Principios para la selección y aplicación de los rodamientos

Mecánica. Cargas. Desplazamiento axial. Velocidad. Precisión. Montaje. Fórmula de la vida nominal

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Principios para la selección y aplicación de los rodamientos

Una composición de rodamientos no solo se compone de una determinada numero de rodamientos, sino que también incluye los componentes asociados con ellos ( ejes , soportes ,etc) .El lubricante es también muy importante y, en la mayoría de los casos ,se precisa proteger los rodamientos mediante obturaciones para evitar la perdida de lubricante y la entrada de humedad y otros contaminantes .

El diseño de una de una disposición de rodamientos exige la selección de un tipo adecuado de rodamiento y la disposición adecuada del tamaño de rodamiento ,pero eso no basta . también hay que considerar otros aspectos: tipo y la cantidad de lubricante ,ajuste y juego interno del rodamiento apropiados , forma adecuada de los demás componentes de la disposición , obturaciones eficaces ,etc. cada decisión individual influye en el rendimiento ,la fiabilidad y la economía de la disposición de los rodamientos.

Selección del tipo de rodamiento

Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de su diseño y que lo hacen mas o menos adecuado para una aplicación determinada. Por ejemplo ,los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales medias ,así como cargas axiales. Tienen un bajo rozamiento y se pueden producir se con una alta precisión y en variantes de trabajo silencioso .Este tipo de rodamiento es preferidos . por consiguiente ,para motores eléctricos de tamaño pequeño y medio .Loa rodamientos de rodillo a rotula pueden soportar cargas muy pesadas y son autoaliniables .Estas propiedades hacen que sean especialmente adecuados ,por ejemplo ,para aplicaciones en ingeniería pesada , donde las gargas son extremas y producen deformaciones y desalineaciones.

En muchos casos ,sin embargo, cuando se selecciona el tipo de rodamiento tienen que considerarse diversos factores y contrastarlos entre si ,razón por la cual no es posible dar una reglas generales de selección .

Espacio disponible

Hay muchos casos que al menos una de las dimensiones principales del rodamiento, generalmente el diámetro del agujero ,viene determinado por las características de diseño de la maquina a la que va destinado. Para ejes de pequeño diámetro, se pueden utilizar cualquier tipo de rodamiento de bolas ,siendo los rodamientos rígidos de bolas los mas comúnmente utilizados ;los rodamientos de agujas son también adecuados .Para ejes de grandes diámetros ,se puede considerar los rodamientos de rodillos cilíndricos , los de rodillo a rotula y los de rodillos cónicos ,así como los rodamientos rígidos de bolas .

Cundo el espacio radial disponible es limitado ,deberán seleccionarse rodamientos de pequeña sección, particularmente de los baja altura de sección ,como los rodamientos de la serie de diámetro de 8 a 9 .

cabe mencionar en especial las coronas de aguja , los casquillos de agujas y los rodamientos de agujas con o sin aro interior.

CARGAS

Magnitud de la carga .

Este es normalmente el factor mas importante para determinar el tamaño del rodamiento a utilizar .En general ,para una mismas dimensiones principales ,los rodamientos de rodillos pueden soportar mayores cargas de rodamientos de bolas ,y los rodamientos llenos de elementos rodantes pueden soportar mayores cargas que los rodamientos con jaula correspondientes. Los rodamientos de bolas son las mas usados cuando las cargas son pequeñas o moderadas ;los rodamiento de rodillos son la elección mas adecuadas para cargas pesadas y ejes de grandes diámetro.

Dirección de la carga:

Carga radial :Con las excepciones de los rodamientos de rodillos cilíndricos sin pestañas en algunos de sus aros (tipo UN y N) y de los rodamientos radiales de agujas que solo son adecuados para cargas estrictamente radiales, todos los demás rodamientos radiales pueden soportar tanto cargas radiales como axiales .

Carga axial

Los rodamientos axiales de bolas y los rodamientos de cuatro puntos de contacto son los tipos mas adecuados para cargas axiales puras pequeñas y moderadas .Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto solo pueden soportar cargas axiales en un solo sentido; para cargas axiales en ambos sentidos se necesitan rodamientos de doble efecto.

Los rodamientos axiales de bolas con contacto angular pueden soportar cargas axiales moderadas a altas velocidades ;los rodamientos de simple efecto pueden soportar también cargas radiales actuando simultáneamente , mientras que los rodamientos de doble efecto normalmente solo se usan para cargas axiales puras.

Para cargas axiales moderadas y pesada actuando en un solo sentido, los rodamientos mas adecuados son los rodamientos axiales de agujas, los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y los de rodillo cónicos de simple efecto, así como los rodamientos axiales de rodillo a rotula , que también son capaces de soportar cargas radiales .

Carga combinada :

Una carga de carga combinada consta de una carga radial y una carga axial que actúan simultáneamente.

La capacidad que tiene un rodamiento de soportar una carga axial esta determinada por su ángulo de contacto alfa, cuando mayor sea este ángulo ,tanto mas adecuado v este rodamiento para soportar carga axial. El factor de calculo y que disminuye al aumentar el ángulo de compacto ,proporciona una indicación de esta capacidad para soportar cargas axiales .

Para soportar cargas combinadas se usan principalmente los rodamientos de bolas con contacto angular de una de dos hileras y los rodamientos de rodillos cónicos de una hilera aunque los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de rodillos de rotula son también adecuados .

Momentos

Cuando la carga actúa excéntricamente sobre el rodamiento puede dar lugar a momentos flectores. Los rodamientos de dos hileras tanto los rodamientos rígidos de bolas como los de bolas con contacto angular ,pueden soportar momentos flexores ,pera son mas adecuados las parejas de una hilera de bolas con contacto angular o de rodillo cónicos sobre todo en disposición espalda con espalda ,así como los rodamientos de rodillos cilíndricos cruzados o de rodillos cónicos cruzados

Desalineacion

las desalineaciones angulares entre el eje y el soporte pueden ser originadas, por ejemplo, por flexión del eje bajo la carga de funcionamiento ,cuando los asientos de los rodamientos en los soportes no han sido mecanizados en una solo a operación o cuando los ejes están soportados por rodamientos montados en soportes separados y a gran distancia entre si.

Los llamados rodamientos rígidos no pueden compensar desalineacion alguna o su capacidad para absorber desalineaciones,sin que aparezcan sobrecargas ,es muy pequeña Por otra parte los rodamientos auto alienables ,como los de bolas a rotulas, los de rodillo a rotula y los axiales de rodillo a rotula son adecuados para absorber las desalineaciones originadas bajo las cargas de funcionamiento y también los errores de alineación resultante s del mecanizado o en montaje.

Precisión

Se requieren rodamientos de un grado de precisión mayor que la normal para aquellas disposiciones que hayan de funcionar con rigurosas exigencias de exactitud (por ejemplo ,las disposiciones de rodamientos de los husillos de maquinas-herramientas)así como la mayoría de los casos que precisan de velocidades de funcionamiento muy elevadas .

Velocidad

La velocidad a la cual un rodamiento puede funcionar viene limitada por la temperatura máxima permisible de funcionamiento .Los tipos de bajo rozamiento dan lugar a una generación interna de calor escasa en el propio rodamiento y por consiguiente los mas usados para funcionar a altas velocidades .

Las máximas velocidades pueden obtenerse con los rodamientos rígidos de bolas cuando las cargas son radiales puras, y con los rodamientos de bolas con contacto angular para cargas combinadas .

Funcionamiento silencioso

En ciertas aplicaciones ,por ejemplo, pequeños motores eléctricos de electrodomésticos y equipos de oficina , el ruido producido por el motor al funcionar constituye un factor importante y puede influir en la elección del rodamiento .Hay rodamientos rígidos de bolas especialmente fabricados para estas aplicaciones.

Rigidez

La rigidez de un rodamiento se caracteriza por la magnitud de la deformación elástica del rodamiento cargado. En la mayoría de los casos, esta deformación es muy pequeña y puede despreciarse. En muy pocos casos, por ejemplo, en huesillos de máquinas-herramientas, o en transmisiones de engranajes cónicos, la rigidez es un factor importante.

Debido a las condiciones de contacto entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura, los rodamientos de rodillos cilíndricos o los rodillos cónicos, son más rígidos que los rodamientos de bolas. La rigidez de los rodamientos puede aumentarse aún aplicando una precarga.

Desplazamiento axial

Un eje u otro elemento de máquina va normalmente soportado sobre un rodamiento fijo y un rodamiento libre. Los rodamientos fijos proporcionan enclavamiento axial en ambos sentidos al elemento de la máquina. Los rodamientos más adecuados para este fin son los que absorben cargas combinadas, o los que pueden proporcionar fijación axial en combinación con un segundo rodamiento.

Los rodamientos libres deberán permitir los desplazamientos axiales para que los rodamientos no sufran esfuerzos adicionales como resultado, por ejemplo, de la dilatación térmica del eje. Entre los rodamientos más adecuados figuran los rodamientos de aguja y los de rodillo cilíndrico con uno de los aros sin pestaña (tipo UN y N); pueden usarse también los rodamientos de rodillo cilíndrico tipo NJ y alguno de los tipos de rodamiento de rodillo cilíndrico llenos de rodillo. Estos rodamientos permiten el desplazamiento axial de los rodillos con respecto a uno de los caminos de rodadura por lo que tanto los aros interiores como los exteriores pueden montarse con ajuste de interferencia.

Montaje y desmontaje

Rodamiento Con Agujeros Cilíndricos

Los rodamiento con agujeros cilíndricos son más fáciles de montar cuando son de diseño desarmable, particularmente se precisan ajustes de interferencia para los dos aros. Se prefieren también cuando se precisan un frecuente montaje y desmontaje de rodamiento. Los aros interiores de estos rodamientos, por ejemplo, los rodamiento de rodillos cilíndricos, los de rodillos cónicos y los de agujas, se pueden montar independientemente de los aros exteriores. Entre los tipos de rodamientos no desarmables figuran los rodamientos rígidos de bola, los de bolas a rótulas y los de bolas con contacto angular, así

como los rodamientos de rodillo a rótula.

Rodamiento Con Agujeros Cónicos

Los rodamientos con agujeros cónicos pueden montarse sobre un eje cónico o sobre un eje cilíndrico usando un manguito de fijación o de desmontaje. Son fáciles de montar y de desmontar.

Capacidad de carga y vida

El tamaño del rodamiento que va a ser utilizado para una determinada aplicación se selecciona inicialmente en base a su capacidad de carga ,comparada com las cargas que debera soportar ,y a las exigencias de duracion y de fiabilidad requerida por la aplicación en cuestion .La velocidad de carga se expresa en los calculos por medio de valores numericos que representan las capacidades de carga nominales basicas de los rodamientos .En las tablas de rodamientos ,se indican los valores de capacidad de carga dinamica C y de capacidad de carga estatica Co de los diferentes rodamientos .

Capacidad de carga

La capacidad de carga dinamica C se usa para los calculos en que intervienen rodamientos sometidos a esfuerzo dinamicos,es decir, al seleccionar un rodamiento que gira sometido a carga,y expresa la carga que puede soportar el rodamiento alcanzando una vida nominal de 1.000.000 de revoluciones .

Las capacidades de carga de los roadmientos SKF se han determinado de acuerdo a la norma ISO 281: 1990.Los valores estan basados en los materiales y las tecnicas de fabricacion empleadas por SKF en la produccion estandar y son validas para cargas constantes, tanto en magnitusd como en direccion ,radiales para rodamioentos radiales y axiales centrada para rodamientos axiales .

La capacidad de carga estatica Co se usa en los calculos cuando los rodamientos giran a velocidad muy bajas ,cuando estan sometidos a movimientos lentos de osilacion o cuando estan estacionarios bajo carga durante ciertos periodos .Tambien debe tomarse en cuenta cuando sobre un rodamiento giratorio (sometido a esfuerzo dinamico) actuan elevadas cargas de choque de corta duracion .

La capacidad estatica se define según ISO 76:1987 como la carga estatica a la que coresponde una tension calculada en el centro de superficie de contacto mas cargada entre elementos rodantes y caminos de rodadura de :.

_4600 Mpa para los rodamientos de boloas a rotulas .

_4200 Mpa para todos los demas rodamientos de bolas ;y.

_4000 Mpa para todos los demas rodamientos de rodillos .

Esta tension produce una deformacion permanente total del elemento rodante y del camino de rodadura que es apro. Igual a 0,0001 del diametro del elento rodante .Las cargas son puramente radiales para rodamientos radiales y cargas axiales centradas para rodamientos axiales .

Vida

La vida de un rodamiento se define como el numero de revoluciones ( o de horas a una velocidad constante determinada) que el rodamiento puede dar antes de que se manifieste el primer signo de fatiga ( desconchado) en uno de sus aros o en uno de sus elentos rodantes .

Sin embargo, los ensayos de laboratorio y la experiencia obtenido en la practica han puesto de manifiesto que rodamientos aparentemente identicos , funcionando en identicas condiciones , tienen vidas diferentes .Es por lo tanto esencial para el calculo del tamaño del rodamiento , una definicion clara del termino vida .Toda la informacion que lleva SKFsobre capacidades dinamicas esta basada en la vida alcanzada o sobrepasada por el 90% de los riodamientos aparentemente identicos de un grupo suficientemente grande . A esta vida se le denomina vida nominal y esta de acuerdo con la definicion ISO.La vida media de los rodamientos es aproximadamente cinco veces la vida nominal.

Existen otros conceptos de vida de un rodamiento .Uno de ellos es la vida de servicio que es la duracion real alcanzada por un rodamiento antes de fallar.

El fallo eneralmente no se debe en primer lugar a la fatiga , sino al desgaste, la corrosion,el fallo de la obturacion,etc.

Otro de los conceptoes el de vida especificada que es la determinada por una autoridad en la materia en base de datos hipoteticos de carga y velocidad suministrados por la misma autoridad :Esta vida especificada generalmente es una vida L10 (vida nominal) requerida.

Selección del tamaño del rodamiento utilizando la formula de vida

La duracion de un rodamiento se puede calcular con diferentes niveles de sofisticacion ,que dependen de la presicion que se puede alcanzar en la definicion de lñas condiciones de funcionamiento .

Formula de la vida nominal

Principios para la selección y aplicación de los rodamientos
El metodo mas simple para calcular la duracion de un rodamiento consiste en la aplicación de la formula ISO de la vida nominal, es decir:

Principios para la selección y aplicación de los rodamientos

Principios para la selección y aplicación de los rodamientos
Donde : .

vida nominal , en millones de revoluciones.

C= capacidad de carga dinamica, en N.

P= carga dinamica equivalente ,en N.

P= exponebte de la formula de la vida .

P= 3 para los rodamientos de bolas.

P= 10/3 para rodamientos de rodillos .

Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes ,sera mas conveniente expresar la duracion nominal en horas de servicio usando para ello la ecuacion.:

Principios para la selección y aplicación de los rodamientos
Principios para la selección y aplicación de los rodamientos

Donde

L10h= vida nominal , en horas de servicio.

N= velocidad de giro, en r/min.

La vida L10h en funcion de la seguridadde carga C/P y la velocidad de rotacion n .

ROZAMIENTO

El rozamiento en un rodamiento es el factor determiname en lo consermiente a la generacion de calor en el rodamiento y por consiguiente , de el depende la temperatura de funcionamiento .El rozamiento depende de la carga y de otros factores entre los cuales los mas inportantes son el tipo y tamaño del rodamiento , la velocidad de rotacion y la cantiodad y propiedades del lubricante.

La resistencia total a al rotacion de un rodamiento se compone del rozamiento originado en la rodadura y en el deslizamiento en los propios contactos de rodadura ,del rozamiento en las areas de contacto entre elementos rodantes y jaulas , y en las superficies de guiado para los elementos rodantes o la jaula , ademas de la friccion con el lubricante y el rozamiento originado por el deslizamiento en las obturaciones rozantes en el caso de los rodamientos obturados.

tolerancias

la presicion de las dimenciones y la exactitud de giro de los rodamientos han sidomnormalizadas intrnacionamnete .Ademas de las tolerancias normales ( clase de tolerancia 0) ,las normas ISO incluyen tolerancias mas estrechas , por ejemplo las clase de tolerancias 6 y 5 .

Tablas de tolerancias

Norma . P6 y P5 para rodamientos radiales en serie metrica ( eceptiuando los rodamientos de rodillos conicos .

Norma CLN y P5 para rodamientos de rodillos conicos en serie metricas ;

Norma , CL3 y CL0 para rodamientos de rodillos conicos en pulgadas ;.

Norma ,P6 y P5 para rodamientos axiales en serie metricas .

Como las tolerancias dadas en la tabla no son universalmente validas para todas las series de diametros ,y como no es siempre posible identificar a que serie de diametro ISO pertenece un rodamiento partiendo de su designacion , se han incluido las siguientes tablas con el objeto de aclarar esta situacion.

Simbolos

d

Diametro nominal del agujero

dmp

1-Diametro medio del agujero (media aritmetica del mayor y menor de los diametros individuales en un plano).

2- diametro medio en el extremo menor de un agujero conico (media aritmetica de los diametros individuales.

D1mp

Diametro medio en el extremo mayor teorico del agujero conico(media aritmetica del mayor y del menor de los diametros individuales .

Ds

Delta dmp

Diametro individual del agujero desviacion del diametro medio del agujero con respecto al nominal (delta dmp = dmp_d).

Delta d1mp

Desviacion del diametro medio del agujero en el extremo mayor teorico de un agujero conico con respecto al nominal (delta d1mp =d1mp_d1).

Delta ds

Deviacion de un diametro individual del agujero con respecto al nominal (delta ds=ds- d).

Vdp

Variacion del diametro del agujero ( diferencia entre el mayor y el menor de los diametros individuales del agujero en el plano).

Vdmp

Variacion del diametro medio del agujero (diferencia entre el mayor y el menor de los diametros medios del agujero de un aro o arandela )

D

Diametro nominal exterior

Dmp

Diametro medio exterior 8media aritmetica del diametro mayor y el menor individuales del plano)

Ds

Diametro individual exterior

Delta Dmp

Desviacion del diametro medioexterior respecto al nominal

Delta Ds

Desviacion de un diametro individual exterior con respecto al nominal.

Vdp

Variacion del diametro interior

Vdmp

Bs C1s

Delta Bs delta Vcs

Ts

T1s

T2s

T3s

Principios para la selección y aplicación de los rodamientos

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