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

1

INDICE

2

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

3

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

4

8.1. Lubricacin8.2. Montaje8.3. Precarga (carga previa)8.4. Alineamiento8.5. Sellos8.6. Rigidez8.7. Velocidades lmite8.8. Tolerancias

ConclusionesBibliografaAnexos

5

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

8

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).

9

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)

10

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.

11

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

12

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.

13

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.

20

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

22

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.

25

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)

29

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

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.

64

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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