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Rodamiento de elementos rodantes

Un rodamiento de bolas de ranura profunda sellado En ingeniería mecánica , un rodamiento de elementos rodantes , también conocido como cojinete de rodadura , [ 1 ] es un cojinet...

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Un rodamiento de bolas de ranura profunda sellado

En ingeniería mecánica , un rodamiento de elementos rodantes , también conocido como cojinete de rodadura , [ 1 ] es un cojinete que soporta una carga mediante la colocación de elementos rodantes (como bolas, cilindros o conos) entre dos anillos concéntricos ranurados llamados pistas . El movimiento relativo de las pistas hace que los elementos rodantes rueden con muy poca resistencia a la rodadura y con poco deslizamiento .

Uno de los primeros y más conocidos rodamientos de elementos rodantes consiste en un conjunto de troncos colocados en el suelo con un gran bloque de piedra encima. Al tirar de la piedra, los troncos ruedan por el suelo con poca fricción . Cuando cada tronco sale por la parte trasera, se mueve hacia adelante, donde el bloque rueda sobre él. Es posible imitar este tipo de rodamiento colocando varios bolígrafos o lápices sobre una mesa y poniendo un objeto encima. Consulte « rodamientos » para obtener más información sobre su desarrollo histórico.

Un rodamiento rotativo de elementos rodantes utiliza un eje dentro de un orificio mucho más grande, y esferas o cilindros llamados "rodillos" llenan el espacio entre el eje y el orificio. A medida que el eje gira, cada rodillo actúa como los troncos del ejemplo anterior. Sin embargo, dado que el rodamiento es redondo, los rodillos nunca se salen de su sitio bajo la carga.

Los rodamientos de elementos rodantes tienen la ventaja de un buen equilibrio entre costo, tamaño, peso, capacidad de carga, durabilidad, precisión, fricción, etc. Otros diseños de rodamientos suelen ser mejores en un atributo específico, pero peores en la mayoría de los demás, aunque los rodamientos fluidos a veces pueden superar simultáneamente en capacidad de carga, durabilidad, precisión, fricción, velocidad de rotación y, a veces, costo. Solo los cojinetes lisos se utilizan tan ampliamente como los rodamientos de elementos rodantes. Se utilizan comúnmente en aplicaciones automotrices, industriales, marinas y aeroespaciales. Son productos de gran necesidad para la tecnología moderna. El rodamiento de elementos rodantes se desarrolló a partir de una base sólida construida a lo largo de miles de años. El concepto surgió en su forma primitiva en la época romana . [ 2 ] Después de un largo período de inactividad en la Edad Media, fue revivido durante el Renacimiento por Leonardo da Vinci y se desarrolló constantemente en los siglos XVII y XVIII.

Cronología de la historia de los rodamientos

Estudio de un rodamiento de bolas realizado por Leonardo da Vinci ( 1452 – 1519 ).
  • A partir del año 2600 a. C., los antiguos egipcios fueron los primeros en utilizar notablemente el concepto de rodamientos. Inicialmente, lo hicieron colocando troncos debajo de las piedras, con grupos de constructores a cada lado empujando y tirando del peso de las mismas. [ 3 ]
  • 40 a. C. - En los restos de un barco romano hundido en el lago Nemi. Este descubrimiento demuestra el continuo desarrollo del principio. Los restos del barco no muestran indicios claros de para qué se utilizaban estas orientaciones.
  • Siglo XVII - Galileo describe la funcionalidad de un cojinete enjaulado [ 4 ]
  • 1740 - John Harrison inventó el primer rodamiento de rodillos enjaulado para la cronometría marina H3. [ 5 ]
  • 1794 - La primera patente para el rodamiento de bolas fue otorgada a Philip Vaughan de Carmarthen , Gales. Este es el primer diseño que muestra un objeto esférico moviéndose a través de una ranura.
  • 1869 - Jules Suriray recibe la primera patente para un rodamiento de bolas radial; su diseño fue utilizado por James Moore para ganar la primera carrera ciclista de 80 millas (130 km) de París a Rouen . [ 6 ]  

Diseño general

Descripción del diseño

Los cojinetes, especialmente los de elementos rodantes, están diseñados de manera similar en todos los casos y constan de una pista exterior e interior, un orificio central, un retenedor para evitar que los elementos rodantes choquen entre sí o bloqueen el movimiento del cojinete, y los propios elementos rodantes. [ 1 ]

Los componentes internos de rodadura pueden variar en diseño debido a la finalidad de la aplicación del rodamiento. Los cinco tipos principales de rodamientos son de bolas, cilíndricos, cónicos, de barril y de agujas. [ 2 ]

Bola: la más sencilla, que sigue los principios básicos con una mínima intención de diseño. Es importante destacar que la posibilidad de un mayor número de inmovilizaciones probablemente se deba a la libertad del diseño de la pista.

Cilíndrico: Para movimiento en un solo eje y en línea recta. Su forma permite una mayor superficie de contacto, lo que facilita mover más peso con menos fuerza y ​​a mayor distancia.

Cónico: enfocado principalmente en la capacidad de soportar carga axial [ 7 ] y carga radial. [ 8 ] Esto se logra mediante el uso de una estructura cónica que permite que los elementos rueden en diagonal.

Cañón: Proporciona asistencia a las altas cargas de choque radiales que causan desalineación y utiliza su forma y tamaño para compensar. [ 9 ]

Cojinetes de aguja: Con tamaños, diámetros y materiales variables, este tipo de cojinetes son los más adecuados para ayudar a reducir el peso, así como para aplicaciones con secciones transversales más pequeñas, y suelen tener una mayor capacidad de carga que los cojinetes de bolas y las aplicaciones de ejes rígidos. [ 10 ]

Tipos de diseño específicos

Rodamiento de bolas

Un tipo particularmente común de rodamiento de elementos rodantes es el rodamiento de bolas . Este rodamiento tiene pistas interior y exterior entre las que ruedan las bolas . Cada pista presenta una ranura, generalmente diseñada para que la bola encaje con una ligera holgura. Por lo tanto, en principio, la bola entra en contacto con cada pista en un área muy estrecha. Sin embargo, una carga en un punto infinitamente pequeño causaría una presión de contacto infinitamente alta. En la práctica, la bola se deforma (aplana) ligeramente donde entra en contacto con cada pista, de forma similar a como un neumático se aplana donde entra en contacto con la carretera. La pista también cede ligeramente donde cada bola presiona contra ella. Por lo tanto, el contacto entre la bola y la pista es de tamaño finito y tiene una presión finita. La bola deformada y la pista no ruedan de forma completamente suave porque diferentes partes de la bola se mueven a diferentes velocidades durante el rodamiento. Por lo tanto, existen fuerzas opuestas y movimientos de deslizamiento en cada punto de contacto bola/pista. En conjunto, esto provoca la fricción del rodamiento.

rodamientos de rodillos

Distribución de carga (fuerza normal por rodillo) en un rodamiento de rodillos cilíndricos tipo NU206. El anillo interior y los rodillos del rodamiento giran en sentido antihorario; una carga radial estática de 3000 N actúa sobre el anillo interior en dirección descendente. El rodamiento tiene 13 rodillos, de los cuales 4 están sometidos a carga en todo momento.

Rodillo cilíndrico

Un rodamiento de rodillos cilíndricos

Los rodamientos de rodillos son el tipo más antiguo conocido de cojinete de elementos rodantes, que data de al menos el año 40 a. C. Los rodamientos de rodillos comunes utilizan cilindros con una longitud ligeramente mayor que su diámetro. Por lo general, los rodamientos de rodillos tienen una mayor capacidad de carga radial que los rodamientos de bolas, pero una menor capacidad y mayor fricción bajo cargas axiales. Si las pistas interior y exterior están desalineadas, la capacidad de carga del cojinete suele disminuir rápidamente en comparación con un rodamiento de bolas o un rodamiento de rodillos esféricos.

Como en todos los rodamientos radiales, la carga externa se redistribuye continuamente entre los rodillos. A menudo, menos de la mitad del total de rodillos soporta una parte significativa de la carga. La animación de la derecha muestra cómo una carga radial estática es soportada por los rodillos del rodamiento a medida que gira el anillo interior.

Rodillo esférico

Un rodamiento de rodillos esféricos

Los rodamientos de rodillos esféricos tienen una pista exterior con forma esférica interna. Los rodillos son más gruesos en el centro y más delgados en los extremos. Por lo tanto, los rodamientos de rodillos esféricos pueden compensar tanto la desalineación estática como la dinámica. Sin embargo, los rodillos esféricos son difíciles de fabricar y, por consiguiente, costosos, y los rodamientos presentan mayor fricción que un rodamiento ideal de rodillos cilíndricos o cónicos, debido al cierto deslizamiento entre los elementos rodantes y las pistas.

Rodamiento de engranajes

Un cojinete de engranaje

Los cojinetes de engranajes son similares a los engranajes epicicloidales . Constan de varios engranajes satélite más pequeños que giran alrededor del centro del cojinete a lo largo de una pista situada en la parte exterior de los engranajes internos y satélite, y en la parte interior del engranaje externo. La desventaja de este tipo de cojinete es la complejidad de su fabricación.

Rodillo cónico

Un rodamiento de rodillos cónicos

Los rodamientos de rodillos cónicos utilizan rodillos cónicos que se deslizan sobre pistas cónicas. La mayoría de los rodamientos de rodillos solo soportan cargas radiales o axiales, pero los rodamientos de rodillos cónicos soportan ambas cargas y, por lo general, pueden soportar cargas mayores que los rodamientos de bolas debido a su mayor superficie de contacto. Los rodamientos de rodillos cónicos se utilizan, por ejemplo, como rodamientos de rueda en la mayoría de los vehículos terrestres con ruedas. La desventaja de este tipo de rodamiento es que, debido a la complejidad de su fabricación, los rodamientos de rodillos cónicos suelen ser más caros que los de bolas; además, bajo cargas pesadas, el rodillo cónico actúa como una cuña y las cargas tienden a expulsarlo; la fuerza del collarín que mantiene el rodillo en su lugar aumenta la fricción del rodamiento en comparación con los rodamientos de bolas.

Rodillo de aguja

Un rodamiento de agujas

El rodamiento de agujas es un tipo especial de rodamiento que utiliza rodillos cilíndricos largos y delgados con forma de aguja. A menudo, los extremos de los rodillos se estrechan hasta terminar en punta, lo que sirve para mantenerlos fijos, o bien pueden ser hemisféricos y no estar fijos, sino sujetos por el propio eje o un sistema similar. Debido a la delgadez de los rodillos, el diámetro exterior del rodamiento es solo ligeramente mayor que el orificio central. Sin embargo, los rodillos de pequeño diámetro deben doblarse bruscamente en el punto de contacto con las pistas de rodadura, lo que provoca que el rodamiento se fatigue con relativa rapidez.

Rodamientos de rodillos toroidales CARB

Los rodamientos CARB son rodamientos de rodillos toroidales y similares a los rodamientos de rodillos esféricos , pero pueden compensar tanto la desalineación angular como el desplazamiento axial. [ 11 ] En comparación con un rodamiento de rodillos esféricos, su radio de curvatura es mayor que el de una esfera, lo que los convierte en una forma intermedia entre los rodillos esféricos y cilíndricos. Su limitación es que, al igual que un rodillo cilíndrico, no se posicionan axialmente. Los rodamientos CARB se utilizan normalmente en pares con un rodamiento de posicionamiento, como un rodamiento de rodillos esféricos . [ 11 ] Este rodamiento sin posicionamiento puede ser ventajoso, ya que permite que un eje y una carcasa experimenten una expansión térmica independiente.

Los rodamientos de rodillos toroidales fueron introducidos en 1995 por SKF como "rodamientos CARB". [ 10 ] El inventor del rodamiento fue el ingeniero Magnus Kellström. [ 12 ]

Configuraciones

La configuración de las pistas determina los tipos de movimientos y cargas que un rodamiento puede soportar mejor. Una configuración determinada puede servir para varios de los siguientes tipos de carga.

Cargas de empuje

Un rodamiento de rodillos axiales

Los cojinetes axiales se utilizan para soportar cargas axiales, como en ejes verticales. Los diseños más comunes son los cojinetes axiales de bolas , de rodillos esféricos , de rodillos cónicos o de rodillos cilíndricos. Asimismo, se emplean cojinetes sin elementos rodantes, como los hidrostáticos o magnéticos, en aplicaciones donde se requieren cargas especialmente pesadas o baja fricción.

Cargas radiales

Los rodamientos de elementos rodantes se utilizan con frecuencia en ejes debido a su baja fricción. Para cargas ligeras, como en bicicletas, se suelen usar rodamientos de bolas. Para cargas pesadas y en situaciones donde la carga puede variar considerablemente al tomar curvas, como en automóviles y camiones, se utilizan rodamientos cónicos.

Movimiento lineal

Los rodamientos de rodillos para movimiento lineal suelen diseñarse para ejes o superficies planas. Los rodamientos para superficies planas suelen constar de rodillos montados en una jaula, que se coloca entre las dos superficies planas; un ejemplo común son los herrajes de soporte de cajones. Los rodamientos de rodillos para ejes utilizan bolas de rodamiento en una ranura diseñada para recircularlas de un extremo al otro a medida que el rodamiento se mueve; por ello, se denominan rodamientos de bolas lineales [ 13 ] o rodamientos recirculantes .

Fallo del cojinete

Un cono de rodamiento trasero de una bicicleta de montaña que falló prematuramente , debido a una combinación de corrosión por picaduras causada por condiciones húmedas, lubricación inadecuada, ajuste incorrecto de la precarga y fatiga por cargas de impacto frecuentes.

Los rodamientos de elementos rodantes suelen funcionar bien en condiciones no ideales, pero a veces problemas menores provocan fallos rápidos y misteriosos. Por ejemplo, con una carga estacionaria (no giratoria), pequeñas vibraciones pueden expulsar gradualmente el lubricante entre las pistas y los rodillos o bolas ( falso brinelling ). Sin lubricante, el rodamiento falla, aunque no esté girando y, por lo tanto, aparentemente no se esté utilizando. Por este tipo de razones, gran parte del diseño de rodamientos se basa en el análisis de fallos . El análisis basado en vibraciones puede utilizarse para la identificación de fallos en los rodamientos. [ 14 ]

La vida útil o la capacidad de carga de un rodamiento suelen tener tres limitaciones: la abrasión, la fatiga y la soldadura inducida por presión.

  • La abrasión se produce cuando la superficie se erosiona por la acción de contaminantes duros que raspan los materiales de apoyo.
  • La fatiga se produce cuando un material se vuelve quebradizo tras ser sometido a cargas y descargas repetidas. En el punto de contacto entre la bola o el rodillo y la pista de rodadura, siempre se produce cierta deformación, lo que conlleva un riesgo de fatiga. Las bolas o rodillos más pequeños se deforman con mayor intensidad y, por lo tanto, tienden a fatigarse más rápidamente.
  • La soldadura por presión se produce cuando dos piezas metálicas se presionan a muy alta presión hasta fusionarse. Aunque las bolas, los rodillos y las pistas de rodadura parezcan lisos, presentan rugosidad microscópica. Por lo tanto, existen puntos de alta presión que desplazan el lubricante del rodamiento . En ocasiones, el contacto metal con metal resultante suelda una parte microscópica de la bola o el rodillo a la pista de rodadura. A medida que el rodamiento continúa girando, la soldadura se rompe, pero puede quedar la pista soldada al rodamiento o viceversa.

Aunque existen muchas otras causas aparentes de falla de los rodamientos, la mayoría se pueden reducir a estas tres. Por ejemplo, un rodamiento que funciona sin lubricante falla no porque esté "sin lubricante", sino porque la falta de lubricación provoca fatiga y soldadura, y los residuos de desgaste resultantes pueden causar abrasión. Eventos similares ocurren en el daño por brinelling falso. En aplicaciones de alta velocidad, el flujo de aceite también reduce la temperatura del metal del rodamiento por convección. El aceite actúa como disipador de calor para las pérdidas por fricción generadas por el rodamiento.

La ISO ha clasificado las fallas de los rodamientos en un documento con el número ISO 15243.

Modelos de cálculo de vida

La vida útil de un rodamiento se expresa como el número de revoluciones o el número de horas de funcionamiento a una velocidad determinada que el rodamiento puede soportar antes de que aparezca el primer signo de fatiga del metal (también conocido como descamación ) en la pista del anillo interior o exterior, o en un elemento rodante. El cálculo de la vida útil de los rodamientos se realiza mediante los denominados modelos de vida. En concreto, estos modelos se utilizan para determinar el tamaño del rodamiento, ya que este debe ser suficiente para garantizar su resistencia y que cumpla con la vida útil requerida bajo ciertas condiciones de funcionamiento definidas.

Sin embargo, en condiciones de laboratorio controladas, rodamientos aparentemente idénticos que operan en condiciones idénticas pueden tener vidas útiles individuales diferentes. Por lo tanto, la vida útil de un rodamiento no se puede calcular a partir de rodamientos específicos, sino que se relaciona en términos estadísticos, haciendo referencia a poblaciones de rodamientos. Toda la información relativa a las capacidades de carga se basa entonces en la vida útil que se espera que alcance o supere el 90 % de un grupo suficientemente grande de rodamientos aparentemente idénticos. Esto proporciona una definición más clara del concepto de vida útil del rodamiento, lo cual es esencial para calcular el tamaño correcto del rodamiento. Los modelos de vida útil pueden, por lo tanto, ayudar a predecir el rendimiento de un rodamiento de forma más realista.

La predicción de la vida útil de los rodamientos se describe en la norma ISO 281 [ 15 ] y en las normas ANSI /American Bearing Manufacturers Association 9 y 11. [ 16 ]

El modelo tradicional de predicción de vida útil para rodamientos de elementos rodantes utiliza la ecuación básica de vida útil: [ 17 ]

L10=(do/PAG)pag{\displaystyle L_{10}=(C/P)^{p}}

Dónde:

  • L10{\displaystyle L_{10}}es la "vida útil básica" (generalmente expresada en millones de revoluciones) para una fiabilidad del 90%, es decir, no se espera que falle más del 10% de los rodamientos.
  • do{\displaystyle C}es la capacidad de carga dinámica del rodamiento, indicada por el fabricante.
  • PAG{\displaystyle P}es la carga dinámica equivalente aplicada al cojinete
  • pag{\displaystyle p}es una constante: 3 para rodamientos de bolas, 4 para contacto lineal puro y 3,33 para rodamientos de rodillos.

Vida básica oL10{\displaystyle L_{10}}es la vida que se espera que el 90% de los rodamientos alcancen o superen. [ 15 ] La vida media o promedio, a veces llamada Tiempo medio entre fallas (MTBF), es aproximadamente cinco veces la vida nominal básica calculada. [ 17 ] Varios factores, el ' modelo de cinco factores ASME ', [ 18 ] se pueden utilizar para ajustar aún más laL10{\displaystyle L_{10}}su vida útil depende de la fiabilidad deseada, la lubricación, la contaminación, etc.

La principal implicación de este modelo es que la vida útil del rodamiento es finita y se reduce en una potencia cúbica de la relación entre la carga de diseño y la carga aplicada. Este modelo fue desarrollado en 1924, 1947 y 1952 por Arvid Palmgren y Gustaf Lundberg en su artículo " Capacidad dinámica de los rodamientos" . [ 18 ] [ 19 ] El modelo data de 1924, los valores de la constantepag{\displaystyle p}de las obras de posguerra. Superiorpag{\displaystyle p}Los valores pueden interpretarse tanto como una mayor vida útil para un rodamiento utilizado correctamente por debajo de su carga de diseño, como también como la mayor tasa de reducción de la vida útil cuando se sobrecarga.

Se reconoció que este modelo se había vuelto inexacto para los rodamientos modernos. Particularmente debido a las mejoras en la calidad de los aceros para rodamientos, los mecanismos de cómo se desarrollan las fallas en el modelo de 1924 ya no son tan significativos. Para la década de 1990, se descubrió que los rodamientos reales tenían vidas útiles hasta 14 veces más largas que las predichas. [ 18 ] Se propuso una explicación basada en la vida a la fatiga ; si el rodamiento se cargaba de manera que nunca excediera la resistencia a la fatiga , entonces el mecanismo de Lundberg-Palmgren para falla por fatiga simplemente nunca ocurriría. [ 18 ] Esto se basó en aceros homogéneos fundidos al vacío , como el AISI 52100 , que evitaban las inclusiones internas que anteriormente habían actuado como concentradores de tensión dentro de los elementos rodantes, y también en acabados más lisos en las pistas de los rodamientos que evitaban cargas de impacto. [ 16 ] Elpag{\displaystyle p}La constante ahora tenía valores de 4 para rodamientos de bolas y 5 para rodamientos de rodillos. Siempre que se respetaran los límites de carga, el concepto de "límite de fatiga" se incorporó a los cálculos de la vida útil del rodamiento. Si el rodamiento no se cargaba más allá de este límite, su vida útil teórica estaría limitada únicamente por factores externos, como la contaminación o una falla en la lubricación.

FAG propuso un nuevo modelo de vida útil de los rodamientos , desarrollado por SKF como el modelo Ioannides-Harris. [ 19 ] [ 20 ] La norma ISO 281:2000 incorporó este modelo por primera vez, y la norma ISO 281:2007 se basa en él.

El concepto de límite de fatiga, y por lo tanto la norma ISO 281:2007, sigue siendo controvertido, al menos en los EE. UU. [ 16 ] [ 18 ]

Modelo generalizado de vida útil de los rodamientos (GBLM)

En 2015, se introdujo el Modelo Generalizado de Vida Útil de Rodamientos (GBLM) de SKF. [ 21 ] A diferencia de los modelos de vida anteriores, GBLM separa explícitamente los modos de falla superficiales y subsuperficiales, lo que hace que el modelo sea flexible para adaptarse a varios modos de falla diferentes. Los rodamientos y aplicaciones modernos muestran menos fallas, pero las fallas que ocurren están más relacionadas con las tensiones superficiales. Al separar la superficie de la subsuperficie, se pueden identificar más fácilmente los mecanismos de mitigación. GBLM utiliza modelos tribológicos avanzados [ 22 ] para introducir una función de modo de falla de estrés superficial, obtenida a partir de la evaluación de la fatiga superficial. Para la fatiga subsuperficial, GBLM utiliza el modelo clásico de contacto rodante de Hertz. Con todo esto, GBLM incluye los efectos de la lubricación, la contaminación y las propiedades de la superficie de la pista, que en conjunto influyen en la distribución de tensiones en el contacto rodante.

En 2019, se relanzó el Modelo Generalizado de Vida Útil de Rodamientos (GBLM). El modelo actualizado ofrece cálculos de vida útil también para rodamientos híbridos, es decir, rodamientos con anillos de acero y elementos rodantes de cerámica ( nitruro de silicio ). [ 23 ] [ 24 ] Si bien la versión 2019 del GBLM se desarrolló principalmente para determinar de forma realista la vida útil de los rodamientos híbridos, el concepto también puede utilizarse para otros productos y modos de fallo.

Restricciones y compensaciones

Todas las partes de un rodamiento están sujetas a numerosas restricciones de diseño. Por ejemplo, las pistas interior y exterior suelen tener formas complejas, lo que dificulta su fabricación. Las bolas y los rodillos, aunque de forma más simple, son pequeños; dado que se doblan bruscamente al rodar sobre las pistas, los rodamientos son propensos a la fatiga. Las cargas dentro de un conjunto de rodamiento también se ven afectadas por la velocidad de funcionamiento: los rodamientos de elementos rodantes pueden girar a más de 100 000 rpm, y la carga principal en un rodamiento de este tipo puede ser el momento lineal en lugar de la carga aplicada. Los elementos rodantes más pequeños son más ligeros y, por lo tanto, tienen menos momento lineal, pero también se doblan más bruscamente al entrar en contacto con la pista, lo que provoca que fallen más rápidamente por fatiga. Las velocidades máximas de los rodamientos de elementos rodantes se suelen especificar en 'nD m ', que es el producto del diámetro medio (en mm) y las RPM máximas. Para rodamientos de contacto angular, se ha comprobado que los nD m superiores a 2,1 millones son fiables en aplicaciones de cohetería de alto rendimiento. [ 25 ]

También existen muchos problemas relacionados con los materiales: un material más duro puede ser más resistente a la abrasión, pero también más propenso a sufrir fracturas por fatiga, por lo que el material varía según la aplicación. Si bien el acero es el más común para los rodamientos de elementos rodantes, los plásticos, el vidrio y la cerámica también se utilizan con frecuencia. Un pequeño defecto (irregularidad) en el material suele ser la causa de la falla del rodamiento. Una de las mayores mejoras en la vida útil de los rodamientos comunes durante la segunda mitad del siglo XX fue el uso de materiales más homogéneos, más que de mejores materiales o lubricantes (aunque ambos también fueron importantes). Las propiedades del lubricante varían con la temperatura y la carga, por lo que el mejor lubricante depende de la aplicación.

Aunque los rodamientos tienden a desgastarse con el uso, los diseñadores pueden encontrar un equilibrio entre el tamaño y el costo y la vida útil. Un rodamiento puede durar indefinidamente —más que el resto de la máquina— si se mantiene refrigerado, limpio y lubricado, si se utiliza dentro de la carga nominal y si los materiales del rodamiento están suficientemente libres de defectos microscópicos. Por lo tanto, la refrigeración, la lubricación y el sellado son aspectos importantes del diseño de los rodamientos.

La vida útil necesaria de un rodamiento también varía según la aplicación. Por ejemplo, Tedric A. Harris informa en su Análisis de Rodamientos [ 26 ] sobre un rodamiento de una bomba de oxígeno en el Transbordador Espacial de EE. UU. que no podía aislarse adecuadamente del oxígeno líquido que se bombeaba. Todos los lubricantes reaccionaban con el oxígeno, lo que provocaba incendios y otras fallas. La solución fue lubricar el rodamiento con el oxígeno. Si bien el oxígeno líquido es un lubricante deficiente, resultó adecuado, ya que la vida útil de la bomba era de tan solo unas horas.

El entorno operativo y las necesidades de servicio también son consideraciones importantes en el diseño. Algunos conjuntos de rodamientos requieren la adición rutinaria de lubricantes, mientras que otros vienen sellados de fábrica , sin necesidad de mantenimiento adicional durante la vida útil del conjunto mecánico. Si bien los sellos son atractivos, aumentan la fricción, y en un rodamiento sellado permanentemente, el lubricante puede contaminarse con partículas duras, como virutas de acero de la pista o del rodamiento, arena o gravilla que se filtra a través del sello. La contaminación del lubricante es abrasiva y reduce considerablemente la vida útil del conjunto de rodamientos. Otra causa importante de falla de los rodamientos es la presencia de agua en el aceite lubricante. En los últimos años se han introducido monitores en línea de agua en el aceite para controlar los efectos tanto de las partículas como de la presencia de agua en el aceite y su efecto combinado.

Designación

Los rodamientos métricos de elementos rodantes tienen designaciones alfanuméricas, definidas por la norma ISO 15 , para especificar todos sus parámetros físicos. La designación principal es un número de siete dígitos con dígitos alfanuméricos opcionales antes o después para definir parámetros adicionales. En este caso, los dígitos se definen como: 7654321. Los ceros a la izquierda del último dígito definido no se imprimen; por ejemplo, una designación de 0007208 se imprime como 7208. [ 27 ]

Los dígitos uno y dos juntos se utilizan para definir el diámetro interior (DI), o diámetro del orificio, del rodamiento. Para diámetros entre 20 y 495  mm, ambos inclusive, la designación se multiplica por cinco para obtener el DI; por ejemplo, la designación 08 es un  DI de 40 mm. Para diámetros interiores menores de 20 se utilizan las siguientes designaciones: 00 =  DI de 10 mm, 01 =  DI de 12 mm, 02 =  DI de 15 mm y 03 =  DI de 17 mm. El tercer dígito define la "serie de diámetros", que define el diámetro exterior (DE). La serie de diámetros, definida en orden ascendente, es: 0, 8, 9, 1, 7, 2, 3, 4, 5, 6. El cuarto dígito define el tipo de rodamiento: [ 27 ]

  1. Bola radial de una sola fila
  2. Bola radial esférica de doble fila
  3. Rodillo radial con rodillos cilíndricos cortos
  4. Rodillo radial esférico de doble hilera
  5. Aguja de rodillo o con rodillos cilíndricos largos
  6. Rodillo radial con rodillos espirales
  7. Bola de empuje radial de una sola fila
  8. Rodillo cónico
  9. Empuje de bola, empuje de bola radial
  10. Empuje de rodillo o empuje radial

El quinto y sexto dígito definen las modificaciones estructurales del rodamiento. Por ejemplo, en los rodamientos axiales radiales, los dígitos definen el ángulo de contacto o la presencia de sellos en cualquier tipo de rodamiento. El séptimo dígito define la "serie de ancho" o espesor del rodamiento. La serie de ancho, definida de menor a mayor espesor, es: 7, 8, 9, 0, 1 (serie extraligera), 2 (serie ligera), 3 (serie media), 4 (serie pesada). El tercer y séptimo dígito definen la "serie dimensional" del rodamiento. [ 27 ] [ 28 ]

Hay cuatro caracteres de prefijo opcionales, aquí definidos como A321-XXXXXXX (donde las X son la designación principal), que están separados de la designación principal por un guion. El primer carácter, A, es la clase de rodamiento, que se define, en orden ascendente: C, B, A. La clase define requisitos adicionales para vibración, desviaciones en la forma, tolerancias de la superficie de rodadura y otros parámetros que no están definidos por un carácter de designación. El segundo carácter es el momento de fricción (fricción), que se define, en orden ascendente, por un número del 1 al 9. El tercer carácter es la holgura radial, que normalmente se define por un número entre 0 y 9 (inclusive), en orden ascendente, sin embargo, para rodamientos radiales de empuje se define por un número entre 1 y 3, inclusive. El cuarto carácter son las clasificaciones de precisión, que normalmente son, en orden ascendente: 0 (normal), 6X, 6, 5, 4, T y 2. Las clasificaciones 0 y 6 son las más comunes; Las clasificaciones 5 y 4 se utilizan en aplicaciones de alta velocidad; y la clasificación 2 se utiliza en giroscopios . Para cojinetes cónicos, los valores son, en orden ascendente: 0, N y X, donde 0 es 0, N es "normal" y X es 6X. [ 27 ]

Existen cinco caracteres opcionales que se pueden definir después de la designación principal: A, E, P, C y T; estos se añaden directamente al final de la designación principal. A diferencia del prefijo, no es necesario definir todas las designaciones. "A" indica una mayor capacidad de carga dinámica. "E" indica el uso de una jaula de plástico. "P" indica que se utiliza acero resistente al calor. "C" indica el tipo de lubricante utilizado (C1–C28). "T" indica el grado de templado de los componentes del rodamiento ( T1–T5). [ 27 ]

Aunque los fabricantes siguen la norma ISO 15 para la designación de números de pieza en algunos de sus productos, es común que implementen sistemas de numeración de piezas propios que no se correlacionan con la norma ISO 15. [ 29 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 ISO 15
  2. 1 2 Hamrock, BJ; Anderson, WJ (1 de junio de 1983). "Rodamientos de elementos rodantes" . Servidor de informes técnicos de la NASA .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ↑ "La historia del rodamiento" . www.acorn-ind.co.uk . 28 de marzo de 2022. Consultado el 26 de febrero de 2024 .
  4. ↑ "Galileo y la historia del porte" . www.linkedin.com . Consultado el 26 de febrero de 2024 .
  5. ↑ Wiseman, Mike (2022-03-04). "Una breve historia del rodamiento" . Auburn Bearing & Manufacturing . Recuperado el 26 de febrero de 2024 .
  6. ↑ "Hoy en la historia del transporte: 1869: Un gran pequeño invento para las bicicletas" . Historia del transporte . 3 de agosto de 2017. Consultado el 26 de febrero de 2024 .
  7. ↑ carga axial
  8. ↑ carga radial
  9. ↑ "Rodamientos de rodillos cilíndricos" . www.schaeffler.us . Consultado el 26 de febrero de 2024 .
  10. 1 2 "El cojinete CARB: una mejor solución para la parte frontal de los cilindros de secado" (PDF) . SKF. Archivado del original (PDF) el 3 de diciembre de 2013. Recuperado el 2 de diciembre de 2013 .
  11. 1 2 "Rodamientos de rodillos toroidales CARB" . SKF .
  12. ↑ "CARB: un concepto revolucionario" (PDF) . SKF . Consultado el 2 de diciembre de 2013 .
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  26. ↑ Harris, Tedric A. (2000). Análisis de rodamientos (4.ª ed.). Wiley-Interscience. ISBN  0-471-35457-0.
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Lecturas adicionales

  • Johannes Brändlein; Pablo Eschmann; Ludwig Hasbargen; Karl Weigand (1999). Rodamientos de bolas y rodillos: teoría, diseño y aplicación (3ª  ed.). Wiley. ISBN 0-471-98452-3.
  • Publicación técnica sobre la lubricación de cojinetes
  • Manual técnico de la NASA sobre rodamientos de elementos rodantes (NASA-RP-1105)
  • Manual técnico de la NASA sobre la lubricación de elementos de máquinas (NASA-RP-1126)
  • Cómo funcionan los rodamientos de elementos rodantes
  • Biblioteca Digital de Modelos Cinemáticos para el Diseño (KMODDL) : vídeos y fotografías de cientos de modelos de sistemas mecánicos en funcionamiento en la Universidad de Cornell. También incluye una biblioteca de libros electrónicos con textos clásicos sobre diseño e ingeniería mecánica.
  • Características de amortiguación y rigidez de los rodamientos de elementos rodantes: teoría y experimento (tesis doctoral, Paul Dietl, TU Viena, 1997)