A 100

Alojamiento

ra

ra

h

h

Fig. 11.1 Dimensiones del Chaflan del Rodamiento,Radio del Chaflan de Eje y Alojamiento, y Altura del Codo

Eje

r (mín.) o r1 (mín.) r(mín.) or r1(mín.)

Rodamiento

r (mín.)

o r1 (mín.)

r (mín.)

o r1 (mín.)

11.1 Precisión y Acabado de Superficie de los Ejes yAlojamientos

Si la precisión de un eje o del alojamiento no cumple con las especificaciones, las prestaciones de los rodamientos se verán afectadas y no rendirán a plena capacidad. Por ejemplo, la imprecisión en la calidad del chaflán del eje puede desalinear a los anillos interior y exterior del rodamiento, lo que puede reducir la vida de fatiga y añadir una carga lateral además de la carga normal. A veces pueden producirse desgaste y roturas por esta misma razón. Los alojamientos deben ser rígidos para poder ofrecer un soporte firme al rodamiento. Los alojamientos de alta rigidez son ventajosos también desde el punto de vista del ruido, distribución de cargas, etc.

En condiciones normales de funcionamiento, un acabado torneado o un acabado fino son suficientes para la superficie de ajuste; Sin embargo, en aplicaciones en que vibraciones y ruido deban mantenerse en niveles mínimos o en las que se aplican grandes cargas, será necesario un acabado rectificado.

En los casos en que dos o más rodamientos se monten en un alojamiento de una sola pieza, las superficies de ajuste del diámetro interior del alojamiento deben diseñarse de manera que ambos asientos de los rodamientos puedan ser acabados en una misma operación como por ejemplo el perforado en línea. En el caso de alojamientos partidos, debe cuidarse la fabricación del alojamiento de manera que el anillo exterior no se deforme en la instalación. En la

Tabla 11.1 se listan la precisión y el acabado de superficie para ejes y alojamientos en condiciones normales de trabajo.

11.2 Dimensiones del Codo y Chafán

Los codos del eje o alojamiento en contacto con la cara del rodamiento deben ser perpendiculares a la línea central del eje. (Consulte la Tabla 11.1) La cara frontal del chaflán del alojamiento para un rodamiento de rodillos cónicos debe ser paralela con el eje del rodamiento para evitar interferencias con la jaula.

Los topes del eje y del alojamiento no deben estar en contacto con el chaflan del rodamiento; por lo tanto, el radio del tope ra debe ser menor que la medida mínima del chaflan del rodamiento r o r1 .

La altura del codo para los ejes y alojamientos de los rodamientos radiales debe ser suficiente para ofrecer un buen apoyo sobre el lateral de los rodamientos, pero debe haber apoyo suficiente más allá del chaflán para permitir el uso de herramientas especiales de desmontaje. En la Tabla 11.2 se listan las alturas mínimas recomendadas para rodamientos radiales de series métricas. Las dimensiones nominales asociadas con el montaje de los rodamientos se listan en las tablas de rodamientos incluyendo los diámetros adecuados del codo. Resulta particularmente importante la altura del codo para soportar los rebordes laterales de los rodamientos de rodillos cónicos y de rodillos cilíndricos sujetos a elevadas cargas axiales.

Los valores de h y ra en la Tabla 11.2 deben ser adoptados en los casos en que el radio de los topes del eje y del alojamiento sean los indicados en la Fig. 11.2 (a), mientras que los valores de la Tabla 11.3 suelen usarse con radios recortados que se producen al rectificar el eje tal como se indica en la Fig. 11.2 (b).

11. DISEÑO DE LOS EJES Y ALOJAMIENTOS

Tabla 11. 1 Precisión y Rugosidad del Eje y elAlojamiento

Observaciones Esta tabla es para recomendaciones generales utilizando el método de medición del radio, la clase de tolerancia básica (IT debe seleccionarse en función de la clase de precisión del rodamiento. Usando las cifras de IT, consulte la Tabla 11 del Apéndice (página C22).En los casos en que el anillo exterior se monte en el diámetro interno del alojamiento con interferencia o que se monte un rodamiento de sección en cruz en un eje y alojamiento, la precisión del eje y del alojamiento deben ser mayores ya que afecta directamente a la pista de rodadura del rodamiento.

Elemento

Tolerancia para Error de Redondez

Tolerancia para Cilindricidad

Tolerancia para Excentricidad del Chaflán

Rugosidad para las Superficies de Ajuste

R a

Clase de Rodamientos

Normal, Clase 6

Clase 5, Clase 4

Normal, Clase 6

Clase 5, Clase 4

Normal, Clase 6

Clase 5, Clase 4

Rodamientos Pequeños

Rodamientos Grandes

Eje

I T3

I T3

0.8

1.6

Diámetro Interior del Alojamiento

I T3 I T4

I T3

1.6

3.2

2423 ITIT~

2322 ITIT~

2423 ITIT~

2322 ITIT~

2524 ITIT~

2322 ITIT~

2524 ITIT~

2322 ITIT~

A 101

(mín.)

(mín.)

rar

r

h

Fig. 11. 2 Dimensiones del Chaflán y Altura de Codo

(a)

(mín.)

(mín.)

rgr

tr

b

h

(b)

Observaciones 1. Cuando se aplican cargas axiales pesadas, la altura del chaflán debe ser mayor que los valores listados.

Observaciones 2. El radio del tope del ángulo también se aplica a los rodamientos axiales.

Observaciones 3. El diámetro del chaflán se lista en lugar de la altura del chaflán en las tablas de rodamientos.

ra (máx.)

Tabla 11. 2 Alturas de Codo Mínimas Aconsejadas para suUso con Rodamientos Radiales Métricos

Unidades : mm

0.05 0.05 0.2 — 0.08 0.08 0.3 —

0.1 0.1 0.4 —

0.15 0.15 0.6 —0.2 0.2 0.8 —0.3 0.3 1 1.25

0.6 0.6 2 2.5

1 1 2.5 3

1.1 1 3.25 3.5

1.5 1.5 4 4.5

2 2 4.5 5

2.1 2 5.5 6

2.5 2 — 6

3 2.5 6.5 7

4 3 8 9

5 4 10 11

6 5 13 14

7.5 6 16 18

9.5 8 20 22

12 10 24 27

15 12 29 32

19 15 38 42

DimensionesNominalesdel Chaflán

r (mín.)

o

r1 (mín.)

Eje o Alojamiento

Alturas Mínimas del codoh (min)

Dimensionesdel chaflán de eje oalojamiento Rodam. de Bolas de

Ranura Profunda, Rodam. de Bolas Autoalineantes,Rodam. de Rodillos Cilíndricos,Rodamientos de Agujas

Rodamientos de Bolas de Contacto Angular,Rodamientos de Rodillos Cónicos, Rodamientos de Rodillos Esféricos

Tabla 11. 3 Recorte del EjeUnidades : mm

1 0.2 1.3 2

1.1 0.3 1.5 2.4

1.5 0.4 2 3.2

2 0.5 2.5 4

2.1 0.5 2.5 4

2.5 0.5 2.5 4

3 0.5 3 4.7

4 0.5 4 5.9

5 0.6 5 7.4

6 0.6 6 8.6

7.5 0.6 7 10

Dimensiones del Chaflán del anillo interior/exterior

r (mín.) o r1(mín.)

Dimensiones del recorte

t rg b

A 102

jd a

jDa

jda

jDa

(a) (b) (c)

Fig. 11.5 Ejemplos de Ranuras de Aceite

Fig. 11.3 Diametro de los Apoyos para Rodamientos de Empuje de Bolas

Fig. 11.4 Diámetro de los Apoyos para Rodamientos de Rodillos de Empuje

Para los rodamientos de empuje, la ortogonalidad y el área de contacto de la cara de apoyo para los anillos del rodamiento debe ser la adecuada. En el caso de rodamientos de bolas de empuje, el diámetro del codo del alojamiento Da debería ser inferior al diámetro de giro de las bolas, y el diámetro del codo del eje da

debería ser superior al diámetro de giro de las bolas (Fig. 11.3).

Para rodamientos de rodi l los de empuje , es recomendable que la longitud total de contacto entre los rodillos y los anillos tenga el soporte del eje y del codo del alojamiento (Fig. 11.4).

Estos diámetros da y Da se muestran en las tablas de rodamientos.

11.3 Sellados de RodamientosPara garant izar la máxima vida posible de un rodamiento, puede que sea necesario aplicar sellados para evitar pérdidas de lubricante y la entrada de polvo, agua, y otros cuerpos extraños, como partículas metálicas. Los sellados no deben tener una fricción de funcionamiento excesiva y deben ser indeformables. Su montaje y desmontaje también debería ser sencillo. Es necesario seleccionar el sellado adecuado para cada aplicación, considerando el método de lubricación.

11.3.1 Sellados Sin ContactoPuede adquirir varios sistemas de sellado que no entran en contacto con el eje, como ranuras de aceite, retenes y laberínticos. Normalmente obtendrá un sellado satisfactorio con estos sellados gracias a su mínima holgura en funcionamiento. La fuerza centrífuga también puede ayudar a evitar la contaminación interna y la pérdida de lubricante.

(1) Sellados de Ranura de Aceite

La efectividad de los sellados de ranura de aceite se debe a la pequeña holgura existente entre el eje y el diámetro interior del alojamiento, así como a las múltiples ranuras en la superficie del diámetro interior del alojamiento, en la superficie del eje, o en ambas (Fig. 11.5 (a), (b)).

La sola utilización de ranuras de aceite no es totalmente eficaz, excepto a bajas velocidades, por lo que a menudo se combinan con un sellado del tipo retén o laberíntico (Fig. 11.5 (c)). La entrada de polvo se impide llenando las ranuras de grasa con una consistencia aproximada de 200.

Cuanto menor sea la holgura entre el e je y el alojamiento, mayor será el efecto de sellado; sin embargo, el eje y el alojamiento no deben entrar en contacto durante el funcionamiento. Las holguras recomendadas se muestran en la Tabla 11.4.

La anchura recomendada de l a ranura es de aproximadamente 3 a 5 mm, con una profundidad aproximada de entre 4 y 5 mm. Si los métodos de sellado sólo utilizan ranuras, debería haber tres o más ranuras.

DISEÑO DE LOS EJES Y ALOJAMIENTOS

A 103

(a)

(a)

(b) (d)(c)

Laberinto Axial (b) Laberinto Radial (c) Laberinto para Eje Autoalineante

Fig. 11.7 Ejemplos de Diseños Laberínticos

Fig. 11.6 Ejemplos de Configuraciones de Retenes

(2) Sellados del Tipo Retén (Deflector)

Un retén está diseñado para forzar la eliminación de agua y polvo por medio de la fuerza centrífuga que actúa sobre cualquier elemento contaminante del eje. Los mecanismos de sellado con retenes en el interior del alojamiento que se muestran en la Fig. 11.6 (a), (b) tienen la principal finalidad de evitar pérdidas de aceite, y se utilizan en entornos relativamente poco polvorientos. La fuerza centrífuga de los retenes, mostrada en las Figs 11.6 (c), (d), evita que entren polvo y humedad.

(3) Sellados Laberínticos

Los sellados laberínticos están formados por segmentos interdigitados incorporados al eje y al alojamiento, separados por una holgura muy pequeña. Resultan especialmente adecuados para evitar pérdidas de aceite del eje a altas velocidades.

El tipo mostrado en la Fig. 11.7 (a) es muy utilizado debido a su facilidad de montaje, pero los mostrados en la Fig. 11.7 (b), (c) proporcionan un sellado más efectivo.

Tabla 11. 4 Holguras entre los Ejes y losAlojamientos para los Selladosdel Tipo de Ranura de Aceite

Unidades : mm

Tabla 11. 5 Holguras de los Sellados LaberínticosUnidades : mm

Diámetro del Eje Nominal

Holguras de Laberinto

Holgura Radial Holgura Axial

Inferior a 50 0.25 0.4 1 2

50-200 0.5 1.5 2 5

Diámetro del Eje Nominal

Inferior a 50

50-200

Holgura Radial

0.25 0.4

0.5 1.5

A 104

Fig. 11.8 Ejemplo de un Retén de Aceite (1)

Fig. 11.9 Ejemplo de un Retén de Aceite (2)

DISEÑO DE LOS EJES Y ALOJAMIENTOS

11.3.2 Sellados de ContactoLa efectividad de los sellados de contacto se consigue por contacto físico entre el eje y el sellado, que puede fabricarse de goma sintética, resina sintética, fieltro, etc. Los retenes de aceite por medio de labios de goma son los que se utilizan con más frecuencia.

(1) Retenes de Aceite

Pueden usarse muchos tipos de retenes de aceite para evitar pérdidas de lubricante así como para impedir que el polvo, el agua y otros cuerpos extraños entren en el interior del rodamiento (Figs. 11.8 y 11.9)

En Japón, tales retenes de aceite están normalizados (Consulte JIS B 2402) en base al tipo y tamaño. Puesto que muchos retenes de aceite están equipados con muelles perimetrales para mantener una fuerza de contacto adecuada, es posible que los retenes de aceite sigan el movimiento rotatorio no uniforme de un eje en alguna dimensión.

Los materiales de los labios de los retenes suelen ser goma sintética incluyendo nitrilos, acrilatos, silicona, y fluorina. También se utiliza el tetrafluorhidro de etileno. La temperatura de funcionamiento máxima para cada material aumenta en el mismo orden en que se han enumerado.

Los retenes de goma sintética pueden provocar serios problemas como sobrecalentamiento, desgaste, holguras a menos que entre el labio del retén y el eje exista una película de aceite. Por lo tanto, al montar los retenes debe aplicarse lubricante en el labio del retén. También es aconsejable para lubricar en el interior del alojamiento, rociar cierta cantidad de lubricante en las superficies de deslizamiento.

La velocidad tangencial permisible para los retenes de aceite varía en función del tipo, acabado de la superficie del eje, líquido a sellar, temperatura, excentricidad del eje, etc. El rango de temperatura para los retenes de aceite queda limitado por el material de los labios. En la Tabla 11.6 se listan las velocidades tangenciales aproximadas así como las temperaturas permitidas en condiciones favorables.

Cuando se usan retenes de aceite en elevadas velocidades tangenciales o bajo elevada presión interna, la superficie de contacto del eje debe tener un acabado muy pulido y la excentricidad del eje debe estar comprendida entre 0.02 y 0.05 mm.

La dureza de la superficie de contacto del eje debe ser superior a HRC40 por medio de tratamiento por calor o por recubrimiento de cromo duro con el fin de mejorar la resistencia a la abrasión. Si es posible, se aconseja una dureza superior a HRC 55.

En la Tabla 11.7 se indica el nivel aproximado de acabado exigido en la superficie de contacto para varias velocidades superficiales tangenciales del eje.

(2) Retenes de fieltro

Los retenes de fieltro son el tipo de retén más simple y más utilizado en ejes de transmisión, etc.

Sin embargo, puesto que resultan inevitables las pérdidas si se usa aceite lubricante, este tipo de sellado sólo suele utilizarse en lubricación por grasa, principalmente para evitar que el polvo y otras materias extrañas entren en el interior del rodamiento. Los retenes de fieltro no son aconsejables en velocidades tangenciales superiores a 4m/s; por lo tanto es aconsejable substituirlos por retenes de goma sintética dependiendo de la aplicación.

Tabla 11. 6 Velocidades Tangenciales de Superficie Permisiblesy Rango de Temperatura para los Retenes de Aceite

Tabla 11.7 Velocidades Tangencialesde Superficie y Acabado delas Superficies de Contacto

Menos de 5 0.8

5 a 10 0.4

Más de 10 0.2

Nota (1) El límite superior del rango de temperaturas puede elevarse unos 20 grados C durante cortos intervalos de funcionamiento.

Materiales de los RetenesVelocidades Tangenciales

Permisibles (m/s)

Rango de Temperatura

Operativa ( C)(1)

GomaSintética

Resina con Tetrafluorhidro de Etileno

Menos de 15 –50 a +220

Goma de Nitrilo

Goma Acrílica

Goma de Silicona

Goma con Contenido de Fluorina

Menos de 16

Menos de 25

Menos de 32

Menos de 32

–25 a +100

–15 a +130

–70 a +200

–30 a +200

Velocidades Tangenciales de

Superficie (m/s)

Acabado Superficial Ra