Impreso especial INASeptiembre 2001

“El robusto rodillo de apoyo”Sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados, para la técnica de manipulación y de automatización

Ing. Herbert Sindermann

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“El robusto rodillo de apoyo”Sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados, para la técnica demanipulación y de automatizaciónIng. Herbert Sindermann

El rodillo-guía perfilado de la serie LFR(Fig. 1) fue desarrollado para permitir unmovimiento lineal, rodando sobre un eje-guía. Este tipo de sistemas de guiadolineal con rodillos-guía perfilados (Fig. 2)ofrece soluciones técnica y económica-mente óptimas para muchas aplicacionesque requieren movimientos lineales en losque se deben absorber esfuerzos ymomentos.Estos sistemas de guiado relativamentesimples, ofrecen múltiples ventajas:• construcción sencilla según el

concepto de montaje por elementos• elevada capacidad de carga• funcionamiento silencioso• longitud ilimitada de carrera• elevada velocidad de desplazamiento• montaje sencillo y mantenimiento

reducidoLos rodillos-guía perfilados puedencombinarse con carriles-guía de cons-trucción muy variada y se fabrican pararodar sobre ejes con diámetros de 6 mmhasta 50 mm. El sistema descrito en esteartículo se basa en cargas medias ypesadas para ejes-guía de 12 a 50 mmde diámetro. El sistema de componentes

disponibles, como montaje por elemen-tos, consiste en:• rodillos-guía perfilados• ejes-guía y carriles-soporte• pernos con arandelas y tuercas• unidades de lubricación y rascadores• engrasadores para montar a presión y

tapones de cierre

Fig. 2 Guía lineal con rodillos-guía sobreperfil tubular MSH

Fig. 1 Rodillo-guía perfilado LFR

IntroducciónComo rodillos-guía, rodillos deapoyo y rodillos de leva se entiendenrodamientos que se caracterizan porser apropiados para rodar sobre unasuperficie, curvada o recta, llamadacontrapista de rodadura, sin estarmontados en los correspondientesalojamientos, como sucede en lasaplicaciones habituales derodamientos.Los rodillos-guía de INA son elemen-tos de máquinas con elevada capaci-dad de carga, robustos e idóneospara una gran variedad de aplicacio-nes, que han dado excelentes resul-tados en los montajes más variadosen maquinaria y en instalaciones dediferentes sectores industriales. A continuación se describe un tipode rodillo-guía desarrollado haceunos 10 años, que se aplica en serieespecialmente en los sectores demanipulación y de la técnica deautomatización: se trata del rodillo-guía perfilado.

Com

pres

ión

Trac

ción

CompresiónTracción

Desarrollo de las tensiones en puntos de la fibra neutra, en una vuelta del anillo exterior

Com-presiónmáx.

fibra neutra

AA

A

A

A

u

Fr

s

usos

os

anillo apoyado en todo su perímetro en el alojamiento

Rodillos-guía, rodillos deapoyo y rodillosde levas contrauna pista de rodadura

= Angulo de contactoa

a

3

Rodillos-guía Los rodillos-guía corresponden, por sudiseño, a rodamientos a bolas de con-tacto angular de dos hileras, sin ranurade llenado y pueden, por ello, admitir,además de cargas radiales, cargas axia-les en ambos sentidos. El anillo exteriorreforzado del rodillo-guía perfilado LFRpuede soportar cargas radiales elevadas.En las cargas radiales admisibles se hantenido en cuenta las tensiones de flexiónque se generan por la deformaciónelástica de los anillos exteriores (Fig. 5).La superficie de rodadura del anilloexterior está perfilada en forma de arcogótico. Esta superficie de rodadura y eleje del carril-soporte se apoya sobre dospuntos de contacto (Fig. 3). Ello permiteun guiado fiable en sentidos longitudinal ytransversal. Para las precisiones demedidas y de forma, es válida la clase detolerancia PN, según DIN 620. El juegoradial del rodillo-guía LFR corresponde,aproximadamente, a la clase CN.Unas tapas de protección (sobre consul-ta, también obturaciones rozantes)protegen el rodillo-guía contra los efectosexternos del polvo, la suciedad y la

humedad y mantienen la grasa en elinterior del rodamiento.En los rodillos-guía, rodillos de apoyo yrodillos de leva que soportan carga, éstase transmite a través de los elementosrodantes sobre el anillo exterior, que seapoya únicamente en un punto de lacircunferencia, mientras que los roda-mientos que están montados en unalojamiento están totalmente apoyadosen todo su perímetro (Fig. 4).Debido a esta característica, el anilloexterior sufre una deformación elásticaque origina dos influencias que tiendena disminuir la capacidad de carga:• una carga mayor sobre un número

más reducido de elementos rodantesque transmiten la carga, lo cual dismi-nuye la duración de vida a la fatiga delos elementos rodantes y de los anillosdel rodamiento, así como la seguridadde carga estática del rodillo-guía.

• se originan tensiones de flexión en elanillo exterior deformado. En caso decarga estática demasiado elevada,estas tensiones pueden llevar a larotura forzada del anillo exterior delrodillo-guía.

Por consiguiente, para el cálculo de laduración de vida y de la seguridad decarga estática, en los rodillos-guía quesufren este tipo de cargas no se utilizanla capacidad de carga dinámica, C y estática, Co definidas segúnDIN 622/ISO R 281, sino que se empleanlas capacidades de carga Cw y Cowdeterminadas especialmente a esteefecto, según se definen a continuación:Cw – Capacidad de carga dinámica

efectiva, considerando la deformación del anillo exterior

Cow – Capacidad de carga estática efectiva, considerando la deformación del anillo exterior

FR adm – Carga radial dinámica admisi-ble, teniéndose en cuenta la rotura forzada del anillo exterior

FRo adm – Carga radial estática admisible, teniéndose en cuenta la rotura forzada del anillo exterior

Las fórmulas e indicaciones a tener encuenta para determinar la duración devida nominal y la seguridad de cargaestática, se pueden encontrar en el folle-to TPI 99 y en el catálogo LFR de INA.Estas publicaciones contienen, ademásde descripciones detalladas de los pro-ductos, tablas de medidas, capacidadesde carga, indicaciones para el cálculo yselección, ejemplos de aplicaciones einstrucciones para el montaje.

Fig. 3 Contacto en dos puntos del rodillo-guía con el eje

Fig. 5 Tensiones de flexión en el anillo exterior de un rodillo-guía

Fig. 4 Diferencia de distribución de carga

(a)

(b)

Pernos Los pernos (Fig. 6) sirven para la fijaciónde los rodillos-guía perfilados a laconstrucción anexa. Son, en ejecuciónestándar, de acero de alta calidad paratornillos. Normalmente se utilizan, encaso de sistemas de guiado cerrados,pernos concéntricos y excéntricos. En elmontaje de un sistema cerrado de guiado(Fig. 7) el perno excéntrico sirve para elajuste sin juego y para una ligeraprecarga del rodillo-guía contra el eje.

Ejes-guía y carriles-soporteLos ejes-guía sirven como contrapistasde rodadura para los rodillos-guíaperfilados LFR. Sus medidas sonmétricas, en ejecución estándar serectifican con tolerancia h6 y estántemplados superficialmente.

Pueden roscare a la construcción anexadirectamente (Fig. 8) o mediante carriles-soporte de construcción adecuada. Losejes-guía y los carriles-soporte puedenestar formados de una sola pieza o, encaso de mayores longitudes, componer-se de varios tramos.

Lubricación Como es habitual en los rodamientos, las zonas de contacto del movimientorotativo deben lubricarse para una duraciónde vida suficiente. El rodillo-guía perfiladose suministra con un primer engrase y,según las condiciones de funcionamiento,debería reengrasarse con una grasa a basede jabón de litio, a través del perno, des-pués de un determinado periodo de funcio-namiento. Sin embargo, es posible preverun sistema de lubricación centralizada

mediante aceite, por ejemplo en instalacio-nes totalmente automáticas. También elcontacto de rodadura externo rodillo-guía/eje debería lubricarse. En este punto,han dado excelentes resultados losengrasadores y rascadores desarrolladosespecialmente (Fig. 10). Una vez, anual osemestralmente, en función de la aplica-ción, se impregna con un aceite lubricanteCLP según DIN 51517 (viscosidadaprox. 200 mm2/s) un fieltro de lubricación,apretado contra el eje mediante un muelle. En casos especiales, en los que el aceitey la grasa son absolutamente indesea-bles, el sistema de guiado con rodillos-guía puede funcionar en seco. Sinembargo, en estos casos hay que contarcon un mayor desgaste, con un sistemade guiado con juego y con una duraciónde vida considerablemente reducida(factor de reducción: aprox. 50 a 100).

4

Fig. 6 Pernos de fijación para rodillos-guíaperfilados(a) excéntrico (b) concéntrico

pernoconcéntrico

pernoexcéntrico

Fig. 7 Guía cerrada en diferentes disposicio-nes de montaje

30

15

4

30˚

Perfil MSH

Fig. 8 Eje-guía sobre perfil MSH

Fig. 10 Rascador-engrasador ABWFig. 9 Perfil de aluminio extrusionado para guías cerradas

196

234

140

Disposición cerradaEn general, la disposición cerrada es laque se utiliza más frecuentemente. Poreste motivo, a continuación se describecon más detalle (Fig. 7)La disposición de las superficies de roda-dura (ejes/carriles-soporte) puede reali-zarse a libre elección, abierta o cerrada y,en ambos casos, la alineación debe estartotalmente garantizada. Se recomiendamecanizar las superficies de apoyo paralos ejes o los carriles-soporte, en la cons-trucción anexa, en una misma operación.La construcción de un sistema de guiadolineal con rodillos-guía perfilados estádeterminada, por los factores siguientes:• precisión• rigidez• capacidad de cargaCuanto mayores sean las exigencias encuanto a exactitud y suavidad de

marcha, tanto más debe cuidarse laprecisión de forma y de posición de laconstrucción anexa. Las superficies deapoyo deben estar planas y paralelas.Si se exige una rodadura sin juego o conprecarga, para dos carriles-guía endisposición abierta o cerrada se precisaun paralelismo de las superficies de roda-dura tal como se muestra en la Fig. 11.Para la configuración constructiva de losrodillos-guía conviene consultar la Fig. 12y la Tabla 1.En el montaje sin juego, los rodillos-guíadeben ser ajustados a los ejes-guía.Para ello, se gira el perno excéntrico yseguidamente se aprieta la tuerca con elmomento recomendado. El sistema deguiado está correctamente ajustado sien el desplazamiento giran todos losrodillos, incluyendo aquellos que nosoportan carga.

5

0,05

Resina sintética

Fig. 11 Desviación máx. admisible del paralelismo de los ejes paraguías cerradas

SSm

12BW

2

Ø8H9

NIP A2

ØD

d lw

Fig. 12 Datos complementarios para rodillos en voladizo, en guíascerradas

En aplicaciones con• elevadas aceleraciones y deceleraciones• frecuentes cambios de carga o• movimientos rítmicos y frecuentes

variaciones de la carrerapuede darse un mayor desgaste en lasalternancias debido al resbalamiento delos rodillos-guía. Por ello conviene, enestos casos, ajustar los rodillos-guíaperfilados sobre los ejes de rodadura conuna ligera precarga.En una rodadura en voladizo (Fig. 12)puede aprovechare la curvatura elásticade los pernos. A este efecto se gira unpoco más el perno para que el rodillo-guía perfilado quede presionado másfuertemente contra el eje-guía. Estaprecarga significa también una carga ini-cial que ejerce una importante influenciasobre la duración de vida del sistema deguiado, hecho que es preciso tener encuenta en el dimensionado.

Pernos Eje-guía Rosca del perno Arandela DIN 1253) Espesor para LFZ..A1 para LFE..A1 Ancho delcorres- de pared Arandela DIN 125 Arandela DIN 125 rodillo-guíapondiente

d dLW K11) m d1 s1 W2) d1 s2 d1 s2 B

12 12 M10×1,5 8 10,5 1,8 12 13 2,5 10,5 2 15,9

20 16 M16×1,5 13 17 3 20 21 3 17 3 22,6

25 20 M20×1,5 16 21 3 25 27 4 23 3 25,8

25 M20×1,5 16 21 3 25 27 4 23 3 25,8

30 30 M24×1,5 19 25 4 32 31 4 28 4 29

40 40 M30×1,5 24 31 4 40 41 6 37 5 38

50 M30×1,5 24 31 4 40 41 6 37 5 46

Tabla 1 Medidas complementarias para rodillos-guía en voladizo1) Para tuercas de, al menos, la clase de resistencia 82) Espesor de pared mínimo recomendado3) Se incluye en el suministro

Para llave devaso según DIN

e51

Cabe resaltar la importancia de la lubrica-ción, que se soluciona de la forma mássencilla con el engrasador con rascadorABW. Como muy tarde se ha de reengra-sar en el momento en que aparece latribocorrosión. Ésta se advierte por lapresencia de una coloración rojiza-marróndel eje-guía y del anillo exterior del rodillo-guía perfilado. En función de este proble-ma, debe acortare el período de reengrase.Para poder aprovechar plenamente lacapacidad de carga máxima admisible esconveniente prever, en lugar de unadisposición en voladizo, un apoyo enambos lados del rodillo-guía perfilado,en la construcción anexa (Fig. 13).

Rodadura fija/libreEn caso de distancias importantes entrelos ejes-guía, con frecuencia no es posi-ble garantizar un paralelismo suficiente entoda la longitud de carrera (Fig. 15).

Existe, entonces, el peligro de que no secumpla el contacto teórico en dos puntosdel rodillo-guía perfilado contra el eje-guíay de que dicho rodillo se apoye en unúnico punto sobre la superficie derodadura del eje. Funcionalmente, elloconduce a un desplazamiento insatis-factorio que genera, asimismo, un mayordesgaste y la avería prematura delsistema de guiado.

Por ello conviene elegir, en tales casos,una solución de apoyo fijo/apoyo libre.El lado libre puede consistir en un rodillo-guía perfilado, con ayuda de un casquillode fricción (Fig. 14) o en un rodillo deapoyo no perfilado, flotante (Fig. 15). Elloposibilita al rodillo-guía un desplazamien-to axial libre que permite compensar loserrores de paralelismo entre los ejes-guíadel lado fijo y del lado libre del sistema deguiado.

Carga límite transversalEn la Fig. 16 se muestra un caso en elque la carga admisible no queda limitadapor el rodillo-guía perfilado sino por elcarril-soporte. Debido al esfuerzo deflexión, puede formarse una rendijainaceptable entre el eje-guía y el carril-soporte. Por ello, se han determinadounas cargas límite que no deben sobre-pasare en el funcionamiento, incluyendocargas por choques.

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Fig. 13 Rodillo-guía apoyado por amboslados, para soportar mayores cargas

1–2 mm 1–2 mm

Fig. 14 Apoyo libre, flotante

Fig. 15 Disposición apoyo fijo/apoyo libre

regulable mediante el perno excéntrico

Lado de apoyo fijo Lado de apoyo libre

LFR.. LR..

Disposición balancínCuando la seguridad de carga y laduración de vida del rodillo-guía deseadono son suficientes y el espacio construc-tivo disponible no permite montar un tipode mayor tamaño, pueden montarse porpares dos o más rodillos-guía perfiladosy pueden disponerse como balancines.(Fig. 17)Los balancines garantizan una distribu-ción uniforme de la carga y puedenajustare sin juego contra los ejes-guíamediante pernos excéntricos.

Construcción anexaPara integrar en la construcción tanto elrodillo-guía perfilado como el eje-guía o elcarril- soporte, pueden utilizarse diferen-tes piezas de unión de acero o de metalligero, tales como placas, perfiles en T,en doble T y en U y también perfiles MSHde sección cuadrada o rectangular(Figs. 2, 7 y 8). Una solución económicapara aplicaciones en serie consiste enperfiles de aluminio extrusionado, en losque se atornillan los ejes-guía, en lospuntos previstos a este efecto (Fig. 9).

Autor:Ing. Herbert Sindermann, es director dela Oficina de Ingeniería y de Venta enBielefeld, de INA-Schaeffler KG,Herzogenaurach

7

Fs zul.Fs zul.Fs zul.

Fig. 16 Carga límite lateral sobre carriles-soporte TS..W

EE

Fig. 17 Disposición de balancín

ResumenLos sistemas de guiado lineal conrodillos-guía perfilados son elementosde maquinaria sencillos, robustos yeconómicos, que por su disposición porelementos permiten múltiples opcionesde construcción configuradas individual-mente. Por este motivo, con estos siste-mas se consiguen excelentes resultadosdesde hace muchos años, especialmenteen la técnica de manipulación y de auto-matización, tanto en aplicaciones únicascomo en montajes en serie.En este artículo nos hemos ocupado condetalle del concepto, de las particularida-des constructivas para el diseño asícomo del montaje y del funcionamiento,y también hemos aportado sugerenciaspara la aplicación. Para montajes enserie se pueden realizar, a través de loscorrespondientes programas deordenador, los cálculos necesarios parala selección y el dimensionado de lossistemas de guiado lineal.Más detalles se pueden obtener en laspublicaciones TPI 99 y LFR de INA. Porfavor, solicítelas a

INA Rodamientos, s.a.Polígono Pont Reixat08960 Sant Just Desvern (Barcelona)

Tel. (93) 480 34 10Fax (93) 372 92 50E-Mail marketing@es.ina.com

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