RODAMIENTOS. Rusber Alberto RISCO OJEDA INGENIERO MECÁNICO CIP

Transcripción

1 RODAMIENTOS Rusber Alberto RISCO OJEDA INGENIERO MECÁNICO CIP

2 INTRODUCCIÓN

3 INTRODUCCIÓN FRICCIÓN DIRECTA BUJES CASQUETES MEDIA LUNA MATERIALES COJINETES RODAMIENTOS BOLAS RODILLOS AGUJA LUBRICACIÓN CODIFICACIÓN FRICCIÓN INDIRECTA PELÍCULA RADIALES DESLIZANTE

4 COJINETES Se entiende por cojinete el elemento de máquina responsable de posicionar piezas entre sí y de transmitir la fuerza o carga entre las partes fijas y las móviles

5 COJINETES DE FRICCIÓN Los Cojinetes de Fricción son principalmente utilizados para arreglos de rodamientos donde altas cargas serán Soportadas y donde los movimientos rotacionales u oscilatorios son relativamente lentos.

6 CARACTERÍSTICAS DE LOS COJINETES DE FRICCIÓN Libre de Mantenimiento No requiere lubricación (Compuesto de PTFE) Lubricación Inicial requerida (Compuesto POM) Grosor mínimo del espesor de paredes, espacio mínimo requerido Buena distribución de cargas pesadas Amplio rango de temperatura Buenas propiedades de deslizamiento Alta resistencia al desgaste No requiere maquinado

7 RODAMIENTOS Es el conjunto de esferas que se encuentran unidas por un anillo interior y uno exterior, el rodamiento produce movimiento al objeto que se coloque sobre este y se mueve sobre el cual se apoya.

8 TIPOS DE RODAMIENTOS Rodamientos Radiales Rodamientos Rígidos de Bolas Rodamientos de Bolas a Rótula Rodamientos de Bolas con Contacto Angular Rodamientos de Rodillos Cilíndricos Rodamientos de Agujas Rodamientos de Rodillos a Rótula Rodamientos de Rodillos Cónicos

9 Rodamientos Axiales Rodamientos Axiales de Bolas Rodamientos Axiales de Bolas con Contacto Angular Rodamientos Axiales de Rodillos Cilíndricos Rodamientos Axiales de Agujas Rodamientos Axiales de Rodillos a Rótula Rodamientos Axiales de Rodillos Cónicos

10 MATERIALES DE LOS RODAMIENTOS Bolas: Aleación de acero de cromo AISI 5210 endurecido a un alto grado, con una dureza de HRC 61 a 65. Rodillos: Aleaciones de acero AISI 3310, 4620, 8620 cementado.

11 RODAMIENTOS RÍGIDOS DE BOLAS Estos rodamientos se usan ampliamente en aplicaciones diversas, son sencillos, no desmontables, adecuados para alta velocidad de funcionamiento y requieren poca atención en servicio.

12 RODAMIENTOS RÍGIDOS DE BOLAS 1. De una hilera 2. De dos hileras 3. Con escote de llenado

13 Espacio disponible

14 Magnitud Radial Cargas Axial Combinada

15 SELECCIÓN DEL TAMAÑO DEL RODAMIENTO Teoría sobre la vida y fiabilidad de los rodamientos

16 CAPACIDAD DE CARGA Y VIDA: La capacidad de carga dinámica (C) se usa en los cálculos para los rodamientos sometidos a esfuerzos dinámicos, es decir, rodamientos que giran bajo cargas. Expresa la carga que dará una vida nominal de revoluciones (según norma ISO 281:1990). Son válidas para los rodamientos de acero al cromo con tratamiento térmico hasta lograr una dureza mínima de 58HRC y que funciona bajo condiciones normales. Vida La vida de un rodamiento se define como: el número de revoluciones o el número de horas de funcionamiento a una velocidad constante determinada que el rodamiento puede soportar antes de que se manifieste el primer síntoma de fatiga del metal (desconchado, descascarillado) en uno de los aros o de sus elementos rodantes.

17 Vida de servicio: Que representa la vida real de un rodamiento bajo condiciones reales de funcionamiento antes de fallar. Los cálculos de la vida de los rodamientos son determinados con un grado de fiabilidad del 90%. Asimismo, los fallos en la práctica no suelen estar causados por la fatiga, sino por la contaminación, desgaste, la desalineación, la corrosión o debidos a los fallos de la jaula, la lubricación o la obturación. Vida determinada: Se trata de la determinada por una autoridad, por ejemplo en base a datos hipotéticos de carga y velocidad facilitados por dicha autoridad. Generalmente, es una vida nominal básica L10, basada en la experiencia obtenida con aplicaciones similares. La vida media de los rodamientos es aproximadamente cinco veces la vida nominal.

18 Cargas estáticas La capacidad de carga estática Co se usa en los cálculos cuando los rodamientos: Giran a velocidades muy bajos (n<10rpm). Realizan movimientos oscilantes muy lentos. Permanecen estacionarios bajo carga durante largos periodos de tiempo. Cuando actúan elevadas cargas de choque de corta duración. La capacidad de carga estática (Co): Según ISO 76:1987. Como la carga estática a la que corresponde una tensión calculada en el centro de la superficie de contacto mas cargada entre elementos rodantes y caminos de rodadura de: 4600MPa para los rodamientos de bolas a rótula 4200MPa para todos los demás rodamientos de bolas 4000MPa para todos los demás rodamientos de rodillos

19 Esta tensión produce la deformación permanente total del elemento rodante y del camino de rodadura que es aproximadamente igual al 0,0001 diámetro del elemento rodante. Las cargas son puramente radiales para los rodamientos radiales y para los rodamientos axiales son cargas axiales y centradas. La verificación de las cargas estáticas de los rodamientos se realiza comprobando el factor de seguridad estático de aplicación: S o donde: C P o o S o C P o o : capacidad de carga estática, : carga estática equivalente, : factor de seguridad estático. Por lo general para fracturar un cojinete es necesario una carga igual o superior a. 8C o KN KN

20 RODAMIENTOS RÍGIDOS DE UNA HILERA DE BOLAS Carga Radial Dinámica Equivalente Para rodamientos individuales y parejas de rodamientos dispuestos en tándem: P F, cuando: F a r, entonces: y F e X 1 Y 0 r a P XF r YF a, cuando: F e, usar tabla 5. F r Para parejas de rodamientos dispuestos en tándem, emplear los valores del juego interno C3. En el caso de rodamientos que producen intenso calentamiento en el aro interior, deben usarse valores del juego interno normal.

21 Tabla 5: Factores de cálculo para los rodamientos rígidos de una hilera de bolas dispuestos individualmente o apareados en tándem. Fa Para: e ; V 1 cuando gira el anillo interno; V 1, 2 cuando gira el anillo externo. VF F r Juego Normal Juego C 3 Juego C 4 a f. o e X Y e X Y e X Y Co 0,172 0,19 0,56 2,30 0,29 0,46 1,88 0,38 0,44 1,47 0,21 0,56 2,15 0,345 0,22 0,56 1,99 0,32 0,46 1,71 0,40 0,44 1,40 0,24 0,56 1,85 0,689 0,26 0,56 1,71 0,36 0,46 1,52 0,43 0,44 1,30 0,27 0,56 1,63 1,03 0,28 0,56 1,55 0,38 0,46 1,41 0,46 0,44 1,23 1,38 0,30 0,56 1,45 0,40 0,46 1,34 0,47 0,44 1,19 2,07 0,34 0,56 1,31 0,44 0,46 1,23 0,50 0,44 1,12 3,45 0,38 0,56 1,15 0,49 0,46 1,10 0,55 0,44 1,02 5,17 0,42 0,56 1,04 0,54 0,46 1,01 0,56 0,44 1,00 6,89 0,44 0,56 1,00 0,54 0,46 1,00 0,56 0,44 1,00 Los valores intermedios se obtienen mediante la interpolación lineal.

22 Para parejas de rodamientos dispuestos espalda con espalda o frente a frente: P Fr Y1 F a, cuando: F a F e r a 0,75F Y, cuando: F e P r 2F a Tabla 6: Factores de cálculo de los rodamientos rígidos de una hilera de bolas apareados dispuestos espalda con espalda o cara a cara F a f. o e Y 1 Y 2 Co 0,17 0,23 2,8 3,7 0,69 0,30 2,1 2,8 2,08 0,40 1,6 2,15 3,46 0,45 1,4 1,85 5,19 0,50 1,26 1,7 Fuente: Catálogo General SKF F r

23 Rodamientos apareados o emparejados En tándem Espalda con espalda Frente a frente

24 Carga Radial Estática Equivalente Para rodamientos individuales y parejas de rodamientos en tándem: P 0,6F 0, 5F o r a Cuando: Po F r, tomar: Po F r Para rodamientos apareados F r y F a, son las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos.

25 Para parejas de rodamientos dispuestos espalda con espalda o frente a frente: Po Fr 1, 7Fa donde: Fr y Fa, son las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos. Capacidad de Carga Axial Si se someten los RRB a una carga puramente axial: F 0, 5 r C o En los rodamientos pequeños y en los de la series ligeras(series de diámetros 8, 9, 0 y 1): F 0, 25 r C o Una carga axial excesiva puede reducir apreciablemente la duración del rodamiento.

26 Rodamientos rígidos de una hilera de bolas con escotes de llenado Carga Radial Dinámica Equivalente Para rodamientos rígidos de una hilera de bolas con escotes de llenado P F r F a Fa siempre que: F 0,6 y P 0, 5C r o Si la carga axial Fa 0, 6F r entonces los rodamientos rígidos de bolas con escotes de llenado no son apropiados para la aplicación y se deberán usar en su lugar unos rodamientos sin escotes de llenado. Carga Radial Estática Equivalente Po Fr 0, 5F F a, siempre que: a 0, 6 F r

27 Rodamientos rígidos de bolas de acero inoxidable Carga Radial Dinámica Equivalente P F r, cuando: F a F e r P 0, 56F r YF a, cuando: F a e F r Tabla 2: Factores de cálculo para los rodamientos rígidos de una hilera de bolas de acero inoxidable F f e Y a o Co 0,172 0,19 2,30 0,345 0,22 1,99 0,689 0,26 1,71 1,03 0,28 1,55 1,38 0,30 1,45 2,07 0,34 1,31 3,45 0,38 1,15 5,17 0,42 1,04 6,89 0,44 1,00 Los valores intermedios se obtienen mediante la interpolación lineal

28 Carga Radial Estática Equivalente P 0,6F 0, 5F o r a, si: Po F r tomar: P Capacidad de carga axial Si los rodamientos están sometidos a una carga puramente axial, ésta no deberá exceder el valor de 0,25Co. Una carga axial excesiva puede reducir de forma considerable la vida útil del rodamiento. o F r

29 Rodamientos rígidos de dos hileras de bolas Carga Radial Dinámica Equivalente P F r, cuando: F a F e r P 0, 56F r YF a, cuando: F a F e r Tabla 1: Factores de cálculo para los rodamientos rígidos de dos hileras de bolas F f e Y a o Co 0,172 0,19 2,30 0,345 0,22 1,99 0,689 0,26 1,71 1,03 0,28 1,55 1,38 0,30 1,45 2,07 0,34 1,31 3,45 0,38 1,15 5,17 0,42 1,04 6,89 0,44 1,00 Los valores intermedios se obtienen mediante la interpolación lineal

30 Carga Radial Estática Equivalente P 0,6F 0, 5F o r a, si: Po F r tomar: P Capacidad de carga axial Si los rodamientos rígidos de dos hileras de bolas están sometidos a una carga puramente axial, ésta no deberá exceder el valor de 0,5Co. Una carga axial excesiva puede reducir de forma considerable la vida útil del rodamiento. o F r

31 SELECCIÓN DEL TAMAÑO DEL RODAMIENTO UTILIZANDO LA FÓRMULA DE LA VIDA: 1. Vida nominal estimada: Según la norma ISO p 281:1990. C L10 P Si la velocidad es constante, suele ser preferible expresar la vida en horas de funcionamiento: 6 p 6 10 C 10 L10 h L10 60n P 60n En el caso de vehículos de carretera y ferrocarril, suele ser preferible expresar la vida en kilómetros recorridos: p D C D L10s L P 1000

32 En el caso de rodamientos oscilantes, es preferible expresar la vida en ciclos: p 180 C 180 L10 osc L10 2 P 2 donde: L 10 : vida nominal estimada (con un 90% de fiabilidad), millones de revoluciones. L 10h : vida nominal estimada (con un 90% de fiabilidad), horas de funcionamiento. C P p : capacidad de carga dinámica, kn. : carga radial dinámica equivalente, KN. : exponente de la ecuación de la vida. p 3; para rodamientos de bolas. p 10 3 ; para rodamientos de rodillos.

33 L 10s : vida nominal (con un 90% de fiabilidad), en millones de kilómetros. D : diámetro de la rueda, en metros. L 10osc : vida nominal (con un 90% de fiabilidad), en millones de ciclos. : amplitud de las oscilaciones (ángulo de máxima desviación con respecto a la posición central), en grados. n : velocidad de giro, rpm.

34 Influencia de la temperatura de trabajo en el material del rodamiento A temperaturas elevadas se reduce la capacidad de carga p dinámica del rodamiento. ftc L10 P El funcionamiento satisfactorio de los rodamientos a elevadas temperaturas depende si el rodamiento tiene la estabilidad dimensional adecuada, etc. Tabla 3: Factor de temperatura f T Temperatura ( º C ) de funcionamiento Factor f T , , , ,64

35 2. Vida nominal SKF: Según la normativa ISO 281:1990/Amd 2:2000. p C Lnm a1a SKF a1a SKFL10 P Si la velocidad es constante, la vida puede expresarse en horas de funcionamiento: 6 p 6 10 C 10 Lnmh a1a SKF Lnm 60n P 60n donde: L 1) nm : vida nominal básica SKF (con un 100 % de fiabilidad), millones de revoluciones. 1) L nmh : vida nominal básica SKF (con un 100 % de fiabilidad, horas de funcionamiento.

36 a 1 : factor de ajuste de la vida para una mayor fiabilidad (de la tabla 1). a SKF : factor de ajuste de la vida SKF (de los diagramas 1 al 4). 1) El factor representa la probabilidad de fallo, es decir, la diferencia entre la fiabilidad requerida y el 100%. Tabla 1: Valores para el factor de ajuste de la vida a 1 Fiabilidad % Probabilidad de fallo % Vida nominal SKF L nm Factor a L 10 m L 5 m 0, L 4 m 0, L 3 m 0, L 2 m 0, L 1 m 0,21

37 Diagrama 1: Factor a SKF para los rodamientos radiales de bolas Diagrama 2: Factor a SKF para los rodamientos radiales de rodillos Otros rodamientos SKF estándar Rodamientos SKF Explorer Otros rodamientos SKF estándar Rodamientos SKF Explorer Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4 Cuando el valor de η c (P u /P) tiende a cero, a SKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a 23 (κ) donde a SKF = a 23 Si κ > 4, tomar la curva κ = 4 Cuando el valor de η c (P u /P) tiende a cero, a SKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a 23 (κ) donde a SKF = a 23

38 Diagrama 3: Factor a SKF para los rodamientos axiales de bolas Diagrama 4: Factor a SKF para los rodamientos axiales de rodillos Otros rodamientos SKF estándar Rodamientos SKF Explorer Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4 Cuando el valor de η c (P u /P) tiende a cero, a SKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a 23 (κ) donde a SKF = a 23 Si κ > 4, tomar la curva para κ = 4 Cuando el valor de η c (P u /P) tiende a cero, a SKF tiende a 0,1 para todos los valores de κ La línea de puntos marca la posición de la antigua escala a 23 (κ) donde a SKF = a 23

39 Tabla 4: Valores orientativos para el factor c para distintos niveles de contaminación Condición Muy limpio Tamaño de partículas del orden del espesor de la película del lubricante. Condiciones de laboratorio. Limpio Aceite filtrado a través de un filtro extremadamente fino. Condiciones típicas de los rodamientos engrasados y obturados de por vida. Normal Aceite filtrado a través de un filtro fino. Condiciones típicas de los rodamientos engrasados de por vida y con placas de protección. Contaminación ligera Lubricante ligeramente contaminado. Contaminación típica Condiciones típicas de los rodamientos sin obturaciones integradas, filtros de paso grueso, partículas de desgaste y entrada de partículas desde el entorno. Contaminación severa Entorno del rodamiento muy contaminado y disposición no obturada adecuadamente. Contaminación muy severa Bajo condiciones de contaminación extrema los valores de c pueden estar fuera de la escala resultando en una reducción más severa de la vida que la predicha por la ecuación L nm. Factor 1) c Para rodamientos con diámetros d m 100mm d m 100mm 1 1 0,8 0,6 0,6 0,5 0,5 0,3 0,3 0,1 0,1 0,0 0,9 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,1 0,0 0,0 0,0 Tabla 5: Clasificación ISO - asignación del número de escala Número de partículas por milímetro de aceite más de hasta inclusive Número , ,3 2,5 8 0,64 1,3 7 0,32 0,64 6

40 Tabla 8: Valores orientativos de la vida nominal requeridos para diferentes clases de máquinas Clases de máquinas Electrodomésticos, máquinas agrícolas, instrumentos, aparatos para uso médico. Máquinas usadas intermitente o por cortos períodos: Máquinas-herramienta portátiles, aparatos elevadores para talleres, máquinas para la construcción. Máquinas para trabajar con alta fiabilidad de funcionamiento por cortos períodos o intermitentemente: Ascensores, grúas para mercancías embaladas. Máquinas para 8 horas de trabajo diario no totalmente utilizadas: Transmisiones por engranajes para uso general, motores eléctricos para uso industrial, machacadoras giratorias. Máquinas para 8 horas de trabajo diario totalmente utilizadas: Máquinas-herramientas, máquinas para trabajar la madera, máquinas para la industria mecánica general, grúas para materiales a granel, ventiladores, cintas transportadoras, equipo de imprenta, separadores y centrífugos. Máquinas para trabajo continuo, 24 horas al día: Cajas de engranajes para laminadores, maquinaria eléctrica de tamaño medio, compresores, tornos de extracción para minas, bombas, maquinaria textil. Maquinaria para abastecimiento de agua, hornos giratorios, máquinas cableadoras, maquinaria de propulsión para trasatlánticos. Maquinaria eléctrica de gran tamaño, centrales eléctricas, ventiladores y bombas para minas, rodamientos para la línea de eje de transatlánticos. Vida nominal Horas de funcionamiento a > Tabla 9: Valores orientativos de la vida nominal para rodamientos y unidades de cajas de grasa para vehículos ferroviarios Tipo de vehículo Vida nominal Millones de km Rodamientos de cubo de rueda para vehículos de carretera: Automóviles. 0,3 Camiones y autobuses. 0,6 Rodamientos para cajas de grasa en vehículos ferroviarios: Vagones de mercancías según especificación UIC basada en una carga máxima constante sobre mangueta. Vehículos para transporte público: trenes urbanos, vagones subterráneos, trenes ligeros y tranvías. Coches de pasajeros para grandes líneas. 3 Unidades múltiples eléctricas y diesel para grandes líneas. Locomotoras eléctricas y diesel para grandes líneas. 0,8 1,

41 SELECCIÓN RÁPIDA DEL TIPO DE RODAMIENTO

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48 DURABILIDAD DEL RODAMIENTO:

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51 DISPOSICIÓN DEL RODAMIENTO 1. Rodamientos de rodillo cilíndricos 2.Rodamientos e bolas. 3.Soportes 4.Ejes 5.Tope de resalte del eje. 6. Diámetro del eje. 7. Placa de fijación. 8. Obturador radial del eje. 9. Anillo distanciador. 10.Diámetro del agujero del soporte. 11.Agujero del soporte. 12.Tapa de soporte 13.Anillo elástico.

52 DISPOCISIONES DE LOS RODAMIENTOS

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56 CÁLCULOS 1. Rodamiento de una caja de engranes

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58 2. Engranaje inversible de una máquina agrícola

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60 !!! MUCHAS GRACIAS!!! 60