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Finning Capacitación Ltda. Material del Estudiante

ANÁLISIS DE FALLAS DE SISTEMAS HIDRÁUL ICOS

Nomb re del Estudiante:

Gerencia de Capacitación y Desarrollo

AFA III

Finning Capacitación Ltda. Material del Estudiante NOTA

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CONTENIDO Descripción del curso…………………………………………………………………….………………..04

MÓDULO 1 Lubricación Introducción…………………………………………………………………………………………………05 Función del lubricante……………………………………………………………………………………..06 Tipos de lubricantes………………………………………………………………………………………..07 Modalidades de falla……………………………………………………………………………………….10 Contaminación……………………………………………………………………………………………...17

MODULO 2 Bombas y Motores Bomba de engranajes Funcionamiento…………………………………………………………………………………………….30 Diseño/fabricación……………………………………………………………………..…………………..31 Apariencia normal…………………………………………………………………..……………………...34 Condiciones anormales……………………………………………………………………………………40

Bomba de paletas Funcionamiento…………………………………………………………………………………………….49 Diseño/fabricación………………………………………………………………………………………….51 Apariencia normal………………………………………………………………………………………….62 Condiciones anormales……………………………………………………………………………………66

Bomba de pistones Funcionamiento…………………………………………………………………………………………….83 Diseño/fabricación………………………………………………………………………………………….84 Condiciones anormales……………………………………………………………………………………90

MODULO 3 Engranajes Funcionamiento……………………………………………………………………………………….…..104 Estructura………………………………………………………………………………………………….108 Diseño……………………………………………………………………………………………………...110 Nomenclatura…………………………………………………………………………………….……….117


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Fabricación……………………………………………………………..…………………………………119 Operación…………………………………………………………………………………………………125 Condiciones anormales…………………………………………………………………………………132

MODULO 4 Rodamientos Tipos de cojinetes……………………………………..…………………………………………………154 Nomenclatura…………………………………………………………………………………………….155 Funciones………………………………………………………………………………………………... 158 Cargas……………………………………………………………………………………………………..159 Fabricación……………………………………………………………………………………………….170 Remoción/instalación…………………………….............................................................................175 Condiciones anormales…………………………………………………………………………………185


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Descripción del Curso Titulo Duración Participantes

Análisis de fallas en componentes Hidráulicos 2 días (16 hrs) 6 máximo

Fundamentación Técnica

Las condiciones extremas de trabajo, de carga y medioambientales a que están sometidas las Maquinarias Caterpillar, son algunas de las diversas causas de fallas prematuras que sufren los componentes, es por eso que se diseña este curso para el personal técnico de Minera Spence con el fin de analizar, identificar y evaluar las superficies de fracturas y desgaste, con el objetivo de encontrar con exactitud la causa raíz de falla, de manera de establecer medidas correctivas para evitar que se vuelvan a repetir los mismos daños en los componentes del sistema Hidráulico Caterpillar

Quienes deben participar

Este curso está orientado a mecánicos, técnicos y líderes de mantención de Equipo.

Objetivos

Al término del curso los participantes estarán en condiciones de identificar, describir y definir los diferentes tipos de fallas (desgastes y fracturas) de componentes mecánicos constituyentes de los Sistemas Hidráulicos de máquinas Caterpillar.

Pre-requisitos

Los asistentes deberán tener conocimientos de los siguientes temas. Conocimientos de hidráulica básica Conocimientos básicos de Resistencia de Materiales

Metodología

El curso se realizará en forma teórica, a través de la metodología expositiva, en la que se utilizará como recurso didáctico presentación Power Point, pizarrón y Laboratorios. Se privilegiará la participación activa de los estudiantes conjuntamente con la entrega de material de estudio de los participantes.


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INTRODUCCIÓN Lubricación

Es la ciencia de la reducción de la fricción mediante la aplicación de un material para mejorar la suavidad del movimiento de una superficie con respecto a otra. Tribología: es la ciencia y la tecnología relacionada con la interacción de las superficies en movimiento relativo, incluyendo fricción, lubricación, desgaste y erosión. El término Tribología fue introducido por primera vez en 1966 por el doctor Peter Jost.


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Primaria

Secund

FUNCIÓN DEL L UBRICANTE Funciones

Se espera que los lubricantes sean útiles en una cantidad creciente de aplicaciones.

Primarias y Secundarias

Las funciones primarias de los lubricantes son separar las superficies (lubricar), enfriar y mantener limpios los componentes. Las funciones secundarias son: sellar, aislar, proteger contra la corrosión, controlar la oxidación, evitar la formación de espuma, dispersar los contaminantes, transmitir potencia, amortiguar choques, etc.


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TIPOS DE LUBRICANTES Tipos de

lubricantes - Gases - Sólidos - Semisólido s - Líquidos

Los lubricantes pueden ser gaseosos (usados en centrífugas de velocidad alta y otras aplicaciones de RPM extremadamente altas), líquidos (aceites), semisólidos (grasas) o sólidos (revestimiento de superficies que incluyen metales blandos como el plomo y el estaño). Debido a que en la lubricación de los productos Caterpillar se usan poco los lubricantes gaseosos y sólidos, esta presentación tratará acerca de ellos brevemente y se concentrará en los lubricantes líquidos y semisólidos de uso más común.


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Aplicacion es lubricantes gaseosos

Las características de los lubricantes gaseosos son de utilidad en las aplicaciones de cojinetes pequeños de velocidad alta, con cargas ligeras y a temperaturas altas y bajas.


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Ejemplos de lubricantes gaseosos

Los lubricantes gaseosos se emplean en dispositivos para exploración espacial, equipo dental, motores y turbinas de velocidad alta, giroscopios y computadoras.


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MODALIDADES DE FALLA DE LOS LUBRICANTES Modalidades de falla de los lubricación

Actualmente, cuando fallan los lubricantes se debe fundamentalmente al uso de un lubricante incorrecto (composición incorrecta para la aplicación), a la degradación del lubricante (rompimiento de la película del aceite o agotamiento de los aditivos o ambos), o a la contaminación del lubricante (con sólidos, líquidos o gases).


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Composición incorrecta

La composición incorrecta del aceite puede incluir: - Características impropias de viscosidad (mejorador IV inestable, características impropias de viscosidad con cambios de temperatura). - Base de aceite de calidad deficiente o incorrecta (viscosidad incorrecta, impurezas en exceso como azufre, tipo de base incorrecta, como nafténica en cambio de parafínica, etc). - Aditivos de baja calidad, insuficientes o incorrectos. El analista de fallas debe revisar los hechos en el tipo y viscosidad del aceite, así como los hechos en la calidad del aceite. Un estudio de mercado de los aceites lubricantes mostró que muchos aceites no cumplen las especificaciones impresas en la etiqueta y algunos otros funcionaban muy pocas horas antes de llegar a los límites de la especificación.


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Factores que aumentan la degradación

Los factores que aumenta la degradación pueden ser temperaturas bajas o altas, presencia de catalizadores no deseados, servicio extendido y presencia de agua, barniz o sedimentos.


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La velocidad de oxidación aumenta con la temperatura

A temperaturas mayores que 93°C (200°F), la velocidad de oxidación del aceite se duplica aproximadamente cada 11°C (20°F) adicionales. La operación a temperaturas elevadas agota los aditivos y acorta la vida útil del lubricante. Los depósitos de barniz (de color de alquitrán duros y de muy poco espesor) se forman generalmente en las piezas más calientes expuestas a los lubricantes después de operaciones a temperaturas altas.


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Las bajas temperaturas producen formación de sedimentos

La operación a temperaturas bajas de los motores de combustión pueden llevar a la condensación y formación de sedimentos (depósitos pegajosos, fangosos de color negro u oscuro). Los sedimentos se forman a partir de los subproductos de la combustión, humedad y “precipitación” de los aditivos agotados.


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Indicadores de falla del lubricante

Los indicadores de falla del lubricante incluyen el color negro, mal olor, aumento de la viscosidad y formación de depósitos de barniz o sedimentos. Los depósitos de barniz pueden formarse si los motores funcionan a temperaturas altas o la combustión es incompleta. Los sedimentos pueden formarse si los motores funcionan a temperaturas bajas, lo que resulta en subproductos de la combustión que entran al lubricante y agotan los aditivos hasta que estos “precipitan”. Otra causa posible de la formación de barniz y sedimentos es la calidad deficiente del lubricante. El barniz y los sedimentos indican que los lubricantes no están cumpliendo su función, generalmente como resultado de condiciones ambientales impropias en el que el lubricante está trabajando.


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El agotamiento de aditivos degrada el rendimiento del aceite

Si las funciones del lubricante se grafícan contra el tiempo de servicio, la curva demuestra que el aceite lentamente pierde su capacidad de rendimiento a medida que se agotan los aditivos. Entonces, súbitamente ocurre una pendiente abajo de la curva de rendimiento. Esta bajada repentina de la curva se conoce como la zona de agotamiento de aditivos del lubricante y refleja el rápido deterioro del rendimiento del lubricante. El tiempo de cambio del lubricante debe hacerse con seguridad después de la zona de agotamientos de aditivos. Las recomendaciones de intervalos de servicio Caterpillar tienen el objetivo de mantener a los usuarios en la zona de seguridad y lejos de la zona de problemas.


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CONTAMINACIÓN Productos d e la Combustión Oxida ción del aceite

La contaminación puede ocurrir de varias maneras, incluyendo: - Subproductos de la combustión que entran al sistema de lubricación (hollín, ácidos, agua, barniz, laca, combustible sin quemar, etc.) - Aceite oxidado - Dilución por refrigerante, combustible u otro lubricante - Polvo, suciedad, partículas metálicas de desgaste - Gases atrapados Las temperaturas altas y bajas pueden actuar como aceleradores en la producción de contaminantes.


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Los aditivos pueden interactua r y dañar el sistema de lubricación

Si el refrigerante que contiene aditivos entra al lubricante, los aditivos del lubricante pueden reaccionar de forma dañina con los aditivos del lubricante y causar reacciones químicas no deseadas. Estas reacciones químicas pueden hacer que el lubricante se vuelva gelatinoso, aumente la acidez, aumente la viscosidad, se formen sedimentos o se precipiten los aditivos.


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La contaminación con agua puede formar ácidos

El agua puede combinarse con los gases de combustión para formar ácidos que entran a las cámaras de lubricación con los gases de escape, y agotar los aditivos de corrosión y antiherrumbre.


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Contaminación con agua puede producir sedimentos

Si grandes cantidades de agua entran a los lubricantes, no sólo puede degradar los aditivos, sino formar herrumbre, sedimentos y emulsiones.


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El glicol puede aumentar la viscos idad de l lubricante

Cuando los refrigerantes contienen glicol y el agua entra a los lubricantes, la viscosidad aumenta y pueden comenzar a formarse depósitos de sedimento. Las reacciones químicas y el agotamiento de los aditivos se aceleran y frecuentemente aumentan la acidez del lubricante.


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El combustible puede reducir la viscos idad de l lubricante

Cuando el contaminante es el combustible, se reducen la viscosidad y la calidad de lubricante. Debido a que la viscosidad es la característica fundamental en la capacidad de la película lubricante para transportar la carga, la reducción de la viscosidad puede llevar al contacto de metal a metal.


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Pruebas de campo

Hay pruebas que ayudan a determinar las condiciones de los lubricantes, incluyendo: - Visuales - Olor - Agua - Prueba de gota en papel de filtro - Análisis de fluidos (S•O•S)


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Observaciones visuales

La primera, y más importante, es la observación visual acerca de la viscosidad, el color y la consistencia. El analista de la falla debe observar cualquier depósito o contaminante presente durante el trabajo de mantenimiento o en los filtros de aceite, cualquier evidencia de niveles de lubricante incorrectos o fugas y si las cosas parecen normales o anormales.


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Olor

El olor de la muestra de lubricante revelará generalmente olores penetrantes, o no agradables, lo cual indica la presencia de ácidos, oxidación avanzada, contaminación con combustible, etc.


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Prueba gota de agua en superficie caliente

Las pruebas simples de contenido de agua pueden hacerse colocando algunas gotas de lubricante en una superficie caliente, alrededor de 120°C (250°F), y observar el chisporroteo a medida que el agua se convierte en vapor. Con esta prueba se detectará el agua atrapada a niveles mayores que 1%. El analista de fallas puede también inspeccionar los componentes en busca de evidencia de corrosión, condensación o lubricantes emulsionados.


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Prueba de gota en pape l de filt ro

La prueba de gota de aceite en papel de filtro puede hacer para indicar generalmente si hay sedimentos presentes y si el aceite aún tiene capacidad dispersante. Una gota de lubricante se coloca en un papel de filtro, o en un papel de porosidad fina. Después de algunos minutos, se observan las características de la mancha resultante en el papel: -Una mancha sin un centro oscuro alrededor indica aceite sin sedimento. -Un área central oscura muy fuerte se debe a depósitos de sedimentos. -Unos límites exteriores oscuros bien diferenciados en la mancha, sin un centro oscuro, indican la presencia de dispersión de sedimentos. Se necesitará una investigación más profunda para identificar por qué hay sedimentos. -La variación en las sombras del color oscuro de la porción del aceite de la mancha indica nivel de oxidación, más sombras oscuras indican más oxidación. Esta es una prueba general y sus resultados son indicadores generales solamente.


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Pruebas de S•O•S

El Análisis de Fluidos (S •O•S) puede también ayudar a determinar el metal de desgaste y los niveles de hollín en el aceite. El NBT, el nivel de glicol y el contenido de agua pueden revisarse también. Es necesario efectuar estas pruebas regularmente con el fin de establecer una tendencia y una línea de tendencia de los metales de desgaste. Algunas pruebas también revelarán el tiempo y la severidad de la entrada de contaminantes


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BOMBAS Y MOTORES HIDRÁULICAS En esta presentación

- Diseño - Función - Operación - Cargas - Examen Visual - Aspecto Normal - Análisis de Fallas


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BOMBA DE ENGRANAJES Funcionamiento

El flujo de salida de la bomba de engranajes lo determinan la profundidad de los dientes y el ancho del engranaje. A medida que la bomba gira, el aceite es llevado entre los dientes de los engranajes y la caja del lado de salida de la bomba. La dirección del giro del eje del engranaje de mando la determina la ubicación de los orificios de entrada y salida. La dirección del giro del engranaje de mando siempre será la que lleve el aceite alrededor de la parte externa de los engranajes del orificio de entrada al de salida. Esto sucede tanto en los motores de engranajes como en las bombas de este tipo. En la mayoría de las bombas de engranajes el diámetro del orificio de entrada es mayor que el de salida. En las bombas y en los motores bidireccionales el orificio de entrada y el de salida tienen el mismo diámetro.


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DISEÑO / FABRICACIÓN Componentes

Partes de una bomba de engranajes unidireccional de una sección: 1.- Retén 2.- Banda de sellado 3.- Anillo de sellado 4.- Plancha de aislamiento 5.- Engranaje 6.- Engranaje loco 7.- caja 8.- pestaña 9.- sello anular 10.- Anillo de soporte 11.- Plancha de presión


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Desgaste l ado baja presión

El fluido a alta presión dobla ejes hacia el lado de baja presión de la bomba y puede hacer que los dientes de los engranajes desprendan parte del material de la caja, próximo a la lumbrera de admisión. Algunas cajas de hierro fundido tienen un alivio de presión en el área de la lumbrera de admisión para evitar que esto suceda. La presión ejerce también esfuerzos en la caja y en la pestaña y crea cargas torsionales en los ejes.


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Planchas de presión Presión de trab ajo 23.443 kPa

Al aumentar la presión el aceite fluye por detrás de las planchas de presión, marcadas A y B en esta ilustración, y las empuja contra los costados de los engranajes, sellando el lado de alta presión del de baja presión de la bomba. Algo de fluido a alta presión va a los bujes para lubricarlos. Algunas bombas de engranajes pueden operar con una presión aproximada de 23.443 kPa, sin que el aislamiento de los lados de entrada y salida sea un problema.


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APA RIENCIA NORMAL Piezas nuevas o Piezas u sadas

Es necesario familiarizarse con la apariencia normal de los componentes antes de que podamos determinar si tienen una apariencia normal. Piezas nuevas, piezas usadas en buen estado o fotografías de piezas obtenidas de las guías de reutilización pueden indicarnos su apariencia normal.


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Piñón de engranajes

Veamos ahora huellas de operación normal de bombas de engranajes. Por lo general, los piñones y engranajes tienen un pulido del lado de los dientes que soporta las cargas, y cuando el total de horas de operación es alto, algunas picaduras superficiales pueden aparecer enla raíz e los dientes.


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Pulido fino

Es posible que haya también un pulido fino por abrasión en donde los bujes hacen contacto con el eje y los sellos, por lo general, desgastan una ranura poco profunda en el eje.


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Área de alivio

Área de al ivio

Los engranajes pueden cortar las cajas de aluminio en la lumbrera de entrada por la deflexión de los ejes bajo presión. Algunas cajas de hierro fundido se fabrican con un área de alivio en esa zona para evitar el contacto entre el engranaje y al caja.


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Plancha de presión

Por lo general, las planchas de presión desarrollan pequeñas fracturas en la aleación de cobre, en donde los engranajes vuelven a engranarse en la salida.


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Sellos

No deben aplanarse, deformarse ni rajarse los sellos y deben retener su flexibilidad


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CONDICIONES ANORMAL ES Desgaste Abrasivo Aireaci ón / Cavitación Falta de lubricación

Los motores y bombas hidráulicas pueden operar en ambientes hostiles, como contaminación por abrasión, aireación, cavitación, falta de lubricación, recalentamiento o presiones excesivas. Puede también haber problemas de diseño, con los materiales, de proceso o armado de la bomba. Cuando existen condiciones inusuales que causen desgaste o fractura, necesitamos inspeccionar las piezas y determinar la causa del problema.

Sobre temperatura Sobrepresión Partes


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Desgaste Abrasivo

Cuando ocurre desgaste por abrasión, se deben encontrar e identificar las partículas abrasivas. Se debe recordar no limpiar las piezas antes de inspeccionarlas porque se pueden remover las partículas. Con frecuencia las partículas mas pequeñas quedan atrapadas en aberturas pequeñas o incrustadas en el material mas blando de la bomba, en donde se pueden ver con una lupa. Se debe obtener una muestra del fluido ya que un análisis puede identificar el material de las partículas.


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Ranur ado en eje

Otro indicio de materia abrasiva es el ranurado en el eje, causado por los sellos, como se puede ver aquí. Esto indica que el sistema hidráulico ha sido contaminado por partículas abrasivas y nuestro objetivo es determinar el tipo de materia abrasiva y como entró al sistema.

Sello d añado

La materia abrasiva puede entrar del exterior por el tubo de llenado del tanque o por un sello dañado. El fluido que se añade puede estar contaminado, contaminado así intencionalmente el sistema, es posible que la contaminación provenga de las operaciones de fabricación, o que el sistema no haya sido cuidadosamente purgado después de una falla anterior. Pueden facilitar la identificación de los contaminantes una inspección visual minuciosa y un análisis del fluido.


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Caja de alum inio

Una inspección minuciosa de la caja de aluminio con luz en ángulo y una lupa revela rayaduras profundas, típicas de materias duras, como arena. El análisis del fluido debe confirmar un alto contenido de silicio. El paso siguiente es identificar la entrada de arena en el sistema.


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Daño p or Recalentamiento

El recalentamiento puede reducir la viscosidad del fluido a tal grado que el lubricante no proteja más las superficies de metal y por lo tanto, haya desgaste por adherencia. Si se recalienta el fluido, se formaran burbujas que causaran erosión por cavitación. Es más típico, sin embargo, que el recalentamiento produzca manchas térmicas en las piezas y carbonización en el aceite. Las altas temperaturas pueden endurecer los sellos, afectando a la operación de la bomba y causando la falla eventual del sistema. El recalentamiento, por lo general, se debe a una operación incorrecta, al uso de fluido inapropiado, a mal funcionamiento de los componentes, o a bombas mal armadas.


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Las temperaturas fueron entre 200°C y 370°C

Estas piezas de una bomba de engranajes de dos secciones muestran manchas en los engranajes y en los ejes. Los colores azul claro y pardo indican que las temperaturas fueron entre 200°C y 370°C. Se debe comparar el color de las piezas defectuosas con las en buen estado para cerciorarse que las manchas térmicas se deben a condiciones de operación y no a un proceso o tratamiento térmico previo.


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Segunda sección

Los engranajes y ejes de la segunda sección de la bomba tienen la misma decoloración, indicando que se recalentó la bomba entera.


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Daño por Sobrepresión

El indicio más común de exceso de presión es la fractura o rotura de piezas fundidas, anillos de leva, pernos, etc. Ya que el exceso de presión puede presionar las planchas de presión contra piezas adyacentes, se producen también manchas térmicas y frotamiento.


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La fractura ocurr ió en la ranura del sello anular

La inspección de esta pestaña de una bomba de engranajes no muestra indicios de desgaste anormal, pero se quebró del lado de salida de alta presión. La fractura ocurrió en la ranura del sello anular, donde hay una concentración geométrica de esfuerzos. Ya que se quebró del lado de alta presión y no hay otros indicios anormales, suponemos que la causa fue por un exceso de presión. Debemos cerciorarnos que la válvula de alivio de presión funcione correctamente, además de obtener datos completos acerca de las condiciones de operación


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BOMBA DE PALETAS Un aumento d e la distancia entre el anillo y el rotor produce un incremento de volumen

Cuando el rotor gira por la parte interna del anillo excéntrico, las paletas se deslizan dentro y fuera de las ranuras del rotor para mantener el sello contra el anillo. A medida que las paletas se mueven fuera del rotor ranurado, cambia el volumen entre las paletas. Un aumento de la distancia entre el anillo y el rotor produce un incremento de volumen. El aumento de volumen produce un ligero vacío, que hace que el aceite de entrada sea empujado al espacio entre las paletas por acción de la presión atmosférica o la del tanque. A medida que el rotor continúa funcionando, una disminución en la distancia entre el anillo y el rotor produce una disminución del volumen. El aceite es empujado fuera de ese segmento del rotor al conducto de salida de la bomba.


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Las paletas inicialmente se mantie nen c ontra el anillo

Las paletas inicialmente se mantienen contra el anillo excéntrico, gracias a la fuerza centrífuga producida por la rotación del rotor. A medida que el flujo aumenta, la presión resultante, que se produce por la resistencia a ese flujo, dirige el flujo a los conductos del rotor entre las paletas (1).

Las paletas se biselan (flecha)

Este aceite presurizado bajo las paletas mantiene las puntas de las paletas presionadas contra el anillo excéntrico, y forman un sello. Las paletas se biselan (flecha) para evitar que se presionen en exceso contra el anillo excéntrico y para permitir así una presión compensadora a través del extremo exterior


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DISEÑO / FABRICACIÓN Componentes

Las bombas de paletas constan de una caja, un eje y un cartucho. Las piezas del cartucho son de izquierda a derecha: - Plancha de soporte de salida - Plancha de flexión (del lado de acero) - Anillo de levas y rotor - Paleta e inserto - Plancha de flexión (del lado de cobre) - Sellos - Plancha de soporte de entrada


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Anil lo de levas

Los anillos de levas son de aleación de acero con alto contenido de carbono, con una dureza Rockwell de Rc62 para proporcionarles una superficie altamente resistente al desgaste. El anillo se pule a especificaciones muy precisas y recibe un bruñido final que le proporciona una superficie lisa a las puntas de las paletas.


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Planchas de presión

Las planchas de flexión son similares a las planchas de presión y están hechas de una aleación de cobre con dorso de acero, con bajo contenido de carbono.


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Conjunto de rotor Dureza 62 Rc

El conjunto de rotor se fabrica de tres materiales: - El rotor mismo es de aleación de acero con bajo contenido de carbono, endurecido y templado, el cual tiene las ranuras y los pasajes de lubricación para las paletas ya maquinado antes del tratamiento térmico. Después del tratamiento térmico la dureza del rotor es de aproximadamente Rc60. – Las paletas son de acero para herramientas, enfriado por aire a una dureza de aproximadamente RC62. - Los insertos son de acero endurecido con alto contenido de carbono, al mismo índice de dureza que el rotor y las paletas.


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Ejes de acero con alto contenido de carbono

Los ejes de las mayorías de las bombas de paletas son maquinados de aleación de acero con alto contenido de carbono, las zonas estriadas son cortadas, no laminadas, son endurecidas por inducción, igual que las áreas de contacto con los sellos. Estas áreas son fáciles de reconocer por los colores que el temple deja en el eje.


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Planchas Flexibles

El fluido a alta presión mantiene las planchas de flexión contra los lados del rotor y se desgastan por deslizamiento. Como el rotor tiende a oscilar un poco durante el arranque, las planchas de flexión están expuestas también a esfuerzos de doblamiento.


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Cargas torsionales

Los ejes reciben cargas torsionales por la resistencia al giro, así como esfuerzos de doblamiento creados por el piñón.


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Desgaste por deslizamiento

Las paletas se mantienen ajustadas contra el anillo de levas, creando desgaste por el roce de los extremos. Además las paletas suben y bajan en las ranuras del rotor, causando desgaste en las superficies por el roce continuo. Las paletas sufren algunos esfuerzos de doblamiento por el empuje constante del fluido hacia delante.


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Marcar u bicación de componentes

Antes de desarmar los motores y las bombas debemos marcar cuidadosamente la ubicación de todos los componentes. Se debe confirmar la dirección de rotación y hacer que las paletas coincidan con las ranuras correspondientes, se debe inspeccionar también los sellos y las planchas para ver si han sido armados correctamente.


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No alterar la evidencia

Las partículas de desgaste que se encuentran en las piezas de las bombas pueden ayudarnos a determinar la causa del desgaste y no se deben alterar de ninguna forma. Si se limpian las piezas de una bomba antes de hacer la inspección visual, se corre el riesgo de eliminar la evidencia que no pueda indicar la causa principal de la falla.


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La inspección visu al es la más importante

La inspección visual es lo más importante para recopilar datos y hacer un análisis de fallas. Las piezas son registradores de información, con mucha información útil, si nos tomamos el tiempo y usamos el equipo adecuado para obtenerla. Una inspección minuciosa y metódica de los sellos, superficie de sellado, cilindros y superficies de fractura y de desgaste pueden proporcionar la información necesaria para encontrar la causa principal.


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APARIENCIA NORMAL Reconocer l os componentes normales

El desgaste en las bombas de paletas ocurre entre las planchas de flexión y las ranuras del rotor, y entre el anillo de levas y las puntas de las paletas. Una inspección minuciosa de estas áreas mostrará indicios de desgaste normal o anormal.


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Paletas

Las paletas sufren poco o nada de desgaste cuando operan normalmente. Las puntas de las paletas sufren muy poco desgaste si la cantidad y la calidad de los fluidos son adecuadas.


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Anil lo de levas

Normalmente los anillos de leva no muestran decoloración térmica ni desgaste. Se puede ver aún una superficie con un terminado ondeado, hecho por el proceso de bruñido.


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Sellos

Los sellos de caucho y los retenes de plástico no deben tener manchas térmicas, estar derretidos, agrietados ni quebradizos.


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CONDICIONES ANORMALES Daño abrasivo

El desgaste abrasivo fino, pero anormal, en las bombas de paletas deja huellas en las planchas de flexión, en las paletas y en los anillos de leva


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Ac abad o p ulid o liso y brillante

Un acabado pulido, liso y brillante, como el que se ve en esta plancha de flexión, es un indicio de abrasivos en el sistema. Nuevamente es necesario hacer una inspección visual y un análisis del fluido para determinar el tipo de material responsable por la contaminación del sistema. Un buen lugar donde buscar es en el lado de aleación de cobre de la plancha de flexión, ya que las partículas se incrustan siempre en el material blando. Una vez que hayamos encontrado e identificado las partículas abrasivas, necesitamos determinar como entraron en la bomba.


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Contaminación severa

Una contaminación mas severa produce rayaduras que pueden extenderse sobre la superficie entera de la paleta. El mayor daño por abrasión ocurre en el lado de la paleta opuesto a la dirección de rotación.


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Arru gas en el anillo de levas

El desgaste por abrasión entre ranuras y paletas aumenta el espacio libre, causa fugas excesivas y perdidas de presión en el inserto de la paleta. El resultado es un movimiento vacilante de la paleta que causa arrugas en el anillo de levas. Esta apariencia puede ser también resultado de Cavitación o aireación y recalentamiento de fluidos, y no es una evidencia conclusiva de desgaste por abrasión.


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Daño por material extraño

De vez en cuando, grandes trozos de materia extraña entran en la bomba. El daño que causan es serio y puede resultar en agarrotamiento de la bomba o en rotura del eje. Es necesario buscar indicios de materia extraña e identificar su srcen. Esta plancha de flexión se saco de una bomba de paletas que operaba bien y de repente se agarroto. El eje no giraba y se tuvo que sacar el cartucho. Mirando detenidamente la plancha de flexión, vemos ranuras profundas en los bordes de la lumbrera de admisión y el borde inferior de la lumbrera de salida del lado derecho. Sea cual fuere la materia extraña, esta logro pasar por la bomba y dañó ambas planchas de flexión.


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AFA III


Material extr año entre rotor y paleta

Una inspección visual del rotor muestra daños en dos paletas, y un pedazo de materia extraña atrapado aún entre el rotor y el anillo de levas. Más de cerca, vemos que la materia extraña es un pedazo grande de metal que quedó atrapado en el espacio angosto entre el rotor y el anillo de levas. Inspeccionando las demás piezas, quizá podemos determinar el srcen de esta materia extraña.


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AFA III


Daño por Aireación

Es el término utilizado para describir burbujas en el fluido hidráulico, causadas por fugas de aire en el sistema, recalentamiento o turbulencia. Las fugas del sistema por sellos o acoplamientos de mangueras son fuentes típicas de aireación, mientras que un nivel del fluido de retorno más alto que el nivel de aceite causará turbulencias.


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AFA III


Daño por Aireación

Es el término utilizado para describir la falta de fluido en la admisión de la bomba, causada por falta de fluido en el sistema, o por restricción en la tubería de admisión. En esta situación las burbujas se deben al vacío parcial, y no a ala entrada de aire al sistema.


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AFA III


Picaduras en la capa superficial

La aireación o cavitación con bombas de paletas causa picaduras en la capa superficial de las planchas de flexión. Estas picaduras pueden ser muy agudas y brillar como si fuesen una fractura quebradiza. Ocurre, a veces, una leve erosión en agujeros o ranuras que pasa desapercibida. La erosión mas seria es bastante obvia, ya que se pierde material de las superficies normalmente planas.

Determin ar la entrada de burbuj as al sistema

Una vez determinado que aireación o cavitación es la causa de la falla, se deben repasar los datos obtenidos por la inspección de las piezas, del equipo, de los operadores y de los registros de mantenimiento. Se deben obtener los datos sobre la calidad y cantidad de aceite en el momento de la falla, cualquier ruido inusual que hiciera la bomba, evidencia de fugas y del estado general del sistema hidráulico. Es especialmente importante descubrir cualquier condición que pudiera haber restringido el flujo del fluido a la entrada de la bomba o permitido la entrada de burbujas.


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AFA III


Daño po r falta de lubricación

La falta de lubricación resulta en capa insuficiente de aceite para separar las piezas móviles, causando el roce de metal con metal y desgaste por adherencia. Como no hay aceite allí para mantener frías las piezas que entran en contacto, con frecuencia se produce recalentamiento localizado, esmerilado y decoloración. Los bujes y ejes, los rotores y planchas de flexión, son por lo general, los componentes que muestran mayores daños.


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AFA III


Desgaste Adhes iv o

El indicio de desgaste por adherencia es el de un metal manchado o roto. Cuando dos superficies en movimiento hacen contacto sin la cantidad adecuada de lubricante, o a presiones o temperaturas que eviten la lubricación adecuada, las asperezas (puntos salientes en las superficies), hacen contacto y el calor por fricción produce un punto de fusión. Al continuar el contacto entre las superficies de fusión, el material con menor resistencia se rompe y mancha. Ya que el roce y rotura generan calor, habrá manchas térmicas en algunas áreas.


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AFA III


Examinar en forma general

Observemos cuidadosamente las piezas de esta bomba de paletas para ver si podemos encontrar indicios de la causa principal de la falla. Un examen general muestra manchas térmicas y sellos derretidos. Necesitamos hacer una inspección minuciosa de cada componente para determinar porqué tienen la apariencia física que tienen.


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AFA III


Manchas Térmicas Manchas p or Adher enc ia

La inspección de la plancha de flexión muestra muy poca evidencia de residuo de ceniza, pero muestra, sin lugar a dudas, manchas por adherencia, manchas térmicas en la plancha de aleación de cobre, y cortaduras por las paletas. Esto hace suponer que la bomba no recibía la cantidad adecuada de aceite para mantenerla lubricada y fría. La falta de lubricación puede hacer que las paletas se peguen en el rotor y corten la plancha de flexión, como vemos aquí.


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AFA III


Áreas c on decoloración

La superficie de desgaste del anillo de levas está demasiado desgastada y tienen manchas térmicas. El frotamiento entre las paletas y el anillo produjo recalentamiento que no enfrió el fluido. Las áreas expuestas en los costados del anillo de levas muestran un descolorido, una indicación de recalentamiento en donde la lubricación, por lo general, enfría las piezas.


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AFA III


Sellos c on deformación

Al ver los sellos, descubrimos que se han derretido parcialmente cerca del centro, donde el fluido hidráulico enfría y lubrica el buje en condiciones normales. Si hubo aceite recalentado, el daño no pudo haber sido en el centro. Si la falla fue por exceso de presión, los sellos debían haberse enfriado adecuadamente y no estarían derretidos. Las lumbreras de salida parecen también haberse recalentado, como si no hubieran sido enfriadas por fluido, todo esto indica falta de lubricación.

Falla despu és de 37 horas de operación

Una investigación de los hechos nos hizo saber que la bomba falló después de 37 horas de operación de un cargador de cadenas. Una investigación mas detallada reveló que se había drenado el sistema hidráulico para hacer reparaciones antes que ocurriera esta falla. Es posible que la bomba y el sistema no se hayan reabastecidos completamente de aceite después de las reparaciones o no se haya seguido el o los procedimientos de asentamiento adecuado.


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AFA III


Daño por Sobrepresión

Este anillo de levas de una bomba de paletas indica que no tiene indicios de recalentamiento ni de desgaste, sin embargo, se fisuró en la lumbrera de alta presión. La alta presión ejerce esfuerzos tractivos en la parte exterior del anillo de levas, en este punto. La combinación de esfuerzos y el orificio crea una concentración de esfuerzos que puede fisurar el anillo de levas si se ejerce un exceso de presión. Nuevamente, se debe tratar de localizar y solucionar la causa del exceso de presión.


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AFA III


Fractura de anillo de levas

Este anillo de levas se quebró también en distintos lugares. El fisurado donde no había concentraciones de esfuerzos nos indica que hubo fatiga térmica. Necesitamos investigar el desgaste en el resto de las piezas de la bomba para tratar de identificar la fuente de calor. Es poco probable que se deba a exceso de presión porque el fisurado no ocurrió sólo en los puntos de altos esfuerzos.


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AFA III


BOMBA DE PISTONES Bomba de caudal variable

En la bomba de pistones axiales de caudal variable, el pistón puede pivotar atrás y adelante para cambiar su ángulo al del eje. El cambio del ángulo hace que el flujo de salida varíe entre los ajustes máximos y mínimos, aunque la velocidad del eje se mantiene constante. En estas bombas, cuando un pistón se mueve hacia atrás, el aceite fluye hacia la entrada y llena el espacio dejado por el pistón en movimiento. A medida que la bomba gira, el pistón se mueve hacia adelante, el aceite es empujado hacia afuera a través del escape de salida y de allí pasa al sistema. Casi todas las bombas de pistones usadas en equipos móviles son de pistones axiales.


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AFA III


Componentes

Las bombas de pistones y motores hidráulicos constan principalmente de los siguientes componentes: 1- Cabeza 2- Caja 3- Eje 4- Pistones 5- Plancha de Orificios 6- Tambor 7- Plancha basculante


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AFA III


Planchas de lumbrera

Los motores y bombas de pistones tienen una apariencia peculiar durante la operación normal. Las planchas de lumbreras, de aleación de cobre, pueden oscurecerse con el tiempo, aún a la temperatura normal de operación.


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AFA III


Tambor

La superficie de la lumbrera del tambor puede tener rayaduras leves, en donde las bandas de sellado de la plancha de la lumbrera toca la superficie del tambor. Esto se debe a las minúsculas partículas abrasivas que, por lo general, están presentes en los fluidos hidráulicos.


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AFA III


Plancha de retracción

Las planchas de retracción sufren un pulido ligero alrededor de los agujeros, causado por el desgaste entre los patines y la plancha de retracción


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AFA III


Pistón y patín

Los conjuntos de pistones y patines mostrarán un leve pulido en el tambor y en el área de contacto entre la plancha de retracción y el patín. Por lo general, el desgaste de los patines muestra una superficie pulida brillante con algunas rayaduras finas.


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AFA III


Eje de la bomba

El eje de la bomba puede mostrar algo de desgaste en las estrías, el cual debe compararse con la guía de reutilización de partes. Los sellos pulirán ranuras en la superficies de sellado, las cuales no deben exceder las recomendaciones de la guía. Hay veces que se astillan las muescas, pero no deben agrietarse.


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AFA III


CONDICIONES ANORMALES Daño abrasivo

Cuando la materia abrasiva entra en los motores o bombas de pistones, causa desgaste en las planchas de las lumbreras, en los tambores, en los pistones, patines y en las planchas de retracción.


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AFA III


Desgaste alrededor de la lumbrera

Las planchas de lumbreras y los tambores se desgastan mas alrededor de las lumbreras y de las bandas de sellado, cuando en contaminante entra por el lado de admisión. Un buen lugar donde encontrar materia extraña es en la superficie de empuje de la plancha de lumbrera, o en las ranuras y perforaciones del lado posterior de la plancha de lumbrera. No se olvide de buscar materia extraña antes de limpiar las piezas.


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AFA III


Desgaste en la cara del patín

Los patines de aleación de cobre se desgastan fácilmente por la abrasión. La mayor parte del desgaste ocurre entre la cara del patín y la plancha de desgaste, pero también se produce algún desgaste adicional entre la pestaña del patín y la plancha de retracción.


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AFA III


Áreas p ulid as alre dedor de los agujeros

Los patines pueden desgastar las planchas de retracción, produciendo áreas pulidas y brillantes alrededor de los agujeros y un ligero abocardado de sus bordes.


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AFA III


Desgaste Adhes iv o

Puede ocurrir falta de lubricación en motores y bombas de pistones axiales sin tener manchas térmicas, pero con algunos indicios de frotamiento, por lo general. A menudo ocurre una acción de fregado entre el pistón y el tambor, el resultado es daño de los patines, de la plancha de retracción y de la plancha de desgaste.


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AFA III


Daño por arrastramiento del pistón

Cuando un pistón comienza a arrastrar o a causar fricción con el tambor, pueden ocurrir varias cosas. La plancha de retracción se dobla por las sobrecargas que produce tirar del pistón hacia abajo. El patín puede deformarse o tirar demasiado, produciendo un problema serio en el plato basculante, o puede romperse la plancha de retracción. Si se agarrota un pistón, la plancha de retracción se puede romper rápidamente, dando la impresión de haber un impacto de carga.


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AFA III


Agarro tam iento

Esta bomba de pistones muestra daño típico a los patines de los pistones y de la plancha de retracción causados por agarrotamiento. Un pistón se arrastró en el cilindro, sobrecargando la plancha de retracción.


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AFA III


Fractura plancha

La plancha de retracción se fracturó repentinamente en cuatro partes. Se puede confirmar viendo las fracturas.


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AFA III


Fractura po r sobrecarga

Una vista amplificada indica que es una fractura quebradiza (frágil), en un metal comprimido debido a una sobrecarga. Este es el tipo de carga y de fractura que se producen cuando se agarrota un pistón en el cilindro.


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AFA III


Pistón d e la dere cha con frotamiento longitudinal

Una inspección mas detenida de los pistones y tambor debe facilitarnos la localización del desgaste por adherencia, y así sabremos cual pistón se agarrotó. Noten que el pistón de la derecha tiene frotamiento longitudinal, lo que no tiene el otro pistón que se sacó de la misma bomba. Una vista más de cerca del pistón nos indicara que frotamiento fue la causa del daño, en el extremo inferior de la bomba. El tambor indico el mismo tipo de frotamiento en un cilindro, lo que indica que se agarrotó sólo un pistón. Una vez descubierta la causa del daño de la bomba, necesitamos saber primero por que le faltó lubricación. Si se cuenta con buenos datos y hechos se puede determinar la causa principal de la falla.


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AFA III


Daño por Sobre Temperatura

El recalentamiento puede reducir la viscosidad del fluido a tal grado que el lubricante no proteja más las superficies de metal y por lo tanto, haya desgaste por adherencia. Si se recalienta el fluido, se formaran burbujas que causaran erosión por cavitación. Es más típico, sin embargo, que el recalentamiento produzca manchas térmicas en las piezas y carbonización en el aceite. Las altas temperaturas pueden endurecer los sellos, afectando a la operación de la bomba y causando la falla eventual del sistema. El recalentamiento, por lo general, se debe a una operación incorrecta, al uso de fluido inapropiado, a mal funcionamiento de los componentes, o a bombas mal armadas.


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AFA III


Plancha de lumbrera con adherencia

Cuando encontramos una plancha de lumbrera como esta, inmediatamente sospechamos que se recalentó el aceite en todo el sistema. Noten que hay gran cantidad de ceniza en todas las superficies. Un vistazo mas detenido indica que no ocurrió desgaste por adherencia. Debemos tratar de identificar la causa de recalentamiento del aceite.


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AFA III


ENGRANAJES - Función - Estruct ura

En este modulo estudiaremos la función, la estructura, fabricación, funcionamiento, aspectos normales, condiciones anormales y fracturas de los engranajes.

- Fabricación - Operación - Problemas


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AFA III


Áreas g ener ales de causa raíz

Por lo general, la causa principal de una falla de engranajes está en las áreas de aplicación y mantenimiento. La siguiente causa más probable puede estar en la instalación, seguida de problemas de fabricación y diseño. Noten que el diseño y la fabricación representan un porcentaje muy pequeño en las fallas de engranajes. Nuestra tarea esta en identificar la causa srcinal y tomar las medidas necesarias para corregirlas


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AFA III


FUNCIÓN Cinco funciones básicas

Los engranajes realizan cinco funciones básicas: 1.- Transmiten fuerza 2.- Cambian la dirección y/o el ángulo de movimiento 3.- Cambian la velocidad de rotación 4.- Cambian el nivel de torsión 5.- Transfieren fuerza a una línea de centro de eje diferente


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AFA III


Relación entre engranajes

Los engranajes que aplican fuerza se denominan engranajes motores, los que reciben la fuerza, engranajes impulsados. La relación entre engranajes se establece siempre como una comparación entre el número de revoluciones del engranaje motor y el número de revoluciones del engranaje impulsado. En una transmisión directa el engranaje impulsado invierte la dirección de rotación. Las velocidades de rotación se pueden cambiar, modificando el número de dientes y el diámetro de los engranajes.


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AFA III


Mayor velocidad menor torque Menor velocidad Mayor torque

Cuando el engranaje motor es más grande que el engranaje impulsado, este último tendrá mayor velocidad de rotación, pero menor capacidad de torsión que el primero. Cuando el engranaje motor es más pequeño que el impulsado, este último tendrá menor velocidad de rotación, pero mayor capacidad de torsión que el primero. Solamente invirtiendo la rotación de los engranajes se aplican cargas de flexión inversa en los dientes de una transmisión directa. Como los engranajes pequeños giran más veces que los más grandes con los cuales engranan y generalmente transmiten esfuerzos mayores, con frecuencia se fabrican con materiales más resistentes.


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AFA III


Engranaje loco

Cuando se necesita mantener la dirección de rotación o cuando los engranajes impulsados están apartados del engranaje motor, se utilizan engranajes locos. Por lo general, el tamaño del engranaje loco no afecta a la relación entre engranajes, capacidad de torsión o velocidad y dirección de rotación de los engranajes motores e impulsados. Los dientes de un engranaje loco hacen un ciclo completo de carga de flexión inversa en cada revolución.


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AFA III


ESTRUCTURA Forja Molde

Aunque la mayoría de los engranajes Caterpillar se han sacado de piezas brutas de acero forjado, también pueden ser fundidos, prensados de metal en polvo o tallados de una barra de acero o forja acabada.

Prensado Barras


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AFA III


Flujo granular paralelo a la superficie

Los engranajes de acero forjado acabado tienen flujo granular paralelo a la superficie. Como las grietas no atraviesan fácilmente el flujo granular, este tipo de estructura aumenta la resistencia a las grietas por fatiga en los concentradores de esfuerzos como giros, muescas, filetes, etc. Los engranajes tallados de piezas brutas forjadas tienen flujo granular lateral, pero también son muy fuertes y durables. Los engranajes de acero fundido, los troquelados de aleación o los prensados de metal en polvo, se usan generalmente en accesorios, en sistemas hidráulicos o en otras aplicaciones de carga baja. A veces se usa tratamiento térmico para reforzar el engranaje y aumentar su resistencia al desgaste.


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AFA III


DISEÑO Rectos

Los diseños de engranajes comprenden: Rectos, Coronas, helicoidales y Sinfín.

Coronas Helicoides Sinfín


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AFA III


Engranajes rectos

Los engranajes rectos tienen dientes rectos, uniformemente espaciados entre sí, paralelos a los agujeros o ejes. Los dientes hacen contacto lineal paralelo a los ejes. Los dientes pueden estar por dentro o por fuera del engranaje. Teóricamente, no hay empuje axial si los engranajes que hacen juego están completamente alineados.


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AFA III


Comúnmente transmiten fuerza

Los engranajes rectos se usan comúnmente para transmitir fuerza entre ejes paralelos. En muchos de los engranajes rectos actuales, un diente a la vez lleva la mayor parte de la carga. Esto produce con frecuencia un pequeño salto cuando la carga se transfiere de un diente al siguiente, haciendo un poco de ruido durante esta operación.


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AFA III


Coronas

Las coronas rectas tienen dientes ahusados, espaciados uniformemente entre sí. El extremo más grueso y más amplio del diente se llama talón, el extremo pequeño es llamado punta. Estos engranajes son similares a los engranajes rectos y son económicos de fabricar.


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AFA III


Corona recta

Las coronas rectas se usan comúnmente entre ejes que están colocados en ángulo. Generalmente, un diente soporta la mayor parte de la carga en cualquier momento.


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AFA III


Engranajes helicoides

Otros diseños de coronas son: Dentado Ipoide, espiral y Helicoidal. Estos engranajes están diseñados de forma que dos o más dientes comparten la carga, pero los dientes ya no son rectos y su ángulo hace que aumente el contacto de deslizamiento entre dientes. También se produce empuje axial a causa del ángulo del diente, lo que requiere el uso de cojinetes de tope. Estas coronas son de operación más silenciosa que las coronas rectas y que los engranajes rectos.


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AFA III


Engranajes internos

Los dientes de un engranaje también pueden ir dentro del engranaje, permitiendo la reducción de velocidad, el aumento de par y separación más compacta entre dientes. El engranaje central que aparece de esta imagen también se denomina engranaje solar, los pequeños que giran alrededor del central se llaman planetarios y el engranaje exterior se denomina anular o corona (tren epicicloidal).


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AFA III


NOMENCLATURA Punta Raíz Línea de paso Cabeza Pie

Cualquiera que sea el tipo del diente, la nomenclatura de sus partes es similar. La parte superior del diente se llama punta, la parte inferior es la raíz, la parte del diente donde se produce el contacto de rodamiento se denomina línea de paso y el círculo que une las líneas de paso se llama círculo de paso. La sección del diente sobre la línea de paso se llama cabeza, la sección del diente bajo la línea de paso es el pie. Tanto el deslizamiento como el rodamiento se producen en la cabeza y el pie. El radio del filete entre dientes se denomina por lo general filete de raíz y debe estar suavemente integrado en el perfil del diente.


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AFA III


Los dientes son más gruesos en el centro

Los dientes de engranajes por lo general son más gruesos en el centro que en los extremos para reducir la carga en los bordes del diente. La saliente del diente es una medida de la uniformidad de un diente alrededor de su eje. Por lo general, la saliente se verifica midiendo la distancia del eje central del diente a su línea de paso de un extremo de un diente a otro. La forma de la cara del diente es la envolvente. Una saliente incorrecta puede cambiar la ubicación de la corona y de la envolvente, que a su vez, puede producir concentraciones de esfuerzos, desgaste anormal y fractura de dientes.


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AFA III


FABRICACIÓN Fabricación de engranajes

Los pasos de fabricación de un engranaje son los siguientes: 1.- Producción de una pieza bruta 2.- Fresado basto 3.- Fresado del diente 4.- Tratamiento térmico 5.- Acabado


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AFA III


Diferentes etapas

Aquí vemos las distintas etapas de la fabricación de un engranaje. A continuación repasamos brevemente estas etapas para comprender mejor la estructura y propiedades de los engranajes.


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AFA III


Engranajes Cat de ace ro f orjado

Los engranajes Caterpillar se hacen, por lo general, de acero forjado, pero se pueden tallar de una barra de acero o fabricar de una pieza de fundición o por compresión de metal de polvo. La mayoría de los engranajes en bruto proceden de abastecedores.


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AFA III


Aparien ci a de u n engranaje con fresado basto

El agujero central y la circunferencia exterior del engranaje son los primeros que se fresan. Después de este fresado basto, esta es la apariencia típica de un engranaje.


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AFA III


Fresados dientes Superficies ásperas

Una vez fresados los dientes tienen marcas de fresado basto en la cara y rebabas en los bordes que requieren mas acabado. Una inspección mas detallada del engranaje revela claramente las superficies ásperas.


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AFA III


Aparien ci a de u n engranaje en el proceso de desbaste

Después del desbaste, los engranajes de mayor tamaño pasan por una máquina que redondea los dientes, quita las rebabas y bisela las aristas de los dientes. Esta es la apariencia típica de un engranaje después proceso de desbaste y remoción de rebabas. Noten que el filete de la raíz todavía tiene el acabado de la fresadora y que el desbaste solamente labró la superficie de los dientes. Después de este acabado el engranaje esta listo para el tratamiento térmico.


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AFA III


Tratamiento térmico

Después del tratamiento térmico, algunos engranajes tienen superficies limpias y pulidas y están listos para la operación de acabado. El interior de la perforación se puede esmerilar en forma definitiva. Para producir la superficie limpia y pulida que se requiere para la instalación y ajuste de precisión de rodamientos y ejes.


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AFA III


OPERACIÓN Comienzo del contacto

Cuando los dientes de los engranajes comienzan a entrar en contacto, la punta del diente impulsado hace presión contra el diente impulsor bajo su línea de paso. Si esa punta hace demasiada presión, se produce un contacto que puede llevar a la deflexión de la superficie, a grietas y picaduras debajo de la línea de paso. Los dientes se deslizan y ruedan uno contra el otro a medida que el punto de contacto se mueve hacia arriba hacia la línea de paso. Noten que en el engranaje motor las fuerzas de deslizamiento se alejan en la línea de paso, mientras que el engranaje mandado, estas fuerzas se dirigen a la línea de paso.


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AFA III


Máximo contacto

Cuando el diámetro primitivo de los dientes entra en contacto, hay solamente acción de rodamiento, no hay deslizamiento. Esto se llama contacto completo entre dientes.


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AFA III


Final del co ntacto

A medida que hay contacto entre dientes sobre el círculo de paso, se producen nuevamente rodamiento y deslizamiento. Noten que las fuerzas de deslizamiento se alejan todavía de la línea de paso en el engranaje motor y van todavía hacia la línea de paso en el engranaje mandado.


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AFA III


Deflexión del diente

Si bien los dientes de un engranaje son fuertes, se deforman bajo carga, pero están diseñados para que esa deflexión este dentro de un límite de deformación elástica. Si un diente está impulsado cíclicamente en una sola dirección, las posibles grietas por fatiga progresan en una sola dirección y comienzan en un área de gran concentración de fuerzas de tracción, como el radio de un filete.


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AFA III


Juego r adia l entre dientes o Backlash

El juego radial entre dientes es el contrajuego. Todo engranaje tiene contrajuego para compensar desalineaciones menores entre dientes, errores de espaciamiento, perfil irregular, deflexiones de carga, expansión térmica, lubricación difícil, etc. Si se pudieran hacer los engranajes perfectamente con materiales perfectos y menos contrajuego, aumentaría la vida útil de los engranajes. Pero como hay problemas de fabricación, de materiales y de ambiente, se debe establecer el contrajuego correcto, por esto, muy poco o demasiado contrajuego afecta a la vida útil de los engranajes.


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AFA III


La lubricación es muy import ante en la vida útil de los engranajes

La lubricación es muy importante en la vida útil de los engranajes, porque no solo lubrica, sino, ayuda a disipar el calor y mantener los engranajes limpios. Como los diferentes engranajes tienen diferentes factores de deslizamiento y rodamiento, los lubricantes deben cumplir especificaciones diferentes. Por esto se deben usar los lubricantes recomendados por el fabricante y cambiar los filtros y el lubricante a los intervalos recomendados.


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AFA III


CONDICIONES ANORMALES Contacto adecuado

Con la instalación adecuada y las cargas normales, el desgaste se debe centrar con uniformidad en las caras del diente, como se ve en la ilustración.


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AFA III


Punta

La mala alineación del diente puede producir desgaste de la punta.


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AFA III


Talón

Desgaste del talón, causado algunas veces por sobrecarga.


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AFA III


Parte inferior

Desgaste de la parte inferior


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AFA III


Parte superior

Desgaste en la parte superior.


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AFA III


Desgaste anormal

Cuando hay desgaste anormal en los dientes de los engranajes, el desgaste mas visible esta generalmente sobre o bajo las líneas de paso porque el deslizamiento se da en estas áreas. Si solo hay rodamiento en las líneas de paso, por lo general el desgaste es menor.


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AFA III


Fracturas Grieta s y pi caduras

Ralladuras

Condiciones de carga y de velocidad

Este cuadro muestra condiciones de carga y de velocidad en puntos de contacto entre dientes de engranajes donde producen desgaste, rayado, picaduras o fracturas. - En (1) La carga es alta y la velocidad es baja permitiendo mayor contacto y desgaste. - En (2) la carga, la velocidad y la lubricación son correctas y no hay desgaste. - En (3) la velocidad de contacto y la carga bastan para desintegrar la película de lubricante, permitir el roce entre metales y rayar las caras. - En (4) la carga y la velocidad de contacto bastan para deformar las caras de contacto y producir grietas y picaduras. - En (5) la carga y la velocidad de contacto bastan para producir la fractura de dientes. Lo que se debe recordar es que si la carga y la velocidad no son adecuadas, llevan al desgaste anormal y a la fractura de los dientes.


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AFA III


Desgaste por abrasión

Los abrasivos en el lubricante son la causa más común del desgaste anormal de engranajes. Si las partículas contaminantes son pequeñas, se produce rayado fino y pulido de los dientes de engranajes. Si las partículas contaminantes son grandes, el rayado será profundo y habrá también cortes y mellas.


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AFA III


Inspección detallada

Una inspección detallada indica que se habían producido picaduras serias, porque los bordes de las picaduras se habían alisado y redondeado por la acción de abrasivos finos. Tendríamos que obtener más información sobre condiciones anteriores para comprender la formación de las picaduras.


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AFA III


Desgaste por adherencia

El desgaste por adherencia, se produce cuando hay roce del metal de los dientes bajo carga. Puede empezar en los dientes de los engranajes cuando la película de lubricación o la resistencia de la misma son insuficientes, cuando hay exceso de carga o de revoluciones por minuto, cuando hay desalineación entre dientes, etc. El roce del metal indica que hay asperezas que frotan y micro sueldan. Si este roce continua, se pueden producir macro soldaduras y mayor desgarramiento de metal. Puntos a recordar: Velocidad + Carga = Calor Calor = Oxidación, Evaporación o Desaparición de la película de aceite Problema película de aceite = Roce de Metal y Alta Temperatura Alta Temperatura = Macro soldadura y rayado


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AFA III


Etapas iniciales del rayado

Aquí vemos las etapas iniciales del rayado, producidas por la penetración de la punta del diente en la película de lubricante haciendo contacto con las asperezas. Se produjo micro soldadura y parte del material de la superficie del diente se escorió.


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AFA III


Deformación plástica

Rebordes y resaltos son otras formas de deformación plástica. Se producen cuando la superficie del engranaje se deforma permanentemente porque carece de la fuerza necesaria para soportar las cargas que se le aplican. Si un engranaje esta cargado en la dirección de avance y en la dirección de retroceso, se producen resaltos a ambos lados del diente del engranaje como se ve aquí. Recordemos que existe la posibilidad de que la carga sea excesiva, la lubricación o la temperatura de la superficie sea inadecuada o que el engranaje sea blando.


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AFA III


Fatiga por tensión de contacto

La fatiga por esfuerzo de contacto puede producir grietas en la superficie del diente, picaduras o astillado. Cuando el diente está cargado, la deflexión elástica de la superficie crea fuerzas cíclicas de tracción y de corte. Cuando las fuerzas y movimientos de la superficie aumentan demasiado se pueden producir grietas por fatiga. Las causas srcinales comprenden carga excesiva o exceso de revoluciones por minuto, desalineación, contrajuego inadecuado, servicio tardío, lubricación insuficiente, temperaturas elevadas, incorrecta geometría del engranaje, etc.


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AFA III


La gri eta es de adentro hacia afuera

Como vemos en este ejemplo, la grieta por fatiga de esfuerzo de contacto de deslizamiento generalmente progresa hacia arriba, se ensanchan y producen un área picada en forma de V. Noten que la superficie del diente tiene más grietas hacia arriba y hacia fuera desde las esquinas superiores de la picadura


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AFA III


Fractura po r fatiga

Por lo general las fracturas por fatiga empiezan en el filete o cerca del filete, porque allí se producen los máximos esfuerzos de tracción, causados por flexión del diente. La cara de la fractura se proyecta ligeramente hacia abajo en el cuerpo del engranaje, luego sube hasta que se produce la fractura final.


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AFA III


Fractura co n oleaje y trinquetes

Este engranaje tiene varios dientes quebrados y algunas son fracturas por fatiga como lo indica el oleaje. La fractura por fatiga ocurrió primero en el diente central como lo muestra la gran porción lisa de la fractura y la pequeña porción áspera al final. Cuando este diente se rompió, la carga aumento en los dientes superiores e inferiores, noten que la fractura del diente superior es fundamentalmente cristalina, áspera y leñosa, con solamente una pequeña cavidad de fractura por fatiga en la parte superior, lo que indica que la carga que rompió este diente fue fundamentalmente de impacto y sobrecarga. La fractura del diente inferior es, en cierta forma, una fractura final áspera y leñosa en la parte inferior de los lados derecho e izquierdo.


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AFA III


Inspección detallada

La inspección mas detallada, revela con más claridad el oleaje y las mellas que empiezan en el diente. Estas mellas indican que ha habido esfuerzos de flexión bastante grandes y que varias grietas empezaron a aliviar esos esfuerzos. Como los puntos de iniciación están en la superficie, sabemos que no se trata de inclusiones o pregrietas. Debemos anotar hechos sobre carga y aplicaciones antes de pensar que el engranaje es débil.


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AFA III


Fractura frágiles dúctiles

Muchas fracturas de engranajes son el resultado de carga por impacto. Debemos recordar que las fracturas quebradizas son brillantes, cristalinas y ásperas al tacto. Las fracturas dúctiles son oscuras, ásperas, leñosas y, por lo general, la fractura final tiene labios cortantes. Las fracturas dúctiles se producen cuando la sobrecarga basta para fracturar un diente del engranaje en un ciclo de carga. Las caras de la fractura serán leñosas en apariencia y normalmente oscuras y ásperas.


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Textur a similar a la de un p edazo de madera rajado

Noten que la superficie tiene una textura similar a la de un pedazo de madera rajado. La apariencia leñosa aquí se debe al deslizamiento y separación a lo largo de las líneas de flujo del acero. Este engranaje se hizo de barra de acero en bruto de estructura granular lateral. Las fracturas dúctiles son, por lo general, resultados que nos indican, por lo tanto, que se debe buscar el srcen de la sobrecarga.


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Fuerte impacto

Cuando los dientes de un engranaje saltan como resultado de un fuerte impacto, se producen fracturas quebradizas con características propias. El lado donde comienza la grieta tiene generalmente apariencia cristalina, mientras que la ultima parte del diente en romperse, fractura final, esta casi siempre cortada.


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Fractura inicial

Es mas fácil ver la forma de la fractura quebradiza típica, causada por carga de impacto, vista desde un extremo del diente roto. Aquí la fractura inicial cristalina se halla a al izquierda y luego la fractura final a la derecha.


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RODAMIENTOS Nomenclatura Función Cargas

Estudiaremos la nomenclatura, la función, las cargas, como son fabricados, como deben ser instalados y como funcionan. Trataremos también de problemas relacionados con cojinetes y buscaremos evidencias que nos ayuden a determinar las causas básicas de las fallas de los cojinetes.

Fabricación Instalación Operación Problemas


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Cojinetes: De Bolas De Rodillos

Hay dos categorías generales de cojinetes antifricción, de bola y de rodillos. Dentro de estas categorías, los dos tipos principales que se encuentran en los productos Caterpillar son: De Bolas: Contacto radial Contacto angular De Rodillos: Cilíndricos (rectos) Cónicos Esféricos Axiales


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NOMENCLATURA Cojinete de bolas

A.- Anillo exterior B.- Pista de anillo exterior C.- Superficie de anillo exterior (D.E) D.- Canastillo E.- Bolas F.- Anillo interior G.- Pista del anillo exterior H.- Superficie del anillo exterior (D.I) I.- Cara de los anillos


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Cojinete de rodillos cilíndricos

A.- Anillo exterior B.- Pista de anillo exterior C.- Superficie del anillo exterior (D.E) D.- Canastillo E.- Rodillos F.- Anillo interior G.- Pista del anillo interior H.- Superficie del anillo interior (D.I) I.- Cara de los anillos J.- Pestañas


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Cojinete de rodillos cónicos

A.- Cubeta o anillo exterior B.- Pista de cubeta o anillo exterior C.- Superficie del anillo exterior (D.E) D.- Cara frontal del anillo exterior E.- Cara posterior de anillo exterior F.- Porta rodillos G.- Rodillos H.- Cono o anillo interior I.- Pista o cono de anillo interior J.- Superficie del anillo interior (D.I) K.- Cara frontal del anillo interior L.- Pestaña de cara frontal, anillo interior M.- Cara posterior del anillo interior N.- Pestaña en cara posterior de anillo interior


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FUNCIONES Dos funciones principales

Los cojinetes tienen dos funciones principales: 1.- Soportar y mantener el alineamiento de ejes y cajas permitiendo girar con un mínimo de fricción. 2.- Soportar cargas radiales y axiales


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CARGAS Cargas r adiales

Las cargas Radiales (flecha hacia abajo), son consecuencia generalmente del peso de las piezas soportadas por los rodamientos y de las cargas sobre los ejes necesarios para transmitir potencia, tales como correas, cadenas, mando de engranajes, etc.

Cargas axiales

Las cargas Axiales (flecha hacia la izquierda), resultan de las fuerzas de enganche de embragues, fuerzas de las ruedas cuando la maquina realiza un giro, fuerzas hidráulicas no balanceadas en la línea de los ejes, peso de las piezas sobre los ejes verticales, fuerza de engranajes helicoidales, etc.


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Cojinete de contacto radial simple

El cojinete de contacto radial simple, es el cojinete de bolas que se usa con mayor frecuencia, es capaz de soportar tanto cargas radiales como una cantidad limitada de cargas axiales. Sin embargo, es esencialmente un cojinete para soportar cargas radiales. Por lo tanto, debe instalarse correctamente para que no sea sometido a cargas axiales altas.


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Cojinete de pista inte rior dividida

Otro tipo de cojinete de bolas, usado a veces en aplicaciones que requieren una ubicación axial exacta, es llamado cojinete de pista interior dividida. Estos cojinetes son capaces de soportar cargas axiales en ambas direcciones. La pista interior dividida permite tener resaltes axiales elevados a ambos lados de la pista y permite también montar más bolas en el cojinete.


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Cojinete de agujas

El cojinete de agujas es un tipo especial de cojinetes de rodillos cilíndricos que tienen rodillos con una relación de longitud/ diámetro mayor de 4:1. Se usan para soportar cargas radiales en ejes en los que se debe mantener las dimensiones radiales al mínimo. Este conjunto de porta rodillos y rodillos es un tipo de cojinete de agujas que se usa, a veces, para soportar los engranajes planetarios de las servo transmisiones.


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Cojinete de agujas de pista exterior

Otro tipo de cojinete de agujas, su característica particular es la pista exterior, la cual se forma estampando un anillo de acero endurecido relativamente delgado alrededor de los rodillos. Este tipo de cojinetes necesita de un cuidado especial al ser instalados.


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Cojinetes de rodillos cónicos

Los cojinetes de rodillos cónicos sirven especialmente para soportar cargas radiales y axiales. Esto es posible porque los rodillos y las pistas forman un ángulo con el eje de giro de los ejes. Estos cojinetes son también útiles para mantener una posición axial precisa de los ejes y de las cajas.


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Cojinetes de rodillos esféricos

Los cojinetes de rodillos esféricos se auto alinean y, por lo tanto, pueden tolerar cierta desalineación de los ejes y de las cajas. En adición de cargas axiales, estos cojinetes pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones.


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Cojinetes axiales de rodillos

Los cojinetes axiales de rodillos están diseñados para soportar solamente cargas del tipo axial, la mayoría de los cojinetes antifricción incorporan canastillos para mantener los elementos rodantes equidistantes. Esto produce una carga equilibrada de la carga entre los elementos rodantes e impide que rocen entre si durante la operación. Si los rodillos giran libremente podrían atravesarse, dejar de rodar y patinar causando desgaste adhesivo y falla prematura.


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Conta cto angular simple

Los cojinetes de contacto angular simple a la izquierda, están diseñados para soportar tanto cargas radiales como considerables cargas axiales. Se usan también cuando se requiere una ubicación axial precisa de los ejes. Estos cojinetes pueden recibir cargas axiales solo en una dirección. Sin embargo, cuando se montan en pares opuestos, los cojinetes de contacto angular simple pueden soportar cargas en ambas direcciones.

Conta cto angular doble

Los cojinetes de contacto angular dobles a la derecha, son básicamente dos cojinetes simples fabricados en una sola unidad, pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones y permite una ubicación axial precisa de los ejes.


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Conta cto radial

En cojinetes de contacto radial sometidos solo a cargas radiales, los esfuerzos se concentran en el centro de las pistas. El anillo fijo soportará un esfuerzo constante en la sección que esta en la dirección de la carga (zona de carga). El anillo rotatorio soportará los esfuerzos alrededor de toda su circunferencia.

Conta cto angular

En los cojinetes de contacto angular sometidos a cargas radiales mas cargas axiales significativas, los esfuerzos se concentran hacia un lado de las pistas y todo alrededor de ambos anillos.


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Rodillos cilíndricos

Esfuerzos normales en los cojinetes de rodillos cilíndricos se presentarán a lo largo de toda la pista rotatoria, a medida que pasa por el área de carga, y solo parcialmente en la pista estacionaria, en la zona de carga.

Rodillos cónicos

Los esfuerzos en cojinetes de rodillos cónicos sometidos a altas cargas axiales o precargas se presentarán alrededor de toda la superficie de ambas pistas. Existirán además fuerzas de flexión, deslizamiento y compresión, debido al contacto entre la pestaña posterior del anillo interior y el extremo de mayor diámetro de los rodillos (fuerza de asentamiento).


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FABRICACIÓN Las pistas se cortan de tubos

Los cojinetes se fabrican de aleaciones de acero de alta calidad, algunos se funden al vacío y la mayoría se desgasifican al vacío para obtener máxima limpieza. Las pistas se cortan de tubos (cojinetes pequeños) o se forjan (cojinetes grandes) de acero de alta calidad y luego se maquinan a la dimensión especificada.


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Pista rodillo s cilíndricos Dureza mínima de 58 RC

Después del maquinado, las pistas de los cojinetes de rodillos cilíndricos y cónicos son sometidas al proceso de endurecimiento superficial hasta una dureza mínima de 58 RC y después rectifican a la dimensión final. Las temperaturas de revenido son aproximadamente de 190 a 204°C (375 a 400°F). El endurecimiento superficial le da a las superficies de las pistas buena resistencia contra desgaste y contra fatiga, manteniendo un núcleo mas blando (25-40 RC) y mas resistente para soportar cargas de impacto.


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Forja en frío

Los rodillos se forjan en frío del mismo acero de alta calidad, este es un ejemplo de un rodillo cilíndrico después de ser forjado y antes del tratamiento térmico y del rectificado.


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Dureza sup erfici al 60 RC

Los rodillos también se someten a endurecimiento superficial, dureza mínima de 60 RC, y después se rectifican a la dimensión final.


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Cojinetes de bola s y rodillos esféricos

Los cojinetes de bolas y de rodillos esféricos se fabrican de manera similar, excepto que las pistas y los elementos rodantes son endurecidos totalmente. Es por esto que no se observa endurecimiento superficial en los cortes transversales de la bola y de las pistas que se muestran en esta ilustración.


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REMOCIÓN / INSTALACIÓN Indicaciones para la remoción e instalación

Es muy importante usar los cojinetes apropiados a cada aplicación y seguir los procedimientos correctos de remoción e instalación. 1.- Asegúrese de ordenar cojinetes por medio del sistema de piezas Caterpillar. 2.- Los cojinetes, ejes y alojamiento de las cajas deben estar limpios y libres de polvo o suciedad. 3.- Se deben utilizar herramientas y procedimientos adecuados para evitar ejercer fuerzas excesivas entre las pistas y los elementos rodantes y para evitar dañar las pistas, cajas y ejes. 4.- La alineación de los ejes y de las cajas debe ser exacta. 5.- Los cojinetes deben encajar correctamente en los ejes o en los alojamientos de las cajas. 6.- El ajuste de los cojinetes, si es requerido, debe ser exacto.


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Operación y desgaste normal

La velocidad del cojinete es el principal factor para determinar el espesor del lubricante, otros factores incluyen cargas, acabado superficial, viscosidad del aceite y temperatura. Durante la operación normal a alta velocidad, los elementos rodantes giran con la velocidad suficiente para producir una capa fina de aceite (elastohidrodinámica, EHD) que separa los elementos rodantes de las superficies de las piezas.


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Velocidades bajas

En aplicaciones de velocidades mas bajas, la película de lubricante puede no ser suficiente para mantener completamente separadas las superficies de las pistas y de los elementos rodantes, en estas condiciones alguna partícula puede penetrar la película de lubricante acortando la vida útil del cojinete, en términos de número de revoluciones. Este hecho se toma en consideración cuando se diseñan los cojinetes, por lo que se consigue la vida útil normal en términos de horas de operación.


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AFA III


Carga r adial anillo interior gira, anillo exte rior dete nido

Esta ilustración muestra un patrón de desgaste normal de una pista en un cojinete de bolas cargado radialmente, la flecha indica la dirección de la carga en la pista interior. En esta aplicación el eje (anillo interior) gira mientras que la caja (anillo exterior) esta estacionaria. El desgaste se produce en todo alrededor del centro de la pista interior rotatoria y solo en la porción de la zona de carga de la pista estacionaria.


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AFA III


Carga r adial anillo exterior gira, anillo interior detenido

Este patrón de desgaste es típico de un cojinete de bolas cargado radialmente en el que el anillo exterior gira mientras que el interior permanece estacionario. El desgaste se produce alrededor del centro de toda la pista exterior y solo en la porción de la zona de carga de la pista estacionaria interna.


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Cargas axiales

Si un cojinete de bolas soporta siempre cargas axiales en una sola dirección, el patrón de desgaste de las pistas será similar al de esta ilustración. Nota: cargas axiales puras producen desgaste alrededor y hacia un lado en las dos pistas.


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AFA III


Cargas r adiales y axiales

Estas pistas son de un cojinete de bolas sometido a ambas cargas, axial y radial. La pista exterior estacionaria tiene mayor desgaste (hacia abajo) en la dirección a la carga radial.


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AFA III


Rodillos cilíndricos anillo interno gira, anillo externo detenido

Los cojinetes de rodillos cilíndricos están diseñados fundamentalmente para soportar cargas radiales, por lo que sus patrones de desgaste normal serán similares a los de cojinetes de bolas en aplicaciones de carga radial. El desgaste se producirá alrededor de toda la pista rotatoria y solo parcialmente en la pista estacionaria en la zona de carga.


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AFA III


Rodillos cónicos baja precarga

Los patrones de desgaste en cojinetes de rodillos cónicos variaran dependiendo del ajuste y de las cargas axiales a que se sometan. Mientras mas suelto sea el ajuste y mas ligeras las cargas axiales, mayor será la tendencia de la pista estacionaria a desgastarse solo en una porción de su circunferencia.


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Precarga alta

Cuanto más apretado sea el ajuste y mayores sean las cargas axiales, mayor será el desgaste en toda la circunferencia de la pista estacionaria.


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AFA III


CONDICIONES ANORMALES Los tipos más comunes de daños de cojinetes

1.- Fatiga por esfuerzo de contacto 2.- Deformación plástica 3.- Desgaste adhesivo 4.- Desgaste abrasivo 5.- Corrosión 6.- Corrosión por frotación 7.- Picaduras y estrías causadas por electricidad 8.- Daños por manejo e instalación inapropiados 9.- Fracturas


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Los puntos claves a recordar cuando se analiza n f allas

La mayoría de las condiciones anormales causarán altas cargas y/o temperaturas en la pista y en los elementos rodantes, lo cual afectará la película de aceite, causando desgaste anormal, descascaramiento o deformación plástica y finalmente falla. También debemos reconocer que cuando ocurre un tipo de daño, este puede producir otro tipo de daño en la misma superficie de la pieza. Por lo tanto en el momento de investigar se pueden encontrar dos o más tipos de daños, con el daño secundario sobrepuesto sobre el daño inicial. Por ello es deseable investigar una falla en la etapa más temprana posible, para determinar con mayor exactitud la raíz del problema. También debemos asegurarnos de considerar todos los hechos y posibles condiciones durante nuestro para no saltar a ideas preconcebidas acerca de la causa de la análisis falla.


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AFA III


Fatiga por esfuerzo de contacto

Si existe sobrecarga y hay suficiente aceite fresco para evitar el ablandamiento del cojinete por alta temperatura, las pistas y los elementos rodantes pueden fallar de forma prematura debido a fatiga por esfuerzo de contacto al rodar. Altos esfuerzos de rodadura causan flexión cíclica de las superficies de las pistas y elementos rodantes, los cuales inician pequeñas fracturas por fatiga debajo de la superficie, las que pueden crecer hacia la superficie, quebrando eventualmente grandes pedazos de material, llamado descascaramiento.


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AFA III


Causas d e fatiga por tensión de contacto

Existen varias causas posibles de fatiga prematura por esfuerzo de contacto como: - Exceso de cargas aplicadas - Cojinetes de rodillos cónicos ajustados muy sueltos - Cojinetes de rodillos cónicos ajustados muy sueltos - Eje muy grande o caja muy pequeña - Eje o caja ovalados - Eje o caja cónicos - Mala alineación - Lubricación de baja viscosidad


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AFA III


Cojinetes cónicos s ueltos

El ajuste correcto de los cojinetes de rodillos cónicos es esencial, si el cojinete se deja muy suelto (mucho juego axial), puede ocurrir desgaste y descascaramiento debido a sobrecarga, por no haber el suficiente numero de rodillos soportando la carga. En aplicaciones de ejes horizontales, principalmente carga radial, esto puede resultar en: - Desgaste y descascaramiento alrededor de la pista rotatoria, pero solo en una pequeña porción de la pista estacionaria. - Los rodillos pueden mostrar desgaste y descascaramiento desigual en los extremos. Las pistas también pueden mostrar más desgaste y descascaramiento en una cara que la otra. - Las ventanas del porta rodillos en los cojinetes en cualquier extremo del eje pueden mostrar un patrón de desgaste (llamado reloj de arena) y formación de labios.


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Perdi da de ajuste axial

Este anillo estacionario (foto izquierda) fue sobrecargado debido a la perdida del ajuste del cojinete (juego axial). Vea el área estrecha de descascaramiento, el cojinete tenía tanto juego axial que los rodillos no hacían contacto con el ancho total de la superficie de la pista.

Rodillos con desportillamiento

Los rodillos cónicos de este mismo cojinete (foto derecha) muestran descascaramiento en el extremo de menor diámetro lo que indica mala alineación por excesivo juego axial. Note también la formación de labios y el patrón de desgaste de reloj de arena de las ventanas del porta rodillos. Esto se debe a que se permitió que los rodillos se atravesaran y rozaran con mayor fuerza que la normal contra las ventanas del porta rodillos, debido a que no se mantuvieron alineados con un ajuste correcto y fuerza de asentamiento adecuada contra la pestaña posterior del anillo interior.

Desgaste de reloj de arena


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AFA III


Cojinetes cónicos muy apretados

Si la precarga es excesiva, los elementos de rodadura y las pistas pueden sobrecargarse en el sentido axial, causando fatiga prematura de sus superficies, descascaramiento y falla final. - Desgaste / descascaramiento en una gran porción de la circunferencia de ambas pistas la rotatoria y la estacionaria. - Rodillos y pistas se desgastan / descascaran uniformemente de cara a cara.


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AFA III


Cargas axiales excesivas Ajus te m uy apretado

Esta pista de cojinete de rodillos cónicos (foto izquierda) tiene los indicios típicos de haber sido sometida a cargas axiales excesivas, posiblemente por un ajuste muy apretado. Los rodillos y el anillo exterior (foto derecha) muestran el mismo patrón de descascaramiento uniforme, indicando que estas piezas también operaron apretadas y fueron sometidas a sobrecarga durante su vida útil.


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AFA III


Fuera de redondez (ovalado)

Otro problema dimensional que puede acortar la vida útil es un eje o una caja fuera de redondez, en este caso, el patrón de desgaste de la pista instalada en o sobre la pieza fuera de redondez, mostrará dos o más zonas de carga.


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AFA III


Eje o alojamiento cónico

Ejes o alojamientos cónicos pueden sobrecargar los cojinetes. Como se ve aquí, el patrón de contacto puede ser mayor donde la pista queda más apretada, el cojinete también muestra decoloración por calor en el área de mayor contacto, causada por un aumento de la temperatura debido a la reducción de los espacios libres entre los elementos de rodadura y las pistas.


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AFA III


Mala alineación

La mala alineación también puede causar desgaste anormal, fatiga por esfuerzo de contacto y descascaramiento. Esta pista de un cojinete de rodillos cónicos muestra un patrón de desgaste causado por un eje mal alineado debido a la pérdida de apoyo en el otro extremo. Si se deja operar por más tiempo y las temperaturas no son excesivas, la superficie puede desarrollar fatiga por esfuerzo de contacto y descascaramiento.


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AFA III


DEFORMACIÓN PLÁ STICA Aparien ci a sec a / caliente

Si la causa principal es la falta de aceite o grasa, las superficies del cojinete y los componentes contiguos serán, generalmente, ablandados por la alta temperatura, mostraran decoloración por el calor y tendrán una apariencia mas bien seca con poco aceite quemado o recocido.


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AFA III


Indicios de severo recalentamiento

El porta rodillos y los rodillos también muestran indicios de severo recalentamiento. Los rodillos se ablandaron, como lo indica la deformación plástica de ellos. El porta rodillos se deformo, permitiendo que los rodillos se atravesaran, dejaran de rodar, patinaran, causaran desgaste adhesivo y generaran más calor.


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AFA III


Decoloración por calor

La pista exterior también muestra signos de decoloración por calor, desgaste adhesivo, depósitos del porta rodillos fundido y una apariencia seca y caliente.


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AFA III


Aparien ci a húmeda / caliente

Los cojinetes pueden también recalentarse y deformarse plásticamente debido a otros factores aparte de la falta de lubricación. - El uso de aceite de muy baja viscosidad - Altas temperaturas de operación, temperatura ambiente muy alta, cantidad marginal de aceite, demasiado aceite o grasa causando batido. - Altas cargas: aplicadas, mala alineación, mal ajuste. - Acabado superficial muy áspero. Cualquiera de estas condiciones puede causar un contacto más áspero que el normal. Esto puede luego acelerar el desgaste y aumentar aun más las temperaturas en las superficies de los rodillos, porta rodillos, pistas y pestañas. Si el calor no se mantiene por debajo de la temperatura de revenido, las superficies se pueden ablandar resultando en deformación plástica.


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AFA III


Las superficies vidrios as puede n tambié n mo strar decoloración térmica

Los elementos rodantes y las pistas pueden tener también una apariencia vidriosa, debido a un aplanado plástico y del pulido de una capa muy fina de la superficie, las superficies vidriosas pueden también mostrar algo de decoloración térmica si las temperaturas superficiales fueron altas. Después comenzaran a desprenderse pequeños trozos de material de los elementos rodantes o de las superficies de las pistas formando picaduras, estas picaduras pueden tener una apariencia de escarcha.


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AFA III


Depósitos de aceite quemado o carbonizado

Si se genera una gran cantidad de calor las superficies del cojinete y las superficies contiguas aparecerán decoloradas y húmedas, con depósitos de aceite quemado, cocido o carbonizado. El aceite quemado o carbonizado es evidencia que había aceite en el cojinete, pero el calor generado es muy grande para ser controlado por el lubricante.


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AFA III


Posibles causas

El desafío para el analista ante una situación de un cojinete recalentado, pero no completamente seco, es determinar: - Si la cantidad de aceite o grasa era marginal. - Si la viscosidad del aceite era muy baja por: - Uso de un lubricante inapropiado. - Altas temperaturas de operación (T° ambiente o demasiado aceite) - Si la película del lubricante se alteró debido a altas cargas aplicadas, ajustes erróneos, mala alineación, ajuste dimensional incorrecto, acabado superficial áspero, etc. Como puede ver, existen varias condiciones que pueden causar el mismo daño a los cojinetes. Es por eso que es muy importante analizar las fallas de los lo antes del posible y obtener los antecedentes, talescojinetes como calidad aceite, cantidad,todos cargas, temperaturas de operación, antes de determinar la causa principal más posible.


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Brinelado

Otro tipo de deformación plástica que no esta acompañada normalmente de signos de alta temperatura es el denominado mellado o brinelado. Las marcas Brinell son indentaciones en la superficie de las pistas producto de cargas excesivas transferidas a estas por los elementos de rodadura. Se pueden producir durante el armado al presionar fuertemente una pista en posición a través de la otra y los elementos de rodadura.


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Magullado

Partículas grandes en el lubricante, tales como restos metálicos de la falla de un engranaje o de otro cojinete, pueden causar deformación plástica de la superficie o indentación fragmentada, llamada magullado, de las pistas y elementos rodantes. Las partículas rodantes producirán indentaciones angulares agudas, mientras que las partículas más blandas causaran indentaciones más suaves y menos profundas.


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AFA III


Desgaste adhesivo

Estas pistas son un ejemplo típico de desgaste adhesivo superficial causado por esa condición. Note que el desgaste no creo excesivo calor ni ablandó el acero, ya que la decoloración térmica y deformación plástica es muy pequeña o nula. Esto indica que hubo suficiente cantidad de aceite para evacuar el calor generado por el desgaste adhesivo. El desafío es saber porque los rodillos dejaron de girar.


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Desgaste abrasivo

Abrasivos, tales como polvo o arena en los sistemas de lubricación, pueden también ocasionar fallas de cojinetes. Esta pista de cojinetes estuvo expuesta a una gran cantidad de abrasivos finos. Vea el acabado mate o satinado de la pista, causado por picaduras finas resultado de la acción de pulido del material abrasivo. Esta misma condición se presento en los rodillos y en la otra pista.


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AFA III


Contaminación excesiva

Si la contaminación es excesiva, los cojinetes pueden trabarse, causando el deslizamiento de rodillos o bolas, generando desgaste adhesivo y causando que las pistas se muevan en los alojamientos de las cajas o sobre los ejes. Una contaminación severa puede causar el desgaste de los elementos rodantes y de las pistas, lo que puede incrementar el juego axial en cojinetes de rodillos cónicos y producir desgaste anormal del porta rodillos, rodillos girando atravesados, fractura del porta rodillos y daño extensivo. Si los abrasivos hacen que el desgaste de los cojinetes se torne en desgaste adhesivo o descascaramiento, será difícil determinar la causa principal examinado solamente el cojinete dañado, sin embargo, la observación cuidadosa de general otras partes integrantes mismo sistema del de lubricación dará por lo evidencia de ladelcontaminación sistema.


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AFA III


Corrosión

Los cojinetes nuevos son sumergidos en una disolución anticorrosiva y luego envueltos en un papel protector por el fabricante. Los cojinetes que se sacan de una maquina y se limpian pueden oxidarse rápidamente, por lo tanto una buena practica es protegerlos con aceite, grasa, u otro inhibidor de corrosión. Si estas no se siguen, se producirá corrosión atmosférica como esta y resultara en un cojinete inutilizable.


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Corrosión estática

Si entra humedad en el sistema de lubricación, la corrosión puede ocurrir después de instalar el cojinete. Muchas veces, la corrosión ocurre mientras la maquina está detenida y se produce una condición conocida como corrosión estática, o revelado con acido negro, la cual produce manchas de corrosión negras equidistantes, picaduras o depósitos tal como se aprecia en esta fotografía.


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Corrosión por frotación

Se puede ver corrosión por frotación en las superficies de las pistas donde los elementos de rodadura pueden haber vibrado, mientras el cojinete no giraba, esta condición se llama brinelado falso. La superficie exterior de esta pista muestra corrosión por frotación, indicio de que hubo movimiento relativo.


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AFA III


Mellado falso

Este cojinete de rodillos cilíndricos soporta el plato oscilante de una bomba de caudal variable de una escavadora. Durante la operación, el cojinete gira unos cuantos grados según lo requiera la demanda de flujo de la bomba. La mayor parte del tiempo, el cojinete está estacionario y sujeto a vibraciones bajo cargas normales, después de muchas horas de operación, es posible encontrar algo de mellado falso en las superficies de las pistas. Vea en esta imagen que se han borrado las marcas srcinales de rectificado en el lugar donde los rodillos vibraron contra la pista. Esto nos dice que ha ocurrido mellado falso.


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Estrías y picaduras eléctricas

Otra condición anormal que puede causar fallas en cojinetes es el paso de corriente eléctrica a través de ellos, dos formas de que esto suceda: - El paso de corriente eléctrica relativamente alta mientras el cojinete no gira. - El paso de corriente eléctrica relativamente baja por largos periodos de tiempo, mientras el cojinete esta girando.


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Alta c orriente mientras el cojinete no esta girando

El paso de alta corriente mientras el cojinete no esta girando causa usualmente marcas de arco y picaduras. Las causas principales pueden incluir el soldar en una maquina teniendo la conexión a tierra de tal manera que la corriente eléctrica pase a través del cojinete. Estas picaduras pueden llevar a descascaramiento y falla final.


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Paso de corriente, relativamente baja, por un periodo de tiempo prolongado

Otra forma de daño eléctrico es el paso de corriente, relativamente baja, por un periodo de tiempo prolongado durante la operación. Los signos característicos son picaduras pequeñas y numerosas que cubren una gran porción de los elementos de rodadura y sus áreas correspondientes en las pistas. Si también hay vibración, estas picaduras pueden desarrollarse como estrías, ruido e incremento de las vibraciones. Las estrías son líneas axiales en esta pista de un cojinete de bolas. En esta vista amplificada podemos ver que las estrías son realmente concentraciones o grupos de pequeñas picaduras


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AFA III


Daños p or manipulación

Si los cojinetes se dejan caer o se manipulan de forma inapropiada antes de su instalación, las pistas pueden abollarse, agrietarse o astillarse. Las fracturas se iniciarán por lo general en las superficies expuestas de las pista, vulnerables a las fuerzas externas. Este anillo exterior parece haber recibido golpes por una fuerza externa en la cara de la pestaña.


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AFA III


Golpe antes de la instalación

Este canastillo se dañó al dejar caer el anillo interior antes de su instalación. Daños como este pueden quebrar el porta rodillos, trabar los rodillos, hacer que giren en forma oblicua, que dejen de girar y patinen, generen calor y causen una falla realmente grave.


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AFA III


Giro con aire comprimido

Otra forma de daño por manipulación incorrecta es secar los cojinetes haciéndolos girar con aire comprimido. Esta práctica debe evitarse ya que puede causar desgaste adhesivo a las pistas y a los elementos de rodadura porque no hay una película de lubricante que los separe.


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AFA III


Presión excesiva en el montaje

Las pestañas de los cojinetes de rodillos pueden astillarse o quebrarse durante la instalación si se presionan a través de los elementos de rodadura. Si la pista tiene pestaña, las partes quebradas tenderán a tener la misma distancia de separación que los rodillos. Si los rodillos se mantienen en posición con un anillo a presión, como se muestra en la foto, la separación de la fractura tenderá a ser aleatoria.


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AFA III


Evita r remoción con so plete

Algunas prácticas de remoción de cojinetes incluyen el uso de un soplete para cortar el anillo interior o encoger el cordón de soldadura del anillo exterior. Cuando sea posible se deberá evitar estos métodos ya que se genera un calor no controlado y se puede provocar daño físico. Cuando sea posible, se deberán evitar estos métodos ya que se genera un calor no controlado y se puede provocar daño físico a las cajas o a los ejes. Este anillo exterior se aflojó de su alojamiento por el método de encogimiento del cordón de la soldadura. La descolocación térmica se extiende hasta el diámetro exterior. Éste procedimiento pudo haber generado calor excesivo que se transmitió a la caja.


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AFA III


Fracturas

Si la alineación es severa y puede sobrecargar, desgastar y fracturar los elementos de rodadura, las pestañas y las pistas. Este grupo de piezas pertenece a un tractor con aproximadamente 100 horas de servicio.


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AFA III


Fractura po r sobrecarga

La pista exterior del cojinete de rodillos cilíndricos en un extremo del eje está fracturada debido a sobrecarga producida por la acción de la palanca del eje mal alineado.


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La pist a y el eje han sido forzados a movers e fuera de la caja en más de un ciclo

Como se puede ver, la pista y el eje han sido forzados a moverse fuera de la caja en más de un ciclo, a través de la abertura fracturada en el alojamiento de la caja. Una vez que esto ocurrió, el resto de los daños a los cojinetes y engranajes fue el resultado del severo de ese alineamiento del eje. La observación de cerca de la caja de hierro fundido, con luz brillante y en ángulo, revela lo que parece ser una fractura práctica. Las fracturas frágiles son normalmente causadas por cargas de impacto. El analista debería ahora investigar la aplicación del tractor para ver cómo pudo haberse aplicado una carga de impacto.


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201784518-4-3-1-Analisis-de-falla-en-componentes-hidraulicos.pdf

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