COJINES DE CONTACTO RODANTE Rodamientos. Descripción y Selección

1. COJINES DE CONTACTO RODANTERodamientos. Descripción y Selección

2. DISEÑO MECANICO II Ing. Rafael Antonio Ramírez Restrepo UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

3. Rodamientos:Introducción Elnombrede“cojinetesderodamiento”,osimplementerodamientos,seempleaparadescribir laclasedesoportedeeje,enelquelacargaprincipalsetransmiteatravésdeelementosque estánencontactorodanteynodeslizante. La carga, la velocidad y la viscosidad de operación del lubricante afectan a las características fricciónales de un cojinete de rodamiento Para un mayor detalle convendrá en cada caso estudiar atentamente las recomendaciones de cada fabricante para atender a factores tales como: carga de fatiga, fricción, calentamiento, problemas cinemáticas, propiedades de los materiales, resistencia a la corrosión, lubricación, tolerancias, etc. .

4. Rodamientos:Introducción Algunasdelasventajasdelautilizaciónderodamientosenlugardecojinetesdefricciónson: - Setratadeelementosestandarizados -Menorfricciónenelarranque -Nonecesitaperíododerodaje,alcontrarioqueloscojinetesdedeslizamiento -Lalubricaciónessencilla,yprácticamentenonecesitamantenimiento -Ocupanmenorespacioaxial -Poseenciertacapacidadparaabsorbercargascombinadas(axiales+radiales) -Puedentrabajaratemperaturassuperiores Yalgunosdelosinconvenientesson: -Mayortamañoradial -Mayorpeso -Nosonaptosparaelfuncionamientoavelocidadeselevadas,acausadesupoca durabilidaddebidoaqueloselementosrodantesestánsometidosatensioneselevadasy variables. - Suinstalaciónesmáscompleja

5. Rodamientos:Introducción Los elementosrodantesse utilizan para disminuirla rodaduraesmenorqueeldedeslizamiento. fricción, ya que el rozamiento por El rodamientoes un órgano de base queaseguraun enlace móvilentredos elementos de un mecanismo, uno de rotación con respectoa otro. Su funciónes permitirlarotación relativaentre doselementos Concarga Conprecisión Conrozamiento mínimo

6. Rodamientos:Introducción

7. Rodamientos: Tiposde rodamientos Existendiferentestiposderodamientos,peropodemosdistinguirdosgrandesgrupossegúnel tipodeelementosrodantesqueutilizan:rodamientosdebolasyrodamientosderodillos (cilíndricosocónicos). Losrodamientossefabricanparasoportar: −Cargaspuramenteradiales −Cargasdeempujeaxial −Combinacióndecargasradialesyaxiales

8. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos EntérminosgeneralestodoslosrodamientosdecontactorodanteestánformadosporlaspartesconstructivasquesemuestranenlaFigura.

9. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Lanomenclaturadeuncojineteseindicaenlafigura,enlaqueseaprecianlascuatropartesprincipales:aroexterno,arointerno,elementosrodantes(bolas),yseparador.

10. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Detalledevistainteriordeunrodamientosdebolas.

11. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Existendiferentestiposderodamientosperosepuedendistinguir de acuerdo a la geometría de loselementosrodantesen lossiguientes grupos: Rodamientosde bolas Rodamientosde rodillos oCilíndricos oCónicos oEsféricos odeAgujas

12. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos En la Figurase muestranalgunoscasosde rodamientosde bolas.

13. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos En la Figurase muestranalgunoscasosde rodamientosde bolas.

14. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Losrodamientosdebolasdegargantaprofundasoportancarga axialdebidoa su configuración. radial,ytambién Losrodamientoscondoshilerasdebolasposeen,lógicamente, de carga. mayorcapacidad Para aumentar la capacidad de carga radial se utilizan los rodamientos con aberturadeentradaparabolasolosdecontactoangular,quepermitenunmayor númerodebolasporhilera.Sinembargo,esteaumentodecapacidaddecarga radialse producea costa de no podersoportaresfuerzosaxialesmás que enuna dirección,o biensóloesfuerzosaxialesmuy bajos. Losdecontacto angularse suelen montaren parejas.Parapermitirdesalineaciones considerablesse utilizanrodamientosautoalineantes

15. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Algunoscojinetesde rodillosde tipo estándar se ilustran en la figura. Diversostipos derodamientosderodillos: a) b) c) d) e) f) cilíndricos, esféricos,deempuje, cónicos,de empuje, de agujas, cónicosordinarios, cónicosde ampliocontacto angular.

16. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Algunoscojinetesde rodillosde tipo estándar se ilustran en la figura. Diversostipos derodamientosderodillos: a) b) c) d) e) de unasolahilera, de doshilerasoscilante, oscilantedeuna hilera, cónicos, axialoscilante.

17. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Elcojinetedeempujederodillosesféricosesútildondesetienenfuertescargasy des-alineamientos. Loselementosesféricostienenlaventajadeampliarsuáreadecontactoamedida quelacargaaumenta.Loscojinetesdeagujassonmuyútilesdonde radialeslimitado.Se surtencon pistas derodamientoo sinellas. elespacio Loscojinetesderodilloscónicoscombinanlasventajasdeloscojinetes derodilloscilíndricospuestoquepuedensoportarcargasradialesy debolasy axiales,o cualquiercombinacióndelasdosyademástienenlacapacidaddecargaelevada de loscojinetesde rodilloscilíndricos. Sediseñandemaneraquetodosloselementosdelasuperficiedelosrodillosyde las pistasse interseccionenen unpunto comúnen eleje delcojinete.

18. Rodamientos:Descripciónde losrodamientos Enelfigurasemuestrauncasoderodamientosdeagujas.a)esquemacompleto, b)apoyodirectoen lasagujas,c)apoyosemi-directodelasagujas.

19. Condicionesde cargasen losRodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylosrodamientosderodillospuedensoportarcargasmásaltas.Deacuerdoaltipode cargaque debensoportarlosrodamientosse dividenen; RodamientosRadiales RodamientosAxiales

20. Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylosrodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

21. Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylos rodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

22. Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylos rodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

23. Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylos rodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

24. Rodamientos:Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylos rodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

25. Rodamientos:Condicionesde cargasen losrodamientos Losrodamientosdebolassoncapacesdedesarrollarvelocidadesmásaltasylos rodamientosde rodillospuedensoportarcargasmás altas.

26. Rodamientos:VelocidadLimite Velocidadmáximaencondicionesnormalesdefuncionamiento,paralacualel calentamientointernodelrodamientose consideraaceptable.

27. Rodamientos:Temperatura Fueradelazonadetemperaturanormal,sealteranlaspropiedades lubricante, del se deterioran las juntas yse deterioran las jaulas de poliamida. deestanqueidade Porestasrazoneshayquepreverlaaplicacióndegrasas,juntas inclusotratamientostérmicosespecíficos.

28. Rodamientos:Temperatura La lubricación vendrádefinidacomoconsecuencia de los 3 factores anteriores: Cargas Velocidad Temperatura Coninfluenciade la poluciónambiental.

29. Rodamientos:Desalineamiento Laduracióndeuncojinetedisminuye significativamentecuandose exceden los límites deldesalineamiento permisible. Laprotecciónadicionalcontra el desalineamientose obtienemediantelas medidasdehombrosrecomendadaspor el fabricante.Asimismo,si existe cualquiergradodedesalineamiento,es buenaprácticaproporcionarunfactorde seguridadaproximadamenteiguala 2 paratener en cuentaposibles incrementosduranteelmontaje.

30. Rodamientos:Desalineamiento Laprotecciónadicionalcontraeldesalineamientoseobtienemediantelasmedidas dehombrosrecomendadasporelfabricante.Asimismo,siexistecualquiergradode desalineamiento, es buena práctica proporcionar un factor de seguridad aproximadamenteiguala2paratenerencuentaposiblesincrementosduranteel montaje.

31. Rodamientos:Comportamientopor tipos. Comportamientode losdistintosrodamientos

32. Rodamientos:Jaulas. Su función principal esseparara los cuerpos rodantespara mantenersuequidistancia,ademásdereducirelrozamientoyelcalentamiento interno.Igualmenteguiaraloscuerpos rodantes,solidarizar aloscuerposrodantesconunodelosanillosenelcasoderodamientos cónicos,cilíndricosoesféricos.

33. Rodamientos:Juntasdeestanqueidad Sufunciónprincipalesasegurarquelaspartesactivasdelrodamiento,(cuerposrodantes la que pitas de rodadura y jaula) permanezcan limpias y bien contaminaciónpenetreenelrodamientoyreteniendolagrasa. lubricadas impidiendo Algunosrodamientosdebolasutilizadosestánprotegidos SerieSNR yengrasadosdeporvida.

34. Rodamientos:Juntasdeestanqueidad Enalgunasocasionessielgradodepoluciónexternaesmuyelevadosedeberánpreverelementosdeprotecciónexternosparaimpedirlaentradadepartículasextrañasalinteriordel rodamiento.

35. Rodamientos:Rodamientoscónicos Lanomenclaturadeestoscojinetesdifiere en algunos aspectos de la de los rodamientosderodilloscilíndricos.Elaro interno se llamacono,yal aro externo se le denominacopatalcomose indicaenla figura.Enestetipo derodamientoslacopa puede separarsedel conjuntodel conoy rodillos. Lafiguramuestralanomenclaturadeun rodamientoderodillos eselcentrodecarga cónicos.ElpuntoG efectivayseutiliza para calcular la carga radial del rodamiento.

36. Rodamientos:Rodamientoscónicos que soportan cónicos de un rodillos rodamientos Lafiguramuestraunmontajetípicodedos ejesometidoaunacargaaxialexterna Fa. Esquemadeunparderodamientosderodilloscónicos(montajedirecto)sobrelosqueactúan cargasradialesyaxiales.NótesequelascargasradialesseaplicansobrelospuntosG definidosporlageometríadecadarodamiento

37. Selecciónde Rodamientos.Duracióno vidaútil Cuandoseaplicaunacargasobreelrodamientoseproducenunastensionesde contacto sobrelaspistasylasbolasdel rodamiento. Debido a la geometría de estos elementos estas tensiones responden a unas ecuacionesrelativamentecomplicadas,basadasen la teoríadeHertz. Siuncojinetesemantienelimpioybienlubricado,semontaysesellacontrala entradadesuciedadopolvo,seconservaenestacondiciónyoperaatemperaturas razonables,entoncesla fatiga delmaterialserá laúnicacausa defallo.

38. Selecciónde Rodamientos.Duracióno vidaútil La duración o vida útil de un rodamiento se define como el número total derevoluciones,oelnúmerodehorasdegiroaunavelocidaddeterminada,de operacióndelcojineteparaque se produzcael fallo. En condiciones ideales el fallo por fatiga consistirá en una astilladura o descascarilladode lassuperficiesquesoportanla carga. LaduraciónnominalesuntérminoautorizadoporlaAFBMA(Anti-FrictionBearing Manufacturers Association) y lo emplean la mayoría de los fabricantes de rodamientos. Se define como el número de revoluciones, o bien horas a una velocidad constante dada, que el 90% de un grupo de cojinetes completará o excederásinproducirsefallo. Lostérminos:duraciónmínima,duraciónL10,yduraciónB10,tambiénseemplean paradesignarlavida nominal.

39. Selecciónde Rodamientos.Duracióno vidaútil Losexperimentos cargasdiferentes, con larelación: muestranquedosgruposdecojinetesidénticosprobadosbajo F1y F2, tendránrespectivamente duraciones L1y L2de acuerdo 𝑎 L1 𝐹2 = 𝐹1 siendo, Li =vida enmillonesderevolucioneso horas detrabajo aunavelocidadde  rotacióndada a = 3 paracojinetesdebolas a =10/3 para cojinetesde rodillos  

40. Selecciónde Rodamientos.Duracióno vidaútil SesueleempleareltérminocapacidaddecargabásicaC,quesedefinecomolacargaqueun grupodecojinetessoportaparaunaduraciónnominaldeunmillónderevoluciones(L10=1x106 revoluciones). Laduraciónnominaldeunmillónderevolucionesesunvalorbaseelegidoporfacilidadde cálculo. Dehecholacarganominalcorrespondienteestanalta,queseocasionaríaalaplicarlala deformaciónplásticadelassuperficiesdecontacto. Enconsecuencia,lacapacidadbásicadecargaessimplementeunvalordereferenciayque permitetransformarlaecuaciónanteriorenlasiguienteenlaque,conocidalacapacidadde cargaC,puedehallarselavidaparaunvalorconcreto,F,decargaradial: 𝑎 𝐶 𝐿= 𝐹 enestaúltimaecuaciónLestáexpresadaenmillonesderevoluciones.

41. Selecciónde Rodamientos.Duracióno vidaútil Algunos fabricantes en vez de tabular la carga básica nominal para diversos tamaños de cojinetes prefieren publicar designaciones de a sus una que cojinetes velocidad correspondientes a cierto número de útil horas de vida útil especificada. En estos casos será la siguiente expresión se deriva directamentedelasanteriores: siendo, −FR,lacapacidadradialnominal decatálogo,N −LR,laduraciónnominaldecatálogo,horas −FD,lacargadediseñorequerida,N −LD,laduracióndediseñorequerida,horas −nR,lavelocidadnominaldecatálogo,rpmorad/s −nD,lavelocidaddediseñorequerida,rpmorad/s

42. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos Conexcepcióndeloscojinetesdiseñadosúnicamenteparacargaaxial,porlogeneral,los rodamientosdebolassesometenaunacombinacióndecargaradialyaxial.Lascapacidades deloscatálogosestánbasadasencargasradiales,sesueledefinirportantounacargaradial equivalente, Fe, que tendrá el mismo efecto sobre la vida del cojinete que las cargas aplicadas.LaecuacióndelaAFBMAparacargaradialequivalente elmáximodeestosdosvalores: para cojinetes debolas es Fe=V.FR Fe=X.V.FR +Y.Fa donde, −Feeslacargaradialequivalente −FReslalacargaradialaplicada −Fa eslacargaaxialaplicada −Vesunfactorquesirveparacorregirlasdiferentescondiciones derotación. V=1paragirodelarointerior.V=1,2paragirodelaroexterior.Encojinetes autoalineadossetomasiempreV=1. −Xeselfactorradial −Yeselfactordeempuje

43. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos LosfactoresXeYdelaecuaciónanteriordependendelageometríadelcojinete,incluyendoel númerodebolasyeldiámetrodelasmismas.LasrecomendacionesdelaAFBMAsebasanen elvalordelcocienteentrelacomponentedelafuerzaaxial,Fa,ylacapacidaddecargabásica estáticaC0. Lacapacidaddecargaestáticasetienetabulada,juntoconlacapacidaddecargadinámica básicaC,enmuchaspublicaciones defabricantesdecojinetes.PorejemploenlaTablase recogenunosvaloresamododeejemploypuedeversecómoapartirdeFa/C0seobtienee,y porcomparaciónentreFa/FRyepuedehallarseXeY. EnlosrodamientosderodilloscilíndricossetomaY=0puestoquenopuedensoportarcarga axial.

44. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos

45. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos La mayoría de los fabricantes disponen de catálogos on-line o en CD que permitenseleccionarycalculartoda lagama desus rodamientos. Paraayudaraldiseñadorenlaseleccióndecojinetes,seincluyendatossobrela vidaoduracióndelosrodamientosparamuchasclasesdemáquinas,asícomo losfactoresdeaplicaciónde lacarga. Estainformaciónprovienedelaexperienciarealysirvecomopuntodepartida para el diseño, especialmente si no se dispone de información propia ya contrastada.

46. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos La Tabla contiene recomendaciones acerca de la duración de rodamientos requeridaen algunasclasesde máquinas.

47. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosdebolasy cilíndricos LosfactoresdeaplicacióndelaTablasirvenparaelmismoobjeto,comofactoresdeseguridad;seutilizanafindeaumentarlacargaequivalenteantesdeseleccionarun cojinete.

48. Selección de Rodamientos.Rodamientos de rodillos cónicos La nomenclatura de estos cojinetes difiereenalgunos aspectosdeladelos rodamientosde rodilloscilíndricos. Elarointernosellamacono, externoseledenominacopatal yalaro comose indica en la figura. En este tipo de rodamientos la copa puede separarse delconjuntodelcono yrodillos. Lafiguramuestralanomenclaturadeun rodamiento derodillos cónicos.El punto Geselcentrodecargaefectivay se utilizapara calcularla cargaradialdel rodamiento.

49. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosderodilloscónicos Uncojinetederodilloscónicosescapazdesoportarcargasradialesyaxiales combinacióndeambas. o Sinembargo,aunnoexistiendounacargaaxialexterna,lascargasradialessobre este tipo derodamientosgeneranunareacciónaxial. Esporelloqueseempleansiempreenunejeporejemplodosrodamientosde rodilloscónicosbienconlascontracarasdelosconosenfrentadas(montajedirecto), o biencon lascarasde losconos puestasfrente a frente(montajeindirecto).

50. Selecciónde Rodamientos.Rodamientosderodilloscónicos Lacomponentedeempujeaxialprovocadaporunacargaradialenunrodamiento de rodillocónicorespondede forma aproximadaa la siguienteecuación dondeKesaproximadamente1.5paracojinetesradialesy0.75paracojinetesde grancontacto angular.