
ABEC 5P: Rodamientos de bolas para instrumentos de precisin.
ABEC 7: Rodamientos de bolas radiales de alta precisin.
ABEC 7P: Rodamientos para instrumentos de alta precisin.
En casi todos los usos se utilizan tolerancias ABEC 1, acerca de las
cuales los catlogos casi siempre incluyen informacin. Para los vstagos o
mandriles de herramientas mecnicas, que por lo general necesitan
rodamientos extrasuaves y precisos se usan los tipos ABEC 5 o ABEC 7.
63
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CONCLUSIONES
Con la realizacin del trabajo, concluimos diferentes aspectos:
El rodamiento industrial es un elemento mecnico diseado para aliviar
considerablemente la friccin en los puntos de movimientos rotacionales
Existe una gran variedad de rodamientos que se clasifican dependiendo
del tipo de aplicacin que se le va a dar.
Existe una nomenclatura, con los tipos de rodamientos y sus debidas
especificaciones.
Algunas fallas producidas se deben a la mala utilizacin o poco
mantenimiento de los rodamientos.
Es importante realizar mantenimiento preventivo en los rodamientos, ya
que, una falla puede conllevar a un gasto econmico fuerte. Por eso, se
deben tomar en cuenta los factores que influyen en el rodamiento como
la lubricacin, alineamiento, montaje, entre otras.
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BIBLIOGRAFA
Rivera, Jess, Principios y lineamientos para la seleccin de
rodamientos industriales, Maracaibo, Venezuela, 2008.
Spotts y Shoups, Elementos de mquinas, editorial prentice hall.
Sptima edicin (2005)
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ANEXOSA continuacin se muestran las tablas mencionadas en el desarrollo del trabajo,
en el siguiente orden:
1. Tabla A-1 (datos para la seleccin de cojinetes bola, de hilera nica,
ranura profunda)
2. Tabla A-2 (The Timken Company Bearning Selection Handbook, edicin
revisada de 1986)
3. Tabla A-3 (Dimensiones y capacidades de carga para cojinetes de bolas
con una sola fija, serie 02, de cojinetes de contacto angular y ranura
profunda)
4. Tabla A-4 (Dimensiones y capacidades de carga bsica para cojinetes
de rodillos cilndricos)
5. Tabla A-5 (Dimensiones y clasificaciones por carga bsica para cojinetes
de bolas tipo Conrad de una sola hilera radial)
6. Identificacin de rodamientos SKF
7. Tipos de rodamientos
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