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Criterios básicos para la selección de rodamientos Carlos Alberto Martínez Escobar, E specialización specialización en mantenimiento mantenimiento industrial, ETITC ETITC
[email protected] Abstracto Trabajo de consulta relacionado con los principios — Trabajo básicos para la selección de rodamientos. El mercado ofrece una amplia variedad de rodamientos de diversas: arquitecturas, formas y dimensiones. Es por tanto preciso distinguir las propiedades y características más relevantes asociadas a cada ti po de rodamiento, las cuales a su vez establecen que tan adecuado resulta dicho elemento respecto a una aplicación determinada. La consideración más importante al seleccionar un rodamiento, es optar por aquel que preste las mejores características en función de la seguridad, fiabilidad y correcto funcionamiento de la máquina o mecanismo sobre la cual pretende acoplar. Ín di ce de t é r m i n os — Bearings, Corrective Maintenance, Machinery, Maintenance engineering, Mechanical engineering, Mechanical power transmission, Mechanical systems, Preventive maintenance.
I. I NTRODUCCIÓN A selección se realiza en función de cada aplicación y contempla tanto los elementos adyacentes que constituyen el aparejo: ejes, soportes, etc., como aspectos relacionados con el funcionamiento: velocidad, carga a soportar, lubricación, ajuste, entorno y condiciones de trabajo, entre otras.
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Por otra parte, el diseño característico de cada tipo de rodamiento confiere confiere a éste una serie serie de propiedades, que al elemento más o menos adecuado respecto a una aplicación. II. CRITERIOS DE SELECCIÓN A continuación, se presenta una síntesis, de los principales criterios a considerar con el fin de seleccionar un rodamiento, y a su vez procurar por elegir aquel que resulte más adecuado según las necesidades y características propias de cada aplicación.
espacio disponible cargas desalineación precisión y ajustes ajustes velocidad admisible fricción funcionamiento funcionamiento silencioso rigidez desplazamiento axial montaje y desmontaje ambiente y condiciones de trabajo costo total y de inventario vida útil
A. Espacio disponible
Normalmente las principales principales dimensiones dimensiones de un rodamiento rodamiento son predeterminadas por el diseño de la máquina o mecanismo, en el cual se requiere acoplar. La siguiente tabla muestra algunas de las relaciones más comunes que se establecen entre las dimensiones del rodamiento y la máquina: TABLA 1 R ELACIONES ELACIONES ENTRE DIMENSIONES DE LA MÁQUINA Y EL RODAMIENTO Dimensiones máquina
Dimensión rodamiento
Ø Eje Ø alojamiento Tipo de alojamiento Profundidad de alojamiento
Ø interior del rodamiento (Ø d) Ø exterior del rodamiento (Ø D) Anchura del rodamiento (B)
CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES Ejes de diámetro pequeño: utilizar cualquier tipo de rodamiento de bolas (preferiblemente rígidos de bolas), al igual que rodamientos de agujas. Ejes de diámetro grande : rodamientos de rodillos cilíndricos, cónicos, cónicos, a rótula, toroidales y rígidos de bolas Espacio radial es limitado : elegir rodamientos de baja sección transversal: jaulas, casquillos y rodamientos de agujas con o sin aro interior. Espacio axial es limitado : utilizar rodamientos de rodillos cilíndricos y rodamientos rígidos de bolas, preferiblem p referiblemente ente de series estrechas, así como rodamientos de agujas combinados rodamientos de agujas combinados, para cargas radiales o combinadas. Para las cargas puramente axiales, se recomienda usar coronas axiales de agujas (con o sin arandelas), así como rodamientos axiales de bolas o de rodillos cilíndricos. Considerar el tipo de cargas que requiere soportar el rodamiento en función al espacio disponible, y evaluar el acoplamiento compuesto por dos o más rodamientos dispuestos en paralelo. Considerar todas las dimensiones que puedan afectar el montaje del rodamiento, como: el diámetro del anillo interno, tolerancias tolerancias y redondeos de los bordes, etc.
B. Carga ( ρ)
La magnitud de la carga (ρ) determina en gran medida el tamaño del rodamiento.
2 TABLA 2 TIPO DE RODAMIENTO SEGÚN MAGNITUD DE LA CARGA
Magnitud de la carga
Cargas pesadas Cargas ligeras a normales Cargas bajas
Tipo de rodamiento
Rodillos Bolas Rodamientos con jaulas
CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
Los rodamientos de rodillos pueden soportar cargas más pesadas que los rodamientos de bolas de tamaño similar Los rodamientos completamente llenos de elementos rodantes pueden soportar cargas más elevadas que los rodamientos con jaula correspondientes.
La Dirección de la carga (ρ) se refiere al sentido y orientación de la carga aplicada por los demás componentes del aparejo sobre el rodamiento, teniendo como referencia el eje central de éste. Para efectos prácticos se clasifican cuatro tipos de cargas: radial, axial, combinada y carga de vuelco. Carga radial (ρrad):
aquella fuerza aplicada en dirección perpendicular al eje del rodamiento. aquella fuerza aplicada (ρaxi): Cargas axial predominantemente en el mismo sentido que el eje del rodamiento. Carga combinada (ρ): consta de una carga radial y una carga axial que actúan simultáneamente. Carga de vuelco (m): la fuerza actúa excéntricamente sobre el rodamiento, produciendo un par de vuelco. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
Para cargas axiales alternas elevadas, se pueden montar en pares dos rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o dos rodamientos axiales de rodillos a rótula. La tabla 3, muestra las aplicaciones típicas de cada tipo de rodamiento en función a la dirección de la carga. Sin embargo, es importante consultar los valores máximos admisibles sugeridos para cada rodamiento por el fabricante, y que son normalmente incluidos en el catálogo.
VARIABLES PARA LA SELECCIÓN DE RODAMIENTOS A continuación se presentan las variables comúnmente incluidas en los catálogos las cuales son empleadas para la selección de rodamientos:
TABLA 3 TIPO DE RODAMIENTO SEGÚN DIRECCIÓN DE LA CARGA Dirección de la carga
Tipo de rodamiento
Rodamientos de rodillos cilíndricos (NU y N). Puramente Radial Rodamientos de agujas Rodamientos de rodillos toroidales TODOS los rodamientos salvo indicación diferente (puramente axial o radial), están en capacidad de soportar cargas combinadas. P.ej: Combinada Los rodamientos axiales de rodillos a rótula pueden soportar cargas axiales solo en un sentido, así como también cargas radiales. Rodamientos axiales de bolas de simple o doble Axial dirección (los de simple dirección solo soportan (ligera a normal) cargas axiales en un sentido). Rodamientos de bolas con 4 puntos de contacto. Rodamientos axiales de bolas de contacto Axial (Normal) a angular. altas velocidades Rodamientos axiales de simple efecto Puramente axial Rodamientos axiales de doble efecto (ligera a normal) (habitualmente) Puramente axial Rodamientos axiales de agujas, de rodillos (normal a pesada) cilíndricos y de rodillos cónicos (único sentido) TODOS los rodamientos salvo indicación diferente: puramente axial o radial P.ej: Combinada Los rodamientos axiales de rodillos a rótula pueden soportar cargas axiales solo en un sentido, así como también cargas radiales. De vuelco Rodamientos de dos hileras rígidos de bolas y (ligera a normal) de bolas con contacto angular. Rodamientos de una hilera de bolas con De vuelco contacto angular apareados (normal a Rodamientos de rodillos cónicos dispuestos pesado) espalda con espalda C. Desalineación
La desalineación angular entre el eje puede tener diferentes causas asociadas tanto al funcionamiento como al diseño del aparejo. P.ej: eje doblado por causa de la carga, desalineación inicial, los rodamientos que soportan el eje están demasiado separados entre sí, entre otras. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
Los rodamientos rígidos de bolas y de rodillos cilíndricos, pueden soportar desalineación angular por unos minutos. Se recomienda emplear rodamientos autoalineables (rodamientos de bolas a rótula, de rodillos a rótula, de rodillos toroidales y axiales de rodillos a rótula), para soportar desviaciones del eje, y desalineaciones iniciales. Los rodamientos axiales de bolas con arandelas de soporte esféricas y asiento, las unidades de rodamientos Y y los rodamientos de agujas autoalineables pueden compensar la desalineación inicial.
d= diámetro del agujero (mm) D= diámetro exterior (mm) B= Anchura o altura (mm) R= Redondeos y chaflanes (mm) A = factor de velocidad [mm/min] = n dm C = capacidad de carga del rodamiento [kN] F = carga real del rodamiento [kN] L = vida útil, expresada en revoluciones u horas de funcionamiento n = velocidad de giro [rpm] е = factor de carga D. Velocidad Co = Carga estática La velocidad (n) es una característica propia de la aplicación Cor = Carga máxima y normalmente es expresada en RPM (revoluciones por P = carga equivalente del rodamiento [kN] minuto). En los rodamientos, la velocidad máxima admisible se Pu = carga límite de fatiga [kN]
encuentra de terminada por la temperatura de funcionamiento
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permisible, que a su vez depende de la fricción entre los elementos que conforman del rodamiento. Por tanto, los rodamientos con fricción baja generan calor friccional bajo y por tanto son más adecuados para altas velocidades.
CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
I. Desplazamiento axial
Para cargas puramente radiales y velocidades más altas se recomiendan rodamientos rígidos de bolas y rodamientos de bolas a rótula. Para cargas combinadas y altas velocidades se recomiendan rodamientos de bolas de contacto angular, en especial los rodamientos de bolas de contacto angular de superprecisión y los rodamientos rígidos de bolas con elementos rodantes de cerámica (rodamientos híbridos). En general los rodamientos axiales no soportan velocidades tan altas como los rodamientos radiales.
Cuando la aplicación requiere que los componentes rotativos (P.ej. el eje) sean soportados por dos rodamientos (uno del lado fijo y otro del lado libre), entonces el rodamiento del lado fijo debe ser capaz de fijar el eje axialmente en ambos sentidos, mientras que el del lado libre solo debe permitir el movimiento axial del eje para evitar las cargas inducidas en el caso de que ocurra una dilatación térmica del eje. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
E. Precisión
En el caso de los rodamientos, la precisión se describe mediante clases de tolerancia asociadas a la exactitud de giro y la precisión dimensional. Normalmente este criterio es determinante para aplicaciones especiales que requieran gran precisión tanto en los alojamientos, como en los desplazamientos durante el funcionamiento.
F. Fricción
Aunque los rodamientos se conocen como “rodamientos antifricción”, en la realidad se presenta algunas pérdidas por fricción, ocasionado entre otros factores por: rozamiento entre los elementos que conforman dicho elemento (elementos rodantes y las pista, la jaula, las pestañas, los anillos guía, los sellos y sus superficies de contacto, el lubricante, etc.), y la deformación elástica de los elementos por acción de la carga de trabajo. Normalmente este criterio es determinante para aplicaciones especiales que requieran altísimas velocidades, alta precisión de movimiento y/o mínimas perdidas por fricción. CONSIDERACIONES Y RECOMENDACIONES
los rodamientos de bolas presentan menor fricción más que los rodamientos de rodillos. Si es fundamental que la fricción sea muy baja, se deben considerar los rodamientos energéticamente eficientes
G. Funcionamiento silencioso
Los rodamientos de rodillos cilíndricos o cónicos, tienen un grado mayor de rigidez que los rodamientos de bolas.
Los rodamientos más adecuados para la posición libre son los rodamientos de agujas, los de rodillos cilíndricos de diseño UN, NJ y N, y algunos rodamientos completamente llenos de rodillos cilíndricos. Para las aplicaciones que requieren un desplazamiento axial relativamente grande y en las que puede ocurrir una desalineación del eje, una mejor opción para el lado libre es el rodamiento de rodillos toroidales CARB. Todos estos rodamientos permiten el desplazamiento axial del eje y con respecto al alojamiento del rodamiento. Los valores para el desplazamiento axial permisible dentro del rodamiento se detallan en las tablas de productos correspondientes. Si se utilizan rodamientos no desarmables, en el lado libre, el aro interno o el externo debe tener un ajuste suave para que pueda deslizarse en el eje o el soporte Los rodamientos más adecuados para la posición fija son los que admiten cargas combinadas o los que pueden proporcionar un guiado axial en combinación con un segundo rodamiento.
J. Montaje y desmontaje
Los rodamientos de agujero cilíndrico son más fáciles de montar y desmontar, en especial si son desarmables Los rodamientos desarmables también son preferibles cuando el rodamiento ha de ser montado y desmontado con frecuencia. Los rodamientos con agujero cónico se pueden montar fácilmente sobre un eje cónico o un eje cilíndrico usando un manguito de fijación o de desmontaje.
Este criterio es determinante para aplicaciones especiales donde se requieran niveles de ruido muy bajos, como: K. Ambiente de trabajo pequeños motores eléctricos para electrodomésticos, equipos de En ambientes que presenten altos grados de contaminación, oficina o de uso médico. polución, o donde sea difícil el acceso para la lubricación del H. Rigidez rodamiento; se recomienda emplear rodamientos sellados. El Se refiere a la magnitud de deformación elástica que tipo de sellado dependerá de otras características anteriormente presenta el rodamiento por causa de una carga. Generalmente, enunciadas. Los rodamientos sellados a ambos lados suelen estar esta deformación es despreciable, pero para ciertas aplicaciones especiales, puede llegar a ser bastante significativa, como en el lubricados de por vida y no deben lavarse ni volver a lubricarse. caso de los husillos de máquinas herramientas o en III. CONCLUSIONES disposiciones de rodamientos en engranajes. Cómo se evidencia en el documento anterior, la selección de un rodamiento requiere contemplar tantos y tan diversos
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factores, que no es posible establecer reglas generales. Sin embargo, los fabricantes de rodamientos generalmente proporciona en sus catálogos los: valores, datos, y recomendaciones suficientes para que mediante un análisis agudo se pueda elegir la mejor opción con una incertidumbre relativamente baja. IV. B IBLIOGRAFÍA [1] Catálogo SKF [Online]. Disponible en: http://www.skf.com/co/products. [2] M. en I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez. Diseño de elementos de máquinas. [Online]. Disponible en: http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/ [3] Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Máquinas, 4ta Edición. Prentice Hall. México 1992.
Ing. Carlos Alberto Martínez Escobar “Ingeniero de automatización, especialista en sistemas de calidad y mantenimiento industrial ”. Ha realizado estudios en “Universidad de La Salle ”, “Universidad Santo Tomás de Aquino”, “ICONTEC” y “ETITC La Salle”. Sus áreas de interés son “Automatización industrial ”, “mantenimiento industrial”, “Electricidad y electrónica ”, y “sistemas integrados de gestión ”. e-mail:
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