Informe de La Maqueta 3

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Universidad Técnica de Cotopaxi. ELEMENTOS DE CONTACTO RODANTE Jonatan Gabriel Corrales Molina [email protected] Alex Marcelo Jácome Corrales [email protected] David Alejandro Merino Silva [email protected] Edison Marcelo Orbea Angueta [email protected] RESUMEN: El presente informe se realizó con el fin de detallar los principios básicos para la selección de rodamientos. Es por tanto preciso distinguir las propiedades y características más relevantes asociadas a cada tipo de rodamiento, las cuales a su vez establecen: que tan adecuado resulta dicho elemento respecto a una aplicación determinada en función de combinación de cargas en un sistema. La consideración más importante al seleccionar un rodamiento, es optar por aquel que preste las mejores características en función de la seguridad, fiabilidad y correcto funcionamiento de la máquina o mecanismo sobre la cual pretende acoplar. PALABRAS CLAVE: Pistas de rodaje, Rulimanes, 1 INTRODUCCIÓN Ningún elemento de máquina es inmune al desgaste; este fenómeno se manifiesta siempre que exista carga y movimiento, ya que la calidad de la mayoría de los productos metálicos depende de la condición de sus superficies y del deterioro de la superficie debido al uso. Este deterioro es importante también en la práctica de la ingeniería; suele ser el factor principal que limita la vida y el desempeño de los componentes de una máquina. Por otro lado, el desgaste se puede definir como el deterioro, no intencional, resultado del trabajo o del ambiente; puede considerarse esencialmente como un fenómeno de superficie. En la mayoría de los casos se puede dar mayor precisión a esta definición, considerando al desgaste como el desprendimiento de partículas de la superficie de un cuerpo y/o el desplazamiento de material de zonas de contacto, hacia zonas libres de carga. La selección se realiza en función de cada aplicación y contempla tanto los elementos adyacentes que constituyen el aparejo: ejes, soportes, etc., como aspectos relacionados con el funcionamiento: velocidad, carga a soportar, lubricación, ajuste, entorno y condiciones de trabajo, entre otras. Por otra parte, el diseño característico de cada tipo de rodamiento confiere a éste una serie de propiedades, que al elemento más o menos adecuado respecto a una aplicación. 2 TRIBOLOGÍA 1

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Universidad Técnica de Cotopaxi.

ELEMENTOS DE CONTACTO RODANTE

Jonatan Gabriel Corrales [email protected]

Alex Marcelo Jácome [email protected]

David Alejandro Merino [email protected]

Edison Marcelo Orbea [email protected]

RESUMEN: El presente informe se realizó con el fin de detallar los principios básicos para la selección de rodamientos. Es por tanto preciso distinguir las propiedades y características más relevantes asociadas a cada tipo de rodamiento, las cuales a su vez establecen: que tan adecuado resulta dicho elemento respecto a una aplicación determinada en función de combinación de cargas

en un sistema. La consideración más importante al seleccionar un rodamiento, es optar por aquel que preste las mejores características en función de la seguridad, fiabilidad y correcto funcionamiento de la máquina o mecanismo sobre la cual pretende acoplar.

PALABRAS CLAVE: Pistas de rodaje, Rulimanes,

1 INTRODUCCIÓN

Ningún elemento de máquina es inmune al desgaste; este fenómeno se manifiesta siempre que exista carga y movimiento, ya que la calidad de la mayoría de los productos metálicos depende de la condición de sus superficies y del deterioro de la superficie debido al uso. Este deterioro es importante también en la práctica de la ingeniería; suele ser el factor principal que limita la vida y el desempeño de los componentes de una máquina.

Por otro lado, el desgaste se puede definir como el deterioro, no intencional, resultado del trabajo o del ambiente; puede considerarse esencialmente como un fenómeno de superficie. En la mayoría de los casos se puede dar mayor precisión a esta definición, considerando al desgaste como el desprendimiento de partículas de la superficie de un cuerpo y/o el desplazamiento de material de zonas de contacto, hacia zonas libres de carga.

La selección se realiza en función de cada aplicación y contempla tanto los elementos adyacentes que constituyen el aparejo: ejes,

soportes, etc., como aspectos relacionados con el funcionamiento: velocidad, carga a soportar, lubricación, ajuste, entorno y condiciones de trabajo, entre otras.

Por otra parte, el diseño característico de cada tipo de rodamiento confiere a éste una serie de propiedades, que al elemento más o menos

adecuado respecto a una aplicación.

2 TRIBOLOGÍA

Para entender a la tribología se requiere de conocimientos de física, de química y de la ciencia de los materiales. La tareas específicas son las de reducir la fricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento.

La tribología toma aspectos como:

El diseño Los materiales de las superficies en contacto El sistema de aplicación del lubricante. Las condiciones de operación.

Figura 1. Tribología

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3 CLASIFICACIÓN

Los rodamientos se pueden clasificar en función de: La geometría de los elementos rodantes: bolas, rodillos cilíndricos, rodillos esféricos, rodillos cónicos, agujas, etc. Las cargas a las que están sometidos los rodamientos: axial, radial, lineal o combinada.

Figura 2. Clasificación de los rodamientos

3.1 Rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas se usan más que cualquier otro tipo de elementos rodantes. Para una aplicación en que la carga es principalmente radial, se puede elegir uno de este tipo de rodamientos. La carga de empuje se aplicará en un lado de la pista de rodamientos interna mediante un hombro en el eje.

La carga pasará a lo largo del lado de la ranura a través de la bola, hacia el lado opuesto del anillo de bolas y después a la carcasa. El radio de la bola es un poco más pequeño que el radio de la ranura para permitir el rodamiento libre de las bolas. En teoría, el contacto entre una bola y la pista de rodamientos se da en un punto, sin embargo, en realidad es un área circular pequeña debido a la deformación de las piezas. Como la carga es soportada en un área pequeña, se presentan tensiones debidas al contacto muy altas a nivel local.

Para incrementar la capacidad de un cojinete de hilera única, se debe utilizar un cojinete que tenga mayor número de bolas o bolas más grandes que funcionen en pistas de rodamientos más grandes. Un tipo especial dentro del rodamiento de bolas es el rodamiento de bolas de contacto angular, en el que un lado de cada pista de rodamientos es más alto para permitir su adaptación a cargar de empuje más considerables.

Este tipo de rodamientos se emplea comúnmente cuando la solicitación de cargas es combinación de componentes axial y radial. Los ángulos de empuje más comunes varían entre 15º y 40º.

Figura 3. Rodamiento a rodillo cilíndrico a) radial, b) axial y c) axial de dos hileras

3.2 Rodamientos de auto alineados

El rodamiento de rodillos de barril es una forma de rodamiento auto alineado, se denomina así porque existe rotación relativa real de la pista de rodamientos externa en relación a los rodamientos y la pista de rodamientos interna cuando se presenta desalineación angular. Esto proporciona excelente especificación de la capacidad de desalineación en tanto se conservan las mismas especificaciones de capacidad de carga radial.

Otro tipo de rodamientos auto alineados son los rodamientos de bolas a rótula, los cuales poseen dos hileras de bolas con un camino de rodadura esférico común en el aro exterior. Esta última característica confiere al rodamiento la propiedad del auto alineamiento lo que permite desviaciones angulares del eje con relación al soporte.

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Figura 4. Rodamiento a rodillo de barril y de bolas a rotura

3.3 Rodamientos de rodillos cónicos Este tipo de rodamientos están diseñados para soportar cargas de empuje sustanciales con cargas radiales altas, lo cual da por resultado excelentes especificaciones en ambos. Se utilizan con frecuencia en rodamientos de rueda para vehículos y en maquinaria de trabajo pesado a la que le son inherentes cargas de empuje altas.

Figura 5. Rodamientos de rodillos cónicos

3.4 Rodamientos de agujas

Este tipo de rodamientos son en realidad rodamientos de rodillos cilíndricos, pero el diámetro es mucho menos. Al igual que en otros rodamientos de rodillos cilíndricos, la capacidad de empuje y desalineación es pobre.

Figura 6. Rodamientos de agujas

Comparación entre tipos de rodamientosTabla 1. Comparación entre tipos de rodamientos

4. CRITERIOS DE SELECCIÓN

A continuación, se presenta una síntesis, de los principales criterios a considerar con el fin de seleccionar un rodamiento, y a su vez procurar por elegir aquel que resulte más adecuado según las necesidades y características propias de cada aplicación.

espacio disponible cargas desalineación precisión y ajustes velocidad admisible fricción funcionamiento silencioso rigidez desplazamiento axial montaje y desmontaje ambiente y condiciones de trabajo costo total y de inventario vida útil

4.1. Espacio disponible

Normalmente las principales dimensiones de un rodamiento son predeterminadas por el diseño de la máquina o mecanismo, en el cual se requiere acoplar.

La siguiente tabla muestra algunas de las relaciones más comunes que se establecen entre las dimensiones del rodamiento y la máquina:

Tabla 2. Relaciones entre dimensiones de la máquina y el rodamiento

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CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Ejes de diámetro pequeño: utilizar cualquier tipo de rodamiento de bolas (preferiblemente rígidos de bolas), al igual que rodamientos de agujas.

Ejes de diámetro grande: rodamientos de rodillos cilíndricos, cónicos, a rótula, toroidales y rígidos de bolas

Espacio radial es limitado: elegir rodamientos de baja sección transversal: jaulas, casquillos y rodamientos de agujas con o sin aro interior.

Espacio axial es limitado: utilizar rodamientos de rodillos cilíndricos y rodamientos rígidos de bolas, preferiblemente de series estrechas,

Para las cargas puramente axiales, se recomienda usar coronas axiales de agujas (con o sin arandelas), así como rodamientos axiales de bolas o de rodillos cilíndricos.

4.2. Carga (ρ)

La magnitud de la carga (ρ) determina en gran medida el tamaño del rodamiento.

Tabla 3. Tipo de rodamiento según magnitud de la carga

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES Los rodamientos de rodillos pueden

soportar cargas más pesadas que los rodamientos de bolas de tamaño similar

Los rodamientos completamente llenos de elementos rodantes pueden soportar cargas más elevadas que los rodamientos con jaula correspondientes.

La Dirección de la carga (ρ) se refiere al sentido y orientación de la carga aplicada por los demás componentes del aparejo sobre el rodamiento, teniendo como referencia el eje central de este.

Para efectos prácticos se clasifican cuatro tipos de cargas: radial, axial, combinada y carga de vuelco.

Carga radial (ρ rad): aquella fuerza aplicada en dirección perpendicular al eje del rodamiento.

Cargas axiales (ρ axial): aquella fuerza aplicada predominantemente en el mismo sentido que el eje del rodamiento.

Carga combinada (ρ): consta de una carga radial y una carga axial que actúan simultáneamente.Carga de vuelco (m): la fuerza actúa excéntricamente sobre el rodamiento, produciendo un par de vuelco.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Para cargas axiales alternas elevadas, se pueden montar en pares dos rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o dos rodamientos axiales de rodillos a rotula.

La tabla 3, muestra las aplicaciones típicas de cada tipo de rodamiento en función a la dirección de la carga. Sin embargo, es importante consultar los valores máximos admisibles sugeridos para cada rodamiento por el fabricante, y que son normalmente incluidos en el catálogo.

VARIABLES PARA LA SELECCIÓN DE RODAMIENTOS

A continuación se presentan las variables comúnmente incluidas en los catálogos las cuales son empleadas para la selección de rodamientos:

d= diámetro del agujero (mm)D= diámetro exterior (mm)B= Anchura o altura (mm)R= Redondeos y chaflanes (mm)A = factor de velocidad [mm/min] = n dmC = capacidad de carga del rodamiento [kN]F = carga real del rodamiento [kN]L = vida útil, expresada en revoluciones u horas de funcionamienton = velocidad de giro [rpm]t = factor de cargaCo = Carga estáticaCor = Carga máximaP = carga equivalente del rodamiento [kN]Pu = carga límite de fatiga [kN]

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Tabla 4.Tipo de rodamiento según dirección de la carga

4.3. Desalineación

La desalineación angular entre el eje puede tener diferentes causas asociadas tanto al funcionamiento como al diseño del aparejo. Peje: eje doblado por causa de la carga, desalineación inicial, los rodamientos que soportan el eje están demasiado separados entre sí, entre otras.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Los rodamientos rígidos de bolas y de rodillos cilíndricos, pueden soportar desalineación angular por unos minutos.

Se recomienda emplear rodamientos autoalineables (rodamientos de bolas a rótula, de rodillos a rótula, de rodillos toroidales y axiales de rodillos a rótula), para soportar desviaciones del eje, y desalineaciones iniciales.

Los rodamientos axiales de bolas con arandelas de soporte esféricas y asiento,

las unidades de rodamientos Y y los rodamientos de agujas autoalineables pueden compensar la desalineación inicial.

4.4. Velocidad

La velocidad (n) es una característica propia de la aplicación y normalmente es expresada en RPM (revoluciones por minuto). En los rodamientos, la velocidad máxima admisible se encuentra de terminada por la temperatura de funcionamiento permisible, que a su vez depende de la fricción entre los elementos que conforman del rodamiento. Por tanto, los rodamientos con fricción baja generan calor friccional bajo y por tanto son más adecuados para altas velocidades.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Para cargas puramente radiales y velocidades más altas se recomiendan rodamientos rígidos de bolas y rodamientos de bolas a rotula.

Para cargas combinadas y altas velocidades se recomiendan rodamientos de bolas de contacto angular, en especial los rodamientos de bolas de contacto angular de superprecision y los rodamientos rígidos de bolas con elementos rodantes de cerámica (rodamientos híbridos).

En general los rodamientos axiales no soportan velocidades tan altas como los rodamientos radiales.

4.5. Precisión

En el caso de los rodamientos, la precisión se describe mediante clases de tolerancia asociadas a la exactitud de giro y la precisión dimensional. Normalmente este criterio es determinante para aplicaciones especiales que requieran gran precisión tanto en los alojamientos, como en los desplazamientos durante el funcionamiento.

4.6. Fricción

Aunque los rodamientos se conocen como “rodamientos antifricción”, en la realidad se presenta algunas perdidas por fricción, ocasionado entre otros factores por: rozamiento entre los elementos que conforman dicho elemento (elementos rodantes y las pista, la jaula, las pestanas, los anillos guía, los sellos y sus superficies de contacto, el lubricante, etc.), y la deformación elástica de los elementos por acción de la carga de trabajo. Normalmente este criterio es determinante para aplicaciones especiales que

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requieran altísimas velocidades, alta precisión de movimiento y/o mínimas perdidas por fricción.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Los rodamientos de bolas presentan menor fricción más que los rodamientos de rodillos.

Si es fundamental que la fricción sea muy baja, se deben considerar los rodamientos energéticamente eficientes

4.7. Funcionamiento silencioso

Este criterio es determinante para aplicaciones especiales donde se requieran niveles de ruido muy bajos, como: pequeños motores eléctricos para electrodomésticos, equipos de oficina o de uso médico.

4.8. Rigidez

Se refiere a la magnitud de deformación elástica que presenta el rodamiento por causa de una carga. Generalmente, esta deformación es despreciable, pero para ciertas aplicaciones especiales, puede llegar a ser bastante significativa, como en el caso de los husillos de máquinas herramientas o en disposiciones de rodamientos en engranajes.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Los rodamientos de rodillos cilíndricos o cónicos, tienen un grado mayor de rigidez que los rodamientos de bolas.

4.9. Desplazamiento axial

Cuando la aplicación requiere que los componentes rotativos (P.ej. el eje) sean soportados por dos rodamientos (uno del lado fijo y otro del lado libre), entonces el rodamiento del lado fijo debe ser capaz de fijar el eje axialmente en ambos sentidos, mientras que el del lado libre solo debe permitir el movimiento axial del eje para evitar las cargas inducidas en el caso de que ocurra una dilatación térmica del eje.

CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES

Los rodamientos más adecuados para la posición libre son los rodamientos de agujas, los de rodillos cilíndricos de diseño UN, NJ y N, y algunos rodamientos completamente llenos de rodillos cilíndricos.

Para las aplicaciones que requieren un desplazamiento axial relativamente grande y en las que puede ocurrir una desalineación del eje, una mejor opción para el lado libre es el rodamiento de rodillos toroidales CARB.

Si se utilizan rodamientos no desarmables, en el lado libre, el aro interno o el externo debe tener un ajuste suave para que pueda deslizarse en el eje o el soporte

Los rodamientos más adecuados para la posición fija son los que admiten cargas combinadas o los que pueden proporcionar un guiado axial en combinación con un segundo rodamiento.

4.10. Montaje y desmontaje

Los rodamientos de agujero cilíndrico son más fáciles de montar y desmontar, en especial si son desarmablesLos rodamientos desarmables también son preferibles cuando el rodamiento ha de ser montado y desmontado con frecuencia.Los rodamientos con agujero cónico se pueden montar fácilmente sobre un eje cónico o un eje cilíndrico usando un manguito de fijación o de desmontaje.

4.11. Ambiente de trabajo

En ambientes que presenten altos grados de contaminación, polución, o donde sea difícil el acceso para la lubricación del rodamiento; se recomienda emplear rodamientos sellados. El tipo de sellado dependerá de otras características anteriormente enunciadas.Los rodamientos sellados a ambos lados suelen estar lubricados de por vida y no deben lavarse ni volver a lubricarse.

5. CONCLUSIONES

La utilización de los rodamientos en máquinas alivian la fricción en los puntos de movimientos rotacionales como por ejemplo entre los ejes y bancadas.

Es muy importante el mantenimiento preventivo en los rodamientos, ya que si estos llegan a fallar nos pueden llegar a producir consecuencias mayores, tanto económicas como pérdidas de producción y tiempo de trabajo considerables.

Para una mejor identificación de de los rodamientos se da una nomenclatura; la cual nos indica el tipo de rodamiento y en

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general sus especificaciones, para evitar fallas producidas por mala utilización de los rodamientos

La selección de un rodamiento requiere contemplar diversos factores, y no es posible establecer reglas generales. Sin embargo, los fabricantes de rodamientos generalmente proporciona en sus catálogos los: valores, datos, y recomendaciones suficientes para que se pueda elegir la mejor opción con una incertidumbre relativamente baja.

6. BIBLIOGRAFÍA.

[1]http://repositorio.bib.upct.es/dspace/bitstream/10317/288/2/01%20-%20Introduccion..pdf

[2]http://www.northcar-mexico.com/documents/TEC2.pdf

[3]https://www.google.com.ec/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CEMQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww3.fi.mdp.edu.ar%2Fposmat%2Fdocs%2FTribologia.doc&ei=lhrYVJqqE87jsASb2IGwCg&usg=AFQjCNH29MCweCQIUs-C78zCIPYsc-cV0Q&bvm=bv.85464276,d.cWc

[4]http://www.solomantenimiento.com/articulos/tribologia-industrial.htm

[5]http://www.mantenimientomundial.com/sites/mm/notas/histrib.pdf

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