1) RODAMIENTOS: Es el conjunto de esferas que se encuentran unidas por un anillo interior y uno exterior, el rodamiento produce movimiento al objeto que se coloque sobre este y se mueve sobre el cual se apoya. Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos. Teóricamente, estos cojinetes no necesitan lubricación, ya que las bolas o rodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Este deslizamiento genera calor. Para disminuir esta fricción se lubrica el rodamiento creando una película de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura.
2) ESFUERZO CONSTANTE DURANTE EL CONTACTO DE RODADURA: Cuando el elemento rodante de un cojinete antifricción entra en la zona de carga, se originan esfuerzos hertzianos en el aro interno, el propio elemento rodante y aro externo. Debido a que la curvatura de los elementos de contacto es diferente en la dirección axial respecto de la dirección radial, Si un cojinete se mantiene limpio y bien lubricado, se monta y se sella contra la entrada de suciedad o polvo, se conserva en esta condición y es operado a temperaturas razonables, entonces la fatiga del metal será la única causa de falla. En condiciones ideales la falla por fatiga consistirá en una astilladura o descascarado de las superficies que soportan la carga. La norma de la AntiFrictionBearingManufacturersAssociation (AFBMA) indica que el criterio de falla es la primera evidencia de aparición de la fatiga.
3) CAPACIDAD DE CARGA; ESTÁTICA Y DINÁMICA: Las cargas estáticas que tienen componentes radiales y axiales se deben convertir a una carga estática equivalente. Ésta se define como la carga hipotética (radial para los rodamientos radiales y axial para los rodamientos axiales) que, de ser
aplicada, causaría en el rodamiento la misma carga máxima sobre los elementos rodantes que las cargas reales. Se obtiene con la siguiente ecuación general:
Donde: P0 = carga estática equivalente, Kn. Fr = carga radial real del rodamiento. Fa = carga axial real del rodamiento. X0 = factor de carga radial del rodamiento. Y0 = factor de carga axial del rodamiento.
La Capacidad de Carga Estática: Se aplica a los cálculos cuando los rodamientos giran a velocidades menores de 10 r/min, están sujetos a movimientos oscilantes muy lentos o permanecen estacionarios bajo carga durante determinados períodos de tiempo. Las cargas estáticas no son solo las que se aplican cuando el rodamiento está parado o con velocidades de giro muy bajas; deben tenerse en cuenta las cargas de choque pesadas (cargas de duración muy breve). Unas cargas estáticas excesivas pueden comprometer la integridad de un rodamiento provocando deformaciones plásticas en las superficies de contacto.
La capacidad de Carga Dinámica : Se usa para los cálculos de vida de rodamientos sometidos a esfuerzos dinámicos, como los que giran bajo carga. Esta capacidad, definida en la norma ISO 281, expresa la carga del rodamiento que ofrecerá una vida nominal (L10) de un millón de revoluciones. Las cargas dinámicas se deben comprobar utilizando un ciclo de trabajo representativo o espectro de las condiciones de carga del rodamiento, incluyendo las posibles cargas de pico (pesadas) que puedan ocurrir. La
capacidad de carga dinámica C se usa para los cálculos en que intervienen rodamientos sometidos a esfuerzo dinámicos, es decir, al seleccionar un rodamiento que gira sometido a carga, y expresa la carga que puede soportar el rodamiento alcanzando una vida nominal de 1.000.000 de revoluciones.
3.1) ECUACIÓN DE LA DURACIÓN DURACIÓN DINÁMICAMENTE L(10).
L10 = (C/P)p o (C/P) = (L 10)(1/p)
L10 - duración elemental [106rev] C - capacidad de carga dinámica elemental (los valores Cr,Ca se indican en la parte de tablas) [kN] P - carga dinámica equivalente del rodamiento (las fórmulas para el cálculo Pr, Pa aparecen aquí y aquí y en cada serie de construcción de los rodamientos) [kN] p - exponente: p=3 para rodamientos de bolas. p = (10/3) para rodamientos de rodillos cilíndricos, de agujas, cónicos y rodamientos de rodillos a rótula.
Formula de la vida nominal : El método más simple para calcular la duración de un rodamiento consiste en la aplicación de la formula ISO de la vida nominal, es decir:
Donde:
Vida nominal, en millones de revoluciones. C= capacidad de carga dinámica, en N. P= carga dinámica equivalente, en N. P= exponente de la formula de la vida. P= 3 para los rodamientos de bolas. P= 10/3 para rodamientos de rodillos. Para rodamientos que funcionen a velocidades constantes, será más conveniente expresar la duración nominal en horas de servicio usando para ello la ecuación.
Donde L10h= vida nominal, en horas de servicio. N= velocidad de giro, en r/min. La vida L10h en función de la seguridad de carga C/P y la velocidad de rotación n.
4) SELECCIÓN DE RODAMIENTOS UTILIZANDO LAS TABLAS :
Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de su diseño y que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales medias, así como cargas axiales. Tienen un bajo rozamiento y se pueden producirse con una alta precisión y en variantes de trabajo silencioso .Este tipo de rodamiento es preferido por consiguiente, para motores eléctricos de tamaño pequeño y medio .Loa rodamientos de rodillo a rotula pueden soportar cargas muy pesadas y son autoaliniables .Estas
propiedades hacen que sean especialmente adecuados, por ejemplo, para aplicaciones en ingeniería pesada, donde las cargas son extremas y producen deformaciones y desalineaciones. En muchos casos, sin embargo, cuando se selecciona el tipo de rodamiento tienen que considerarse diversos factores y contrastarlos entre si, razón por la cual no es posible dar una reglas generales de selección.
5)MATERIALES Y ACABADOS: La carga en un rodamiento se ejerce sobre un área reducida. Losesfuerzos que se producen por contacto son considerables, sin que importe el tipo de rodamiento, Los esfuerzos
por
contacto
de
300.000
psi
no
son
raros
enlos rodamientos disponibles en el mercado. Para soportar estos altos esfuerzos, las bolas, los anillos y las jaulas se fabrican de acero muy duro y resistente o de cerámica que presente las mismas características. El material que más se utiliza para fabricar rodamientos es el acero AISI52100 que tiene alto contenido de carbono, entre 0,95% y 1.10%, junto con cromo, de 1.30% a 1.60%, 0.25% a 0.45% de manganeso, 0.20% a 0.35% de silicio y otros elementos de aleación en cantidades mínimas pero controladas. Las impurezas se reducen al mínimo con todo cuidado para obtener un acero en extremo limpio. El material se endurece en la superficie en un rango de 58 a65 en la escala Rockwell C para darle la capacidad de resistir un alto esfuerzo debido al contacto. El acero de herramientas se utiliza algunas veces para rodamientos, en particular M1 y M50, ya que puede permitir que aumente su temperatura hasta alrededor de 540 ºC sin que pierda demasiada dureza. Los metales no férricos se utilizan para rodamientos por alguna determinada razón; también se fabrican rodamientos de bolas en plástico
fenolíticos
(y
de
otros
plásticos,
como
nylon,teflón). El vidrio tiene alguna aplicación para bolas; y en condiciones detemperat ura excepcionalmente excepcionalment e elevada el material Pyroceran es muyprometedor. Si las piezas son de diferentes materiales, los coeficientes de dilatación térmica adquieren importancia con respecto a los juegos u holguras. El endurecimiento en la superficie
mediante carburización carburizació n se emplea con aceros ac eros como AISI 3310, 4620 y 8620 para obtener la alta dureza superficial que se necesita en tanto se mantiene el núcleo duro y resistente. En algunos rodamientos que se someten a cargas más ligeras o en un entorno corrosivo se utilizan piezas de acero inoxidable AISI 440C. Las piezas giratorias y otros componentes pueden fabricarse de materiales cerámicos como nitruro de silicio (Si3N4). En tanto, que su costo es mayor que el del acero, las cerámicas ofrecen ventajas importantes, tales como, escaso peso, alta resistencia y alta capacidad térmica hacen que se prefieran para usarlos en motores aeroespaciales, la industria militar y otras aplicaciones demandantes. Es importante destacar que los diámetros de los elementos giratorios en un determinado rodamiento sean muy aproximadamente los mismos, es decir, con una tolerancia
de
1,27
a
2,54
micras
(50
a
100
micropulgadas),
e
inclusomenor para aplicaciones de gran exactitud; como en instrumentos ycircunstancia s de alta velocidad. Cuando existe una diferencia de dimensiones, la carga no está bien distribuida entre los elementos y los mayores soportan esfuerzos excesivos. El acabado de la superficie es el más uniforme o liso posible para procesos comerciales.
6) DIMENSIONES DE LOS RODAMIENTOS:
Las dimensiones de los rodamientos mas importantes para su representación y el montaje son las exteriores, es decir, el diámetro nominal del aro exterior (D), el diámetro nominal del aro interior (d), los radios de curvatura de los aros exteriores e interior ( r ) y la anchura nominal (B).
7) TIPOS DE COJINETES DE RODAMIENTO:
Los cojinetes pueden ser de dos tipos:
Cojinete de rodadura: Un Rodamiento o cojinete de rodadura es un tipo de cojinete, que es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un árbol y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento. Dependiendo de su función y de las cargas aplicadas, los elementos de rodadura pueden ser; bolas, rodillos cilíndricos, rodillos cónicos, o rodillos cilindricoesfericos, (llamados también "barriletes"por su forma parecida a un barril). barril).
Distintos tipos de Cojinetes de Rodamiento.
Cojinete de deslizamiento: El cojinete de deslizamiento es junto al rodamiento un tipo de cojinete usado en ingeniería.En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizándose un deslizamiento por fricción, con el fin de que esta sea la menor posible. La reducción del rozamiento se realiza según la selección de materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película deslizante que separe los dos materiales o evite el contacto directo. Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita la vida útil. La generación de la película lubricante que separa por una lubricación completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presión y que se usa sólo en máquinas de gran tamaño para grandes cojinetes de deslizamiento.La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de laenergía la energía cinética en calor, que desemboca en las partes que sostienen los casquillos del cojinete.
Cojinete de deslizamiento.
8) CARGA EN LOS COJINETES:
Se han desarrollado formulas estándar para predecir la vida nominal estática de un rodamiento en cualquier conjunto especificado de condiciones. Para ello es necesario conocer algunos conceptos básicos para su cálculo. Carga nominal básica C.
Es la carga que un rodamiento de bolas puede resistir por un
millón de revoluciones del anillo interior. Este valor depende del tipo, geometría, exactitud de la fabricación y del material del mismo. También se la denomina "capacidad dinámica específica", "capacidad dinámica básica" o "carga nominal dinámica". Carga radial equivalente P.
Carga radial estacionaria y constante que, si se aplica a un
rodamiento con anillo interior que gira y con anillo exterior estacionario, daría la misma vida que aquella que el rodamiento alcanzaría en las condiciones reales de carga y rotación.
Carga nominal estática Co.
Carga radial estática que corresponde a una deformación
permanente total del elemento rodante y del canal, en contacto con los esfuerzos más intensos, de 0.0001 del diámetro del elemento rodante. Carga estática equivalente Po.
Carga estática radial que, si se aplica, causaría la misma
deformación permanente total, en contacto con los esfuerzos más internos entre bolas y anillos que aquella que ocurriría en la condición real de carga. Los experimentos muestran que dos grupos de cojinetes idénticos probados bajo cargas diferentes F1, y F2 tendrán las duraciones respectivas L1 y L2 de acuerdo con la relación: Donde: L = vida, millones de revoluciones o vida, horas de trabajo a una velocidad constante dada n (rev/min) a = 3 para cojinetes de bolas 10/3 para cojinetes de rodillos La AFBMA ha establecido una designación de carga estándar para cojinetes en los cuales no interviene la velocidad. Esta designación se llama capacidad básica de carga C. La capacidad básica de carga se define como la carga radial constante que puede soportar un grupo de rodamientos, aparentemente idénticos, hasta una duración nominal de un millón de revoluciones del aro interior (carga estacionaria y aro exterior fijo). La duración nominal de un millón de revoluciones es un valor base elegido por facilidad de cálculo. La carga nominal correspondiente es tan alta que se ocasionaría la deformación plástica de las superficies de contacto donde realmente fuera aplicada. En consecuencia, la capacidad básica de carga es simplemente un valor de referencia; y probablemente nunca será aplicada dicha carga de gran tamaño. En vez de tabular la carga básica nominal para diversos tamaños de rodamientos, la mayoría de los fabricantes prefiere publicar designaciones de sus rodamientos correspondientes a cierto número de horas de vida útil a una velocidad especificada. Ahora, sean: FR = capacidad radial nominal de catálogo, lb (kN) LR = duración nominal de catálogo, h
nR = velocidad nominal de catálogo, rev/min FD = carga de diseño radial requerida, lb (kN) LD = duración de diseño requerida, h nD = velocidad de diseño requerida, rev/min
9) LUBRICACION:
Las superficies de contacto de los cojinetes de rodamiento tienen un movimiento relativo que es de rodadura y de deslizamiento, y por ello es difícil comprender exactamente lo que sucede. Si la velocidad relativa de las superficies deslizantes es lo suficientemente elevada, entonces la acción del lubricante es hidrodinámica. La lubricación elastohidrodinámica (EHD) es el fenómeno que ocurre cuando se introduce un lubricante entre superficies que están en contacto rodante puro. Son ejemplos típicos el contacto entre dientes de engranes y el que ocurre en los cojinetes de rodamiento y en las superficies de los mecanismos de leva y seguidor. Cuando un lubricante queda atrapado entre dos superficies en contacto rodante, se origina un incremento muy grande en la presión interna de la película de lubricante. Pero como la viscosidad está relacionada en forma exponencial con la presión, también se produce un incremento muy grande en la viscosidad del lubricante confinado entre las superficies. Leibensperger señala que el cambio de viscosidad dentro y fuera de la presión de contacto, equivale a la diferencia que existe entre la viscosidad del asfalto frío y el aceite delgado para máquina de coser. Los objetivos de un lubricante para cojinetes de rodamiento o antifricción pueden resumiese como sigue:
Formar una película de lubricante entre las superficies deslizante y rodante.
Ayudar a distribuir y disipar el calor.
Impedir la corrosión de las superficies del cojinete.
Proteger las piezas contra la entrada de materias extrañas.
Los lubricantes utilizados son:
Grasa.
Aceite base o mineral.
Espesantes o sustancias inorgánicas.
Aditivos (para presiones altas y condiciones corrosivas)
10) MONTAJE Y ALOJAMIENTO:
Es necesario usar el método correcto en el montaje y observar las reglas de limpieza para que el rodamiento funcione satisfactoriamente y alcance la vida calculada. El montaje debe ser realizado preferiblemente en local seco y limpio. Máquinas que produzcan partículas metálicas, limaduras de fierro no deberán estar cercas. Es importante antes de iniciar el montaje seleccionar las herramientas correctas para la tarea. Inspeccionar cuidadosamente los componentes que posesionarán los rodamientos. Luego remover las partes sobresalientes del material y limpiar el eje y los costados. Verificar la precisión de forma y dimensiones de los asientos del eje y de la caja, pues los mismos pueden haber sido dañados durante el desmontaje. Verificar los selladores y cambiar los que están gastados o dañados. En caso de que el rodamiento necesite ser substituido, no sacar el rodamiento nuevo de su embalaje original antes del momento de su montaje. No retirar el protector antioxidante del rodamiento, excepto sobre las superficies del diámetro externo y del hueco del rodamiento. Es necesario limpiar esas superficies con queroseno o aguarrás y secar con un paño limpio.
10.1) PRECARGA:
El objeto de la precarga es eliminar la holgura interna que se tiene comúnmente en los rodamientos, a fin de aumentar la duración a la fatiga, y disminuir la pendiente o inclinación del eje en el rodamiento. La precarga de cojinetes de rodillos cilíndricos puede obtenerse por:
Montaje del cojinete en un eje o manguito cónico para expandir el aro interior.
Utilización de un ajuste de interferencia para el aro exterior.
Uso de un cojinete con el aro exterior pre-contraído sobre los rodillos.
Los cojinetes de bolas generalmente están precargados por la carga axial introducida durante el montaje.Siempre es buena práctica seguir las recomendaciones de los fabricantes al determinar la precarga, puesto que un valor demasiado alto conducirá a una falla prematura.
10.2) ALINEAMIENTO:
Con base en la experiencia general con los cojinetes de rodamiento, como se expresa en los catálogos de los fabricantes, el desalineamiento permisible en los cojinetes de rodillos cónicos y de rodillos cilíndricos se limita a 0.001 rad. Con cojinetes de bolas esféricos, el desalineamiento no debe exceder de 0.0087 rad. Pero en el caso de cojinetes de bolas con ranura profunda, el intervalo permisible de desalineamiento es de 0.0035 a 0.0047 rad. La duración de un cojinete disminuye significativamente cuando se exceden los límites del desalineamiento permisible. La protección adicional contra el desalineamiento se obtiene mediante las medidas de hombros recomendadas por el fabricante. Asimismo, si existe cualquier grado de desalineamiento,
es
buena
práctica
proporcionar
un
factor
de
seguridad
aproximadamente igual a 2 para tener en cuenta posibles incrementos durante el montaje.
10.3) ALOJAMIENTOS: Para evitar la entrada de polvo y materias extrañas y retener el lubricante, el montaje de un cojinete debe incluir un sello. Los tres tipos principales de sellado son con sello de fieltro, con sello comercial y con sello de laberinto.Los sellos de fieltro pueden usarse en la lubricación por grasa cuando las velocidades son bajas. Las
superficies en roce o frotamiento deben tener un alto pulimento. Los sellos de fieltro deben protegerse contra el polvo y la suciedad colocándolos en ranuras maquinadas o utilizando piezas estampadas de metal como broqueles o cubiertas. El sello comercial es un dispositivo que consta del elemento de frotamiento y, generalmente, un respaldo de resorte que está retenido por una cubierta de lámina metálica. Estos sellos, por lo general, se colocan por ajuste a presión dentro de un hueco ensanchado en la cubierta del cojinete. Puesto que desarrollan la acción de sellado por roce, no deben ser utilizados en aplicaciones de alta velocidad. El sello de laberinto es especialmente eficaz para aplicaciones de alta velocidad y puede emplearse con aceite o grasa. Algunas veces se usa con aditamentos. Por lo menos deben emplearse tres ranuras y éstas deben hacerse en el hueco del cojinete o en su parte exterior. La holgura puede fluctuarse entre 0.010 y 0.040 pulgadas, según la velocidad y la temperatura.
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL MATURÍN- ESTADO MONAGAS
RODAMIENTOS (Elementos de Maquina)
FACILITADOR: Ing. José Farías
AUTORES: Centeno Elizabeth C.I20.710.316 Centeno Beatriz C.I 20.710.312 Blanco Editsabel C.I
Maturin 26 de marzo de 2012
ÍNDICE Pag. INTRODUCCION……………………………………………………. 1
CONTENIDO: 1- Tipos de rodamientos………………………………………………. 2 2- Esfuerzo cortante durante el contacto de rodadura………………… 2 3- Capacidad de carga, estática y dinámica…………………………… 2 3.1- Ecuación de esfuerzo estático…………………………….. 4 3.2- Ecuación de la duración dinámicamente (L10)…………… 4 4- Selección de rodamientos utilizando las tablas…………………….. 5 5- Materiales y Acabados……………………………………………… 6 6- Dimensiones de los rodamientos……………………………………. 7 7- Tipos de cojinetes de rodamientos………………………………….. 8 8- Carga en los cojinetes……………………………………………….. 10 9- Lubricación………………………………………………………….. 12 10- Montaje y Alojamiento…………………………………………….. 13 11.1- Precarga…………………………………………………. 13 11-2- Alineamientos………………………………………….. 14 11.3- Alojamientos…………………………………………... 14 CONCLUSION……………………………………………………….. 16 BIBLIOGRAFIA………………………………………………………17
INTRODUCCION
A diferencia de otros cálculos de elementos de máquinas, los cojinetes de rodamiento se seleccionan considerando la vida útil que se desea que tengan. Esto significa que la vida infinita no es posible de alcanzar y debemos pensar que los rodamientos son elementos de desgaste que deben ser reemplazados periódicamente para evitar daños al mecanismo en el cual están montados. Este reemplazo se realiza bajo el concepto de mantención preventiva, en donde el rodamiento es reemplazado justo antes de que falle. La falla debe entenderse como un grado de desgaste tal que provoca vibraciones en el eje, apreciables auditivamente por un zumbido característico. Son muchos los factores que afectan la vida útil, los más importantes son la magnitud de las cargas, la dirección de las cargas, la velocidad de giro, las deformaciones del eje, la desalineación, la calidad de la lubricación, la temperatura de operación y la limpieza.
CONCLUSION
Con la realización del trabajo, concluimos diferentes aspectos: •El
rodamiento
industrial
es
un
elemento
mecánico
diseñado
para
aliviar considerablemente la fricción en los puntos de movimientos rotacionales. •Existe una gran variedad de rodamientos que se clasifican dependiendodel tipo
de aplicación que se le va a dar. •Existe
una
nomenclatura,
con
los
tipos
de
rodamientos
y
sus
debidasespecificaciones. •Algunas fallas producidas se deben a la mala utilización o pocomantenimiento
de los rodamientos. •Es importante realizar mantenimiento preventivo en los rodamientos, yaque,
una falla puede conllevar a un gasto económico fuerte. Por eso, sedeben tomar en cuenta los factores que influyen en el rodamiento comola lubricación, alineamiento, montaje, entre otras.
BLIBLIOGRAFIA Rodamientos:
(2006)
[Documento
en
línea]
Disponible:
http / http://es.scribd.com/doc/31005987/ELEMENTOS-DE-MAQUINAS-RODAMIENTOShttp://es.scribd.com/doc/31005987/ELEMENTOS-DE-MAQUINAS-RODAMIENTOSINDUSTRIALES
Tipos: (2010): [Documento en línea] Disponible: http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento
