RODAMIENTOS ANTIFRICCION
Principios De Diseño Y Utilizacion
INTRODUCCION
Los rodamientos han sido utilizados desde el inicio de la humanidad.
Su función principal es permitir el movimiento relativo entre las piezas reduciendo así la fricción entre ellas.
FRICCION
FUERZA QUE SE OPONE AL MOVIMIENTO
La fricción por rodadura es menor que la fricción por deslizamiento
FRICCION POR DESLIZAMIENTO
FRICCION POR RODADURA
Dado a que la fricción por rodadura des menor que la fricción por deslizamiento, los rodamientos anti fricción se basan en este principio.
TIPOS
DE BOLAS
DE RODILLOS
RANURA PROFUNDA
DE CONTACTO ANGULAR
CON SELLO
AUTO ALINEABLES
DOBLE HILERA
AUTO ALINEABLES
DE EMPUJE O CARGA AXIAL
DE EMPUJE AUTO ALINEABLE
CILINDRICOS
ESFERICOS DE EMPUJE
CONOCOS DE EMPUJE
AGUJA
CONOCOS ORDINARIOS
CONICOS DE CONTACTO ANGULAR
UNA CARA
AMBAS CARAS
METALICO
HULE
FABRICANTES(EN EL MERCADO LOCAL)
SKF
TIMKEN
FAG
PHAFFNIR
NTN
KOYO
CARACTERISTICAS FISICAS
DIAMETRO INTERIORDIAMETRO EXTERIORANCHO HOLGURA
CARACTERISTICAS MECANICAS
CARGAVELOCIDADTEMPERATURAMEDIO AMBIENTEVIDA UTIL
SELECCION
EL DISEÑADOR DEBE ESPECIFICARLO TOMANDO EN CUENTA LA CARGA Y LAS CONDICIONES DE TRABAJO
ELEMENTOS
1. Cuna interior
2. Cuna exterior
3. Elementos rodantes
4. Canasta
CUNA INTERIOR
Esta es la menor de los dos anillos y toma este nombre por la posición que ocupa. Tiene un canal en su exterior, el cual sirve de guía para los elementos rodantes. La superficie de esta guía esta altamente pulida y tiene un acabado “espejo”. La cuna interior se monta sobre la flecha y generalmente está sujeta a movimiento
CUNA EXTERIOR
La cuna exterior tiene la canal en su interior. Su superficie está igualmente pulida. Este anillo, generalmente está montado sobre la carcaza y permanece estacionario.
ELEMENTOS RODANTES
Son los que permiten el movimiento. Sus características físicas se controlan con tolerancias de una micra. (1/1,000.000 de pulgada)
CANASTA
Esta permite mantener los elementos rodantes en su lugar, la separación entre ellos y su movimiento a lo largo de las cunas
ELEMENTOS RODANTES
Los elementos rodantes tienen formas geométricas
El más común de todos es la esfera (bola)
El rodamiento toma el nombre del elemento rodanteCOJINETE DE BOLAS
CILINDRICO
El cojinete cilíndrico tiene una mayor capacidad de carga.
En un cojinete de bolas, la carga se aplica en un punto
En un cojinete cilíndrico, esto se hace sobre una línea.
AGUJASCONICOS
ESFERICOS
TOLERANCIAS
Todos los rodamientos antifricción están diseñados y construidos bajo un estricto control de calidad.
La ABMA (Asociación americana de fabricantes de rodamientos) e ISO (Organización de estándares internacionales) tienen definidos los estándares para la fabricación de rodamientos
TIPOS DE CARGAS
Cuando una maquina se encuentra en operación, los rodamientos se ven sometidos a diferentes tipos de cargas
radial axial
CARGAS
Radiales Son las que se presentan en el plano perpendicular al eje de rotación
de la flecha
Axiales Se presentan paralelas al eje de rotación de la flecha
Combinadas Cuando por el tipo de movimiento, se presentan ambos tipos de
cargas
VIDA UTIL
La vida útil de los rodamientos depende de varios factores:
CargaVelocidadTipo de rodamiento
Los fabricantes estiman la vida útil de los rodamientos utilizando un prueba estándar y se define como L - 10
L – 10 se refiere a que el 90% de los rodamientos alcanzaran el tiempo de diseño (horas de uso) o lo excederán
Existen otros factores que afectan el desempeño de los rodamientos y tienen un impacto significativo en la vida útil de ellos.
Temperatura
Medio ambiente de trabajo
Lubricación
Montaje y mantenimiento no apropiados Contaminación Desalineación Deformación
Se ha estimado que el 95% de fallas prematuras de los rodamientos se deben a alguno de estos factores.
OTROS COMPONENTES
Con el objeto de lograr una mayor vida útil de los rodamientos, se han incorporado algunos otros componentes a los rodamientos:
Sellos y Escudos
SELLOS Y ESCUDOS
Los sellos y escudos no son parte inicial de los rodamientos. Se han agregado para solucionar situaciones especiales
Deben ser ordenados específicamente
Los sellos y escudos se usan cuando los rodamientos pueden estar sujetos a contaminación, por el ambiente donde trabajan.
Normalmente se presentan en rodamientos prelubricados con grasa
ESCUDOS
El escudo es un disco metálico insertado en un canal en el lado interior de la cuna exterior. No hay contacto entre el escudo y la pista exterior. Los escudos mantienen fuera las partículas de mayor tamaño y son eficaces en una gran cantidad de aplicaciones. Pueden utilizarse en una o ambas caras. Un fabricante de rodamientos los identifica utilizando la letra Z, cuando se usan en una sola cara. ZZ cuando se usan en ambas caras.
SELLOS
Los sellos están disponibles en distintos materiales y composiciones. El mas común es hule sintético moldeado en una placa de acero. El sello se inserta en una pequeña ranura de la cuna exterior y el labio interior del mismo es moldeado de una forma especial para que haga una función especifica. Cuando se usan sellos, se identifica por la letra L para un solo lado y LL en ambas caras.
Los sellos pueden ser de contacto o sin contactoSELLO SIN CONTACTO
El sello sin contacto esta moldeado de tal forma que nunca entra en contacto con los elementos rodantes. El diseño del labio del sello permite formar, conjuntamente con el aro interior, un espacio donde se acumula la grasa lubricante.
Esto permite formar un sello de tipo “laberinto” que evita que la contaminación ingrese al rodamiento.
El uso de sellos de no contacto tiene varias ventajas: Requiere muy poco torque para rotar Es altamente resistente a la acumulación de polvo Su temperatura de operación es muy similar a la de los rodamientos con
escudo Presenta las ventajas de los escudos con el beneficio de los sellos Son de gran valor para ser usados en motores eléctricos
Se les denomina LB o LLB y se caracterizan por que usan un hule sintético de color negro para que sea fácil su identificación.
SELLO DE CONTACTO
Ofrece protección optima contra el ingreso de polvo y suciedad
El sello hace contacto con la cara exterior de la cuna interior, de donde toma su nombre: Sello de Contacto.
El espacio entre el sello y las cunas permiten que se forme un doble laberinto
El contacto entre las cunas y el sello hacen que estos rodamientos requieran mas torque y operan a temperaturas un poco mayores, al compararlos contra otro tipo de rodamientos
La identificación de este tipo de rodamientos se hace por la letra U.
LU significa que el rodamiento tiene un solo sello y LLU que esta sellado en ambas caras
Generalmente, el hule sintético es de diferente color para diferenciarlos de los sellos sin contacto
MODIFICACIONES EN CUNAS EXTERIORES
La mayoría de las aplicaciones requieren rodamientos lisos en su exterior
Otros pueden requerir el uso de anillos de retención, por lo tanto requieren un maquinado adicional y se les representa con el sufijo N
Si el rodamiento se provee con el anillo instalado, entonces se le identifica por NR
Algunas otras aplicaciones pueden requerir que el rodamiento tenga una placa a modo de extensión de su diámetro exterior
Estas modificaciones son para el montaje apropiado del rodamiento
MODIFICACIONES DE LA CUNA INTERIORLa mayoría de las aplicaciones requieren
que la cara exterior de la cuna interior sea plana y esto es lo normal.
Algunas aplicaciones requieren que el rodamiento sea sujetado por medio de una tuerca, para facilitar las operaciones de mantenimiento
En estos casos, se emplean cunas cónicas, con una conicidad de 1/12” cada 12”
A estos rodamientos se les identifica con el sufijo K.
CUNAS
La cuna es un componente esencial en los rodamientos
Pueden ser fabricadas utilizando diferentes tipos de materiales y procesos de fabricación
CUNAS DE ACERO PRENSADOLas cunas de acero prensado son las mas
comunesAlgunas son de una sola pieza o pueden ser
de dos carasSe utiliza soldadura de punto, remaches o
algún otro método para unir ambas carasSon de uso estándarSi se desea cambiar el material de la cuna se
debe especificar
CUNAS DE NYLON
Las cunas de nylon son diseñadas de una sola pieza por el método de inyección de plásticos
El uso de materiales de refuerzo como fibra de vidrio es común
Cuando se les identifica, usando el sufijo T2
CUNAS MAQUINADAS
Las cunas maquinadas se fabrican de varios tipos de materiales
Bronce, acero o fibra fenólica
Tienen mayor control dimensional
Material Código Aplicación
BRONCE G1 Rodamientos cilíndricos
BRONCE L1 Cualquier otro
ACERO AL PLOMO
F3 general
ACERO AL MOLIBDENO
F5 general
FENOLICOS T1 general
DIMENSIONES BASICAS
DDiámetro exterior
dDiámetro interior
BAncho de cara
rAcuerdo
ZONAS DE CARGA
3Bolas
4Canasta
5 Cunas Interiores
ZONAS DE CARGA Y PUNTOS DE CONTACTOCuando un rodamiento
soporta cargas radiales, esta se distribuye por una sección, normalmente, un tercio del diámetro (1/3)
Esta área se define como la zona de carga
Cada punto o superficie donde se aplica la carga se denominan puntos de contacto
Zona de carga
TIPOS DE RODAMIENTOS
RADIALES
AXIALES
RODAMIENTOS RADIALES
Son LOS MAS CONOCIDOS Y USADOSSon llamados también rodamientos de una sola
hilera de canal profundo (SGDR, sus siglas en ingles e identifican al single row, deep grove)
Aunque han sido diseñados para soportar cargas radiales, pueden manejar una pequeña carga axial
Se les denomina también rodamientos de tipo Conrad, quien inventó el método de fabricación
Sus aplicaciones principales son motores, herramientas de mano, ventiladores, etc.
Se les clasifica usando un numero 6 en una serie de tres o cuatro dígitos.
RODAMIENTOS TIPO CONRAD
RODAMIENTOS DE CAPACIDAD MAXIMAEstos rodamientos han sido diseñados, con las mismas
dimensiones que un rodamiento normal, para soportar entre 20% a 35% mas carga dinámica, así como carga estática.
Esta característica se obtiene al agregar un mayor numero de bolas al rodamiento
Dado a que el método Conrad no permite un mayor numero de bolas, se le hace una ranura de carga, tanto el la cuna interior como en la exterior, permitiendo el ingreso de las bolas, las cuales se distribuyen de manera uniforme, previo al montaje de la canasta
Este incremento de carga es, inicialmente, para cargas radiales. Las cargas axiales harán que las bolas puedan salirse por la ranura de llenado
El indicador usado es BL, seguido por un numero de tres dígitos Nota: Por las limitaciones que presenta este diseño y las mejoras
que se han realizado en el método Conrad, se ha reducido su uso y es posible sustituirlos sin problemas de operación
RODAMIENTOS DE MAXIMA CAPACIDAD
RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULARLos rodamientos de
contacto angular se clasifican como los rodamientos de una sola hilera
Algunos los llaman erróneamente como rodamientos axiales ya que han sido diseñados para soportar una mayor carga axial.
Estos rodamientos pueden operar con ángulos de contacto 15°, 30° o 40°
ANGULO DE CONTACTO (grados)
CODIGO
15 C
30 Sin identificar
40 D
DUPLAS DE RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULAREs posible instalar
juegos de 2, 3 o mas, ya sea en la misma dirección, para soportar mayores cargas, ya sea en la misma dirección u opuestas
Las cargas axiales pueden presentarse en ambas direcciones , por lo tanto pueden montarse ya sea espalda contra espalda o cara contra cara
Cuando una alta carga axial se aplica solo de una dirección, los rodamientos se ponen en tandem.
Cada rodamiento adicional incrementa la capacidad del juego
RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULAR DE DOBLE HILERAEl diseño de estos
rodamientos incorporan dos filas de bolas en una sola cuna interior y exterior y pueden soportar carga axial, limitada, en ambas direcciones
RODAMIENTOS DE DOBLE HILERAAUTOALINEABLES
Estos rodamientos permiten montar flechas que por su carga dinámica, presentan deformaciones
El ángulo máximo de desalineamiento que soportan es menor a 3 grados
RODAMIENTOS DE CARGA AXIALLos rodamientos axiales están diseñados para
soportar únicamente carga axial pura. Cuando la carga se encuentra aplicada adecuadamente, los puntos de contacto interno del rodamiento se encuentran alineados en un plano paralelo al eje. Las cargas radiales harán que los elementos rodantes puedan ser desalojados del rodamiento
Se fabrican en dos configuraciones: Dirección simple Doble Dirección
RODAMIENTOS AXIALES DE SIMPLE DIRECCIONEstos rodamientos
consisten en una hilera de bolas que rotan entre las carcazas de la flecha y el montante
Los elementos de que esta formado son similares a los de los rodamientos radiales: Cunas, elementos rodantes y canasta
Este tipo de rodamiento, solo puede soportar carga de una dirección
RODAMIENTOS AXIALES DE DOBLE DIRECCIONEstos rodamientos
consisten en dos juegos de elementos rodantes, que se mueven dentro de dos carcazas.
Se utilizan cuando se presentan cargas axiales de dos direcciones
RODAMIENTOS AXIALES DE CONTACTO ANGULAR DE DOBLE DIRECCIONEste rodamiento es
construido utilizando dos hileras separadas de bolas y cunas exteriores e interiores de diseño especial
El rodamiento puede manejar cargas en ambas direcciones
Se diferencia de los otros rodamientos, por que puede manejar cargas con Angulo de contacto de 60°
Se utilizan en aquellos equipos que requieren de alto grado de exactitud, tales como maquinas herramientas
MATERIALES USADOS EN LA FABRICACION DE RODAMIENTOSLos rodamientos anti fricción, generalmente,
se fabrican con acero al carbón, tal como el AISI 52100 (cincuenta y dos, cien)
Uno de los factores que mas influye en la vida del rodamiento es la pureza del material, por medio de procesos sofisticados de manufactura, se logra eliminar la mayor parte de impurezas.
Luego, el acero es sometido a un proceso de endurecimiento, para llevarlo a valores de 60 a 64 en la escala Rockwell C de dureza
LA HOLGURA INTERNAPara cumplir con su función de permitir la
rotación libremente, el rodamiento debe tener una holgura interna.
Esta le permite operar en distintos rangos de temperatura, sobre todo a bajas temperaturas
La holgura es un factor de diseño y como tal debe ser controlada
Una holgura inadecuada puede hacer ruidoso al rodamiento
La holgura se mide en dirección de la carga: Radial y axial
Cuando se fabrica, la holgura se denomina: “Holgura interna libre”
MEDICION DE LA HOLGURA INTERNA RADIAL
La ABMA e ISO han establecido cinco clasificaciones distintas de holgura interna
Estas se denominan, C2, normal (sin clasificación), C3, C4 y C5
La mayoría de los rodamientos, en uso, tienen holgura C3
Para especificar un rodamiento, es necesario definir la holgura.
Mínimo (mm)
Hasta (mm)
Diámetro interior
10 18
Holgura Min (µ) Max(µ)
C2 0 9
Normal 3 18
C3 11 25
C4 18 33
C5 25 45
Nota: Las holguras son medidas en micrones ( milésimas de milímetro)
Normalmente, los rodamientos se montan sobre la flecha con un ajuste por presión
Esto hace que se reduzca la holgura libre interna y se obtiene la holgura interna de montaje
Esta ultima puede reducirse, si el rodamiento es igualmente instalado a presión en una carcaza
Si este fuera el caso, el calor generado por la fricción hará que el rodamiento se expanda y que se dañe, por lo tanto, no se recomienda que ambas cunas del rodamiento sean montadas a presión
SISTEMA BASICO DE NUMERACION DE RODAMIENTOSUsualmente los dos últimos dígitos
del numero del rodamiento, indican el diámetro interior del mismo. Los primeros cuatro, deben ser memorizados:
00 = 10mm, 01 = 12mm, 02 = 15mm, 03 = 17mm
Cuando los últimos dos dígitos son 04 o mayores, solamente hay que multiplicar el numero por 5 i.e., 04 = 20mm, 10 = 50mm, y 24 = 120mm.
El tercer digito de la derecha, usualmente identifica la serie del rodamiento (sección transversal o tipo de servicio). Para cualquier diámetro interior especificado, mientras mas grande sea el numero, mayor será el diámetro exterior
A manera de ejemplo, consideremos un rodamiento de 50mm de diámetro interior del tipo SRDG
NumeroDiámetro interior (mm)
Diámetro exterior
(mm)
Ancho
(mm)
6010 50 80 16
6210 50 90 20
6310 50 110 27
6410 50 130 31
THE NTN BEARING NUMBERING SYSTEMRODAMIENTOS DE BOLAS, RADIALES
THE NTN BEARING NUMBERING SYSTEMRODAMIENTOS DE BOLAS DE CONTACTO ANGULAR
RODAMIENTOS AUTO ALINEABLES
RODAMIENTOS AXIALES DE BOLAS O RODILLOS
LUBRICACION
La lubricación de los rodamientos anti fricción es una de las partes mas importantes para alcanzar el mayor rendimiento de los rodamientos
Puede usarse aceite o grasa
Es preferible usar aceite
Depende de las condiciones de trabajo:
Carga Velocidad Temperatura Medio Ambiente
Bajo condiciones normales de trabajo, la velocidad y el tamaño del rodamiento son los parámetros mas importantes a considerar
Se utiliza el factor DN
Diámetro medio en mm por las revoluciones por minuto:
D = (D + d)/2
FACTOR DN Grado de dureza
0 a 50,000 NLGI 3
50,000 a 125,000 NLGI 2
125,000 a 250,000 NLGI 1
250,000 a 350,000 NLGI 0
Mas de 350,000 Grasas especiales
ACEITE
Depende de los mismos factores mas el sistema de lubricación empleado
La viscosidad del aceite esta directamente relacionada con la velocidad y temperatura de operación
Sistemas de lubricación con aceite:
Perdida: Serie Paralelos
Recirculación Salpicadura presurizados
Neblina Aspersión Nebulización
VOLUMEN DE LUBRICANTE
La cantidad de lubricante aplicada a un rodamiento antifricción tiene importancia
No mas del 30% de su capacidad total
ALMACENAMIENTO Y MANEJO
Empacados
Lubricados
Sin rotación
Eliminar humedad
MONTAJE
Uso de herramientas apropiadas
Evitar:Calentamiento con flama
Golpe directo de martillos