RODAMIENTOS Y MANTENIMIENTO SOBRE RODAMIENTOS
CARLOS ALBERTO MALDOMADO FONTALVO MIGUEL EDGARDO PAREDES AMARIS ONEL ARTURO ACHURY
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTADE DE INGENIERIAS INGENERIA MECANICA 2014
RODAMIENTOS Y MANTENIMIENTO SOBRE RODAMIENTOS
CARLOS ALBERTO MALDOMADO FONTALVO MIGUEL EDGARDO PAREDES AMARIS ONEL ARTURO ACHURY
JAIDER VERGEL PABON Ing. MECANICO DOCENTE
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTADE DE INGENIERIAS INGENERIA MECANICA 2014
INTRODUCCION En busca de mejorar el rendimiento mecánico de las maquinas empleamos diferentes instrumentos que ayudan a mejorar la movilidad internan de esta. Uno de estos son los rodamientos, los cuales alargan la vida útil de las piezas rotacionales, dando una mayor durabilidad y control de la temperatura en los puntos de fricción. El propósito de un cojinete es soportar una carga y al mismo tiempo permitir el movimiento relativo engrane dos elementos de una máquina. el termino cojinete con contacto de rodadura se refiere a una gran variedad de cojinetes llamados rodamientos, los cuales usan bolas esféricas o algún tipo de rodillos entre los elementos estacionarios y móvil. El tipo más común de cojinetes soporta un eje rotatorio y resiste carga puramente radiales, o una combinación de cargas radiales y axiales(empuje).algunos cojinetes están diseñados para soportar solamente cargas de empuje, la mayoría de los cojinetes se usan en aplicaciones que involucran rotación, pero hay algunos que se usan en aplicaciones de movimiento lineal, los componentes de un cojinete con contacto de rodadura típicos son la pista interior(anillo interior),pista exterior(anillo exterior),elementos rodantes(bolas) y el separador. Existen varios tipos de rodamientos y día tras día las necesidades del mercado buscan avanzar en la calidad de los rodamientos; es así como hoy en día las industrias sacan al mercado gran variedad de alternativas en cuanto a rodamientos se refiere. En este trabajo se dan a conocer los tipos especificaciones y fallas presentadas en los mismos.
de
rodamientos,
sus
RODAMIENTOS Podemos definir rodamientos como 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 también se denominan cojinetes no hidrodinámicos. Teóricamente, estos cojinetes no necesitan lubricación, ya que las bolas o rodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Sin embargo, la velocidad de giro del eje no es nunca exactamente constante, las pequeñas aceleraciones producidas por las fluctuaciones de velocidad producen un deslizamiento relativo entre bola y pista. Este deslizamiento reduce calor. Para disminuir esta fricción se lubrica el rodamiento creando una película de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura. Las bolas, en su trayectoria circular, están sometidas alternativamente a cargas y descargas, lo que produce deformaciones alternantes, que a su vez provocan calor de histéresis que habrá de eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricara simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación d calor.
COJINESTES DE CONTACTO RODANTE Los términos de cojinetes de contacto rodante, cojinetes de antifricción y cojinetes de rodamientos se emplean para describir la clase de cojinete en la cual se transfiere la carga principal mediante elementos que experimentan contacto rodante en vez de contacto deslizante. En un cojinete de rodamiento, la fricción inicial aproximadamente duplica la fricción de operación. La carga, la velocidad y viscosidad de operación del lubricante afectan las características de fricción de un cojinete de rodamiento. Los especialistas en cojinetes deben considerar factores como la carga de fatiga, la fricción, el calor, la resistencia a la corrosión, problemas cinemáticos, propiedades de los materiales, lubricación, tolerancia de maquinado, ensamble, uso y costo. El estudio de cojinetes de antifricción difiere en varios aspectos cuando se compara con el estudio de otros elementos, por qué los cojinetes especificados ya existen. El especialista se enfrenta con el problema de idear un grui de elementos que componen un cojinete de rodamientos; dichos elementos s deben diseñar para adaptarlos a un espacio cuyas dimensiones se establecen ; ahí que diseñarlos para recibir una carga con ciertas características; y , finalmente, los elementos se conciben para tener una vida satisfactoria cuando operen bajo las condiciones determinadas.
Los cojinetes de bolas resiste un empuje; además una unidad de empuje causa un daño diferente por devolución al de una carga radial y de empuje existentes; con estos elementos se tienen las herramientas para tener en cuenta la selección de cojinetes de bolas y de rodillos cilíndricos. Los cojinetes de rodillos cónicos presentan algunas complicaciones, pero nuestra experiencia hasta ahora contribuye a su compresión. Si se cuentas con las herramientas para encontrar las clasificaciones de catálogo adecuada se toman decisiones (selecciones), se lleva a cabo una evaluación de diseño y se cuantifica la confiabilidad del cojinete. La lubricación y el montaje concluyen nuestra introducción. Es necesario consultar los manuales de los proveedores para conocer los detalles específicos relativos a los cojinetes que fabrican.
Clasificación de rodamientos Desde el punto de vista cinemático, pueden clasificarse en tres categorías:
Rodamientos para cargas radiales: pueden soportar preferentemente cargas dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación.
Rodamientos para cargas axiales: pueden soportar cargas que actúen únicamente en la dirección del eje de rotación. A su vez puede ser: rodamientos de simple efecto, que pueden recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de doble efecto que pueden recibir cargas axiales en ambos sentidos.
Rodamientos para cargas mixtas: pueden soportar esfuerzos radiales, axiales o ambos combinados. Podríamos decir que dentro de estas tres categorías se ramifican una gran variedad de rodamientos, podríamos decir que los siguientes son los más utilizados en la maquinaria.
Tipos de rodamientos 1.
Rodamientos rígidos de bola.
10. rodamientos de rodillos esféricos.
2.
Rodamientos de bolas a rotula.
11. rodamientos axiales de bolas.
3.
Rodamientos de bolas con contacto angular.
12. rodamientos axiales de rodillos cilindricos.
4.
Roldanas.
13. rodamientos axiales de agujas.
5.
rodamientos de sección estrecha.
14. rodamientos axiales de rodillos a rotula.
6.
rodamientos de agujas.
15. rotulas axiales.
7.
rodamientos de rodillos cilíndricos.
16. rotulas radiales.
8.
rodamientos de rodillos a rotula.
17. cabezas de articulación.
9.
rodamientos de rodillos cónicos.
18. coronas de orientación.
Los cojinetes se fabrican para soportar cargas radiales puras, cargas de empuje puras o una combinación de ellas.
La nomenclatura
La mayoría de los fabricantes de cojinetes proporcionan manuales de ingeniería y folletos que contienen detalladas descripciones de los diversos tipos disponibles.
Ventajas de los rodamientos de bola con respecto a chumaceras planas 1. el par de fricción inicial es bajo no mucho menor que el par de fricción durante el funcionamiento.
2. Fácil lubricación ya sea con grasa pre empacada o con sistemas de aceites relativamente simple. 3. Menor espacio axial para diámetros de flechas comparables. 4. Pueden soportar tanto carga radial como axial, excepción hecha con rodillos rectos( las chumaceras planas solo soportan cargas radial, a menos que se instale en una chumacera de empuje axial). 5. A víso anticipado para impedir falla detectada por el incremento del ruido a la misma velocidad de rotación.(las chumaceras planas no dan tal aviso y pueden fallar súbitamente). 6. Fácilmente reemplazables, pudiendo tenerse en existencia (excepto para algunas aplicaciones especiales). 7. Por la estandarización y el uso de tolerancias apretadas se les usan de preferencias en levas y en engranes. 8. Pueden ser precargados, causando el que l flecha se vuelva rígida, esto es muy importante en aplicaciones con máquinas herramientas. 9. Pueden usarcé colocando la flecha en cualquier posición en el espacio. 10. Muchas versatilidad con respecto al montaje porque pueden suministrase en soportes especiales( por ejemplo, en cajas-bloques, embridas, etc.).
Desventajas de los rodamientos d bolas con respecto a chumaceras planas 1. Necesitan mayor espacio diametral para diámetros de flechas 2. 3. 4.
5. 6.
comparables. El costo inicial por lo general es más alto. Son más ruidosos en operación normal. La vida del rodamiento de bola puede reducirse por la presencia de suciedad, astillas metálicas, etc., que pueden introducirse al rodamiento de bola causando una falla anticipada (en las chumaceras planas no se tiene este problema ya que la materia extraña puede ser arrastrada por el lubricante o puede incrustarse en el metal suave de la chumacera). Vida finita debido a falla eventual por fatiga. (las chumaceras planas con mantenimiento adecuado puede usarcé “por tiempo indefinido” ). Menor capacidad para resistir choques.
Clasificación de los diferentes tipos de rodamientos 1. Rodamientos rígidos de bolas: estos rodamientos son de uso general ya que pueden absorber cargas radiales y axiales en ambos sentidos, así como las fuerzas resultantes de estas cargas combinadas; a su vez , pueden operar a elevadas velocidades. Estos rodamientos no son desmontables ni auto alienable, porque lo que requieren una perfecta alineación del asiento del soporte. Existen varios tipos de estos rodamientos: rodamientos rígidos de bolas desmontables, rodamientos rígidos con bolas de ranuras circunfería en el anillo exterior para poder fijarlos axialmente mediante arandelas de retención, rodamientos rígidos de bolas con agujeros cónicos, rodamiento rígido de dos hileras de bolas. etc. Se fabrican rodamientos pre lubricados con tapas de obturación que impiden la entrada de elementos extraños y previenen la salida de la grasa.
2. rodamientos de bolas a rotula: este tipo de rodamientos dispone de dos hileras de bolas. La pista de rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común para las dos hileras de bolas, y su centro es coincidente con el de los rodamientos; por su parte el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada una hilera de bolas. La capacidad de carga axial es limitada, en consecuencia no son apropiados para aplicaciones con caras axiales elevadas.
3. rodamientos de bolas contacto angular: en este tipo de rodamientos, la línea que une los puntos de contacto de las bolas de acero con los anillos interior y exterior, forman un Angulo con línea que define la dirección radial, llamado Angulo de contacto. Este ángulo es de 30, a aunque existen rodamientos que tienen un Angulo de contacto de 40 y otros de 15 (estos últimos ara elevadas velocidades). En adición a las cargas radiales, pueden soportar grandes cargas axiales en un sentido; en consecuencia, se suelen disponer dos a dos en posición simétrica para soportar cargas axiales en los dos sentidos.
4. roldanas: unidades de rodamientos listas para montar con aro exterior reforzados para cargas pesadas, incluyendo las cargas de impacto. Los rodamientos con diámetro exterior bombeado pueden aceptar desalineación
5. rodamientos de sección estrecha: son compactos, rígidos y ahorran espacio. Pueden soportar cargas combinadas. Una variedad de diseños ISO y de sección fija ofrece gran flexibilidad para diseñar disposiciones de bajo peso y bajo rozamiento. También en versiones obturadas para un mantenimiento sencillo.
6. rodamientos de agujas: estos rodamientos se llaman así por tener como elementos rodantes unos cilindros muy largos con respecto a su diámetro denominados agujas. en general tiene las mismas aplicaciones que los rodamientos radiales de rodillos cilíndricos normales, es decir , grandes cargas radiales; siendo adecuados para montajes con reducido espacio y gran precisión en el centro.
7. rodamientos de rodillos cilíndricos: estos rodamientos son desmontables, lo cual facilita el montaje y desmontaje en su alojamiento. Dado que los rodillos hacen contacto lineal con las pistas de rodadura, pueden soportar cargas radiales, siendo baja su capacidad de carga axial. Los rodillos pueden ser guiados por los rebordes del anillo exterior o del anillo interior.
8. rodamientos de rodillos a rotula: están constituido por dos hileras de rodillos en forma de tonel. Al igual que los rodamientos de bolas a rotulas, la pista de rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común para las dos hileras de rodillos; por su parte, el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada hilera de rodillo, separadas por un borde central para guiar los rodillos.
9. rodamientos de rodillos cónicos: en este tipo de rodamientos los rodillos y las pistas de rodadura tienen forma cónica. La configuración de su diseño hacen que los vértices de los conos de rodillos y pistas de rodadura se encuentran en un punto común sobre el eje de rodamientos.
10. rodamientos de rodillos esféricos: estos rodamientos son excelentes para cargas radiales fuertes y empuje moderado. Su característica de auto alineamiento interno es útil en muchas aplicaciones, pero no se debe abusar de ello. Los elementos esféricos tienen la ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga aumenta.
11. rodamientos axiales bolas: en este tipo de rodamientos, las bolas están alojadas en una jaula porta bolas dispuesta entre arandela ajustada en el alojamiento del soporte y una ajustada al árbol. Es desmontable, siendo su montaje muy simpe, ya que los componentes se pueden montar por separado.
12. rodamientos axiales de rodillos cilíndricos: están constituidos por dos aros, uno ajustado en el eje y otro en el alojamiento del soporte, y unos rodillos cilíndricos alojados en una jaula porta rodillos. Se puede conseguir un diseño compacto, utilizando únicamente los rodillos y jaula porta rodillos, empleando el eje y el alojamiento del soporte como pistas de rodadura.
13. Rodamientos axiales de agujas: estos rodamientos pueden soportar cargas axiales, son insensibles a las cargas puntuales y permiten disposiciones de rodamientos rígidas, que requieren un espacio axial mínimo. Son rodamientos de simple efecto y solo pueden soportar cargas axiales que actúen en una dirección permiten disposiciones de rodamientos particularmente compactas, sin ocupar mas espacio que una arandela de eje convencional, si las caras laterales de los componentes adyacentes pueden servir como camino de rodadura para una corona axial de agujas.
14. Rodamientos axiales de rodillos a rotula: robustos rodamientos auto alienable, insensible a la desalineación angular. Pueden soportar fuertes cargas axiales. También pueden soportar cargas radiales de hasta un 55% de la carga axial actuando simultáneamente.
15. Rodamientos axiales: los rótulos axiales se parecen a las rotulas con contacto angular en que tienen superficies de contacto en las arandelas del eje y del alojamiento que forman un Angulo con el eje de rotula. Han sido diseñadas sobre todo para cargas axiales a aunque pueden absorber ciertas cargas combinadas. No obstante, la carga radia no debe exceder el 50% de la carga axial simultánea.
MANTENIMIENTO GENERAL DE RODAMIENTOS Para que un rodamiento funcione de un modo fiable, es indispensable que este adecuadamente lubricado al objeto de evitar el contacto metálico directo entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas, evitando también el desgaste y protegiendo las superficies del rodamiento contra la corrosión por tanto, la elección del lubricante y el método de lubricación adecuados, así como un correcto mantenimiento, son cuestiones de gran importancia.
Inspección y limpieza de rodamientos: Como todas las piezas importantes de una máquina, los rodamientos de bolas y de rodillos deben limpiarse y examinarse frecuentemente. Los intervalos entre tales exámenes dependen por completo de las condiciones de funcionamiento. Si se puede vigilar el estado del rodamiento durante el servicio, por ejemplo escuchando el rumor del mismo en funcionamiento y midiendo la temperatura o examinado el lubricante, normalmente es suficiente con limpiarlo e inspeccionarlo a fondo una vez al año (aros, jaula, elementos rodantes) junto con las demás piezas anexas al rodamiento. Si la carga es elevada, deberá aumentarse la frecuencia de las inspecciones; por ejemplo, los rodamientos de los trenes de laminación se deben examinar cuando se cambien los cilindros. Después de haber limpiado los componentes del rodamiento con un disolvente adecuado (petróleo refinado, parafina, etc.) deberán aceitarse o engrasarse inmediatamente para evitar su oxidación.
Esto es de particular importancia para los rodamientos de máquinas con largos periodos de inactividad.
Escuchar: Es una forma común de identificar alguna irregularidad en el funcionamiento de una maquina esto puede ser por ayuda de un estetoscopio o Simplemente con nuestro oído.
Tocar: Cuando se
presenta
temperatura en el
rodamiento esto indica
una
alta
generalmente que está trabajando de forma anormal.
Mirar: Observando el rodamiento que esté libre de impurezas y suciedad hace parte de un buen mantenimiento.
Lubricar: Se debe mantener bien lubricado el rodamiento ya que es una pieza de constante fricción ya sea con grasa o aceite
Vibraciones mecánicas En el avance de la tecnología el análisis de
las vibraciones mecánicas se ha
convertido en parte fundamental del mantenimiento ya que por medio de estas muchos elementos móviles pueden presentar fallas debido a las pequeñas vibraciones o movimientos mecánicos, estos se pueden detectar por medio de un transductor que convierte estos movimientos a señales eléctricas y así detectar las posibles fallas.
Casquillos de Fricción Libres de mantenimiento: Principalmente para funcionamiento en seco.
Casquillos de fricción de escaso mantenimiento: Engrase necesario. Almacenamiento de los rodamientos: Antes de embalar, los rodamientos normalmente son tratados con un agente antioxidante y en estas condiciones, pueden conservarse en su embalaje original durante años, siempre que la humedad relativa del almacén no pase del 60%.
En los rodamientos provistos de placas de protección u obturación que estén almacenados largos periodos de tiempo puede ocurrir que tengan un par de arranque inicial más elevado que el especificado. También puede darse el caso que las propiedades de lubricación de la grasa se hayan deteriorado después de estar los rodamientos almacenados largos periodos de tiempo.
Montaje Y Desmontaje: El montaje de rodamientos de bolas y de rodillos, es esencial que sea efectuado por personal competente y en condiciones de rigurosa limpieza, para conseguir así un buen funcionamiento y evitar un fallo prematuro, cómo todos los componentes de precisión, la manipulación de los rodamientos durante su montaje debe realizarse con sumo cuidado. La elección el método de montaje adecuado y de las herramientas apropiadas es de gran importancia.
LUBRICACION El principal papel del lubricante es realizar una película que separe los componentes móviles del rodamiento, esto para reducir el desgaste, la fricción, proteger contra la contaminación de sólidos y líquidos, además de la corrosión. Un buen lubricante debe cumplir con las principales propiedades o con las básicas como son la viscosidad, la consistencia, y la capacidad de formación de película.
Los rodamientos normalmente se lubrican con grasa o aceite dependiendo del requerimiento que indique el rodamiento.
Lubricación con grasa En casos en que el rodamiento está funcionando en condiciones normales de velocidad y temperatura se elige la grasa ya que bajo estas condiciones llevan algunas ventajas con respecto
al aceite, presenta mejor adhesión protección contra la
humedad y los agentes contaminantes del ambiente de trabajo. Se usa grasa cuando. 1. La temperatura no sobrepase los 200°F. 2. La velocidad sea baja. 3. Se quiera lograr un funcionamiento durante periodos prolongado sin proporcionar atención.
Aproximadamente el 90% de todos los rodamientos se lubrican con grasa.
Lubricación con aceite El aceite es el lubricante indicado cuando las velocidades condiciones de funcionamiento no permitan el uso de grasa o cuando es necesario evacuar el calor dentro del rodamiento, muchas veces se emplea el aceite debido a los requisitos de otros componentes tales como engranes, cojinetes lisos, etc. Se usa aceite cuando. 1. La velocidad sea alta. 2. Se emplean sellos de aceites. 3. El cojinete se lubrique mediante un sistema automático que también sirva para lubricar otras partes de la máquina.
La selección de cualquier lubricante se basa o depende de la gama de velocidad de rotación y temperatura y las condiciones de trabajo. Rodamientos lubricados con Rodamientos lubricados con grasa. 90%
Aceite. 10%
MONTAJE Y DESMONTAJE MONTAJE DE RODAMIENTOS La principal regla para el montaje de un rodamiento es mantenerlo limpio durante este proceso, existen diversos métodos para el montaje de los mismos cada montaje y marca de rodamiento proporciona distintos retos o problemas de montaje como también hay sin fin de manuales que explican el montaje.
Los pasos básicos del montaje, sin embargo son fáciles de seguir.
1. Ajustes y Tolerancias Es indispensable revisar los planos y revisar las tolerancias el juego interno para saber qué tamaño y tipo de rodamiento podrá ir instalado.
2. Manipulación. Deben estar protegidos, libres de suciedad, de grasa, y de otros agentes contaminante que puedan dañar su vida útil.
3. Herramientas adecuadas Existen diversas herramientas para el montaje de los rodamientos a continuación hay una tabla donde se muestran una serie de estas.
Montaje de rodamientos en frío Los rodamientos de tamaño pequeño y mediano generalmente se montan en frío. Tradicionalmente, el rodamiento se monta con un martillo y un trozo de tubo o una prensa hidráulica. Esta práctica mal realizada puede provocar la transmisión de fuerzas a través de los elementos rodantes, dañando los caminos de rodadura.
Montaje de rodamientos en caliente Esta práctica se realiza para rodamientos de tamaños grandes, ya que no pueden introducirse fácilmente a un eje o a un asiento ya que las fuerzas son demasiado grandes, para esto se calienta el casquillo interno o externo del rodamiento, los casquillos pueden calentarse a una temperatura de hasta 80°C y 90°C mayor que la de donde se vaya a ubicar.
DESMONTAJE DE RODAMIENTOS
Particularmente se debe evitar al máximo el desmontaje que este en buen estado y cuando se deba hacer este debe hacerse con mucho cuidado ya que las fuerzas pueden dañar a los mismos. En general se debe tener en cuenta que los métodos para desmontar los rodamientos son los mismos que para el montaje.
CONCLUSIONES La utilización de los rodamientos en máquinas alivia la fricción en los puntos de movimientos rotacionales. Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos además de tener en cuenta que las fallas más frecuentes en los rodamientos son por la falta de mantenimiento, también se obtuvieron conocimientos sobre el montaje y desmontaje de estos y que la lubricación es parte fundamental para mantener un rodamiento en óptimas condiciones de trabajo además de protegerlos de factores medioambientales de trabajo que hacen reducir su vida.
BIBLIOGRAFIA Catálogo general skf. Diseño en ingeniería mecánica de shigley. Calculo de elementos de máquinas fiares Calculo de elementos de máquinas rober mott
