Unidad 4.- Rodamientos- Diseño de elementos de maquinas

Unidad 4.- Rodamientos

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Índice

Introducción

En esta unidad que se generaliza bajo el nombre de la materia de “Diseño de Elementos de Maquinas” se muestra la unidad número cuatro; Rodamientos. Se demostrara a la comunidad estudiantil de esta ingeniería ciertos subtemas que abarca esta unidad, tales como Tipos de rodamientos y aplicaciones, en este subtema lo importante será saber y diferenciar ciertos rodamientos, así también como su simbología y partes de cada uno. Como otro subtema se encontrara la de Selección de rodamientos, está por igual el objetivo será de

conocer como

diseñar o elaborar un rodamiento, y como tercer subtema es el Análisis de montaje y tipos de lubricantes de cada uno de los Rodamientos. En busca de mejorar el rendimiento mecánico de las maquinas empleamos diferentes instrumentos que ayudan a mejorar la movilidad interna 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. 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 damos a conocer los tipos de rodamientos, sus especificaciones y fallas presentadas en los mismos, Este trabajo se centra en los tipos de servicios que pueden entregarnos los rodamientos, ya que son piezas mecánicas las cuales nos hacen una vida más fácil. Se recopila información de libros especializados en este tipo de pieza mecánica para poder entregar la mejor información sobre estas piezas, que le simplifican la vida al hombre. Los rodamientos se dividen en dos grupos que son los de bola y los de rodillo, a su vez estos también se dividen en sub-grupos que nos vamos a referir más adelante. Se espera que esta investigación de dicha unidad pueda llegar a ayudar y comprender acerca de los rodamientos, ya que para el estudiante de ingeniería de esta materia será de suma importancia saber diferenciar los tipos de rodamientos


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que existen y sus usos que se le pueda dar en distintas industrias.

Marco Teórico

Primeramente se tiene que tener en cuenta dichos conceptos científicos de lo que engloba los 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. Sin embargo, como 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 genera 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 un calor de histéresis que habrá que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricará simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación de calor. El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricación del rodamiento puede ser de bolas, de rodillos o de agujas. En los rodamientos el movimiento rotativo, según el sentido del esfuerzo que soporta, puede ser axial, radial, o una combinación de ambos. Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda; es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, como por ejemplo en los quicios o bisagras de puertas y ventanas; y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada. La fabricación de los cojinetes de bolas o rodamientos es una tecnología muy especial, dados los procedimientos necesarios para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo de rodamientos emplean el vacío para tal fin. El


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material es sometido a un tratamiento abrasivo en cámaras de vacío absoluto.

Objetivos Generales

Entendimiento de cada uno de los tipos de rodamientos que existen hoy en día, también así la definición misma del rodamiento, sus aplicaciones que puede llegar a tener cada rodamiento en general dependiendo de su utilización en la industria del campo laboral. Dar a conocer los diferentes tipos de rodamientos, sus especificaciones y algunas de sus fallas más comunes. Demostrar en que se basa cuando se menciona la selección de rodamientos, así como también su tipo de materiales que pueda llevar y sus propiedades de que esta hecho cada uno, conociendo así sus partes de cada uno. Sobre el montaje y el tipo de lubricaciones también se debe de tener en cuenta cuando se habla de un rodamiento, en este trabajo el análisis a realizar acerca de estos va hacer muy explicativo de cada uno, mostrar el tipo de lubricante que le cae mejor a cada rodamiento para su uso


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mejorado y así no tener ningún problema al momento de usarlo en la industria.


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. Sin embargo, como 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 genera 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 un calor de histéresis que habrá que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricará simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación de calor. También se tiene en cuenta que los rodamientos

son

elementos normalizados en dimensiones y tolerancias. Como ejemplo general se muestra en la Fig. 4.1 cómo está compuesto un rodamiento de bola y sus


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componentes.

Fig. 4.1. Están constituidos por dos o más aros concéntricos, uno de los cuales va alojado en el soporte (aro exterior) y el otro va montado en el árbol (aro interior). Entre los dos aros se disponen los elementos rodantes (bolas, rodillos cilíndricos, rodillos cónicos, rodillos esféricos, etc.), los cuales ruedan sobre las pistas de rodadura practicadas en los aros, permitiendo la movilidad de la parte giratoria respecto a la fija. Para conseguir que guarden la debida distancia entre sí, los elementos rodantes van alojados en una pieza de chapa estampada, denominada, jaula portabolas o portarrodillos. Los rodamientos se construyen en acero de adecuadas características de dureza y tenacidad, permitiendo soportar, con muy poco desgaste, millones de revoluciones, sometidos a cargas y esfuerzos, a veces, concentrados y localizados. Como se muestra en la Fig. 4.2.- una estructura general de un rodamiento desde el escudo de enfrente, pista interior, bolas, arillo de retención y aro exterior. Mientras que en la Fig. 4.3.- se muestra un retén de rodamiento general constituido de anillo de caucho, muelle toroidal y refuerzo metálico.

Fig. 4.2.


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Fig. 4.3.

Estructura Básica de los Rodamientos: Ahora teniendo en cuenta como una estructura de los rodamientos se presente en la Fig. 4.4.- Partes de un rodamiento de contacto Radial y partes de un rodamiento de contacto Radial.

Fig. 4.4.

Tipos de elementos Rodantes: En los tipos de elementos rodantes se encuentra seis diferentes formas, como se muestra en la Fig. 4.5.- Como inciso (a): Bolas, (b): Rodillos Cilíndricos, (c): Rodillos Cónicos, (d): Barriletes Simétricos, (e): Barriletes Asimétricos y (f): Agujas.

(a)

(b)


(e) 26

(d)

(c)

(f)

Fig. 4.5. Geometría de los anillos de los Rodamientos: A continuación se muestra la diferenciación de la geometría que puede llegar a tener los anillos en los rodamientos, se muestra en la Fig. 4.6.- son los de inciso (a): Radial de Bolas, (b): De Rodillos Cilíndricos y (c): De Rodillos Cónicos.

(a) (c)

(b)


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Fig. 4.6.

Superficie de Contacto: Ahora como superficie de contacto de un rodamiento se basan en dos tipos, como se muestra en la Fig. 4.7.- se tiene como en el inciso (a): Bola – Contacto Puntual, y (b): Rodillo – Contacto Lineal.

(a)

(b)


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Fig. 4.7

4.1 Tipos De Rodamientos Y Aplicaciones Clasificación de los rodamientos: Desde el punto de vista cinemático, pueden clasificarse en tres categorías: 1.- Rodamientos para cargas radiales. Pueden soportar preferentemente cargas dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación. A continuación se muestra en la Fig. 4.1.1.- el tipo de rodamiento de una carga radial, marcando en flechas el apoyo que ejerce del rodamiento.

Fig. 4.1.1 2.- Rodamientos para cargas axiales. Pueden soportar cargas que actúen únicamente en la dirección del eje de rotación. A su vez pueden 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. Mientras que en las cargas axiales hay tres fuerzas que ejercen, una hacia abajo y dos al contrario, ósea hacia arriba así como se muestra en la Fig. 4.1.2.- el tipo de


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rodamiento de una carga axial.

Fig. 4.1.2.

3.- Rodamientos para cargas mixtas. Pueden soportar esfuerzos radiales, axiales o ambos combinados. En este rodamiento ahora se combinan ambos soportes así como se muestra en la Fig. 4.1.3.- junto a las fuerzas marcadas ejercidas.

Fig. 4.1.3

Rodamientos de bolas. Son adecuados para altas velocidades, alta precisión, bajo par torsional, baja vibración. Rodamientos de rodillos. Los rodillos pueden ser de diferentes formas: cilíndricos, cónicos, forma de tonel (la generatriz es un arco de circunferencia) y de agujas (cilindros de gran longitud y pequeño diámetro). Se caracterizan por tener una gran capacidad de carga, asegurando una vida y resistencia a la fatiga prolongadas. Se muestra como es la simbología de dichos rodamientos tanto cilíndricos, cónicos, forma de aguja, etc. En la Fig. 4.1.4.


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Fig. 4.1.4

Otros aspectos relativos a la clasificación de los rodamientos pueden ser: número de hileras, de elementos rodantes (una o varias); desmontable o no-desmontable, según que los anillos puedan ser desmontados o no; disponibilidad de orificio de engrase, etc. Rodamientos Rígidos de Bola: 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 autolineables, por lo que requieren una perfecta alineación del asiento del soporte. Existen varios tipos de estos rodamientos: rodamientos rígidos de bolas desmontables, rodamientos rígidos de bolas con ranura circunferencial en el anillo exterior para poder fijarlos axialmente mediante arandelas de retención, rodamientos rígidos de bolas con agujero cónico, rodamientos rígidos de dos hileras de bolas, etc. En la Fig. 4.1.5.- se muestra el esquema y su simbología de este tipo de rodamiento rígido de bola.

Fig. 4.1.5

Se fabrican rodamientos pre lubricados con tapas de obturación que impiden la entrada de elementos extraños y previenen la salida de la grasa. El sello de estos rodamientos consiste en un anillo de caucho sintético moldeado a una platina de acero, incorporado al anillo exterior. Hay dos tipos de rodamientos sellados: uno usa sellos de contacto con el anillo interior, presentando una excelente y efectiva protección contra la entrada de polvo; y el otro usa sellos de no-contacto con el anillo interior, siendo apropiado en las aplicaciones que requieren un bajo par de


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operación. También se fabrican rodamientos de bolas de máxima capacidad con

ranuras de llenado en los anillos interior y exterior. Estos rodamientos disponen de más bolas de acero que los tipos estándar, presentando una capacidad de carga dinámica entre un 20% y un 35% mayor.

Rodamientos de Bolas con 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, forma un ángulo con la línea que define la dirección radial, llamado ángulo de contacto. Este ángulo es de 30º, aunque existen rodamientos que tienen un ángulo de contacto de 40º y otros de 15º (estos últimos para elevadas velocidades). Con las medidas estándar del rodamiento de bolas con contacto angular y su representación esquemática en la Fig. 4.1.6. Ya que este tipo de rodamiento soporta cargas radiales y axiales.

Fig.- 4.1.6

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 (apareado espalda a espalda, o apareado cara a cara); también se pueden disponer en montaje apareado en serie (tándem) para cargas radiales y axiales elevadas en un solo sentido. En cuanto a los montajes de como quedarían en el rodamiento de bolas en la Fig. 4.1.7.- los


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montajes de contacto angular de espalda a espalda y cara a cara y tándem.

Fig. 4.1.8 Existen rodamientos de doble hilera de bolas con contacto angular y rodamientos de una hilera de bolas con cuatro puntos de contacto, capaces de absorber cargas axiales en ambos sentidos. Los rodamientos de doble hilera de bolas con contacto angular equivalen a dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular en un montaje apareado espalda a espalda, de tal forma, que los anillos interior y exterior, son respectivamente formados cada uno, en una sola pieza. Se pueden fabricar con o sin ranuras de llenado; este último tipo, a su vez, se puede fabricar con tapa de obturación.

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 del rodamiento; por su parte, el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada hilera de bolas. En este de bolas a rotula la diferencia está en los anillos que los contiene y las pistas de rodadura así como se muestra en la Fig.- 4.1.9.- su simbología y la imagen real de este tipo de rodamiento.


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Fig. 4.1.9

De esta forma, el anillo interior junto con las bolas de acero y la jaula portabolas pueden oscilar sobre el anillo exterior, adaptándose automáticamente a un posible des alineamiento que pudiera presentar el árbol. Según lo anterior, este tipo de rodamientos se utiliza cuando se prevén flexiones o desalineaciones del árbol con respecto al alojamiento del soporte. La capacidad de carga axial es limitada, en consecuencia, no son apropiados para aplicaciones con cargas axiales elevadas. 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 grandes cargas radiales, siendo baja su capacidad de carga axial. Los rodillos pueden ser guiados por los rebordes del anillo exterior o del anillo interior. Ahora en este tipo de rodamiento es de una hilera con rodillos cilíndricos como se muestra de en la Fig. 4.1.10.- aunque también hay rodamientos con rodillos cilíndricos y su simbología se muestra.

Fig. 4.1.10

Existen rodamientos de rodillos cilíndricos con rebordes en los dos anillos, por lo que pueden ser cargados con cargas radiales y axiales combinadas. También se


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construyen rodamientos de rodillos cilíndricos con doble hilera de rodillos.

Rodamientos Radiales 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, tienen 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 centrado. Se fabrican rodamientos con doble hilera de agujas, resultando apropiados para operar con grandes cargas o donde se requiere una gran superficie de apoyo. También se construyen rodamientos radiales de agujas sin aro interior. En este caso, las agujas deben rodar directamente sobre el eje debidamente rectificado y cementado. Este tipo de rodamiento precisa un espacio radial mucho más reducido que los rodamientos de agujas con aro interior; además, como no influye la precisión del aro interior, se obtiene una alta precisión de rodaje. En este tipo de rodamiento ya se puede observar en la Fig. 4.1.11.- el tipo de aguja que va montado y junto a eso a sus


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dimensiones marcadas.

Fig. 4.1.11

Otro tipo de rodamientos de agujas más simplificados son los rodamientos radiales formados únicamente por una jaula de agujas. Estos rodamientos no disponen de los aros interior y exterior, por lo que las agujas deben rodar directamente sobre el mismo eje debidamente cementado y sobre el alojamiento del soporte.

Rodamientos de Rodillos a Rotulas: Están constituidos por dos hileras de rodillos en forma de tonel. Al igual que los rodamientos de bolas a rótulas, 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 rodillos, separadas por un borde central para guiar los rodillos. Este tipo de rodamiento tiene la similitud de que esta constituido por dos hileras de rodillos, así como también dos pistas de rodadura mostrado en la Fig. 4.1.12. Dejando en claro que los rodillos son de forma de tonel.


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Fig. 4.1.12

De esta forma, el anillo interior junto con los rodillos y la jaula portarrodillos, pueden oscilar libremente sobre el anillo exterior, adaptándose automáticamente a un posible des alineamiento que pudiera presentar el árbol.

Rodamientos de Rodillos Cónicos: En este tipo de rodamientos, los rodillos y las pistas de rodadura tienen forma cónica. La configuración de su diseño hace que los vértices de los conos de rodillos y pistas de rodadura se encuentren en un punto común sobre el eje del rodamiento. Los rodillos son guiados por el contacto entre el extremo mayor del rodillo y el reborde mayor del anillo interior. El contacto lineal entre los rodillos y las pistas de rodadura, hace que estos rodamientos tengan una elevada capacidad de carga; a su vez, resisten velocidades relativamente elevadas. Como se muestra en la Fig. 4.1.13.- donde los rodillos son cónicos junto a las pista de rodadura, se muestra la imagen real y esquemática.

Fig. 4.1.13 Tienen una alta capacidad para soportar cargas radiales, cargas axiales en una dirección y cargas combinadas. Cuanto más grande es el ángulo de contacto, más grande es la capacidad de carga axial. Cuando una carga radial pura es colocada


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sobre el rodamiento, es inducida una carga en la dirección axial; en consecuencia,

estos rodamientos se montan, generalmente, en pares opuestos uno al otro. Mientras que en la Fig. 4.1.14.- se muestra la parte desmontada de este tipo de rodamiento.

Fig. 4.1.14

Este tipo de rodamientos son desmontables, es decir, cada anillo puede ser montado individualmente, permitiendo utilizar ajustes fijos en ambos anillos. Existen rodamientos de dos hileras de rodillos cónicos, los cuales, permiten soportar esfuerzos axiales en ambos sentidos.

Rodamientos de Bolas de Simple Efecto: En este tipo de rodamientos, las bolas están alojadas en una jaula portabolas dispuesta entre una arandela ajustada en el alojamiento del soporte y una arandela ajustada al árbol. Es desmontable, siendo su montaje muy simple, ya que los componentes se pueden montar por separado. El ángulo de contacto es de 90º, debiendo el plano de rodamiento ser perfectamente perpendicular al eje de rotación. Ahora se muestra el tipo de rodamiento de bolas de simple efecto en la Fig. 4.1.15.- y su parte desmontable.


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Fig. 4.1.15

Este tipo de rodamientos puede soportar cargas axiales en un sentido; a su vez, no resulta apropiado para operar a elevadas velocidades. Para asegurar el guiado de

las

bolas

en

sus

caminos

de

rodadura,

deben

estar

solicitados

permanentemente por una carga axial mínima o precarga.

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 portarrodillos. Se puede conseguir un diseño compacto, utilizando únicamente los rodillos y jaula portarrodillos, empleando el eje y el alojamiento del soporte como pistas de rodadura. Ahora en la Fig. 4.1.16.- se muestra esquemáticamente el tipo de


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rodamientos axiales de rodillos cilíndricos en una jaula de portarrodillos.

Fig. 4.1.16

Estos rodamientos son adecuados para soportar grandes cargas axiales en un sentido, sustituyendo a los rodamientos axiales de bolas cuando la capacidad de carga de estos últimos es inadecuada.

Rodamientos Axiales de Agujas: Estos rodamientos pueden soportar grandes cargas axiales en un sentido. Requieren un espacio axial mínimo. Los rodamientos axiales de agujas SKF están equipados con una jaula de forma estable que permite retener y orientar de manera confiable una gran cantidad de rodillos de agujas. La muy pequeña desviación del diámetro de los rodillos en un montaje les permite a estos rodamientos soportar cargas axiales y cargas de choque elevadas. Los extremos de los rodillos se liberan ligeramente para modificar el contacto de la línea entre los caminos de rodadura y los rodillos. Esto evita picos de tensión en los extremos de los rodillos, lo que prolonga la vida útil de los rodamientos. En este tipo de rodamiento de axiales con agujas en la Fig. 4.1.17.- se muestra en la imagen real del rodamiento una gran cantidad de agujas, así como también su simbología esquemática.


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Fig. 4.1.17

Los rodamientos axiales de agujas proporcionan un alto grado de rigidez en un espacio axial mínimo. En aplicaciones en las que las caras de los componentes adyacentes de la máquina puedan servir de caminos de rodadura, los rodamientos axiales de agujas no ocuparán más espacio que una arandela axial convencional.

Rodamientos Axiales de Bola de Doble Efecto: Están constituidos por una arandela ajustada al árbol, dotada de dos caminos de rodadura, uno por cada cara, dos conjuntos de bolas alojadas en sus respectivas jaulas portabolas, y dos arandelas extremas ajustadas en el alojamiento del soporte. Ahora en el rodamiento de doble efecto se tiene que tener en cuenta que se halla una por cada cara, así como se muestra en la Fig. 4.1.18

Fig. 4.1.18

Su diseño admite grandes cargas axiales en los dos sentidos, pero no deben estar sometidos a esfuerzos radiales; así como, por lo general, no admiten grandes velocidades. El plano de rodamiento ha de ser perfectamente perpendicular al eje


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de rotación.

Para asegurar el guiado de las bolas en sus caminos de rodadura, estos rodamientos deben estar solicitados permanentemente por una carga axial mínima o precarga.

Rodamientos Axiales de Rodillos Esféricos: Su diseño es similar a los rodamientos radiales de rodillos esféricos, con la excepción

de

que

únicamente

disponen

de

una

hilera

de

rodillos

y,

particularmente, tienen un gran ángulo de contacto. Al utilizar rodillos en forma de tonel como elementos rodantes, son de naturaleza oscilante, permitiendo algún error de alineación o flexión del árbol. Como mencionado anteriormente este tipo de rodamiento es similar a los rodamientos radiales esféricos, se puede verificar en la Fig. 4.1.19.- solo que este rodamiento dispone de una hilera de rodillos, tal como se muestra.

Fig. 4.1.19

Cuando se aplican cargas axiales grandes, pueden manejar también una cierta


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cantidad de carga radial. Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos están

diseñados para soportar cargas axiales y cargas de choque elevadas. No deben someterse a cargas radiales. Los extremos de los rodillos se liberan ligeramente para modificar el contacto de la línea entre los caminos de rodadura y los rodillos. Esto evita picos de tensión en los extremos de los rodillos, lo que prolonga la vida útil de los rodamientos.

4.2.- Selección De Rodamientos

Se fabrican rodamientos en una gran variedad de tipos, formas y dimensiones. Cada tipo de rodamiento presenta propiedades y características que dependen de su diseño y que lo hacen más o menos adecuado para una determinada aplicación. La consideración más importante en la selección de un rodamiento es escoger aquel que permita a la máquina o mecanismo en la cual se instala, un funcionamiento satisfactorio. Para facilitar el proceso de selección y lograr la determinación del rodamiento más apropiado para una tarea, se deben considerar diversos factores y contrastarlos entre sí: Para todo ello se muestra especificado también en la Fig. 4.2.1: 1).- Espacio Disponible 2).- Magnitud, dirección y sentido de la carga. 3).- Desalineación 4).- Velocidad 5).- Nivel de Ruido 6).- Rigidez


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7).- Montaje y Desmontaje

Fig. 4.2.1

Designación de Rodamientos: La identificación de rodamientos hace referencia a su diseño, dimensiones, precisión, constitución interna, etc. Esta identificación está formada por el nombre del rodamiento, seguida de la denominación abreviada del mismo, la cual se compone de una serie de números y códigos de letras, agrupados en un código numérico básico y un código suplementario. El código numérico básico se compone de una serie de cifras, cuyo significado es el siguiente: tipo de rodamiento, serie dimensional (serie de diámetro exterior, serie de ancho, serie de ángulo de contacto) y diámetro interior del rodamiento. Si las condiciones de servicio exigen una versión especial del rodamiento, se añaden unos signos adicionales a la denominación abreviada, constituyendo un código suplementario. Este código viene fijado por cada fabricante, y designa: tratamiento térmico, precisión, juego interno y demás factores relacionados con las especificaciones y la constitución interna del rodamiento. Todos estos códigos se encuentran tabulados en los catálogos suministrados por los fabricantes de rodamientos. Por ejemplo: rodamiento rígido de bolas 6306 L1C3 6= código de tipo de rodamiento correspondiente a los rodamientos rígidos de una hilera de bolas. 3= serie de diámetro exterior. 06= código de diámetro interior (para obtener el diámetro interior se multiplican


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estos dígitos por 5.).

L1= código de jaula mecanizada de latón. C3= código de juego radial interno mayor que lo normal.

Procedimientos de Selección de Rodamientos a Carga Radial: -

Calcular el diámetro mínimo del eje según la teoría de fatiga Esfuerzos y deflexiones. Calcular fuerzas en los apoyos (P). Calcular el número de revoluciones esperadas para el rodamiento (L). Escoger el porcentaje de confiabilidad para determinar el coeficiente Escoger el tipo de rodamiento según el tipo y magnitud de carga: bolas o rodillos; radial, axial o combinado. Despejar la carga básica (C) de la ecuación de vida. Buscar los rodamientos con diámetro interno (d) igual al del eje. De estos seleccionar el más pequeño que cumpla con C. Verificar velocidad límite y carga estática límite (C0). Diseñar alojamientos a partir de la geometría del rodamiento.

La carga estática límite se define como aquella que produce una deformación permanente igual a 0.0001 del diámetro del elemento rodante, bien sea en el mismo o en la pista; esto equivale a unos 4.6 GPa en promedio.

Procedimiento de Selección de Rodamientos con Carga Combinada: La principal variación respecto al procedimiento anterior es la de hallar una carga dinámica radial equivalente P en términos de las cargas reales aplicadas radial y axialmente. La ecuación es la siguiente: P = X× V× Fr + Y× Fa


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Donde:

Fr= Fuerza Radial Aplicada. P= Carga Radial Equivalente.

X=Factor Radial.

Fa= Fuerza Axial Aplicada.

Y= Factor Axial.

V= Factor De Rotación.

4.3.- Análisis De Montaje Y Tipo De Lubricantes

Esquema de trabajo para el Análisis de Montaje: Antes del montaje o del desmontaje de rodamientos deben hacerse todos los preparativos necesarios para un trabajo continuado. Con ayuda del dibujo de taller conviene estudiar la construcción y el orden a seguir para montar las diferentes piezas. Ya antes de comenzar el montaje debe prepararse un esquema de los distintos procesos de trabajo y aclarar a qué temperatura ha de calentarse, cual es la magnitud de las fuerzas para montar o desmontar los rodamientos y cuanta grasa será necesaria. Si durante el montaje o el desmontaje de los rodamientos fuese necesario tomar medidas especiales, hay que poner a disposición del montador instrucciones detalladas en las que se especifiquen to-das las particularidades del montaje: métodos de transporte, dispositivos de montaje y de desmontaje, instrumentos de medición, instalaciones de calentamiento, tipo y cantidad de lubricante, etc. El montador, antes de comenzar con el montaje, debe cerciorarse de que la denominación abreviada marcada en la envoltura coincida con las indicaciones en el dibujo y en la lista de piezas. Por esta razón conviene que esté habituado con el siguiente orden que se sigue en la denominación de rodamientos. Tratamientos de los Rodamientos antes del Montaje: Los rodamientos se conservan en sus envolturas originales con un aceite anticorrosivo. Al montarlos, no es necesario lavar este aceite. Se mezcla, durante el servicio, con el lubricante y garantiza, al arrancar, una lubricación suficiente antes de que comience a fluir el


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aceite en una lubricación por circulación. En las superficies de asiento y de

contacto se limpiará el aceite anticorrosivo antes del montaje. En los rodamientos con agujero cónico deberá lavarse el anticorrosivo antes del montaje para garantizar un asiento seguro y fijo en el eje y en el casquillo. Después de un lavado con detergente en frío se engrasa el agujero con poco aceite de máquina de viscosidad mediana. Los rodamientos utilizados y ensuciados, antes de proceder al montaje, se lavarán cuidadosamente en petróleo o detergente en frío, e inmediatamente a continuación se aceitarán o engrasarán nuevamente. Los rodamientos no deben mecanizarse posteriormente. Así, p. e. no deben practicarse taladros para el lubricante ni ranuras o chaflanes, ya que podría producirse un desequilibrio del estado de tensiones en los aros, que conducirá a su vez a un deterioro prematuro del rodamiento. Además existe el peligro de que penetren en el rodamiento virutas o polvo abrasivo. Limpieza Durante el Montaje: Los rodamientos han de protegerse a toda costa contra suciedad y humedad, ya que incluso las partículas más pequeñas que pene-tren en el rodamiento deterioran las superficies de rodadura. Por esta razón el lugar de montaje ha de permanecer limpio y seco. No debe encontrarse, p. e., cerca de máquinas rectificadoras. Debe evitarse el uso de aire comprimido. También el eje y el alojamiento, así como las restantes piezas de-ben estar limpias. Piezas fundidas han de estar exentas de arena de moldear. Conviene aplicar una capa protectora a las superficies interiores del alojamiento, tras haberlas limpiado. Esta capa evita el desprendimiento de partículas minúsculas durante el servicio. En los asientos de los rodamientos en el eje y en el alojamiento deberán eliminarse las capas anticorrosivas y residuos de pintura. En las piezas torneadas hay que eliminar las rebabas y rebordear las aristas. Junto a eso se durante el montaje de cualquier rodamiento se debe calibrar con un


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calentador de rodamiento tipo FAG, tal como se muestra en la Fig. 4.3.1.

Fig. 4.3.1

Montaje de Rodamientos: Debido a la diversidad de tipos y tamaños no todos los rodamientos pueden montarse de la misma manera. Hay que distinguir entre procedimientos mecánicos, hidráulicos y térmicos. Los aros de rodamientos templados son sensibles a golpes y percusiones. Por esta razón no deben golpearse con un martillo. Existen dos tipos de rodamientos en montaje: -

Rodamientos No Despiezables Rodamientos Despiezables

Durante el montaje de rodamientos no despiezables la fuerza ha de aplicarse en el aro que se vaya a montar primera-mente. Fuerzas que actúan sobre el aro de ajuste deslizante se transmiten a través de los cuerpos rodantes. Con ello pueden dañarse los caminos de rodadura y los cuerpos rodantes. Tal como se muestra en la Fig. 4.3.2.- Si el aro interior de un rodamiento no despiezable contiene un ajuste fijo, el rodamiento primeramente es montado a presión en el eje. A continuación se montan el rodamiento junto con el eje en el alojamiento. El montaje de rodamientos despiezables es más sencillo ambos aros pueden montarse por separado. Para que no surjan es-trías longitudinales se giran las piezas ligeramente. Ahora en la Fig. 4.3.3.- En el montaje de rodamientos no despiezables los aros se montan individualmente. Esto es una ventaja cuando ambos aros están montados a presión. Girar ligeramente para evitar estrías


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longitudinales durante el montaje.

Fig. 4.3.2

Fig. 4.3.3

Tanto el aro interior como el exterior de los rodamientos de rodillos cilíndricos pueden montarse por separado. Si el aro interior puede sacarse del rodamiento, en vez de medir la disminución del juego interno puede medirse el ensanchamiento del aro interior con un micrómetro de exteriores, tal como se muestra en la Fig. 4.3.4.- El ensanchamiento de un aro interior de un rodamiento de rodillos cilíndricos se mide con un micrómetro de exteriores.

Fig. 4.3.4

Para calar un rodamiento sobre el asiento cónico o para montar con prensa un manguito de desmontaje se usan dispositivos mecánicos o hidráulicos. El sistema de montaje a elegir depende de las condiciones de montaje. Los rodamientos pequeños o medianos se pueden calar sobre el asiento cónico mediante una tuerca. Para el accionamiento de la tuerca se emplea una llave de gancho. Los rodamientos pequeños con manguito de montaje se calan sobre el


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eje cónico del manguito mediante la tuerca apropiada y una llave de gancho. Los

rodamientos de rodillos cónicos se montan ajustándolos contra otro rodamiento, generalmente del mismo tipo. Este ajuste se realizará con tuercas de apriete o discos de compensación entre otros métodos. Estos ajustes suponen una precarga para los rodamientos, que deberá considerar la carga a soportar, una vez alcanzada la temperatura de funcionamiento deseada. Montaje por presión: En este tipo de montaje, idealmente, la fuerza se aplica con una prensa hidráulica. En los rodamientos más pequeños se puede emplear un martillo con cabeza de caucho. Nunca se debe golpear un rodamiento directamente con un martillo metálico. Montaje por calor: El montaje por calor se puede hacer de varias formas. Usando un horno, plancha caliente, calentador por inducción o baño de aceite. Al montar un rodamiento por calor se deben tomar las siguientes precauciones: - Limpie el equipo de montaje y el área de trabajo antes de empezar. -

No exceder los 120º C (248º F). La temperatura necesaria para el montaje de un rodamiento se calcula según la relación:

Donde: ΔT es la variación de temperatura en ° C ΔL es la variación de longitud en mm α es el coeficiente de dilatación lineal Del acero (12 x 10-6) 1/° C d es el diámetro interior del rodamiento Normalmente se calientan los rodamientos entre 30 y 40º C por encima de la temperatura ambiental. Después del montaje, durante el enfriamiento, los


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rodamientos se contraerán en dirección axial y radial. Consecuentemente, se debe

presionar el rodamiento firmemente contra el chaflán del árbol. La mejor manera de montar un rodamiento es con un calentador por inducción. Con este tipo de montaje, se obtiene un calentamiento uniforme en un corto período de tiempo, sin necesidad de aceite o llamas, consiguiéndose un ajuste limpio y eficiente. Recomendaciones Generales: -

Almacenar los rodamientos en su embalaje original, en ambientes completamente secos y libres de productos químicos corrosivos, como

-

ácidos, amoníaco o cloruro de cal. Almacenar los rodamientos grandes en posición horizontal para que su

-

superficie frontal quede apoyada. Mantener el lugar de montaje limpio y seco. Procurar que los alojamientos, los árboles y otras piezas que tengan que ver con el montaje estén completamente limpios, libres de anticorrosivos y

-

residuos de pinturas. Utilizar herramientas adecuadas para el montaje de los rodamientos. No

-

utilizar herramientas de uso general. Manejar los rodamientos cuidadosamente. Los golpes fuertes pueden

-

producir ralladuras, roturas o cuarteos. Utilizar únicamente los lubricantes recomendados por los fabricantes de los rodamientos. La cantidad de grasa se calcula mediante la relación G = 0,005 D B, donde G es la cantidad de grasa en gramos. D es el diámetro

-

exterior del rodamiento en mm. B es la anchura total del rodamiento en mm. No calentar ni lavar durante el montaje los rodamientos que poseen dos

-

tapas de protección o de obturación. No utilizar soldaduras autógenas ni de arco en sitios cercanos donde se


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hallen instalados o almacenados rodamientos.

Lubricantes: Para el buen funcionamiento de los rodamientos es condición indispensable una buena lubricación, ya que: reduce el rozamiento de rodadura, protege las distintas partes del rodamiento de la herrumbre y el polvo, absorbe el calor que se desarrolla durante el funcionamiento y atenúa las vibraciones del rodamiento durante el funcionamiento. Existe una amplia gama de grasas y aceites para la lubricación

de

rodamientos.

La

selección

del

lubricante

depende

fundamentalmente de las condiciones de funcionamiento, en especial de la gama de velocidades y temperaturas. La grasa es el lubricante más utilizado en rodamientos, ya que es fácil de manejar y requiere un dispositivo de obturación muy simple. El lubricante debe formar una película separadora, con capacidad de carga, entre los elementos de un rodamiento, que efectúen un movimiento relativo de rodadura o de deslizamiento, para conseguir así un rozamiento y un desgaste pequeños. Otra misión del lubricante es evitar la corrosión del rodamiento. Las grasas lubricantes contribuyen asimismo a la estanqueidad. Mediante la lubricación por circulación forzada se puede evacuar el calor. Teniendo en cuenta de que no es solo la lubricación es importante dentro del buen uso y conocimiento de un rodamiento en general en la Fig. 4.3.5.- se muestra un diagrama general del buen uso y mantenimiento de un rodamiento y funcione de modo fiable.


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Fig. 4.3.5

Existen dentro de lo que es la lubricación de los Rodamientos dos tipos de lubricantes, del cual son: -

Grasas Aceites

Se muestra en la Fig. 4.3.6.- el cómo debe aplicarse la lubricación en un rodamiento específico, cabe aclarar que dependiendo del tipo de rodamiento deberá ser tanto el tipo de lubricante y el modo de aplicación.


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Fig. 4.3.6

Grasas: Para lubricar rodamientos sólo deberán usarse grasas lubricantes de buena calidad, generalmente con base metálica de saponificación. Las grasas para rodamientos con temperaturas de servicio muy elevadas o muy bajas contienen otros espesantes y aceites sintéticos en vez de aceites minerales. Las grasas con aditivos para altas presiones (aditivos EP) se aplican para los rodamientos sometidos a cargas elevadas y rodamientos con marcha lenta. Los rodamientos de marcha rápida y los rodamientos que deban girar con poco rozamiento se lubrican con grasas que contengan un aceite básico sintético fluido. Es necesario observar las temperaturas de utilización indicadas por el fabricante de las grasas. Las grasas para rodamientos han de ser resistentes al envejecimiento y su estructura no debe variar, incluso tras largos tiempos de servicio. En este tipo de lubricante para rodamiento dependerá de cómo se trabajara el rodamiento ya sea altas temperaturas o cargas grandes, ahora se muestra en la Fig. 4.3.7., y Fig. 4.3.8.- la grasa de lubricante junto a la aplicación del rodamiento.


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Fig. 4.3.8

Fig. 4.3.7

Aceites: Para la lubricación de rodamientos se usan normalmente aceites minerales. De un buen aceite para rodamientos hay que exigir lo siguiente: Pureza extremada, resistencia al envejecimiento, comportamiento favorable con respecto a la viscosidad

y

temperatura,

buenas

propiedades

hidrófugas

y

protección

anticorrosiva. Para temperaturas de servicio muy altas y muy bajas hay que emplear aceites sintéticos. Los aceites destinados a rodamientos sometidos a cargas elevadas y rodamientos de marcha lenta deben contener aditivos para altas presiones (aditivos EP). En la siguiente imagen se observa el tipo de aceite aplicando en un rodamiento, ya que se aplica en forma de bombeo así como se muestra en la Fig. 4.3.9.


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Fig. 4.3.9

Elección de Lubricante: generalmente se prefiere una lubricación con grasa debido al mantenimiento sencillo y a las buenas propiedades obturadoras. La lubricación con aceite tiene la ventaja de que alcanza con seguridad todas las zonas del rodamiento y que evacúa calor. La desventaja principal consiste en una construcción más complicada del apoyo, sobre todo de la obturación. Al elegir el lubricante hay que tener en cuenta diversos aspectos, según las exigencias. Temperaturas de Servicio: La temperatura de un rodamiento se compone del rozamiento del mismo, dependiente del número de revoluciones, del rozamiento del lubricante y, según los casos, del calor evacuado o suministrado desde el exterior. Un rodamiento o un conjunto de ellos funcionan debidamente si alcanza una determinada temperatura admisible y constante durante el servicio. Si por el contrario, la temperatura sigue aumentando, hay que tomar medidas especiales (p. e. mejor refrigeración, elección de otro lubricante, etc.). Un corto aumento de la temperatura se produce al relubricar con grasa. En los aceites lubricantes, la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura y aumenta al disminuir ésta. Por esta razón son ventajosos aquellos aceites cuya viscosidad varía poco al variar la temperatura. Mientras mayor sea la temperatura de servicio, tanto mayor ha de ser la viscosidad nominal del aceite lubricante. Tamaño de los Rodamientos: Para lubricar rodamientos pequeños se elige generalmente un aceite poco viscoso o una grasa muy blanda, para conseguir que el rozamiento del lubricante en el rodamiento sea escaso. Sin embargo, en rodamientos grandes, el rozamiento del lubricante es tan reducido, que al elegirlo no hay que prestar tanta atención a este punto como en los rodamientos pequeños. Humedad: Las grasas para rodamientos se comportan de manera muy diferente en presencia de humedad. Sólo las grasas hidrófugas saponificadas a base de


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calcio (grasas cálcicas) tienen buenas propiedades estanqueizantes. Por ello se

emplean como grasas obturadoras en laberintos, siempre que la temperatura de servicio no sobrepase los +50 ºC. Las propiedades antioxidantes de los aceites y de las grasas se mejoran añadiendo aditivos anticorrosivos.

Partículas Sólidas de Suciedad: durante la relubricación existe el peligro de que entren partículas de suciedad en el rodamiento. Por ello hay que mantener limpios el depósito del lubricante y los instrumentos para la lubricación, así como cuidar de no ensuciar el lubricante al sacarlos del depósito. Antes del reengrase deberán limpiarse las boquillas de engrase. Mezcla de Lubricantes distintos: no deberán mezclarse grasas de distinta base de saponificación, ya que la mezcla repercute desfavorablemente en él comportamiento respecto a la temperatura y en las propiedades lubricantes. También deberá evitarse mezclar distintas clases de aceites. Cantidad de Lubricante: al lubricar con grasa, las concavidades del rodamiento deberán siempre rellenarse completamente. Las cantidades de llenado, que se han de aplicar en los alojamientos a ambos lados del roda-miento, dependen de la relación n·dm. (n = número máximo de revoluciones en servicio) Un exceso de lubricación del rodamiento y del alojamiento es per-judicial en el caso de números de revoluciones medios y elevados, porque en el amasamiento de la grasa pueden producirse elevadas temperaturas que perjudiquen el rodamiento y la grasa. Los rodamientos con tapas de obturación o de protección, sola-mente se llenan en un 35% de grasa al salir de fábrica. Un exceso de aceite en el alojamiento tiene análogas desventajas: debido al chapoteo, el aceite se calienta excesivamente y queda muy expuesto al oxígeno del aire, facilitando así la oxidación y la formación de espuma. Como regla general para el rellenado de los alojamientos con aceite se admite que el nivel de aceite llegue hasta la mitad


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del cuerpo ro-dante más bajo del rodamiento en reposo.

Conclusión Tras terminar este trabajo de investigación de la Unidad 4 la idea general era conocer y comprender todo lo que engloba a los Rodamientos. Se obtiene un gran resultado al poder dar a conocer los tipos de rodamiento que se encuentran y sus aplicaciones dejando en claro que La utilización de los rodamientos en máquinas alivia la fricción en los puntos de movimientos rotacionales. Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos. De acuerdo al uso a dar a los rodamientos se clasifican en varios tipos los cuales se utilizan dependiendo a su aplicación dada. Para una mejor identificación se da una nomenclatura; la cual nos indica el tipo de rodamiento y en general sus especificaciones. Algunas fallas producidas se deben a la mala utilización o poco mantenimiento de los rodamientos. Es muy importante el mantenimiento preventivo en los rodamientos, ya que si estos llegan a fallar nos pueden llegar a producir consecuencias mayores, tanto económicas como un aumento de las mismas. Me he podido dar cuenta que los rodamientos son unas piezas mecánicas las cuales están hechas para

tener un trabajo de alta resistencia, debido a su tipo de trabajo ya que si no fuese a si no podrían ejercer su labor. Los rodamientos tienen divisiones internas que son los de bolas o los de rodillos, estos se ocupan dependiendo el tipo de trabajo que se le va a dar, y la fuerza que deban soportar. Estas piezas mecánicas se les deben hacer una manutención adecuada (lubricar), y cuando se les cumpla sus horas de trabajo deben ser reemplazadas. Cabe destacar que la lubricación es muy importante antes y después del montaje de dicho rodamiento, depende de cada tipo y su utilización en la industria laboral, se espera que este trabajo pueda servir a la comunidad estudiantil que estudia ingeniería más en esta materia de Diseño de Elementos de Maquinas. Mientras


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que en el montaje se puede apreciar las distintas formas o pasos a llevar para un

buen montaje de un rodamiento. La fabricación de los cojinetes de bolas o rodamientos es una tecnología muy especial, dados los procedimientos necesarios para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo de rodamientos emplean el vacío para tal fin.


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Bibliografías

Unidad 4.- Rodamientos- Diseño de elementos de maquinas

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