RODAMIENTOS ANTIFRICCION

Principios De Diseño Y Utilizacion

INTRODUCCION

Los rodamientos han sido utilizados desde el inicio de la humanidad.

Su función principal es permitir el movimiento relativo entre las piezas reduciendo así la fricción entre ellas.

FRICCION

FUERZA QUE SE OPONE AL MOVIMIENTO

La fricción por rodadura es menor que la fricción por deslizamiento

FRICCION POR DESLIZAMIENTO

FRICCION POR RODADURA

Dado a que la fricción por rodadura des menor que la fricción por deslizamiento, los rodamientos anti fricción se basan en este principio.

TIPOS

DE BOLAS

DE RODILLOS

RANURA PROFUNDA

DE CONTACTO ANGULAR

CON SELLO

AUTO ALINEABLES

DOBLE HILERA

AUTO ALINEABLES

DE EMPUJE O CARGA AXIAL

DE EMPUJE AUTO ALINEABLE

CILINDRICOS

ESFERICOS DE EMPUJE

CONOCOS DE EMPUJE

AGUJA

CONOCOS ORDINARIOS

CONICOS DE CONTACTO ANGULAR

UNA CARA

AMBAS CARAS

METALICO

HULE

FABRICANTES(EN EL MERCADO LOCAL)

SKF

TIMKEN

FAG

PHAFFNIR

NTN

KOYO

CARACTERISTICAS FISICAS

DIAMETRO INTERIORDIAMETRO EXTERIORANCHO HOLGURA

CARACTERISTICAS MECANICAS

CARGAVELOCIDADTEMPERATURAMEDIO AMBIENTEVIDA UTIL

SELECCION

EL DISEÑADOR DEBE ESPECIFICARLO TOMANDO EN CUENTA LA CARGA Y LAS CONDICIONES DE TRABAJO

ELEMENTOS

1. Cuna interior

2. Cuna exterior

3. Elementos rodantes

4. Canasta

CUNA INTERIOR

Esta es la menor de los dos anillos y toma este nombre por la posición que ocupa. Tiene un canal en su exterior, el cual sirve de guía para los elementos rodantes. La superficie de esta guía esta altamente pulida y tiene un acabado “espejo”. La cuna interior se monta sobre la flecha y generalmente está sujeta a movimiento

CUNA EXTERIOR

La cuna exterior tiene la canal en su interior. Su superficie está igualmente pulida. Este anillo, generalmente está montado sobre la carcaza y permanece estacionario.

ELEMENTOS RODANTES

Son los que permiten el movimiento. Sus características físicas se controlan con tolerancias de una micra. (1/1,000.000 de pulgada)

CANASTA

Esta permite mantener los elementos rodantes en su lugar, la separación entre ellos y su movimiento a lo largo de las cunas

ELEMENTOS RODANTES

Los elementos rodantes tienen formas geométricas

El más común de todos es la esfera (bola)

El rodamiento toma el nombre del elemento rodanteCOJINETE DE BOLAS

CILINDRICO

El cojinete cilíndrico tiene una mayor capacidad de carga.

En un cojinete de bolas, la carga se aplica en un punto

En un cojinete cilíndrico, esto se hace sobre una línea.

AGUJASCONICOS

ESFERICOS

TOLERANCIAS

Todos los rodamientos antifricción están diseñados y construidos bajo un estricto control de calidad.

La ABMA (Asociación americana de fabricantes de rodamientos) e ISO (Organización de estándares internacionales) tienen definidos los estándares para la fabricación de rodamientos

TIPOS DE CARGAS

Cuando una maquina se encuentra en operación, los rodamientos se ven sometidos a diferentes tipos de cargas

radial axial

CARGAS

Radiales Son las que se presentan en el plano perpendicular al eje de rotación

de la flecha

Axiales Se presentan paralelas al eje de rotación de la flecha

Combinadas Cuando por el tipo de movimiento, se presentan ambos tipos de

cargas

VIDA UTIL

La vida útil de los rodamientos depende de varios factores:

CargaVelocidadTipo de rodamiento

Los fabricantes estiman la vida útil de los rodamientos utilizando un prueba estándar y se define como L - 10

L – 10 se refiere a que el 90% de los rodamientos alcanzaran el tiempo de diseño (horas de uso) o lo excederán

Existen otros factores que afectan el desempeño de los rodamientos y tienen un impacto significativo en la vida útil de ellos.

Temperatura

Medio ambiente de trabajo

Lubricación

Montaje y mantenimiento no apropiados Contaminación Desalineación Deformación

Se ha estimado que el 95% de fallas prematuras de los rodamientos se deben a alguno de estos factores.

OTROS COMPONENTES

Con el objeto de lograr una mayor vida útil de los rodamientos, se han incorporado algunos otros componentes a los rodamientos:

Sellos y Escudos

SELLOS Y ESCUDOS

Los sellos y escudos no son parte inicial de los rodamientos. Se han agregado para solucionar situaciones especiales

Deben ser ordenados específicamente

Los sellos y escudos se usan cuando los rodamientos pueden estar sujetos a contaminación, por el ambiente donde trabajan.

Normalmente se presentan en rodamientos prelubricados con grasa

ESCUDOS

El escudo es un disco metálico insertado en un canal en el lado interior de la cuna exterior. No hay contacto entre el escudo y la pista exterior. Los escudos mantienen fuera las partículas de mayor tamaño y son eficaces en una gran cantidad de aplicaciones. Pueden utilizarse en una o ambas caras. Un fabricante de rodamientos los identifica utilizando la letra Z, cuando se usan en una sola cara. ZZ cuando se usan en ambas caras.

SELLOS

Los sellos están disponibles en distintos materiales y composiciones. El mas común es hule sintético moldeado en una placa de acero. El sello se inserta en una pequeña ranura de la cuna exterior y el labio interior del mismo es moldeado de una forma especial para que haga una función especifica. Cuando se usan sellos, se identifica por la letra L para un solo lado y LL en ambas caras.

Los sellos pueden ser de contacto o sin contactoSELLO SIN CONTACTO

El sello sin contacto esta moldeado de tal forma que nunca entra en contacto con los elementos rodantes. El diseño del labio del sello permite formar, conjuntamente con el aro interior, un espacio donde se acumula la grasa lubricante.

Esto permite formar un sello de tipo “laberinto” que evita que la contaminación ingrese al rodamiento.

El uso de sellos de no contacto tiene varias ventajas: Requiere muy poco torque para rotar Es altamente resistente a la acumulación de polvo Su temperatura de operación es muy similar a la de los rodamientos con

escudo Presenta las ventajas de los escudos con el beneficio de los sellos Son de gran valor para ser usados en motores eléctricos

Se les denomina LB o LLB y se caracterizan por que usan un hule sintético de color negro para que sea fácil su identificación.

SELLO DE CONTACTO

Ofrece protección optima contra el ingreso de polvo y suciedad

El sello hace contacto con la cara exterior de la cuna interior, de donde toma su nombre: Sello de Contacto.

El espacio entre el sello y las cunas permiten que se forme un doble laberinto

El contacto entre las cunas y el sello hacen que estos rodamientos requieran mas torque y operan a temperaturas un poco mayores, al compararlos contra otro tipo de rodamientos

La identificación de este tipo de rodamientos se hace por la letra U.

LU significa que el rodamiento tiene un solo sello y LLU que esta sellado en ambas caras

Generalmente, el hule sintético es de diferente color para diferenciarlos de los sellos sin contacto

MODIFICACIONES EN CUNAS EXTERIORES

La mayoría de las aplicaciones requieren rodamientos lisos en su exterior

Otros pueden requerir el uso de anillos de retención, por lo tanto requieren un maquinado adicional y se les representa con el sufijo N

Si el rodamiento se provee con el anillo instalado, entonces se le identifica por NR

Algunas otras aplicaciones pueden requerir que el rodamiento tenga una placa a modo de extensión de su diámetro exterior

Estas modificaciones son para el montaje apropiado del rodamiento

MODIFICACIONES DE LA CUNA INTERIORLa mayoría de las aplicaciones requieren

que la cara exterior de la cuna interior sea plana y esto es lo normal.

Algunas aplicaciones requieren que el rodamiento sea sujetado por medio de una tuerca, para facilitar las operaciones de mantenimiento

En estos casos, se emplean cunas cónicas, con una conicidad de 1/12” cada 12”

A estos rodamientos se les identifica con el sufijo K.

CUNAS

La cuna es un componente esencial en los rodamientos

Pueden ser fabricadas utilizando diferentes tipos de materiales y procesos de fabricación

CUNAS DE ACERO PRENSADOLas cunas de acero prensado son las mas

comunesAlgunas son de una sola pieza o pueden ser

de dos carasSe utiliza soldadura de punto, remaches o

algún otro método para unir ambas carasSon de uso estándarSi se desea cambiar el material de la cuna se

debe especificar

CUNAS DE NYLON

Las cunas de nylon son diseñadas de una sola pieza por el método de inyección de plásticos

El uso de materiales de refuerzo como fibra de vidrio es común

Cuando se les identifica, usando el sufijo T2

CUNAS MAQUINADAS

Las cunas maquinadas se fabrican de varios tipos de materiales

Bronce, acero o fibra fenólica

Tienen mayor control dimensional

Material Código Aplicación

BRONCE G1 Rodamientos cilíndricos

BRONCE L1 Cualquier otro

ACERO AL PLOMO

F3 general

ACERO AL MOLIBDENO

F5 general

FENOLICOS T1 general

DIMENSIONES BASICAS

DDiámetro exterior

dDiámetro interior

BAncho de cara

rAcuerdo

ZONAS DE CARGA

3Bolas

4Canasta

5 Cunas Interiores

ZONAS DE CARGA Y PUNTOS DE CONTACTOCuando un rodamiento

soporta cargas radiales, esta se distribuye por una sección, normalmente, un tercio del diámetro (1/3)

Esta área se define como la zona de carga

Cada punto o superficie donde se aplica la carga se denominan puntos de contacto

Zona de carga

TIPOS DE RODAMIENTOS

RADIALES

AXIALES

RODAMIENTOS RADIALES

Son LOS MAS CONOCIDOS Y USADOSSon llamados también rodamientos de una sola

hilera de canal profundo (SGDR, sus siglas en ingles e identifican al single row, deep grove)

Aunque han sido diseñados para soportar cargas radiales, pueden manejar una pequeña carga axial

Se les denomina también rodamientos de tipo Conrad, quien inventó el método de fabricación

Sus aplicaciones principales son motores, herramientas de mano, ventiladores, etc.

Se les clasifica usando un numero 6 en una serie de tres o cuatro dígitos.

RODAMIENTOS TIPO CONRAD

RODAMIENTOS DE CAPACIDAD MAXIMAEstos rodamientos han sido diseñados, con las mismas

dimensiones que un rodamiento normal, para soportar entre 20% a 35% mas carga dinámica, así como carga estática.

Esta característica se obtiene al agregar un mayor numero de bolas al rodamiento

Dado a que el método Conrad no permite un mayor numero de bolas, se le hace una ranura de carga, tanto el la cuna interior como en la exterior, permitiendo el ingreso de las bolas, las cuales se distribuyen de manera uniforme, previo al montaje de la canasta

Este incremento de carga es, inicialmente, para cargas radiales. Las cargas axiales harán que las bolas puedan salirse por la ranura de llenado

El indicador usado es BL, seguido por un numero de tres dígitos Nota: Por las limitaciones que presenta este diseño y las mejoras

que se han realizado en el método Conrad, se ha reducido su uso y es posible sustituirlos sin problemas de operación

RODAMIENTOS DE MAXIMA CAPACIDAD

RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULARLos rodamientos de

contacto angular se clasifican como los rodamientos de una sola hilera

Algunos los llaman erróneamente como rodamientos axiales ya que han sido diseñados para soportar una mayor carga axial.

Estos rodamientos pueden operar con ángulos de contacto 15°, 30° o 40°

ANGULO DE CONTACTO (grados)

CODIGO

15 C

30 Sin identificar

40 D

DUPLAS DE RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULAREs posible instalar

juegos de 2, 3 o mas, ya sea en la misma dirección, para soportar mayores cargas, ya sea en la misma dirección u opuestas

Las cargas axiales pueden presentarse en ambas direcciones , por lo tanto pueden montarse ya sea espalda contra espalda o cara contra cara

Cuando una alta carga axial se aplica solo de una dirección, los rodamientos se ponen en tandem.

Cada rodamiento adicional incrementa la capacidad del juego

RODAMIENTOS DE CONTACTO ANGULAR DE DOBLE HILERAEl diseño de estos

rodamientos incorporan dos filas de bolas en una sola cuna interior y exterior y pueden soportar carga axial, limitada, en ambas direcciones

RODAMIENTOS DE DOBLE HILERAAUTOALINEABLES

Estos rodamientos permiten montar flechas que por su carga dinámica, presentan deformaciones

El ángulo máximo de desalineamiento que soportan es menor a 3 grados

RODAMIENTOS DE CARGA AXIALLos rodamientos axiales están diseñados para

soportar únicamente carga axial pura. Cuando la carga se encuentra aplicada adecuadamente, los puntos de contacto interno del rodamiento se encuentran alineados en un plano paralelo al eje. Las cargas radiales harán que los elementos rodantes puedan ser desalojados del rodamiento

Se fabrican en dos configuraciones: Dirección simple Doble Dirección

RODAMIENTOS AXIALES DE SIMPLE DIRECCIONEstos rodamientos

consisten en una hilera de bolas que rotan entre las carcazas de la flecha y el montante

Los elementos de que esta formado son similares a los de los rodamientos radiales: Cunas, elementos rodantes y canasta

Este tipo de rodamiento, solo puede soportar carga de una dirección

RODAMIENTOS AXIALES DE DOBLE DIRECCIONEstos rodamientos

consisten en dos juegos de elementos rodantes, que se mueven dentro de dos carcazas.

Se utilizan cuando se presentan cargas axiales de dos direcciones

RODAMIENTOS AXIALES DE CONTACTO ANGULAR DE DOBLE DIRECCIONEste rodamiento es

construido utilizando dos hileras separadas de bolas y cunas exteriores e interiores de diseño especial

El rodamiento puede manejar cargas en ambas direcciones

Se diferencia de los otros rodamientos, por que puede manejar cargas con Angulo de contacto de 60°

Se utilizan en aquellos equipos que requieren de alto grado de exactitud, tales como maquinas herramientas

MATERIALES USADOS EN LA FABRICACION DE RODAMIENTOSLos rodamientos anti fricción, generalmente,

se fabrican con acero al carbón, tal como el AISI 52100 (cincuenta y dos, cien)

Uno de los factores que mas influye en la vida del rodamiento es la pureza del material, por medio de procesos sofisticados de manufactura, se logra eliminar la mayor parte de impurezas.

Luego, el acero es sometido a un proceso de endurecimiento, para llevarlo a valores de 60 a 64 en la escala Rockwell C de dureza

LA HOLGURA INTERNAPara cumplir con su función de permitir la

rotación libremente, el rodamiento debe tener una holgura interna.

Esta le permite operar en distintos rangos de temperatura, sobre todo a bajas temperaturas

La holgura es un factor de diseño y como tal debe ser controlada

Una holgura inadecuada puede hacer ruidoso al rodamiento

La holgura se mide en dirección de la carga: Radial y axial

Cuando se fabrica, la holgura se denomina: “Holgura interna libre”

MEDICION DE LA HOLGURA INTERNA RADIAL

La ABMA e ISO han establecido cinco clasificaciones distintas de holgura interna

Estas se denominan, C2, normal (sin clasificación), C3, C4 y C5

La mayoría de los rodamientos, en uso, tienen holgura C3

Para especificar un rodamiento, es necesario definir la holgura.

Mínimo (mm)

Hasta (mm)

Diámetro interior

10 18

Holgura Min (µ) Max(µ)

C2 0 9

Normal 3 18

C3 11 25

C4 18 33

C5 25 45

Nota: Las holguras son medidas en micrones ( milésimas de milímetro)

Normalmente, los rodamientos se montan sobre la flecha con un ajuste por presión

Esto hace que se reduzca la holgura libre interna y se obtiene la holgura interna de montaje

Esta ultima puede reducirse, si el rodamiento es igualmente instalado a presión en una carcaza

Si este fuera el caso, el calor generado por la fricción hará que el rodamiento se expanda y que se dañe, por lo tanto, no se recomienda que ambas cunas del rodamiento sean montadas a presión

SISTEMA BASICO DE NUMERACION DE RODAMIENTOSUsualmente los dos últimos dígitos

del numero del rodamiento, indican el diámetro interior del mismo. Los primeros cuatro, deben ser memorizados:

00 = 10mm, 01 = 12mm, 02 = 15mm, 03 = 17mm

Cuando los últimos dos dígitos son 04 o mayores, solamente hay que multiplicar el numero por 5 i.e., 04 = 20mm, 10 = 50mm, y 24 = 120mm.

El tercer digito de la derecha, usualmente identifica la serie del rodamiento (sección transversal o tipo de servicio). Para cualquier diámetro interior especificado, mientras mas grande sea el numero, mayor será el diámetro exterior

A manera de ejemplo, consideremos un rodamiento de 50mm de diámetro interior del tipo SRDG

NumeroDiámetro interior (mm)

Diámetro exterior

(mm)

Ancho

(mm)

6010 50 80 16

6210 50 90 20

6310 50 110 27

6410 50 130 31

THE NTN BEARING NUMBERING SYSTEMRODAMIENTOS DE BOLAS, RADIALES

THE NTN BEARING NUMBERING SYSTEMRODAMIENTOS DE BOLAS DE CONTACTO ANGULAR

RODAMIENTOS AUTO ALINEABLES

RODAMIENTOS AXIALES DE BOLAS O RODILLOS

LUBRICACION

La lubricación de los rodamientos anti fricción es una de las partes mas importantes para alcanzar el mayor rendimiento de los rodamientos

Puede usarse aceite o grasa

Es preferible usar aceite

Depende de las condiciones de trabajo:

Carga Velocidad Temperatura Medio Ambiente

Bajo condiciones normales de trabajo, la velocidad y el tamaño del rodamiento son los parámetros mas importantes a considerar

Se utiliza el factor DN

Diámetro medio en mm por las revoluciones por minuto:

D = (D + d)/2

FACTOR DN Grado de dureza

0 a 50,000 NLGI 3

50,000 a 125,000 NLGI 2

125,000 a 250,000 NLGI 1

250,000 a 350,000 NLGI 0

Mas de 350,000 Grasas especiales

ACEITE

Depende de los mismos factores mas el sistema de lubricación empleado

La viscosidad del aceite esta directamente relacionada con la velocidad y temperatura de operación

Sistemas de lubricación con aceite:

Perdida: Serie Paralelos

Recirculación Salpicadura presurizados

Neblina Aspersión Nebulización

VOLUMEN DE LUBRICANTE

La cantidad de lubricante aplicada a un rodamiento antifricción tiene importancia

No mas del 30% de su capacidad total

ALMACENAMIENTO Y MANEJO

Empacados

Lubricados

Sin rotación

Eliminar humedad

MONTAJE

Uso de herramientas apropiadas

Evitar:Calentamiento con flama

Golpe directo de martillos