rodamientos
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CARACTERISTICAS DE LOS RODAMIENTOS
ANTECEDENTES
¿Quién inventó el rodamiento? La idea de reemplazar la fricción de deslizamiento
por la de la rodadura viene de las civilizaciones más antiguas. Ciertos bajo-
relieves egipcios representan el transporte de enormes bloques de piedra,
destinados a la construcción de monumentos, que la gente hacía deslizar sobre
troncos de árboles que servían de rodillos.
Los restos de una plataforma giratoria que proviene de un barco del emperador
Calígula, encontrado en el fondo del lago de Nemi en los años 1930, son los
testigos de que los rodamientos rudimentarios se utilizaban desde la Antigüedad.
Se puede considerar esta plataforma como uno de los primeros ejemplos de
rodamiento de tope, es decir de un rodamiento dedicado a soportar cargas
directas y en rotación sobre su eje.
Se incremento varias veces este mecanismo durante el siglo XVIII cuando se
patentó, en Inglaterra, un eje para coches de caballos equipados con una corona
de bolas en rotación en gargantas de sección semi-circular realizadas en el eje.
En el siglo XIX, se asiste al nacimiento de una multitud de aplicaciones y de
perfeccionamientos de los rodamientos, gracias a los progresos realizados en la
misma época en el sector de la metalurgia y de la técnica.
DEFINICIÓN DE RODAMIENTO
El rodamiento es un elemento normalizado que consta de dos aros concéntricos
de con caminos de rodadura, en la mayoría de los casos esféricos sobre los que
se desplazan unos cuerpos rodantes, bolas o rodillos, cuya finalidad es permitir la
movilidad de la parte giratoria respecto de la fija.
En términos generales, todos los rodamientos de contacto rodante están formados
por las partes constructivas que se muestran en la siguiente figura. Aún así,
existen excepciones. Algunos tipos de rodamientos no poseen sellos laterales, o
por el contrario los tienen solo en una cara, muchos otros no tienen la jaula o rejilla
y están completamente llenos de elementos rodantes, ver figura 1 (a), (b). Algunos
tipos de rodamientos no tienen anillo interior y ruedan directamente sobre la
superficie del eje.
Fig. 1(a), (b) Descripción de un rodamiento típico
Existen diferentes tipos de rodamientos que se pueden distinguir de acuerdo a la
geometría de los elementos rodantes en los siguientes grupos:
Rodamientos de bolas Rodamientos de rodillos
Cilíndricos Cónicos Esféricos De Agujas
Rodamientos Radiales
Rodamientos Axiales
Ventajas de los rodamientos
a) Rozamiento insignificante, sobre todo en el arranque.
b) Gran capacidad de carga.
c) Desgaste prácticamente nulo durante el funcionamiento.
d) Facilidad de recambio, dado que son elementos normalizados.
e) Precios discretos, dado que los lotes de fabricación son de cantidades
importantes.
Partes de un rodamiento
Los rodamientos, se fabrican para soportar cargas puramente radiales, cargas deempuje axial puro o una combinación de ambas cargas.
La nomenclatura de un rodamiento tipo bolas se muestra en la figura 2:
Fig. 2 Partes esenciales de un rodamiento. Dichas partes son: aro externo, arointerno, elementos rodantes y separador.
Aro externo. El anillo exterior está montado en el albergue de la máquina y en la
mayoría de los casos no rueda. La parte de la trayectoria de los elementos
rodantes se llama corredor (raceway), y la sección de los anillos donde los
elementos giran, es llamada superficie de rodadura (raceway surface). En el caso
de rodamientos de bola, como existen surcos o canales provistos para las bolas,
estos son denominados surcos o canales de rodadura (raceway grooves). Los
anillos se fabrican normalmente con aceros SAE 52100 endurecido de 60 a 67
Rockwell C.
Aro interno. El anillo interno está montado en el árbol de la máquina y en la
mayoría de los casos está en la parte rodante. El anillo interno esta normalmente
comprometido con un eje, (figura 2).
Elementos rodantes. Estos elementos pueden ser tanto bolas como rodillos.
Existen muchos tipos de rodamientos con variadas formas de rodillos como son:
De bola, rodillo cilíndrico, rodillo cilíndrico largo, rodamiento de aguja, rodillo
trapezoidal y rodillo convexo.
Se utilizan también materiales como el acero inoxidable, cerámicos, monel,
plásticos y materiales especiales en caso de trabajo con corrosivos.
Separador o jaula. Sirve para guiar los elementos de giro a lo largo de los anillos
del rodamiento en una relativa posición correcta. Existen variadas clases de
separadores que incluyen las prensadas (las más usadas), maquinadas (utilizadas
para mayor resistencia o altas velocidades), moldeadas y en forma de clavija o
chaveta. Debido a su menor resistencia a la fricción en comparación con los
anillos y elementos rodantes, los rodamientos con separadores son más
convenientes para trabajar bajo rotaciones de alta velocidad. Las jaulas se
fabrican de bronce o plásticos sintéticos (que trabajan mejor a altas velocidades
con un mínimo de fricción y ruido). En los rodamientos de costo relativamente
bajo algunas veces se omite el separador, pero éste tiene una función importante
de evitar el contacto de los elementos rodantes a fin de que no ocurra rozamiento
entre ellos.
Cubiertas. Todos estos rodamientos pueden obtenerse con cubiertas o
protectores en uno o en ambos lados. Las cubiertas no proporcionan un cierre
completo, pero sí ofrecen protección contra la entrada de polvo y suciedad. Una
variedad de cojinetes se fabrica con sellos herméticos en uno o en ambos lados.
Cuando los sellos están en ambos lados, los cojinetes se lubrican en la fábrica.
Aunque se supone que un rodamiento sellado tiene lubricación por toda la vida,
algunas veces se proporciona un medio para su re- lubricación.
RODAMIENTOS METÁLICOS.
Los rodamientos se fabrican normalmente en una amplia variedad para
dimensiones estándar de diámetro interior, exterior y ancho, y con tolerancias
También estandarizadas. Por lo general los fabricantes se rigen a normas
internacionales que permiten su intercambiabilidad (ANSI).
En esta revisión bibliográfica se presenta una selección de los diversos tipos de
rodamientos estandarizados que se fabrican. La mayoría de los fabricantes de
estos elementos mecánicos proporcionan a sus distribuidores manuales de
ingeniería y folletos técnicos que contienen descripciones profundas de los
diversos tipos disponibles.
El objetivo de esta revisión bibliográfica es mostrar los tipos de rodamientos más
utilizados y comunes en el mercado.
El ángulo de contacto, es el ángulo formado por la dirección de la carga aplicada a
los anillos y los elementos rodantes, el plano perpendicular al centro del eje
cuando el rodamiento está cargado.
Por lo tanto los rodamientos se clasifican en 2 tipos de acuerdo con su ángulo de
contacto:
Rodamientos Radiales (0 ° 45°). Diseñados principalmente para cargasradiales.
Rodamientos Axiales (45° < 90°). Diseñados principalmente para cargasaxiales.
Rodamiento de bolas.
Con una sola y profunda ranura, este rodamiento soporta cargas radiales así como
una carga axial o de empuje (ver figura 3). Las bolas se introducen en las ranuras
desplazando el aro interior lateralmente a una posición excéntrica. Las bolas se
separ4zan después de su introducción y luego se inserta el separador.
Fig.3 Ejemplos de rodamientos rígidos de bolas
Los rodamientos de ranura profunda inciso (figura 4) (a) y (b), de una sola hilera
de bolas soportan carga radial y también cierta carga axial. Se construyen
introduciendo las bolas entre los anillos y colocándoles a continuación, el
separador que además de colocarlas distantes, impide que se salgan de sus
pistas de rodadura. Cuando se emplea una ranura para llenado de bolas, el
número de éstas que pueden introducirse entre los dos anillos es mayor.
Con ello se consigue aumentar la capacidad de carga radial del rodamiento, sin
embargo disminuye se capacidad de carga axial por el choque de las bolas contra
los bordes de la ranura.
Los rodamientos de contacto angular (figura 4) (c) se caracterizan porque la
conformación de sus pistas permite un gran empuje angular además del radial.
Hay un aspecto constructivo particularmente interesante y es el hecho de que en
las caras de los rodamientos se pueden colocar cubiertas que ofrecen una buena
protección contra el polvo y la suciedad. Se dice que son rodamientos sellados
(figura 4) (d) y (e), cuando van sellados en ambas caras se lubrican en fábrica, y
aunque se dice que están lubricados de por vida, a veces se instalan con un
medio que permite su re lubricación. Los rodamientos con auto alineación externa
(figura 1.4) (f) se utilizan cuando existe cierto grado de desalinea miento que los
rodamientos de bolas no llegan a soportar.
Los rodamientos con doble hilera de bolas (figura 4) (g) y (h) se utilizan cuando
por razones de espacio no puede montarse juntos dos rodamientos de una sola
hilera de bolas. Dentro de este tipo de rodamientos se construye un interesante
modelo de rodamiento autoalineante que soporta importantes desalineaciones de
montaje. Los rodamientos de bolas para empuje axial (figura 4) (i) y (j) exigen un
montaje adecuado y soluciona montajes en los que se presentan primordialmente
empujes axiales. Se construyen de muchos tipos y tamaños habiendo modelos
incluso autoalineantes.
Fig. 4 Tipos más usuales de rodamientos de bolas.
Radial de una hilera
A este rodamiento, se le menciona muchas veces como rodamiento de ranura
profunda, (conrad o deep groove bearing). Se encuentra con muchas variaciones:
protecciones o sellos sencillos o dobles. Se emplea normalmente para cargas
radiales y de empuje (como máximo dos tercios de la radial). Es esencial un
alineación cuidadosa, es decir que el máximo desalineamiento sea de 0.5°. Este
rodamiento puede soportar una carga de empuje axial relativamente alta. Los
Cojinetes de bolas de una fila soportan un pequeño desalineamiento del eje,
(figura 5).
Fig. 5 Rodamiento radial de una hilera
De doble hilera
Este rodamiento está diseñado para admitir cargas radiales fuertes y de empuje
ligeras, sin aumentar el diámetro exterior del mismo (ver figura 6).Es,
aproximadamente, de 60 a 80% más ancho que un rodamiento comparable de una
hilera. A causa de la ranura de llenado, las cargas de empuje deben ser ligeras.
Los cojinetes de bolas de doble fila se fabrican en una amplia variedad de tipos y
tamaños para soportar cargas radiales y axiales más intensas. Algunas veces dos
cojinetes de una fila se utilizan conjuntamente por la misma razón, aunque un
cojinete de doble fila generalmente requerirá menor número de piezas y ocupará
menos espacio.
Figura 6 Rodamiento radial de doble hilera
De doble hilera de autoalineamiento interno
Este rodamiento puede usarse para cargas preponderantemente radiales en
donde se requiere autoalineamiento de 0.003 a 0.005 pulgadas (0.08mm a
0.13mm) No se debe abusar de la característica del autoalineamiento, pues el
desalineamiento o carga de empuje excesivos causan pronta falla como desgaste
en la pista.
Rodamiento de contacto angular
Así llamados por que la línea que atraviesan las superficies que soportan la carga,
forman un ángulo con el plano de la cara del rodamiento, están destinados a
resistir pesadas cargas axiales. Son utilizados frecuentemente en pares opuestos
axialmente unos a otros, y son adecuados para la carga previa (ver figura7).
Fig. 7. Rodamiento de bolas de contacto angular
De máxima capacidad
Tiene la misma forma que un rodamiento de hilera, a excepción de la presencia de
una ranura o canal de llenado que admite más bolas y en consecuencia soportará
cargas radiales más fuertes. Como su capacidad de empuje axial es pequeña,
estos rodamientos se utilizan cuando la carga es principalmente radial (ver figura
8).
Fig. 8. Rodamiento de máxima capacidad
De tipo partido
Este tipo de rodamiento puede ser tanto de bolas como de rodillos. Tiene partido
el anillo interior, el exterior y la jaula. Se ensamblan con tornillos, lo que le da
facilidad de instalación o al quitar un rodamiento.
Rodamientos de rodillos.
De rodillos cilíndricos
Los rodamientos de rodillos cilíndricos soportan una carga radial mayor que los de
bolas del mismo tamaño debido a su mayor área de contacto (figura 9). Sin
embargo, tienen la desventaja de requerir casi una perfecta configuración
geométrica de pistas y rodillos. Un ligero desalineamiento originará que los rodillos
se desvíen y se salgan de alineación. Por esta razón, el retén debe ser grueso y
resistente. Desde luego, los rodillos cilíndricos no soportarán cargas de empuje.
En este tipo de rodamientos la relación aproximada del la longitud - diámetro debe
variar entre 1:1 y 1:3. Son los que permiten más velocidad rotacional de todos los
rodamientos de rodillos.
Fig. 9 Tipos de rodamientos de rodillos
De rodillos esféricos
Estos rodamientos son excelentes para cargas radiales fuertes y empuje
moderado. Su característica de autoalineamiento interno es útil en muchas
aplicaciones, pero no se debe abusar de ello. Los elementos esféricos tienen la
ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga aumenta (ver figura
10)
Fig. 10. Rodamientos de rodillos esféricos
De aguja
Estos rodamientos tienen rodillos cuya longitud es, por lo menos, cuatro veces su
diámetro (ver figura 11). Son de más utilidad en donde el espacio es un factor. Hay
con anillo interior o sin él. Si se usa el árbol como el anillo interior, se debe
endurecer y rectificar. El tipo de complemento pleno se usa para cargas altas,
oscilantes o para bajas velocidades. El tipo de jaula se debe emplear para
movimientos rotacionales; no puede soportar cargas de empuje. Tiene una
capacidad de carga radial alta respecto a su altura particular, pero limitado
respecto a cargas axiales.
Fig.11. Rodamiento de agujas
De rodillos cónicos
Debido a la disposición oblicua de los caminos de rodadura con respecto al eje del
rodamiento, son especialmente adecuados para soportar importantes cargas
axiales y radiales combinadas (figura 12). Estos rodamientos son desmontables
pudiendo separar el aro exterior del conjunto interior.
Las generatrices de las superficies de rodadura de las pistas y el eje del rodillo
convergen en un punto común sobre el eje de rotación del rodamiento. Esto
permite asegurar un movimiento de rodadura sin deslizamientos de los rodillos
sobre las pistas. Puede variar la relación entre la capacidad de carga axial y radial
del rodamiento en función del ángulo entre las superficies de rodadura y el eje de
rotación del rodamiento. Tiene menor coeficiente de fricción y mayores
velocidades de trabajo que otros rodamientos de rodillo.
Fig. 12. Rodamiento de rodillos cónicos
Rodamientos de empuje
Rodamiento de empuje de bolas
Estos rodamientos se fabrican con protecciones de tipo abierto y usados para
bajas velocidades. Se utilizan en combinación con otros rodamientos que podrían
soportar la carga radial, (Ver figura 13).
Fig.13 Rodamientos típicos de empuje de bolas
Rodamiento de empuje de rodillos rectos
Estos rodamientos constan de rodillos cortos para minimizar el deslizamiento y se
les pude aplicar cargas y velocidades moderadas.
Rodamiento de empuje de rodillos cónicos
No existe el deslizamiento característico de los rodillos rectos pero causa una
mayor carga de empuje entre los rodillos y la brida de los anillos del rodamiento, lo
que no les permite trabajar en velocidades altas.
Rodamientos Axiales
En el tipo de rodamiento axial de rodadura, los elementos rodantes son bolas,
rodillos cilíndricos cortos, rodillos cónicos o rodillos esféricos que ruedan en
caminos esféricos. Estos rodamientos pueden estar soportados rígidamente, o
bien uno de los aros puede estar soportado en un asiento esférico para que sea
de autoalineación. (Figura 1.14)
Fig. 14 Tipos de rodamientos axiales
ESFUERZOS DURANTE LA RODADURA
Debido a que la superficie de las bolas en contacto con las pistas es muy
pequeña, reducidas cargas en los rodamientos ocasionan esfuerzos o tensiones
muy elevadas. Pero gracias a la curvatura de los caminos de rodadura de las
bolas la superficie de contacto real es mayor que la que en un principio podría
preverse. A pesar de ello debido a la reiteración de cargas y descargas se
producen fallos por fatiga. Es curioso observar que cuando las velocidades de giro
son elevadas comienzan a tener importancia las fuerzas centrífugas.
Cuando el rodamiento está en reposo una carga elevada puede producir una
deformación permanente. Se puede considerar la deformación como huellas, cuyo
acto de formación se llama brinelación, de las cuales es importante saber su
cuantificación antes de que el rodamiento quede inservible.
Una deformación del orden de 0.25 µ se puede detectar visualmente, pero el
efecto de una brinelación no es molesto hasta que la deformación es del orden de
2.5 µ.
TUERCA DE FIJACIÓN Y ARANDELA DE SEGURIDAD
Es uno de los procedimientos más utilizados para la fijación axial de rodamientos.
Se utiliza una tuerca, ranurada y una arandela de retención con lengüeta interior.
En determinados casos será conveniente utilizar contratuerca como elemento de
seguridad.
Fig.15 Ejemplo de una tuerca de fijación
MANGUITOS CÓNICOS ELÁSTICOS
Se utilizan para fijar rodamientos con agujero cónico en árboles cilíndricos.
Disponen de una ranura longitudinal para facilitar su acoplamiento elástico. Estos
manguitos pueden ser de dos tipos:
MANGUITO ELÁSTICO DE COMPRESIÓN
El aro interior del rodamiento debe montarse contra un tope, que puede ser un
resalte del árbol o un anillo separador. El manguito se fija axialmente por medio de
una tuerca ranurada y una arandela de seguridad con lengüeta interior, (ver figura
16, a).
MANGUITO ELÁSTICO DE TRACCIÓN
Permite la fijación de un rodamiento cuando el árbol carece de resaltes. Para
inmovilizar el rodamiento con relación al manguito, se utiliza una tuerca ranurada y
una arandela de seguridad con lengüeta interior, (ver figura 16, b)
La figura 16 a y b, como se muestran a continuación representan los tipos de
manguitos mencionados los cuales son del tipo compresión (a) y tracción (b).
(a) (b)
Figura 16 (a), (b) tipos de manguitos
RODAMIENTOS PLASTICOS
Rodamientos de bolas poliméricos
Estos rodamientos son resistentes a la corrosión y a muchos agentes químicos.
Son ligeros y funcionan de forma silenciosa. Los rodamientos de bolas poliméricos
no requieren lubricación.
Constan de
aros de polímero bolas hechas de acero inoxidable, vidrio, polímero u otros materiales una jaula de polímero
Los rodamientos de bolas poliméricos se pueden fabricar en diversos materiales y
combinaciones de materiales. Los materiales seleccionados dependen de la
aplicación. Los polímeros cuentan con unas propiedades muy distintas a las del
acero. Una de sus propiedades más características es su resistencia a la corrosión
y a las sustancias químicas (Figura 17).
Fig.17. Rodamientos plásticos
Los polímeros utilizados para fabricar los rodamientos tienen un bajo coeficiente
de fricción y son muy resistentes al desgaste y a la fatiga. Estos rodamientos
autolubricados pueden funcionar en seco y no precisan lubricante.
Sin embargo, la carga y la velocidad máxima que puede soportar un rodamiento
polimérico son muy inferiores a las de los rodamientos convencionales totalmente
de acero.
La elevada resistencia específica (relación resistencia-peso) es una propiedad
valiosa de los rodamientos de polímero, especialmente en aplicaciones donde el
peso es un factor importante para el diseño. Se consigue una alta estabilidad
dimensional durante la vida útil del rodamiento gracias a la baja tendencia al
deslizamiento de los polímeros utilizados.
1.4.1.1 Características y ventajas
– Resistentes a la corrosión
– Resistentes a las sustancias químicas
– Autolubricantes (no precisan lubricante)
– Peso ligero (80 % menos que el acero)
– Algunos pueden utilizarse a altas temperaturas
– Bajo coeficiente de fricción
– Funcionamiento silencioso
– Buenas propiedades amortiguadoras
– Aislante eléctrico
– Funciones integradas para rodamientos especiales
– Costes del ciclo de vida bajos
Otros rodamientos de bolas poliméricos y unidades
A petición, se pueden suministrar otros productos poliméricos:
– Rodamientos de una hilera de bolas con dimensiones en pulgadas
– Rodamientos de una hilera completamente llenos de bolas (sin jaula)
– Rodamientos de una hilera de bolas obturados
– Rodamientos de dos hileras de bolas
– Roldanas
– Rodamientos Y, unidades de rodamientos Y
– Rodamientos de tamaño especial
– Rodamientos fabricados de otros materiales
– Unidades de rodamientos con funciones integradas
Se pueden fabricar rodamientos de bolas poliméricos especiales para aplicaciones
específicas de forma económica, incluso en cantidades pequeñas. También es
posible integrar un alto nivel de funciones, tales como la transmisión. Esto permite
reducir el número de componentes y los costos de montaje. Además, ofrece a los
diseñadores opciones más eficientes y adecuadas para la aplicación.
Resistencia a los agentes químicos
La mayoría de los polímeros ofrece buena resistencia química. Dependiendo del
medio, puede ser necesario el uso de otros polímeros fuera de la gama estándar.
El polipropileno (PP) resiste los ácidos, alcalinos, sales y soluciones salinas,
alcoholes, aceites, grasas, cera y muchos disolventes. La exposición a
compuestos aromáticos e hidrocarburos halogenados produce una dilatación. El
PP no resiste los medios oxidantes fuertes (p.ej. el ácido nítrico, cromados o
halógenos).
El polioximetileno (POM) resiste los ácidos débiles, disolventes orgánicos y
alcalinos débiles y fuertes, así como gasolina, benceno, aceites y alcoholes.
La poliamida 6,6 (PA66) resiste casi todos los disolventes orgánicos habituales y
algunos ácidos y alcalinos débiles .
Capacidad de carga
Capacidad de carga estática
La capacidad de carga estática, es el límite superior de carga que admite un
rodamiento parado sin sufrir daños en los elementos rodantes ni en los caminos
de rodadura.
Capacidad de carga dinámica
Según el estado actual de la tecnología no es posible realizar un cálculo analítico
de la vida útil. La capacidad de carga dinámica es un indicador de la carga
operativa bajo la cual el rodamiento cumple su función en la mayoría de las
aplicaciones.
Capacidad de carga dinámica según la velocidad y la temperatura defuncionamientoLa capacidad de carga dinámica depende de las condiciones de uso.
Tolerancias
En general, las tolerancias de los rodamientos de bolas poliméricos son superiores
a las de los rodamientos totalmente de acero de tamaño comparable. Si se aplican
correctamente y se utilizan en la aplicación apropiada, esa tolerancia superior no
perjudicará la vida útil del rodamiento
Materiales
En la gama estándar de rodamientos poliméricos se utilizan aros de poliacetal
(POM) y polipropileno (PP). Las jaulas están hechas de poliamida 6.6 (PA66) o
PP. Las bolas están hechas de vidrio o acero inoxidable 1.4401.
TIPOS DE RODAMIENTOS
COJINETESHistoria
Uno de los primeros ejemplos fue un cojinete de bolas hecho de madera que
sostenía una mesa giratoria se rescató de los restos de un barco romano en el
lago Nemi, Italia. El naufragio data del año 40 AC, también Se dice que Leonardo
da Vinci describió un tipo de cojinete de bolas alrededor del año 1500. Uno de los
problemas de los cojinetes de bolas es que éstas pueden frotar entre sí, lo que
provoca fricción adicional, pero ello se puede evitar encapsulando las bolas. El
cojinete de bolas capturadas o encapsuladas fue descrito originalmente por
Galileo en el siglo XVII.
Innovación
Henry Timken, un visionario e innovador del siglo XIX en la manufactura de
carruajes, patentó el cojinete cónico de rodillos en 1898. Él detectó una
oportunidad comercial basada en la solución de un problema técnico clave y muy
antiguo: la fricción, la fuerza que impide el movimiento de los objetos en contacto
entre sí. Timken manifestó que "la persona que pudiera diseñar algo que pudiera
reducir considerablemente la fricción, lograría un valiosísimo aporte para el
mundo". Al año siguiente, fundó la Timken Company para producir esta
innovación.
Diseño y mejoramiento del producto
En la época en que Henry comenzó su labor de innovación, el cojinete dominante
era el modelo sencillo, o de "fricción," el cual había prevalecido con muy pocas
variaciones desde tiempos ancestrales. Se trataba fundamentalmente de un
revestimiento metálico en el orificio alrededor de un eje giratorio, en el cual la
principal labor de reducción de la fricción dependía de la lubricación.
Henry comenzó a experimentar con cojinetes de bolas pero fallaban rápidamente
debido al desgaste. Concluyó que los cojinetes de "rodillos" eran una mejor
alternativa para los vehículos, tales como los automóviles, ya que el peso de la
carga (muy superior al de una bicicleta) se podría soportar a lo largo de toda la
extensión de los rodillos, en contraposición al punto único de contacto en cada
esfera en los cojinetes de bolas. Henry intentó con los rodillos rectos pero terminó
prefiriendo los cónicos, pues permitían soportar fuerzas desde todas direcciones.
Desde 1989, Timken Company ha producido más de seis mil millones de
cojinetes, y ahora los fabrica de muy variados tipos.
CONCEPTO DE COJINETE
Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su
rotación y evitar deslizamientos. (Ver figura 18).
Fig. 18. Ejemplo general de un cojinete
Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza
o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientemente
dispuestos para facilitar su montaje.
Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que estén
hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior
funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamente
separados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo
contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del que
están formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, el
rozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga y
temperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y parada), los
cojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no se seca, haciendo
inevitable el contacto directo entre las superficies de fricción.
Por lo anteriormente mencionado, se han de tener en cuenta unas cualidades
importantes que ayuden a la construcción de los cojinetes:
El material debe tener un coeficiente fricción reducido.
El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no se
produzca una acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando el
ajuste creado.
El material debe tener una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se
deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.
CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES SEGÚNLos cojinetes se clasifican por la dirección del esfuerzo que soportan:
COJINETES RADIALES
Cojinetes para cargas radiales. Pueden soportar preferentemente cargas
dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación. (Como se observa
en la figura 19)
Fig. 19. Ejemplo de un cojinete de carga radial
COJINETES AXIALES
Cojinetes para cargas axiales. Pueden soportar cargas que actúen únicamente
en la dirección del eje de rotación. A su vez pueden ser: rodamientos de simple
efecto, que pueden recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de
doble efecto, que pueden recibir cargas axiales en ambos sentidos. (Ver figura
20)
Fig. 20. Ejemplo de un cojinete de carga axial
COJINETES MIXTOS
Cojinetes para cargas mixtas. Pueden soportar esfuerzos radiales, axiales o
ambos combinados, (Ver figura 21).
Fig. 22. Ejemplo de un cojinete de cargas mixtas
Cojinetes de fricción
Tienen la ventaja de su marcha tranquila y silenciosa y que pueden construirse
partidos en dos, haciendo posible un montaje y desmontaje radial.
Tienen el inconveniente de que no son indicados en los casos en que se deseen
elevado número de revoluciones, a no ser que la carga que gravita sobre ellos sea
mínima.
Clases de cojinetes de fricción.
El tipo, más sencillo es cuando el árbol se introduce directamente en un taladro
ajustado. Cuando se prevé la existencia de desgaste se introduce un casquillo.
Estos tipos solo se utilizan para pequeñas cargas y trabajos de poca
responsabilidad.
Los más corrientes en la transmisión son:
Cilíndricos fijos
Se compone de una sola pieza de revolución, denominada casquillo. Se emplea
cuando el cojinete no está sometido a grandes desgastes. El problema viene a
raíz de que no admite corrección en el diámetro interior una vez sufre los efectos
del desgaste y no se puede emplear para gorrones intermedios por la
imposibilidad de montaje. Estos cojinetes se montan a presión en su
correspondiente montaje, (ver figura 23).
Fig. 23. Cojinetes de cilindros fijos
Cilíndricos ajustables o partidos
El cojinete está constituido por dos mitades cuya superficie común de contacto
coincide con un plano diametral para facilitar el montaje aún en el caso de
gorrones intermedios. Permite el montaje de ejes y árboles con el resto de
órganos montados sobre ellos debido a su aplicación de las dos mitades, (ver
figura 24).
Fig. 24. Ejemplo de un cojinete de cilindros ajustables o partidos
Cónicos ajustables
Se emplea en aquellos montajes que tengan que garantizar un juego entre el árbol
y el cojinete. El cojinete exteriormente es cónico y a medida que se introduce en el
agujero cónico de su soporte irá reduciendo el diámetro interior gracias al
Ranurado longitudinal que lleva. Tiene la ventaja de que se pueden corregir
holguras producidas por el desgaste, (ver figura 25).
Fig. 25. Ejemplo de un cojinete cónico ajustable
Clasificación
Los baleros se clasifican en dos categorías principales: rodamientos de bolas y
rodamientos de rodillos. Los rodamientos de bolas se clasifican de acuerdo a la
configuración de sus anillos: baleros rígidos, de contacto angular y de carga axial.
En contraste, los rodamientos de rodillos se clasifican en función de la forma de
los rodillos: cilíndricos, de agujas, cónicos y oscilantes ó esféricos.
Los baleros pueden clasificarse adicionalmente de acuerdo a la dirección en la
que se aplica la carga: baleros, baleros para carga axial, para carga radial y para
carga combinada radial – axial (mixta).
Otros aspectos de clasificación incluyen:
1. El número de hileras de elementos rodantes (una, dos ó 4 hileras)
2. No separables ó separables, en el cual, el anillo interior ó el anillo exterior
pueden ser separados o desmontados
3. Baleros de empuje, los cuales pueden tomar cargas axiales en un sentido y,
baleros de empuje de doble sentido, los cuales pueden tomar carga axial en
ambos sentidos de una misma dirección.
También existen baleros diseñados para aplicaciones especiales, tales como: Una
unidad de rodamiento de rodillo cónico para vagones de ferrocarril (rodamientos
RCT), baleros tipo plato giratorio (tornamesa), así como baleros de movimiento
rectilíneo (baleros lineales de bola, rotulas), etc.
Características
Los rodamientos de bolas y de rodillos presentan diferentes formas y variantes,
cada una con sus rasgos distintivos. Sin embargo, cuando se comparan con
soportes planos (cojinetes), los rodamientos de bolas y de rodillos tienen las
siguientes ventajas:
1. El coeficiente de fricción es mucho menor
2. Son normalizados internacionalmente, son intercambiables y se obtienen
con facilidad
3. Se lubrican con facilidad y el consumo de lubricante es bajo
4. Como una regla general, un rodamiento puede llevar tanto carga radial
como axial, a la vez.
5. Puede ser utilizado en aplicaciones de alta o baja temperatura y alta o baja
velocidad.
6. La rigidez del rodamiento puede mejorarse con la aplicación de una pre-
carga.
Generalmente cuando se comparan los rodamientos de bolas y rodamientos de
rodillos de las mismas dimensiones, los rodamientos de bolas exhiben una
resistencia a la fricción menor y una menor variación, de rotación, que los
rodamientos de rodillos.
Eso los hace más adecuados para las aplicaciones de alta velocidad, alta presión,
bajo par torsión y baja vibración. En contraste, los rodamientos de rodillos tienen
una capacidad de carga mayor que los hace apropiados para aplicaciones de vida
y de resistencia a la fatiga prolongada, con cargas elevadas y de aplicación
repentina.
Casi todos los tipos de rodamientos de bolas y de rodillos pueden llevar tanto
carga radial como carga axial, a la vez.
Generalmente, cuando los rodamientos que poseen un ángulo de contacto son
menores a 45 grados, tienden a ser rodamientos radiales, mientras que los
rodamientos que poseen un ángulo de contacto mayor que 45 grados tienden a
ser rodamientos axiales.
También hay rodamientos clasificados como combinados; estos reúnen lascaracterísticas de carga tanto de los rodamientos radiales como de los axiales.
Condiciones de operación y ambiente
El conocimiento completo de la máquina o del equipo donde se ha de instalar un
rodamiento, los requerimientos de operación y ambiente de funcionamiento; es la
base principal para una adecuada selección del mismo.
Para el proceso de selección se requieren los siguientes datos:
1. La función y construcción del equipo
2. Ubicación de montaje del rodamiento
3. Carga en el rodamiento (dirección y magnitud)
4. Velocidad de giro
5. Vibración y cargas de impacto
6. Temperatura de operación del rodamiento
7. Ambiente (corrosión, limpieza del ambiente etc.)
8. Método de lubricación
9. Seleccionar lubricante
Inspección de los rodamientos
Rutinas de inspección de los rodamientos de la maquinaria durante el
funcionamiento son importantes para prevenir fallas innecesarias. Los siguientes
métodos, son generalmente adoptados para inspeccionar los rodamientos:
Revisión de los rodamientos en funcionamiento. Se incluye la temperatura del
rodamiento, ruido y vibración y la verificación de las propiedades del lubricante
para determinar cuándo debe ser cambiado.
Inspección de los rodamientos después del funcionamiento. Cualquier cambio del
rodamiento es cuidadosamente examinado después del funcionamiento y durante
inspecciones periódicas para así poder tomar medidas para prevenir la
recurrencia.
Es importante para el mantenimiento adecuado de los rodamientos determinar los
requerimientos e intervalos de inspección de acuerdo a la importancia del sistema
o el equipo y seguir el programa establecido.
Inspección durante el funcionamiento
Temperatura del rodamiento, generalmente se eleva durante el arranque y se
estabiliza a una temperatura un poco menor que durante el arranque,
normalmente 10º a 40º C más alta que la temperatura ambiente según se
aplicaran, en un periodo de tiempo. El tiempo antes de su estabilización depende
del tamaño, tipo, velocidad y sistema de lubricación del rodamiento y las
condiciones de disipación de calor alrededor del rodamiento. Puede variar entre 20
minutos hasta varias horas. Si la temperatura del rodamiento no se estabiliza y
continúa ascendiendo, la operación debe ser detenida y una apropiada revisión y
acción correctiva debe ser tomada.
Una alta temperatura en el rodamiento no es deseable en virtud de mantener una
vida de servicio adecuada y prevenir el deterioro del lubricante. Una temperatura
deseable en el rodamiento es generalmente por debajo de los 100º C.
Las mayores causas de altas temperaturas en los rodamientos son:
1. Poco o excesivo lubricante
2. Instalación incorrecta de los rodamientos
3. Juego interno muy pequeño o carga extremadamente pesada
4. Desalineación de los rodamientos
5. Tipo de lubricante inapropiado
6. Deslizamiento entre las superficies de ajuste
Herramientas para el montaje
Verifique que todos los aditamentos de presión, discos y otros dispositivos de
montaje sean del tamaño apropiado y estén libres de rebabas o suciedad. Igual
precaución debe observarse con las herramientas que se utilizarán.
No modifique el rodamiento, los rodamientos se fabrican con tolerancias muy
cerradas que le permiten cumplir con los requerimientos de alta precisión. Por lo
tanto, es imperativo tomar precauciones especiales para evitar alterar las
tolerancias o dimensiones del rodamiento.
La utilización de un martillo en el montaje de los rodamientos ocasiona daños
debido a los impactos puntuales. Cuando el montaje del rodamiento requiera un
ajuste apretado, se debe utilizar una prensa u otro dispositivo para distribuir la
fuerza de manera uniforme [13].
Cuidados especiales
Los rodamientos son muy susceptibles a cargas de impacto y de choque. Los
rodamientos soportan la carga en un área de contacto muy pequeña, localizada
entre los elementos rodantes y las superficies de las pistas del anillo interior y
exterior. Si se aplica una carga excesiva o de impacto a esta pequeña área de
contacto, se producirán indentaciones y/o marcas que provocarán niveles de ruido,
vibraciones y una rotación inapropiada. (Aun el dejar caer el rodamiento en el piso
ocasionará este tipo de daños).
Los rodamientos son muy susceptibles a la contaminación por partículas extrañas,
si las partículas extrañas se filtran al interior del rodamiento durante el
funcionamiento, se producirán daños y/o marcas que darán como resultado una
mala rotación del rodamiento y un ruido excesivo.
Calentamiento por inducción
En este método, los rodamientos se calientan en seco y en un periodo de tiempo
corto. Luego de utilizar el método, aplique un tratamiento demagnetizador al
rodamiento.
Para verificar que el rodamiento ha sido montado correctamente, realice un giro de
prueba.
Primero, gire el eje o el alojamiento para ver si detecta algo inusual.
Luego, arranque el equipo sin aplicarle cargas a los rodamientos.
Luego de observar sus condiciones de rotación a baja velocidad,
aumente lentamente la velocidad y la carga mientras verifica
cualquier incremento en los niveles de ruido, vibración y temperatura.
Si algo inusual es detectado durante la operación, detenga el equipo
y realice una inspección.
Para evitar daños a la maquinaria y peligros a los trabajadores durante el cambio o
desmontaje de rodamientos, se debe utilizar el equipo de seguridad y el equipo
para remover rodamientos que sean apropiados. Como norma general, no se
recomienda la reutilización de los rodamientos.
CONCEPTO DE DESGASTE
El desgaste es conocido desde que el ser humano comenzó a utilizar elementos
naturales que le servían como utensilios domésticos. Este fenómeno al igual que
la corrosión y la fatiga, es una de las formas más importantes de degradación de
piezas, elementos mecánicos y equipos industriales.
El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales
después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este
fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales,
llegando a afectar la sub-superficie. El resultado del desgaste, es la pérdida de
material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de
tolerancias.
Los mecanismos de daño en los materiales se deben principalmente a
deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste
Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante y que necesitaba ser
estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la
mente de los diseñadores, ideas sencillas de cómo prevenirlo o combatirlo, entre
esas ideas se tienen:
1. Mantener baja la presión de contacto
2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento
3. Mantener lisas las superficies de rodamientos
4. Usar materiales duros
5. Asegurar bajos coeficientes de fricción
6. Usar lubricantes
