Los nombres de cojinete de Rodamiento o simplemente rodamiento, se emplean para describir la clase de soporte de eje en el que la carga principal se transmite a través de elementos que están en contacto rodante y no deslizante, es decir, su utilización se debe a la característica de transferir las cargas entre los elementos rotatorios y los estacionarios, permitiendo la rotación relativamente libre con un mínimo de fricción.

La carga, la velocidad y la viscosidad de operación del lubricante afectan las características de fricción de un cojinete de rodamiento. Aunque no es muy correcto el nombre de cojinete antifricción, se usa comúnmente en la industria.

El especialista en el diseño de cojinetes antifricción, se enfrenta al problema de diseñar un grupo de elementos que componen un cojinete de rodamiento; estos elementos deben diseñarse para adaptarlos a un espacio cuyas dimensiones se especifiquen; de igual forma deben estar diseñados para resistir una determinada carga y finalmente estos elementos deben estar diseñados para tener una duración o vida útil satisfactoria cuando la operación se realice según las condiciones especificadas.

Para el diseño de un rodamiento, se deben considerar los siguientes factores:

• Carga por fatiga.

• Fricción.

• Calentamiento.

• Resistencia a la corrosión.

• Problemas cinemáticos.

• Propiedades de los materiales.

• Lubricación.

• Tolerancias al maquinado.

• Ensamble.

• Uso y costo.

2. Partes de un cojinete de rodamientos

Los cojinetes rodantes, se fabrican para soportar cargas puramente radiales, cargas de empuje axial puro o una combinación de ambas cargas. La nomenclatura de un cojinete tipo bolas se muestra en la figura siguiente:

En la figura 2, se muestran las cuatro partes esenciales de un rodamiento. Dichas partes son: aro externo, aro interno, elementos rodantes y separador.

• Aro externo. El anillo exterior esta montado en el albergue de la máquina y en la mayoría de los casos no rueda. La parte de la trayectoria de los elementos rodantes se llama corredor o raceway, y la sección de los anillos donde los elementos giran, es llamada superficie de rodadura o raceway surface. En el caso de rodamientos de bola, como existen unos surco o canales provistos para las bolas, a estas también se les denomina surcos, canales de rodadura o raceway grooves. Los anillos se fabrican normalmente con aceros SAE 52100 endurecido de 60 a 67 Rockwell C.

• Aro interno. El anillo interno esta montado en el árbol de la máquina y en la mayoría de los casos está en la parte rodante. El anillo interno esta normalmente comprometido con un eje.

• Elementos rodantes. Estos elementos pueden ser tanto bolas como rodillos. Existen muchos tipos de rodamientos con variadas formas de rodillos como ser: de bola, rodillo cilíndrico, rodillo cilíndrico largo, rodamiento de aguja, rodillo trapezoidal y rodillo convexo. Se utilizan también materiales como el acero inoxidable, cerámicos, monel, plásticos y materiales especiales en caso de trabajo con corrosivos.

• Separador o jaula. Sirve para guiar los elementos de giro a lo largo de los anillos del rodamiento en una relativa posición correcta. Existen variadas clases de separadores que incluyen las prensadas (las más usadas), maquinadas (utilizadas para mayor resistencia o altas velocidades), moldeadas y en forma de clavija o chaveta. Debido a su menor resistencia a la fricción en comparación con los anillos y elementos rodantes, los rodamientos con separadores son más convenientes para trabajar bajo rotaciones de alta velocidad. Las jaulas se fabrican de bronce o plásticos sintéticos (que trabajan mejor a altas velocidades con un mínimo de fricción y ruido). En los cojinetes de costo relativamente bajo algunas veces se omite el separador, pero este tiene una función importante de evitar el contacto de los elementos rodantes a fin de que no ocurra rozamiento entre ellos.

• Cubiertas. Todos estos cojinetes pueden obtenerse con cubiertas o protectores en uno o en ambos lados. Las cubiertas no proporcionan un cierre completo, pero sí ofrecen protección contra la entrada de polvo y suciedad. Una variedad de cojinetes se fabrica con sellos herméticos en uno o en ambos lados. Cuando los sellos están en ambos lados, los cojinetes se lubrican en la fábrica. Aunque se supone que un cojinete sellado tiene lubricación por toda la vida, algunas veces se proporciona un medio para su re- lubricación.

Los rodamientos se fabrican normalmente en una amplia variedad para dimensiones estándar de diámetro interior, exterior y ancho, y con tolerancias también estandarizadas. Por lo general los fabricantes se rigen a normas internacionales que permiten su intercambiabilidad (ANSI).

En este trabajo presentaremos una selección de los diversos tipos de rodamientos estandarizados que se fabrican. La mayoría de los fabricantes de rodamiento proporcionan a sus distribuidores manuales de ingeniería y folletos técnicos que contienen descripciones profusas de los diversos tipos disponibles. El objetivo del trabajo es mostrar los tipos de rodamientos mas utilizados y comunes en el mercado.

El ángulo de contacto es el ángulo formado por la dirección de la carga aplicada a los anillos y los elementos rodantes del rodamiento y el plano perpendicular al centro del eje cuando el rodamiento esta cargado.

Por lo tanto él los rodamientos se clasifican en 2 tipos de acuerdo con su ángulo de contacto ():

• Rodamientos Radiales (0 "  " 45). Diseñados principalmente para cargas radiales.

• Rodamientos Axiales (45 <  " 90). Diseñados principalmente para cargas axiales

3.1 Rodamiento de bolas.

También llamado cojinete de bolas o balero. Con una sola y profunda ranura, soporta cargas radiales así como una carga axial o de empuje. Las bolas se introducen en las ranuras desplazando el aro interior lateralmente a una posición excéntrica. Las bolas se separan después de su introducción y luego se inserta el separador.

• Radial de una hilera: A este rodamiento se le menciona muchas veces como rodamiento de ranura profunda, conrad o deep groove bearing. Se encuentra con muchas variaciones: protecciones o sellos sencillos o dobles. Se emplea normalmente para cargas radiales y de empuje (como máximo dos tercios de la radial). Es esencial un alineación cuidadosa, es decir que el máximo desalineamiento sea de 0.5°. Este rodamiento puede soportar una carga de empuje axial relativamente alta. Los cojinetes de bolas de una fila soportan un pequeño desalineamiento del eje, pero donde lo anterior puede ser grave, es posible utilizar cojinetes autoalineantes.

• De doble hilera. Este rodamiento está diseñado para admitir cargas radiales fuertes y de empuje ligeras, sin aumentar el diámetro exterior del mismo. Es, aproximadamente, de 60 a 80% más ancho que un rodamiento comparable de una hilera. A causa de la ranura de llenado, las cargas de empuje deben ser ligeras. Los cojinetes de bolas de doble fila se fabrican en una amplia variedad de tipos y tamaños para soportar cargas radiales y axiales más intensas. Algunas veces dos cojinetes de una fila se utilizan conjuntamente por la misma razón, aunque un cojinete de doble fila generalmente requerirá menor número de piezas y ocupará menos espacio.

• De doble hilera de autoalineamiento interno. Este rodamiento puede usarse para cargas preponderantemente radiales en donde se requiere autoalineamiento de 0.003 a 0.005 pulgadas. No se debe abusar de la característica del autoalineamiento, pues el desalineamiento o carga de empuje excesivos causan pronta falla.

• Rodamiento de contacto angular. Así llamados por que la línea que atraviesan las superficies que soportan la carga, forman un ángulo con el plano de la cara del rodamiento, están destinados a resistir pesadas cargas axiales. Se los utiliza frecuentemente en pares opuestos axialmente unos a otros, y son adecuados para la carga previa

• De máxima capacidad. Tiene la misma forma que un rodamiento de hilera, a excepción de la presencia de una ranura o canal de llenado que admite mas bolas y en consecuencia soportará cargas radiales más fuertes. Como su capacidad de empuje axial es pequeña, estos rodamientos se utilizan cuando la carga es principalmente radial.

• De tipo partido. Este tipo de rodamiento puede ser tanto de bolas como de rodillos. Tiene partido el anillo interior, el exterior y la jaula. Se ensamblan con tornillos, lo que le da facilidad de instalación o al quitar un rodamiento.

3.2 Rodamientos de rodillos.

• De rodillos cilíndricos. Los cojinetes de rodillos cilíndricos soportan una carga radial mayor que los de bolas del mismo tamaño debido a su mayor área de contacto. Sin embargo, tienen la desventaja de requerir casi una perfecta configuración geométrico de pistas y rodillos. Un ligero desalineamiento originará que los rodillos se desvíen y se salgan de alineación. Por esta razón, el retén debe ser grueso y resistente. Desde luego, los rodillos cilíndricos no soportarán cargas de empuje. En este tipo de rodamientos la relación aproximada del la longitud - diámetro debe variar entre 1:1 y 1:3. Son los que permiten mas velocidad rotacional de todos los rodamientos de rodillos.

• De aguja. Estos rodamientos tienen rodillos cuya longitud es, por lo menos, cuatro veces su diámetro. Son de más utilidad en donde el espacio es un factor. Hay con anillo interior o sin él. Si se usa el árbol como el anillo interior, se debe endurecer y rectificar. El tipo de complemento pleno se usa para cargas altas, oscilantes o para bajas velocidades. El tipo de jaula se debe emplear para movimientos rotacional; no puede soportar cargas de empuje. Tiene una capacidad de carga radial alta respecto a su altura particular, pero limitado respecto a cargas axiales.

• De rodillos cónicos. Debido a la disposición oblicua de los caminos de rodadura con respecto al eje del rodamiento, son especialmente adecuados para soportar importantes cargas axiales y radiales combinadas. Estos rodamientos son desmontables pudiendo separar el aro exterior del conjunto interior. Las generatrices de las superficies de rodadura de las pistas y el eje del rodillo convergen en un punto común sobre el eje de rotación del rodamiento. Esto permite asegurar un movimiento de rodadura sin deslizamientos de los rodillos sobre las pistas. Puede variar la relación entre la capacidad de carga axial y radial del rodamiento en función del ángulo entre las superficies de rodadura y el eje de rotación del rodamiento. Tiene menor coeficiente de fricción y mayores velocidades de trabajo que otros rodamientos de rodillo.

• De rodillos esféricos. Estos rodamientos son excelentes para cargas radiales fuertes y empuje moderado. Su característica de autoalineamiento interno es útil en muchas aplicaciones, pero no se debe abusar de ello. Los elementos esféricos tienen la ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga aumenta.

3.3 Rodamientos de empuje

• Rodamiento de empuje de bolas. Estos rodamientos se fabrican con protecciones de tipo abierto y usados para bajas velocidades. Se utilizan en combinación con otros rodamientos que podrían soportar la carga radial.

• Rodamiento de empuje de rodillos rectos. Estos rodamientos constan los rodillos cortos para minimizar el deslizamiento y se les pude aplicar cargas y velocidades moderadas.

• Rodamiento de empuje de rodillos cónicos No existe el deslizamiento característico de los rodillos rectos pero causa una mayor carga de empuje entre los rodillos y la brida de los anillos del rodamiento, lo que no les permite trabajar en velocidades altas.

3.4 Rodamientos Axiales

En el tipo de rodamiento axial de rodadura, los elementos rodantes son bolas, rodillos cilíndricos cortos, rodillos cónicos o rodillos esféricos que ruedan en caminos esféricos, y por consiguiente son a rotula. Estos rodamientos pueden estar soportados rígidamente, o bien uno de los aros puede estar soportado en un asiento esférico para que sea de autoalineación.

4. Duración o vida útil de un cojinete.

Cuando el elemento rodante de un cojinete antifricción entra en la zona de carga, se originan esfuerzos hertzianos en el aro interno, el propio elemento rodante y aro externo. Debido a que la curvatura de los elementos de contacto es diferente en la dirección axial respecto de la dirección radial, las fórmulas para estos esfuerzos son mucho más complicadas que las ecuaciones hertzianas. Si un cojinete se mantiene limpio y bien lubricado, se monta y se sella contra la entrada de suciedad o polvo, se conserva en esta condición y es operado a temperaturas razonables, entonces la fatiga del metal será la única causa de falla. Puesto que esto corresponde a muchos millones de aplicaciones de esfuerzo, se aplica a tal consideración el término duración o vida del cojinete.

La duración o vida útil de un cojinete en particular se define como el número total de revoluciones, o el número de horas de giro a una velocidad constante dada, de operación del rodamiento para que se desarrolle el tipo de falla considerado. En condiciones ideales la falla por fatiga consistirá en una astilladura o descascarado de las superficies que soportan la carga. La norma de la Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA) indica que el criterio de falla es la primera evidencia de aparición de la fatiga. Sin embargo, se observa que la duración efectiva con frecuencia se usa como definición de la duración a la fatiga. La duración nominal es un término autorizado por la AFBMA y lo emplean la mayoría de los fabricantes de cojinetes. La duración nominal de un grupo de cojinetes de bolas o de rodillos evidentemente idénticos se define como el número de revoluciones, u horas a una velocidad constante dada, que 90% de un grupo de rodamientos completará o excederá antes de desarrollar el criterio de falla. Los términos duración mínima, duración L10 y duración B10 también se emplean para designar la vida nominal.

Los términos duración promedio y duración mediana se usan en sentido muy general al describir la longevidad de rodamientos. Se considera que ambos términos tienen el mismo significado. Cuando grupos que constan de grandes números de cojinetes se prueban hasta la falla, las vidas medianas de los grupos se promedian. Por tanto, estos términos realmente designan la vida mediana promedio. En el presente trabajo se usará el término vida mediana con el significado de promedio de duraciones medianas.

Al probar grupos de rodamientos, el objetivo es determinar la vida mediana y la vida L10, o nominal. Cuando se prueban muchos grupos de cojinetes, se halla que la vida mediana está entre 4 y 5 veces L10.

5. Carga en los cojinetes.

Se han desarrollado formulas estándar para predecir la vida nominal estática de un rodamiento en cualquier conjunto especificado de condiciones. Para ello es necesario conocer algunos conceptos básicos para su calculo.

Carga nominal básica C. Es la carga que un rodamiento de bolas puede resistir por un millón de revoluciones del anillo interior. Este valor depende del tipo, geometría, exactitud de la fabricación y del material del mismo. También se la denomina "capacidad dinámica específica", "capacidad dinámica básica" o "carga nominal dinámica".

Carga radial equivalente P. Carga radial estacionaria y constante que, si se aplica a un rodamiento con anillo interior que gira y con anillo exterior estacionario, daría la misma vida que aquella que el rodamiento alcanzaría en las condiciones reales de carga y rotación.

Carga nominal estática Co. Carga radial estática que corresponde a una deformación permanente total del elemento rodante y del canal, en contacto con los esfuerzos más intensos, de 0.0001 del diámetro del elemento rodante

Carga estática equivalente Po. Carga estática radial que, si se aplica, causaría la misma deformación permanente total, en contacto con los esfuerzos más internos entre bolas y anillos que aquella que ocurriría en la condición real de carga.

Los experimentos muestran que dos grupos de cojinetes idénticos probados bajo cargas diferentes F1, y F2 tendrán las duraciones respectivas L1 y L2 de acuerdo con la relación:

Donde:

L = vida, millones de revoluciones o

vida, horas de trabajo a una velocidad constante dada n (rev/min)

a = 3 para cojinetes de bolas

10/3 para cojinetes de rodillos

La AFBMA ha establecido una designación de carga estándar para cojinetes en los cuales no interviene la velocidad. Esta designación se llama capacidad básica de carga C. La capacidad básica de carga se define como la carga radial constante que puede soportar un grupo de rodamientos, aparentemente idénticos, hasta una duración nominal de un millón de revoluciones del aro interior (carga estacionaria y aro exterior fijo). La duración nominal de un millón de revoluciones es un valor base elegido por facilidad de cálculo. La carga nominal correspondiente es tan alta que se ocasionaría la deformación plástica de las superficies de contacto donde realmente fuera aplicada. En consecuencia, la capacidad básica de carga es simplemente un valor de referencia; y probablemente nunca será aplicada dicha carga de gran tamaño.

Utilizando la ecuación 1, se obtiene que la vida de un cojinete sometido a cualquier otra carga F es:

donde L en esta ecuación se expresa en millones de revoluciones. La ecuación es más útil en la forma:

En vez de tabular la carga básica nominal para diversos tamaños de rodamientos, la mayoría de los fabricantes prefiere publicar designaciones de sus rodamientos correspondientes a cierto número de horas de vida útil a una velocidad especificada.

Ahora, sean:

FR = capacidad radial nominal de catálogo, lb (kN)

LR = duración nominal de catálogo, h

nR = velocidad nominal de catálogo, rev/min

FD = carga de diseño radial requerida, lb (kN)

LD = duración de diseño requerida, h

nD = velocidad de diseño requerida, rev/min

El problema del diseñador es: FD, LD, nD. ¿qué valor de FR debe usarse para entrar al catálogo y seleccionar el cojinete apropiado? Este problema puede resolverse empleando la ecuación 1. El número total de revoluciones de diseño es:

y el número total de revoluciones del cojinete del catálogo es:

Sustituyendo en la ecuación 1 se obtiene:

o bien:

Esto significa que el cojinete seleccionado para este diseño debe tener una carga radial nominal de catálogo igual a o mayor que FR.

6. Montaje y alojamiento.

Es necesario usar el método correcto en el montaje y observar las reglas de limpieza para que el rodamiento funcione satisfactoriamente y alcance la vida calculada. El montaje debe ser realizado preferiblemente en local seco y limpio. Máquinas que produzcan partículas metálicas, limaduras de fierro no deberán estar cercas.

Es importante antes de iniciar el montaje seleccionar las herramientas correctas para la tarea. Inspeccionar cuidadosamente los componentes que posesionarán los rodamientos. Luego remover las partes sobresalientes del material y limpiar el eje y los costados. Verificar la precisión de forma y dimensiones de los asientos del eje y de la caja, pues los mismos pueden haber sido dañados durante el desmontaje. Verificar los selladores y cambiar los que están gastados o dañados. En caso de que el rodamiento necesite ser substituido, no sacar el rodamiento nuevo de su embalaje original antes del momento de su montaje. No retirar el protector antioxidante del rodamiento, excepto sobre las superficies del diámetro externo y del hueco del rodamiento. Es necesario limpiar esas superficies con queroseno o aguarrás y secar con un paño limpio.

6.1 Ajuste con interferencia en la caja

Se debe proteger el asiento con una leve capa de aceite. Es recomendable usar una “caneca” o un pedazo de tubo limpio, pero colocarlo contra la cara del anillo externo. Certificar que el rodamiento no entra torcido en la caja. Una prensa mecánica o hidráulica podrá ser usada también, para facilitar. Las mismas reglas para montaje de rodamientos con ajuste con interferencia en el eje son válidas cuando se debe tener un ajuste con interferencia en la caja.

Podrá, a veces, ser necesario calentar la caja para montar el rodamiento. Una lámpara eléctrica, una herramienta de calentamiento SKF, aceite caliente o una llama directa, pueden ser usadas para calentar la caja. Si fuese usada una llama directa, debe ser tomar un gran cuidado, caso contrario la caja podrá partirse o deformarse. Verificar las dimensiones del asiento después caliéntelo y no se olvide de limpiar el mismo antes de montar el rodamiento. Presionar fuertemente el rodamiento contra la cara del encosto, hasta que la caja se enfríe suficientemente para que el rodamiento tenga ajuste interferente.

6.2 Ajuste con interferencia en el eje

Antes del montaje se debe proteger ligeramente los asientos del rodamiento con una capa de aceite fino. Esto es hecho a fin de impedir averías en el eje durante el montaje.

Nunca aplicar golpes directos en los rodamientos siempre usar un pedazo de tubo o una herramienta similar. Caso contrario, los anillos se pueden partir, la jaula se daña, o partículas de metal pueden destacarse y causar averías en el rodamiento cuando este colocado en operación. Los rodamientos pequeños pueden ser montados con ayuda de una “caneca” o un pedazo de tubo. El tubo debe estar bien limpio y tener extremidades planas, paralelas y sin partes sobresalientes. Colocar la herramienta contra el anillo interno y aplicar golpes, siempre distribuidos alrededor de la cara en la extremidad del tubo, con un martillo común (los martillos de chumbo u otro metal macizo no son indicados, puesto que algunos fragmentos pueden soltarse y penetrar el rodamiento). Verificar si el rodamiento no entra torcido en el eje. Nunca debe aplicarse una fuerza contra el anillo externo cuando el rodamiento fuera montado en el eje. Las pistas y los cuerpos rodantes pueden dañarse fácilmente y, en consecuencia, la vida del rodamiento será considerablemente reducida. Si el eje posee roscas internas o externas, estas pueden ser usadas en el montaje del rodamiento.

Cuando se dispone de una prensa mecánica o hidráulica, ésta podrá ser usada en el montaje de los rodamientos pequeños y medios. Puede usarse una “caneca” o un pedazo de tubo limpio entre la prensa y el anillo interno. Los rodamientos grandes son montados con mayor facilidad si fuesen primeramente calentados a una temperatura de 80 a 90ºC encima de la temperatura ambiente. Los rodamientos nunca deberán tener una temperatura encima de 120ºC. Un método adecuado para calentar es el baño de aceite. El aceite debe ser limpio y tener un punto de vaporización encima de 250ºC. Limpiar un recipiente adecuado y vacíe una cantidad de aceite suficiente para cubrir completamente el rodamiento. El rodamiento no debe estar en contacto directo con la base del recipiente, debiendo ser colocado en una plataforma o calza adecuado para evitar un calentamiento directo. Un rodamiento nunca debe ser calentado utilizando una llama directa. Usar paños limpios para agarrar el rodamiento caliente. Debe escurrirse el exceso de aceite del anillo externo y enjuagar el hueco del rodamiento. El rodamiento debe colocarse rápidamente para su posición. Presionando el rodamiento con fuerza contra el resalto hasta que este enfriado los suficiente para que el anillo interno quede bien apegado.

6.3 Rodamientos montados sobre bujes

El anillo interno de los rodamientos con hueco cónico es siempre montado con un ajuste interferente, generalmente en un buje de fijación o de desmontaje. El grado de interferencia depende de la distancia que el rodamiento es dislocado sobre la superficie cónica. La holgura interna radial original del rodamiento es gradualmente reducida, a medida que el rodamiento es dislocado. Esta reducción de holgura es, por tanto, una medida del grado de interferencia.

6.4 Buje de fijación.

Colocar el buje en el eje, en el lugar marcado antes del desmontaje; esto puede ser hecho con facilidad, si el rasgo del buje fuera abierto levemente, usando una llave de fenda, por ejemplo. Si, por algún motivo, la posición del buje en el eje no fue marcada, entonces la posición correcta del rodamiento debe ser establecida, para entonces colocar el buje con relación a este.

Debe removerse el protector antioxidante del agujero del rodamiento antes del montaje. Luego colocar el rodamiento en el buje y enrosque la tuerca de fijación. Dislocar el rodamiento en el buje apretando la tuerca. Al montar un rodamiento autocompensador de esferas sobre el buje de fijación, la reducción de la holgura interna radial debe ser verificada, girando el rodamiento y desalineando el anillo externo. Cuando la tuerca tenga alcanzado el torque correcto, será posible girar el anillo externo con facilidad, pero comenzará a haber cierta resistencia al tentar desalinear el mismo.

Antes de montar los rodamientos autocompensadores de rodamientos en bujes de fijación, la holgura interna radial debe ser medida con un calibrador de láminas. Colocar el rodamiento de pie en la bancada, gire el anillo interno algunas veces para que los rodillos asuman sus posiciones correctas, y entonces introduzca la lámina del calibrador entre el rodillo superior y la pista del anillo externo. Usar una lámina fina para comenzar y luego aumentar gradualmente la espesura, hasta que la lámina entre bien ajustada. La holgura medida deberá ser la misma para ambas carreras de los rodillos.

6.5 Precarga

El objeto de la precarga es eliminar la holgura interna que se tiene comúnmente en los rodamientos, a fin de aumentar la duración a la fatiga, y disminuir la pendiente o inclinación del eje en el rodamiento.

La precarga de cojinetes de rodillos cilíndricos puede obtenerse por:

Los cojinetes de bolas generalmente están precargados por la carga axial introducida durante el montaje.

Siempre es buena práctica seguir las recomendaciones de los fabricantes al determinar la precarga, puesto que un valor demasiado alto conducirá a una falla prematura.

6.6 Alineamiento

Con base en la experiencia general con los cojinetes de rodamiento, como se expresa en los catálogos de los fabricantes, el desalineamiento permisible en los cojinetes de rodillos cónicos y de rodillos cilíndricos se limita a 0.001 rad. Con cojinetes de bolas esféricos, el desalineamiento no debe exceder de 0.0087 rad. Pero en el caso de cojinetes de bolas con ranura profunda, el intervalo permisible de desalineamiento es de 0.0035 a 0.0047 rad.

La duración de un cojinete disminuye significativamente cuando se exceden los límites del desalineamiento permisible.

La protección adicional contra el desalineamiento se obtiene mediante las medidas de hombros recomendadas por el fabricante. Asimismo, si existe cualquier grado de desalineamiento, es buena práctica proporcionar un factor de seguridad aproximadamente igual a 2 para tener en cuenta posibles incrementos durante el montaje.

6.7 Alojamientos

Para evitar la entrada de polvo y materias extrañas y retener el lubricante, el montaje de un cojinete debe incluir un sello. Los tres tipos principales de sellado son con sello de fieltro, con sello comercial y con sello de laberinto.

Los sellos de fieltro pueden usarse en la lubricación 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 colocándolos 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 está retenido por una cubierta de lámina metálica. Estos sellos, por lo general, se colocan por ajuste a presión dentro de un hueco ensanchado en la cubierta del cojinete. Puesto que desarrollan la acción 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 éstas deben hacerse en el hueco del cojinete o en su parte exterior. La holgura puede fluctuarse entre 0.010 y 0.040 pulgadas, según la velocidad y la temperatura.

7. Lubricación.

Las superficies de contacto de los cojinetes de rodamiento tienen un movimiento relativo que es de rodadura y de deslizamiento, y por ello es difícil comprender exactamente lo que sucede. Si la velocidad relativa de las superficies deslizantes es lo suficientemente elevada, entonces la acción del lubricante es hidrodinámica. La lubricación elastohidrodinámica (EHD) es el fenómeno que ocurre cuando se introduce un lubricante entre superficies que están en contacto rodante puro. Son ejemplos típicos el contacto entre dientes de engranes y el que ocurre en los cojinetes de rodamiento y en las superficies de los mecanismos de leva y seguidor. Cuando un lubricante queda atrapado entre dos superficies en contacto rodante, se origina un incremento muy grande en la presión interna de la película de lubricante. Pero como la viscosidad está relacionada en forma exponencial con la presión, también se produce un incremento muy grande en la viscosidad del lubricante confinado entre las superficies. Leibensperger señala que el cambio de viscosidad dentro y fuera de la presión de contacto, equivale a la diferencia que existe entre la viscosidad del asfalto frío y el aceite delgado para máquina de coser.

Los objetivos de un lubricante para cojinetes de rodamiento o antifricción pueden resumiese como sigue:

Los lubricantes utilizados son:

• Grasa.

• Aceite base o mineral.

• Espesantes o sustancias inorgánicas.

• Aditivos (para presiones altas y condiciones corrosivas)

7.1 Elección del sistema de lubricación

Al construir una máquina es aconsejable determi­nar lo más pronto posible si se desea lubricar los rodamientos con aceite o con grasa. En casos especiales puede preverse una lubricación con lu­bricantes sólidos.

7.1.1 Lubricación con grasa

La lubricación con grasa se usa en un 90% de todas las aplicaciones de rodamientos. Las ventajas esenciales de una lubricación con grasa son:

• Construcciones muy sencillas

• Mayor eficacia de la obturación debido a la grasa

• Elevada duración de servicio mediante una lubricación con poco mantenimiento bajo condiciones normales de servicio y de medio ambiente, la lubricación por grasa puede realizarse muchas veces como lubricación a vida (for - life).

En el caso de elevadas solicitaciones (revoluciones, temperatura, carga) debe preverse una re- lubrica­ción con períodos de re- engrase adecuados. En el caso de tiempos de re- engrase cortos hay que pre­ver una bomba para inyección de la grasa, canales de alimentación de la grasa, eventualmente un disco regulador de la grasa y un recinto colector para la grasa usada.

Cantidad de grasa requerida

Cuando ninguna recomendación es dada, la cantidad de grasa a ser usada, puede ser calculada por la ecuación:

G = 0.005 D B

donde:

G = cantidad de grasa, en gramos

D = diámetro externo del rodamiento, en mm

B = largura del rodamiento, en mm

7.1.2 Lubricación con aceite

Este sistema de lubricación resulta adecuado si los elementos próximos a la máquina deben lubricarse también cuando sea necesario evacuar el calor mediante el lubricante. La evacuación de calor puede ser necesaria en el caso de elevadas veloci­dades de giro altas solicitaciones a carga o si el apoyo esta sometido al calor desde afuera.

Al lubricar con pequeñas cantidades de aceite (la lubricación con cantidades mínimas), como por ejem­plo lubricación por goteo, por neblina de aceite o por aceite - aire es posible dosificar la cantidad de aceite exactamente. Esto ofrece la ventaja de poder mantener bajo tanto el rozamiento debido al cha­poteo, como la potencia perdida del rodamiento. Al usar aire como medio portante de la lubrica­ción puede conseguirse una alimentación dirigida y una corriente favorable para la obturación. La lubricación por inyección de aceite con grandes cantidades facilita la alimentación precisa de todos los puntos de contacto en rodamientos alta­mente revolucionados y una buena refrigeración.

Existen muchos métodos de lubricación con aceites:

• Baños de aceite.

• Sumergido de aceite.

• Goteo de aceite.

• Inyección de aceite.

• Circulación forzada del aceite.

• Lubricación de aceite pulverizado. (aire conteniendo aceite)

Lubricación Aceite/aire (el aire comprimido se mezcla con el aceite en una válvula especial y es rociado)

8. Mantenimiento de los rodamientos

8.1 Almacenamiento de rodamientos

Para evitar paradas largas en la producción debidas a fallas de rodamientos, es necesario asegurar que algunos de estos estén disponibles para la reposición. Para esto es aconsejable saber, con anticipación, cuáles rodamientos son usados en las máquinas, y si son necesarias herramientas especiales para el desmontaje y montaje de los mismos.

Los rodamientos son bañados en un protector contra oxidación, antes de ser embalados, y pueden ser almacenados en sus embalajes originales por muchos años. De preferencia deben ser almacenados en locales donde la humedad relativa no pase el 60% y la temperatura ambiente sea constante. Lógi­camente no debe almacenarse en el mismo recinto ningún producto químico agresivo. Rodamientos con placas de protección, sufijo -2Z, no deberán ser almacenados por más de 2 años, y los rodamientos con placas de sellado, sufijo -2RS, por no más de 3 años. Estos rodamientos son “lubricados para toda la vida”, además la grasa envejece y se torna muy consistente si fueran almacenados por mucho tiempo.

Asegúrese de que los rodamientos que no están en su embalaje original, estén limpios, bien protegidos con aceite o grasa, y envueltos en papel parafinado de buena calidad.

Los rodamientos mayores deben almacenarse en posición horizon­tal de tal forma que quede apoyada toda su super­ficie frontal.

La protección anticorrosiva es neutra frente a las grasas standard para rodamientos (grasas saponifi­cadas a base de aceite mineral).

8.2 Métodos de análisis de fallas de los rodamientos

• Chequeo del ruido

• Chequeo de la temperatura de operación

• Chequeo del lubricante

• Sistema de emisión acústica (acoustic emission) de diagnosis de anormalidad.

8.3 Limpieza de los rodamientos sucios

Para limpiar los rodamientos pueden usarse gasolina de lavado, petróleo, alcohol de quemar y detergentes acuosos neutros o alcalinos, Debe tenerse en cuenta que la gasolina de lavado, el petróleo son inflamables y los agentes alcalinos son cáusticos. Los hidrocarburos dorados corren el peligro de ocasionar incendios, explosiones y descomposi­ciones además, son nocivos para la salud. Para limpiar los rodamientos pueden usarse pince­les, cepillos o trapos no deshilachados. Después del lavado y de la evaporación del detergente fresco, debe evitarse la corrosión en los rodamientos embalándolos inmediatamente. Si los rodamientos contienen residuos de aceites o grasas, se recomienda una limpieza previa mecánica y un remojo en un detergente altamente alcalino.

Carga previa. Consiste en colocar un rodamiento bajo el efecto de una carga axial inicial independiente de la carga de trabajo, a fin de mantener una alineación casi constante, reduciendo el movimiento axial y en cierto grado la desviación radial bajo las cargas de trabajo.

L. Leibensperger, "When Selecting a Bearing", Machine Design.

Rodamientos

Operaciones Industriales II

1

Ecuación 1

Ecuación 2

Ecuación 3

Ecuación 4

Figura 1 : Nomenclatura de cojinete de bolas

(Cortesia de New Departure- Hyatt Division, General Motors Corporation)