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ELEMENTOS DE MAQUINAS

Rodamientos

Selección y usos

JHON FREDY HINCAPIÉ

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Principios para la selección y la aplicación de los rodamientos

Para diseñar una disposición de rodamientos es necesario:

• seleccionar un tipo de rodamiento adecuado y

• determinar un tamaño de rodamiento adecuado

Pero eso no es todo. Se deben tener en cuenta otros aspectos, como:

• que la forma y el diseño de los demás componentes de la disposición sean adecuados.

• que los ajustes y el juego interno o la precarga del rodamiento sean apropiados.

• los mecanismos de fijación

• las obturaciones apropiadas.

• los métodos de montaje y de desmontaje utilizado, etc.

Cada decisión individual afecta el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad de la disposición de rodamientos.

La cantidad de trabajo que esto supone depende de si se dispone o no de alguna experiencia previa con disposiciones similares. Cuando se carece de experiencia, cuando se plantean requisitos especiales, o cuando hay que prestar especial atención a los costes de la disposición de rodamientos, esto supone mucho más trabajo, como por ejemplo, la realización de cálculos y pruebas de mayor precisión.

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 mantenimiento preventivo, 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. Se utilizaran en este capítulo tres fórmulas para estimar la vida del rodamiento, las cuales varían en complejidad al considerar más variables en el cálculo.

Los rodamientos son piezas de acero aleado con cromo, manganeso y molibdeno, para facilitar la ejecución de rigurosos tratamientos térmicos y obtener piezas de gran resistencia al desgaste y a la fatiga. En la selección de los materiales, deben tomarse en consideración las temperaturas de operación y una adecuada resistencia a la corrosión.

El material para las jaulas ha evolucionado en forma importante actualmente se utilizan aceros, metales de bajo roce y poliamida.

Otra característica de los rodamientos es la exactitud de sus dimensiones cada parte de tener tolerancias muy estrechas para un satisfactorio funcionamiento del conjunto.

Existen rodamientos de muy variados tipos para adecuarse a las diversas aplicaciones, es muy importante escoger el rodamiento preciso, tomando la decisión en base a criterios tales como: costo, facilidad de montaje, vida útil, dimensiones generales, simpleza del conjunto, disponibilidad de repuestos y tipo de lubricación.

Básicamente hay tres formas de clasificar los rodamientos:

Según la dirección de la carga que mejor soportan:

• Rodamientos Radiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en dirección perpendicular al eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro exterior, un aro interior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo o jaula. Por ejemplo, las ruedas de un carro se apoyan en el suelo y reciben la carga en el eje, de esta forma los rodamientos de las ruedas trabajan bajo carga radial.

• Rodamientos Axiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en la misma dirección del eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro superior, un aro inferior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo. Por ejemplo, pensemos en un carrusel, el peso total de esta máquina actúa verticalmente hacia el suelo y debe rotar en torno a un eje vertical al suelo, en esta aplicación debe utilizarse un rodamiento axial de gran diámetro, cuyo aro superior sostenga al carrusel y cuyo aro inferior se apoye en el suelo.

• Rodamientos de contacto angular: son una mezcla de los casos anteriores, se basan en un rodamiento similar al radial con un diseño especial de los aros exterior e interior para soportar cargas axiales mayores que un rodamiento radial simple. Sus aplicaciones son muy amplias, debido a que un eje siempre puede desarrollar cargas eventuales en una dirección inesperada y debido al ahorro que se genera al colocar un solo rodamiento para hacer el trabajo de dos.

Según la rigidez del rodamiento:

• Rodamientos rígidos: son aquellos que no aceptan desalineamientos del eje. Ante un desalineamiento se generan cargas que pueden dañar definitivamente el rodamiento.

• Rodamientos rotulados: Son aquellos que por un diseño especial de los aros permiten que el eje gire algunos grados sin desarmar el rodamiento. Esta característica se logra con una pista de rodadura esférica que permite a las bolas o barriletes desplazarse para acomodarse al desalineamiento del eje. Son muy utilizados en maquinaria pesada debido a la necesidad se prevenir daños frente a las deformaciones de los ejes, cargas provocadas por dilataciones térmicas y cargas dinámicas.

Según el elemento rodante:

Existen diversos elementos rodantes que varían según las aplicaciones. El mas común son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas livianas y medianas. Para cargas mayores se utilizan rodillos y barriletes. Finalmente en cargas axiales

se utilizan conos. Algunas aplicaciones en donde el espacio es reducido se usan agujas, que son cilindros largos con diámetros pequeños.

Al catalogar un rodamiento es útil entregar una información completa, indicando los tres conceptos anteriores, por ejemplo: Rodamiento radial rígido de bolas, rodamiento radial rotulado de barriletes, rodamiento axial rígido de conos.

Afortunadamente los fabricantes de rodamientos han mantenido una numeración estándar en todas las marcas, permitiendo una identificación sencilla de los rodamientos en base a un número y en ocasiones acompañado de unas letras

Tipos de Rodamientos.

Rodamientos radiales

Rodamiento rígido de bolas de una hilera

Rodamiento rígido de bolas de una hilera con placas de protección

Rodamiento rígido de bolas con dos hileras

Rodamientos Y

Rodamiento Y con aro interior prolongado por un lado

Rodamiento Y con agujero hexagonal o cuadrado

Rodamiento Y con agujero cónico

Rodamientos de bolas con contacto angular

Rodamientos de bolas con contacto angular de una hilera

Rodamientos de bolas con contacto angular de dos hileras

Rodamientos de bolas a rótula

Rodamientos de bolas a rótula con agujero cilíndrico o cónico

Rodamientos de bolas a rótula con aro interior prolongado

Rodamientos de bolas a rótula con obturaciones rozantes

Rodamientos de rodillos cilíndricos

Rodamientos de rodillos cilíndricos de una hilera

Rodamientos de rodillos cilíndricos de dos hileras

Rodamientos de rodillos cilíndricos de cuatro hileras

Rodamientos completamente llenos de rodillos cilíndricos (sin jaula)

De una hilera

De dos hileras

Con obturaciones rozantes

Rodamientos de agujas

Coronas de agujas de una hilera

Coronas de agujas de dos hileras

Casquillos de agujas sin fondo de una hilera Casquillos de agujas sin fondo con obturaciones rozantes Casquillos de agujas con fondo de una hilera Rodamientos de agujas con pestañas

Rodamientos de agujas sin pestañas Rodamientos de agujas autoalineables

Rodamientos de rodillos cónicos

Rodamientos de una hilera de rodillos cónicos apareados Rodamientos de dos hileras de rodillos cónicos Rodamientos de cuatro hileras de rodillos cónicos

Rodamientos CARB

Rodamientos de rodillos a rótula

Rodamientos de rodillos a rótula con obturaciones rozantes

Rodamientos axiales

Rodamientos axiales de bolas

Rodamientos axiales de bolas con arandela de alojamiento esférica

Rodamientos axiales de bolas con contacto angular

De efecto simple De doble efecto Rodamiento axial de bolas con contacto angular, de simple efecto, de alta precisión, diseño básico para montaje individual

Rodamientos axiales de bolas con contacto angular, de simple efecto, de alta precisión, apareados Rodamiento axial de bolas con contacto angular, de doble efecto, de alta precisión, diseño estándar Rodamiento axial de bolas con contacto angular, de doble efecto, de alta precisión, diseño para alta velocidad

Rodamiento axial de rodillos cilíndricos, de simple efecto

Rodamientos axiales de agujas

Rodamiento axial de rodillos cónicos, de simple efecto Rodamiento axial de rodillos cónicos, de tornillo

Rodamiento axial de rodillos cónicos, de doble efecto

Roldanas Rodillo de leva, diseño estrecho Rodillo de leva, diseño ancho Rodillo de apoyo, sin guiado axial, con aro interior

Rodillo de apoyo, con guiado axial mediante arandelas axiales, con obturaciones rozantes con agujas guiadas por la jaula Rodillo de apoyo guiado axialmente por rodillos cilíndricos, con obturaciones laberínticas Rodillo de apoyo guiado axialmente por rodillos cilíndricos, con obturaciones rozantes

Rodillo de leva con eje, con arandela de guiado axial, con asiento concéntrico y agujas guiadas por la jaula Rodillo de leva con eje guiado axialmente por rodillos cilíndricos, con obturaciones laberínticas, con un asiento concéntrico

Selección del tipo de rodamiento

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 moderadas, así como cargas axiales. Tienen una baja fricción y pueden ser fabricados con una gran precisión y con un diseño de funcionamiento silencioso. Por tanto, estos rodamientos son los preferidos para los motores eléctricos de tamaño pequeño y mediano.

Los rodamientos CARB y de rodillos a rótula pueden soportar cargas muy elevadas y son autoalineables. Estas propiedades hacen que sean especialmente adecuados, por ejemplo, para aplicaciones de ingeniería pesada, donde las cargas son muy elevadas y producen flexiones del eje y desalineaciones.

En muchos casos, sin embargo, se deben considerar diversos factores y contrastarlos entre sí a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento, por tanto, no es posible dar unas reglas generales.

La información facilitada a continuación, debe servir para indicar los factores más importantes a considerar a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento estándar, y facilitar así una elección apropiada:

• espacio disponible

• cargas

• desalineación

• precisión

• velocidad

• funcionamiento silencioso

• rigidez

• desplazamiento axial

• montaje y desmontaje

• obturaciones integradas Para una adecuada selección de los rodamientos dependiendo su tipo de carga y su uso, se debe realizar una primera inspección en la tabla que se encuentra al principio de este manual, hay encontrara un rodamiento adecuado para los tipos de carga que se tienen en el eje y que tanto pueden soportar cargas combinadas. Pero siempre se tiene que realizar un cálculo de que confiable es esta primera selección.

Ante la necesidad de trabajar con estos elementos, es recomendable que se adquiera un catalogo de rodamientos de la marca que prefiera para conocer la numeración y dimensiones del rodamiento que desea indicar. En ese catalogo aparecen además valores de resistencia mecánica que son la base para los cálculos de vida útil. Estos valores han sido obtenidos en bancos de prueba realizando numerosos ensayos y son los siguientes:

Capacidad de carga estática: C0 (fuerza)

Capacidad de carga dinámica: C (fuerza)

Velocidad nominal: V (r.p.m.)

Carga límite de fatiga: Pu (fuerza)

La falla principal de los rodamientos es la fatiga superficial en las pistas de rodadura y en los elementos rodantes. Esta falla se basa en las fórmulas de esfuerzo de contacto (Hertz).

Se han desarrollado cálculos avanzados para estimar la magnitud de estas fuerzas y por otra parte se han desarrollado materiales que soporten estas cargas logrando prolongar la vida útil.

En la figura (de arriba), se aprecia la falla por fatiga superficial en la pista de rodadura del aro interior de un rodamiento radial, esta falla provoca la aparición de escamas que se separan dañando la zona de rodadura. La razón para este tipo de falla se explica evaluando las fórmulas de esfuerzo de contacto, que entregan

valores altos bajo la superficie de rodadura provocando la aparición y propagación de fisuras que terminan por cortar la capa superficial de la pista.

El cálculo de la vida útil es dependiente del rodamiento en particular, esto lo convierte en un cálculo iterativo en el cual se escoge un rodamiento y se comprueba su vida útil, si el resultado es satisfactorio, la selección ha terminado, pero si la vida es menor o muy mayor de lo recomendado debe escogerse otro rodamiento y recalcular la vida.

Las tablas siguientes entregan recomendaciones para la vida útil que debería tener un rodamiento para las aplicaciones que se detallan, este es el punto de partida.

Guía de valores requeridos de vida nominal L10h para diferentes clases de máquinas

Clases de máquinas L10h horas de servicio

Electrodomésticos, máquinas agrícolas, instrumentos, aparatos para uso médico.

300 a 3 000

Máquinas usadas intermitente o por cortos períodos: Máquinas-herramienta portátiles, aparatos elevadores para talleres, máquinas para la construcción.

3 000 a 8 000

Máquinas para trabajar con alta fiabilidad de funcionamiento por

cortos períodos o intermitentemente : Ascensores, grúas para mercancías embaladas.

8 000 a 1 2000

Máquinas para 8 horas de trabajo diario no totalmente utilizadas : Transmisiones por engranajes para uso general, motores eléctricos para uso industrial, machacadoras giratorias.

10 000 a 25 000

Máquinas para 8 horas de trabajo diario totalmente utilizadas : Máquinas-herramientas, máquinas para trabajar la madera, máquinas para la industria mecánica general, grúas para materiales a granel, ventiladores, cintas transportadoras, equipo de imprenta, separadores y centrífugas.

20 000 a 30 000

Máquinas para trabajo continuo, 24 horas al día : Cajas de engranajes para laminadores, maquinaria eléctrica de tamaño medio, compresores, tornos de extracción para minas, bombas, maquinaria textil.

40 000 a 50 000

Maquinaria para abastecimiento de agua, hornos giratorios, máquinas cableadoras, maquinaria de propulsión para trasatlánticos.

60 000 a 100 000

Maquinaria eléctrica de gran tamaño, centrales eléctricas, ventiladores y bombas para minas, rodamientos para la línea de eje de transatlánticos.

≈ 100 000

Fuente: Catálogo General SKF

Guía de valores requeridos de vida nominal L10s para vehículos de carretera y ferroviarios

Tipo de vehículo L10s millones de km

Rodamientos de cubo de rueda para vehículos de carretera :

Automóviles 0,3

Camiones y autobuses 0,6

Rodamientos para cajas de grasa en vehículos ferroviarios :

Vagones de mercancías (según especificación UIC). 0,8

Material móvil de cercanías, tranvías. 1,5

Coches de pasajeros para grandes líneas. 3

Coches automotores para grandes líneas. 3 a 4

Locomotoras eléctricas y diesel para grandes líneas de 3 a 5

Se desarrollaran tres fórmulas para la vida útil: Vida Nominal [L10]; Vida Nominal Ajustada [Lna] y Vida Nominal Ajustada SKF [Lnaa].

1. Vida Nominal:

L10 = (C / P )p

Donde:

L10 es la vida estimada en millones de revoluciones C es la capacidad de carga dinámica P es la carga equivalente sobre el rodamiento, se calcula en función de las cargas radiales y axiales que afectan al rodamiento su fórmula depende del tipo de rodamiento a utilizar p es 3 para los rodamientos de bolas y 10/3 para los rodamientos de rodillos

La vida nominal puede expresarse en otras unidades mas adecuadas al problema que se analiza, de esta forma se tiene:

L10h = (1000000 / 60 n) L10

Donde:

L10h es la vida estimada en horas de funcionamiento n es la velocidad del eje en r.p.m. L10 es la vida estimada en millones de revoluciones

L10s = (p D / 1000)

Donde:

L10s es la vida estimada en millones kilómetros recorridos D es el diámetro de las ruedas en metros p es 3 para los rodamientos de bolas y 10/3 para los rodamientos de rodillos

2. Vida Nominal Ajustada

Lna = a1 a23 L10

Donde:

a1 es el factor correspondiente a la fiabilidad del rodamiento, este factor se obtiene de la tabla siguiente, se puede observar que la fiabilidad mínima es de 90% y que es imposible asegurar un 100%.

Valor del factor a1

Fiabilidad % a1

90 1

95 0,62

96 0,53

97 0,44

98 0,33

99 0,21

a23 es un factor que considera la calidad de la lubricación y su obtención requiere el uso de dos gráficos que a continuación se muestran.

Se necesita conocer las dimensiones básicas del rodamiento: su diámetro exterior D y su diámetro interior d. Esto significa que es preciso seleccionar un rodamiento y calcular su vida útil según las condiciones del problema.

Con las dimensiones principales del rodamiento se calcula el promedio dm = (D + d) / 2 y se entra al gráfico por el eje horizontal. A continuación se sube hasta tocar la línea inclinada correspondiente a la velocidad de giro del eje en r.p.m. Se sale horizontalmente hasta cortar el eje vertical del gráfico,

obteniendo el valor de la viscosidad cinemática νννν1 requerida por el rodamiento.

Una vez ubicada la vida sugerida, se procede a escoger un rodamiento del catálogo considerando el tipo de carga a soportar y las limitaciones dimensionales del problema. Una vez ubicados algunos candidatos se extraen los valores de C, Pu, D y d. De las condiciones del problema se obtienen el tipo de aceite utilizado, la temperatura de operación, la velocidad del eje, la fiabilidad requerida y el grado de contaminación. Con estos valores se procede a realizar los cálculos que a continuación se detallan.

Cargas

Magnitud de la carga

La magnitud de la carga es uno de los factores que suele determinar el tamaño del rodamiento a utilizar. Por lo general, los rodamientos de rodillos pueden soportar mayores cargas que los rodamientos de bolas de tamaño similar y los rodamientos llenos de elementos rodantes pueden soportar mayores cargas que los rodamientos con jaula correspondientes. Los rodamientos de bolas son los más utilizados cuando las cargas son ligeras o moderadas. Para cargas elevadas y ejes de gran diámetro, la elección mas adecuada son los rodamientos de rodillos.

Sentido de la carga

Carga radial

Los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NU y N, los rodamientos de agujas y los rodamientos CARB sólo pueden soportar cargas puramente radiales. Todos los demás rodamientos radiales pueden absorber algunas cargas axiales además de las cargas radiales; ver "Cargas combinadas".

Carga axial

Los rodamientos axiales de bolas y los rodamientos de bolas de cuatro puntos de contacto son adecuados para las cargas ligeras o moderadas puramente axiales. Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto sólo pueden soportar cargas axiales en un sentido; para las cargas axiales en ambos sentidos, son necesarios los rodamientos axiales de bolas de doble efecto.

Los rodamientos axiales de bolas con contacto angular pueden soportar cargas axiales moderadas a altas velocidades; en estos casos los rodamientos de simple efecto también pueden soportar cargas radiales simultáneas, mientras que los rodamientos de doble efecto se usan normalmente para cargas puramente axiales

Para las cargas axiales moderadas y elevadas en un sentido, los rodamientos más adecuados son los rodamientos axiales de agujas y los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y cónicos, así como los rodamientos axiales de rodillos a rótula. Los rodamientos axiales de rodillos a rótula también pueden soportar cargas radiales simultáneas. Para las cargas axiales alternas elevadas, se pueden montar dos rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o de rodillos a rótula adyacentes entre sí.

Carga combinada

Una carga combinada consta de una carga radial y una carga axial que actúan simultáneamente. La capacidad que tiene un rodamiento para soportar una carga axial está determinada por su ángulo de contacto "a"; cuanto mayor es dicho ángulo, más adecuado es el rodamiento para soportar cargas axiales. El factor de cálculo Y, que disminuye al aumentar el contacto "a", proporciona una indicación exacta. Los valores de este factor para un tipo de rodamiento o para los rodamientos individuales podrán encontrarse en el texto previo a las tablas de rodamientos, o en las propias tablas de rodamientos. La capacidad de carga axial de los rodamientos rígidos de bolas depende de su diseño interno y del juego interno del rodamiento.Para las cargas combinadas, se usan principalmente los rodamientos de una y de dos hileras de bolas con contacto angular y los rodamientos de una hilera de rodillos cónicos, aunque los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de rodillos a rótula también son adecuados.

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Asimismo, los rodamientos de bolas a rótula y los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NJ y NUP, así como los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NJ y UN con un aro angular HJ, también se pueden utilizar para las cargas combinadas con una componente axial relativamente pequeña

Los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, los rodamientos de rodillos cónicos, los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NJ y UN+HJ y los rodamientos axiales de rodillos a rótula, sólo pueden soportar cargas axiales en un sentido. Para las cargas axiales alternativas, estos rodamientos se deben combinar con un segundo rodamiento. Por esta razón, los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular están disponibles como "rodamientos universales" para un montaje apareado, y además se pueden suministrar rodamientos de una hilera de rodillos cónicos apareados.

Cuando la componente axial de las cargas combinadas es elevada, ésta puede ser soportada, independientemente de la carga radial, por un rodamiento independiente. Además de los propios rodamientos axiales, existen algunos rodamientos radiales, como los rodamientos rígidos de bolas o los rodamientos rígidos de bolas con cuatro puntos de contacto que son adecuados para esta tarea. En estos casos, para tener la seguridad de que el rodamiento sólo se somete a la carga axial, el aro exterior del rodamiento se debe montar con un huelgo radial.

Momentos

Cuando una carga actúa excéntricamente sobre un rodamiento, se puede producir un par de vuelco. Los rodamientos de dos hileras, por ejemplo los rodamientos rígidos de bolas o de bolas con contacto angular, pueden soportar pares de vuelco, pero son más adecuados los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular apareados o los rodamientos de rodillos cónicos en una disposición cara a cara, o mejor aún, espalda con espalda

Rodamientos rígidos de una hilera de bolas

Son particularmente versátiles. Su diseño es sencillo, no desarmables, son apropiados para velocidades altas e incluso muy altas y resistentes durante su funcionamiento, exigiendo muy poco mantenimiento. Las ranuras profundas de los caminos de rodadura y el alto grado de oscilación entre éstas y las bolas, permiten que los rodamientos rígidos de bolas soporten cargas axiales en ambos sentidos, además de cargas radiales, incluso a altas velocidades.

Rodamientos apareados

En las disposiciones de rodamientos en las que la capacidad de carga de un solo rodamiento es inadecuada, o en las que el eje se deba fijar axialmente en ambos sentidos con un juego axial determinado. Dependiendo de los requisitos de cada caso, los rodamientos apareados se pueden suministrar con una disposición en tándem, espalda con espalda o cara a cara

Los rodamientos se aparean durante su fabricación de modo que cuando se montan inmediatamente adyacentes entre sí, la carga se distribuirá uniformemente entre los rodamientos sin necesidad de utilizar chapas calibradas ni otros dispositivos similares.

Dependiendo de las necesidades, los rodamientos apareados se pueden suministrar en una de las tres disposiciones que se muestran en la figura.

En una disposición en tándem las líneas de carga son paralelas. La pareja de rodamientos puede soportar cargas axiales en ambos sentidos, repartiéndose la carga axial entre ambos rodamientos por igual.

En una disposición espalda con espalda las líneas de carga divergen hacia el eje del rodamiento. Las cargas axiales se pueden soportar en ambos sentidos, pero sólo por un rodamiento cada vez. Esta disposición es relativamente rígida, permitiendo los pares de inclinación.

En una disposición cara a cara las líneas de carga convergen hacia el eje del rodamiento. De nuevo, se pueden soportar cargas axiales en ambos sentidos, pero sólo por un rodamiento cada vez. Esta disposición no resulta tan rígida como la disposición espalda con espalda y resulta menos apropiada para soportar los pares de inclinación.

Para garantizar que los rodamientos están montados correctamente, se marca una "V" en el diámetro exterior de la pareja de rodamientos Para lograr un rendimiento correcto los rodamientos se deben montar como indica la marca "V". Las parejas de rodamientos se suministran como una unidad.

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos rígidos de bolas, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, se deben someter siempre a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de la carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de las bolas y la jaula, y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura de la disposición de rodamientos y pueden causar movimientos deslizantes dañinos entre las bolas y los caminos de rodadura.

La carga radial mínima a aplicar a los rodamientos rígidos de bolas se puede calcular con la siguiente fórmula:

Donde

Frm = carga radial mínima, kN

kr = factor de carga mínima (tablas de rodamientos)

ν = viscosidad del aceite a la temperatura de funcionamiento, mm2/s

n = velocidad de giro, rpm

dm = diámetro medio del rodamiento

=0,5 (d + D), mm

Al iniciar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante sea muy viscoso, se pueden requerir cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes soportados por el rodamiento, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento rígido de bolas se debe someter a una carga radial adicional. En aplicaciones donde se usan rodamientos rígidos de bolas, se puede aplicar una precarga axial ajustando los aros interior y exterior uno contra el otro, o mediante muelles

Capacidad de carga axial

Si los rodamientos rígidos de bolas están sujetos a una carga puramente axial, ésta no deberá exceder generalmente el valor de 0,5 C0. Los rodamientos pequeños (diámetro de agujero de hasta aprox. 12 mm) y los rodamientos de las series ligeras (Series de diámetros 8, 9, 0, y1) no se deberán someter a una carga axial superior a los 0,25 C0. Una carga axial excesiva puede suponer una reducción considerable de la vida útil del rodamiento.

Carga dinámica equivalente

Para los rodamientos independientes con carga dinámica y los rodamientos apareados dispuestos en tándem:

P = Fr cuando Fa/Fr ≤ e

P = XFr + YFa cuando Fa/Fr > e

El factor e, y el factor Y dependen de la relación f0 Fa/C0, donde f0 es un factor de cálculo, ver las tablas de productos, Fa el componente axial de la carga y C0 la capacidad de carga estática.

Para los rodamientos dispuestos en tándem, Fr y Fa son las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos.

Para las parejas de rodamientos dispuestas espalda con espalda o cara a cara

P = Fr + Y1Fa cuando Fa/Fr ≤ e

P = 0,75 Fr + Y2Fa cuando Fa/Fr > e

Los valores de e, Y1 é Y2 se muestran en la tabla. Fr y Fa representan las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos.

f0 Fa/ C0 e Y1 Y2 0,17 0,23 2,8 3,7

0,69 0,30 2,1 2,8

2,08 0,40 1,6 2,15

3,46 0,45 1,4 1,85

5,19 0,50 1,26 1,7

Carga estática equivalente

Para los rodamientos individuales y los apareados dispuestos en tándem

P0 = 0,6 Fr + 0,5 Fa

Si P0 < Fr, tomar P0 = Fr. Fr y Fa representan las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos.


P0 = Fr + 1,7 Fa

Fr y Fa representan las fuerzas que actúan sobre la pareja de rodamientos.

Rodamientos de bolas con contacto angular

Los rodamientos de bolas con contacto angular tienen los caminos de rodadura de sus aros interior y exterior desplazados entre sí en la dirección del eje del rodamiento. Esto quiere decir que han sido diseñados para soportar cargas combinadas, es decir, cargas radiales y axiales simultáneas.

La capacidad de carga axial de los rodamientos de bolas con contacto angular se incrementa al incrementar el ángulo de contacto. El ángulo de contacto se define como el ángulo que forma la línea que une los puntos de contacto entre la bola y los caminos de rodadura en el plano radial, a lo largo de la cual se transmite la carga de un camino de rodadura al otro, con una línea perpendicular al eje del rodamiento

Los rodamientos de bolas con contacto angular se fabrican en una amplia variedad de diseños y tamaños. Los más utilizados son:

• rodamientos de una hilera de bolas con contacto angula

• rodamientos de dos hileras de bolas con contacto angular

• rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto

Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular

Los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular pueden soportar cargas axiales que actúen solamente en un sentido. Una carga radial aplicada sobre el rodamiento da lugar a una fuerza que actúa en el sentido axial, y que debe ser contrarrestada. Como consecuencia, el rodamiento suele ajustarse contra un segundo rodamiento.

Normalmente los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, tienen un resalte alto y otro bajo. Algunos rodamientos, en particular los de las Series de Diámetros 8 y 9, tienen un aro interior con dos resaltes altos como los rodamientos rígidos de bolas. El resalte bajo en uno o en ambos aros permite incorporar un gran número de bolas al rodamiento, permitiendo así una capacidad de carga relativamente alta. Estos rodamientos son de diseño no desarmable.

El ángulo de contacto α es de 40°, con el sufijo en la designación B, para los tamaños más comunes. Para los rodamientos más grandes, son más comunes los ángulos de contacto de 25° y 30°, con los sufijos en la designación AC y A respectivamente.

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos de bolas con contacto angular, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, deben estar siempre sometidos a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de las bolas y la jaula, y el rozamiento en el lubricante, perjudican las condiciones de rodadura del rodamiento y pueden causar movimientos deslizantes dañinos entre las bolas y los caminos de rodadura.

La carga mínima requerida a aplicar a los rodamientos individuales y apareados en tándem se puede calcular con la fórmula:

Y para las parejas de rodamientos dispuestos espalda con espalda o cara a cara, con la fórmula:

Donde

Fam = carga axial mínima, kN


C0 = capacidad de carga estática de un rodamiento individual, o una pareja de rodamientos (véanse las tablas de productos), kN

ka = factor de carga axial mínima (véanse las tablas de productos)

kr = factor de carga radial mínima (véanse las tablas de productos)




= 0,5 (d + D), mm


Para los rodamientos individuales y apareados dispuestos en tándem

P = Fr cuando Fa/Fr ≤ 1.14

P = 0.35Fr + 0.57Fa cuando Fa/Fr > 1.14

A la hora de determinar la fuerza axial Fa se debe consultar la siguiente tabla:

Carga axial de las disposiciones de dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, de los diseños B o BE, y/o parejas de rodamientos dispuestos en tándem

Al aplicar una carga radial, la carga se transmite de un camino de rodadura a otro en ángulo con el eje del rodamiento, y se inducirá una carga axial interna en los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular. Esto se debe tener en cuenta cuando se calcula la carga equivalente de las disposiciones que incorporan dos rodamientos individuales y/o parejas de rodamientos en tándem. Las ecuaciones necesarias se muestran en la tabla superior para las distintas

disposiciones de rodamientos y los distintos tipos de cargas. Las ecuaciones sólo son válidas para rodamientos ajustados entre sí con un juego prácticamente nulo, pero sin precarga. En las disposiciones que se muestran, el rodamiento A está sometido a una carga radial FrA y el rodamiento B a una carga radial FrB. Tanto FrA como FrB se consideran siempre positivas incluso aunque actúen en sentido opuesto al mostrado en las figuras. Las cargas radiales actúan en los centros de presión de los rodamientos. Además, actúa una fuerza externa Ka sobre el eje (o sobre el soporte). Los casos 1c y 2c también son válidos cuando Ka=0.

Variable R

La variable R de la tabla tiene en cuenta las condiciones de contacto dentro del rodamiento. Los valores de R se pueden obtener del diagrama mostrado a bajo, como una función de la relación Ka/C. Ka es la carga axial externa que actúa sobre el eje o el alojamiento y C es la capacidad de carga dinámica del rodamiento, que debe soportar la carga axial externa. Para Ka = 0 use R = 1

El diagrama es válido para rodamientos de los diseños B y BE, es decir, para un contacto angular de 40°. Para rodamientos con otros ángulos de contacto, se deberán utilizar otro tipo de ecuación.


P = Fr + 0.55Fa cuando Fa/Fr ≤ 1.14

P = 0.57Fr + 0.93Fa cuando Fa/Fr > 1.14



Para los rodamientos individuales y apareados dispuestos en tándem

P = 0,5 Fr + 0.26Fa

Si P0 < Fr, se deberá usar P0 = Fr

A la hora de determinar la fuerza axial Fa se debe consultar la tabla de carga axial para rodamientos de contacto angular (en la parte superior).


P = Fr + 0.52Fa


A la hora de determinar la fuerza axial Fa se debe consultar la tabla de carga axial para rodamientos de contacto angular (en la parte superior).

Rodamientos de rodillos cilíndricos

En un rodamiento de una hilera de rodillos cilíndricos los rodillos siempre van guiados entre las pestañas integrales "abiertas" de uno de los aros. Estas pestañas "abiertas" combinadas con los extremos de los rodillos especialmente diseñados y con un acabado superficial especial, permiten una mejor lubricación, una menor fricción y por tanto una temperatura de funcionamiento más baja.

El aro con las pestañas integrales junto con la corona de rodillos cilíndricos se pueden separar del otro aro. Esto permite un montaje y desmontaje más sencillo, particularmente cuando las condiciones de carga son tales que se necesitan ajustes de interferencia para ambos aros.

Los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos pueden soportar cargas radiales elevadas y altas velocidades. Se fabrican con varios diseños diferentes, y la principal diferencia reside en la configuración de las pestañas. Los diseños más populares son NU, N, NJ y NUP.

Diseño NU

El aro exterior de los rodamientos con diseño NU tiene dos pestañas integrales, mientras que el aro interior no lleva pestañas. Dicho diseño permite un

desplazamiento axial del eje respecto al alojamiento en ambos sentidos dentro del propio rodamiento. Los rodamientos se usan por tanto como rodamientos libres. Por motivos de fabricación y de mantenimiento, las dos pestañas del aro exterior de los rodamientos de gran tamaño con diseño NU, identificadas mediante un nº de dibujo, no pueden ser integrales sino que tienen la forma de pestañas libres.

Diseño N

El aro interior tiene dos pestañas integrales y el aro exterior no lleva pestañas. El rodamiento permite el desplazamiento axial del eje respecto al alojamiento en ambos sentidos dentro del propio rodamiento. Los rodamientos se usan por lo tanto como rodamientos libres

Diseño NJ

El aro exterior tiene dos pestañas integrales y el aro interior una. Los rodamientos son por lo tanto apropiados para la fijación axial de un eje en un sentido.

Diseño NUP

El aro exterior tiene dos pestañas integrales y el aro interior tiene una pestaña integral y una pestaña no integral en la forma de una arandela suelta. Estos rodamientos se pueden emplear para fijar axialmente un eje en ambos sentidos.

Desplazamiento axial

Los rodamientos de rodillos cilíndricos con aros interior o exterior sin pestañas, de los diseños NU y N, y los rodamientos del diseño NJ con una pestaña integral en el aro interior pueden soportar un cierto desplazamiento axial del eje con respecto al alojamiento como resultado de la expansión térmica. Puesto que el desplazamiento axial tiene lugar dentro del rodamiento y no entre el rodamiento y el eje o el alojamiento, prácticamente se produce sin fricción durante el giro del rodamiento. Los valores correspondientes al desplazamiento axial admisible "s", de la posición normal de un aro del rodamiento respecto al otro se muestran en las tablas de rodamientos.

Rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos, como todos los rodamientos de bolas o rodillos, deben someterse siempre a una carga mínima determinada, en particular si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de la carga. Bajo tales condiciones, las fuerzas de inercia de los rodillos y de la jaula, y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las

condiciones de rodadura del rodamiento y causar deslizamientos dañinos entre los rodillos y los caminos de rodadura. La carga radial mínima a aplicar a los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos se puede calcular con la fórmula:

Donde


kr = factor de carga radial mínima (véanse las tablas de productos)



nr = velocidad de referencia (ver tabla de rodamientos), rpm


= 0,5 (d + D), mm

Al iniciar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, se pueden requerir cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes soportados por el rodamiento, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento de una hilera de rodillos cilíndricos debe ser sometido a una carga radial adicional

Capacidad de carga axial dinámica

Los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos con pestañas en ambos aros, pueden soportar cargas axiales además de radiales. Su capacidad para soportar cargas axiales viene determinada principalmente por la capacidad de las superficies deslizantes en los contactos entre los extremos de los rodillos/pestañas. Los factores principales que afectan esta capacidad de carga son la lubricación, la temperatura de funcionamiento y la evacuación de calor del rodamiento.

Asumiendo las condiciones citadas a continuación, la carga axial admisible se puede calcular con precisión suficiente con la siguiente fórmula:

Donde

Fap = carga axial máxima admisible, kN

C0 = capacidad de carga estática, kN

Fr = carga radial real del rodamiento, kN


d = diámetro del agujero del rodamiento, mm

D = diámetro exterior del rodamiento, mm

k1 = factor a

= 1,5 para la lubricación con aceite

= 1 para la lubricación con grasa

k2 = factor a

= 0,15 para la lubricación con aceite

= 0,1 para la lubricación con grasa

Esta ecuación se basa en condiciones consideradas típicas para un funcionamiento normal del rodamiento:

• una diferencia de 60 °C entre la temperatura de funcionamiento del rodamiento y la temperatura de ambiente;

• una pérdida de calor específica del rodamiento de 0,5 mW/mm2 °C; respecto a la superficie del diámetro exterior del rodamiento (π D B);

• una relación de viscosidad κ ≥ 2, consulte la sección

Para la lubricación con grasa, se puede utilizar la viscosidad del aceite base de la grasa. Si κ es menor que 2, aumentará la fricción y habrá un mayor desgaste. Estos efectos se pueden reducir a bajas velocidades, por ejemplo, utilizando aceites con agentes AW (anti-desgaste) y con aditivos EP (extrema presión).

Cuando los rodamientos están lubricados con grasa y las cargas axiales actúan durante períodos más largos, se recomienda utilizar una grasa que tenga buenas propiedades de separación de aceite a las temperaturas de funcionamiento (> 3 %

según la normativa DIN 51817). También se recomienda una lubricación frecuente.

Los valores para la carga admisible Fap obtenidos de la ecuación de estabilidad térmica, son válidos para una carga axial constante y continua, y cuando existe un suministro de lubricante apropiado a los contactos del extremo del rodillo/pestaña. Cuando las cargas axiales actúan solamente durante períodos breves, los valores se pueden duplicar, o para cargas de choque se pueden triplicar, siempre que no se excedan los límites correspondientes a la resistencia de la pestaña que se muestran a continuación

Para evitar riesgos de rotura de las pestañas, la carga axial constante Fap aplicada al rodamiento nunca deberá exceder el valor numérico de:

• 0,0045 D1,5 para los rodamientos de la serie 2

• 0,0023 D1,7para los rodamientos de otras series

Cuando la carga axial actúa sólo ocasionalmente y durante períodos breves, Fa nunca deberá superar el valor numérico de

• 0,013 D1,5 para los rodamientos de la serie 2

• 0,007 D1,7para los rodamientos de otras series

Donde

Fa = la carga axial que actúa constante u ocasionalmente, kN

D = diámetro exterior del rodamiento, mm

Para obtener una distribución uniforme de la carga sobre las pestañas y una precisión de funcionamiento del eje suficiente, cuando los rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos están sometidos a cargas axiales elevadas, se deberá prestar especial atención a la variación axial y al tamaño de las superficies de apoyo de los componentes adyacentes. Para la pestaña del aro interior, por ejemplo, el diámetro del apoyo se puede calcular con la fórmula:

das = 0,5 (d1 + F)

Donde

das =diámetro del apoyo en el eje, mm

d1 = diámetro de la pestaña del aro interior, mm

F = diámetro del camino de rodadura del aro interior, mm

Cuando la desalineación entre el aro interior y el exterior excede 1 minuto de arco, la acción de la carga sobre la pestaña cambia considerablemente. Los factores de seguridad incluidos en los valores orientados pueden ser inadecuados.


Cuando se usan rodamientos de rodillos cilíndricos cargados dinámicamente como rodamientos libres:

P = Fr

Si se utilizan rodamientos con pestañas tanto en el aro interior como exterior para fijar un eje en uno o ambos sentidos, la carga dinámica equivalente se deberá calcular con la siguiente fórmula:

P = F cuando Fa/Fr ≤ e

P = 0,92 Fr + YFa cuando Fa/Fr > e

Donde

e = valor limitante

= 0,2 para rodamientos de las series 18, 19, 10, 2, 3 y 4

= 0,3 para rodamientos de otras series

Y = factor de carga axial

= 0,6 para rodamientos de las series 18, 19, 10, 2, 3 y 4

= 0,4 para rodamientos de otras series

Puesto que los rodamientos de rodillos cilíndricos cargados axialmente sólo funcionan de forma satisfactoria cuando están sujetos a una carga radial que actúa simultáneamente, la relación Fa/Fr no deberá exceder el valor 0,5.


P0 = Fr

Rodamientos de bolas a rótula

El rodamiento de bolas a rótula es un invento de SKF. Tiene dos hileras de bolas y un camino de rodadura esférico común en el aro exterior. El rodamiento es por tanto auto alineable e insensible a las desalineaciones angulares del eje en relación al soporte. Es particularmente apropiado para aplicaciones donde se pueden producir considerables desalineaciones o flexiones del eje. Además, el rodamiento de bolas a rótula es el que menos fricción tiene de todos los rodamientos, lo que le permite una temperatura de funcionamiento más baja, incluso a altas velocidades.

Capacidad de carga axial

La capacidad de carga axial de un rodamiento de bolas a rótula, montado sobre un manguito de fijación en un eje liso sin un reborde integral, depende del rozamiento entre el manguito y el eje. La carga axial permisible se puede calcular aproximadamente con

Fap = 0,003 B d

Donde

Fap = Máxima carga axial admisible, kN

B = anchura del rodamiento, en mm

d = diámetro del agujero del rodamiento, en mm

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos de bolas a rótula, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, deben someterse siempre a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de las bolas y la jaula, y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura del rodamiento y pueden causar movimientos deslizantes dañinos entre las bolas y los caminos de rodadura

La carga mínima requerida a aplicar a los rodamientos de bolas a rótula se puede calcular con la siguiente fórmula

Pm = 0,01 C0

Donde

Pm = carga mínima equivalente, kN

C0 = capacidad de carga estática, kN (ver tablas de rodamientos)

Al iniciar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, pueden requerirse cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes soportados por el rodamiento, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento de bolas a rótula deberá someterse a una carga radial adicional, por ejemplo, mediante el incremento de la tensión de la correa o por otros medios similares


P = Fr + Y1Fa cuando Fa/Fr ≤ e

P = 0,65 Fr + Y2Fa cuando Fa/Fr > e

Encontrará los valores de Y1, Y2 y e en las tablas de rodamientos.


P0 = Fr + Y0Fa

Encontrará los valores de Y0 en las tablas de rodamientos.

Rodamientos de rodillos cónicos

Los rodamientos de rodillos cónicos tienen los rodillos dispuestos entre unos caminos de rodadura cónicos en los aros interior y exterior. Al prolongar las superficies cónicas de ambos caminos de rodadura, convergen sobre un mismo punto en el eje del rodamiento. Su diseño hace que los rodamientos de rodillos cónicos sean especialmente adecuados para soportar cargas combinadas (radiales y axiales). Su capacidad de carga axial viene determinada en gran medida por el ángulo de contacto; cuanto mayor sea este ángulo, mayor será la capacidad de carga axial. El factor de cálculo e sirve como indicación del tamaño del ángulo; cuanto mayor sea el valor de e, mayor será el ángulo de contacto y más apropiado será el rodamiento para soportar cargas axiales.

Los rodamientos de rodillos cónicos suelen ser de diseño desarmable, es decir, el cono que consta de aro interior, rodillos y jaula, forman una unidad que puede montarse por separado del aro exterior (copa).

Los rodamientos de rodillos cónicos SKF tienen un perfil de contacto logarítmico que permite una distribución óptima de la tensión en los contactos del rodillo/camino de rodadura. El diseño especial de las superficies de deslizamiento de la pestaña guía y el extremo grande de los rodillos, favorecen considerablemente la formación de una película de lubricante en los contactos del extremo del rodillo/pestaña. Las ventajas obtenidas incluyen una mayor fiabilidad de funcionamiento y una menor sensibilidad a la desalineación

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos de rodillos cónicos, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, deben someterse siempre a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de la carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de los rodillos y la jaula, y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura del rodamiento y pueden causar movimientos deslizantes dañinos entre los rodillos y los caminos de rodadura

La carga radial mínima requerida en los rodamientos de rodillos cónicos SKF estándar, se puede calcular con la fórmula

Frm = 0,02 C

Donde


C = capacidad de carga dinámica, kN (ver tablas de rodamientos)

Al iniciar su funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, se pueden requerir cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento de una hilera de rodillos cónicos debe someterse a una carga radial adicional, que puede lograrse fácilmente aplicando una precarga.


P = Fr cuando Fa/Fr ≤ e

P = 0,4 Fr + YFa cuando Fa/Fr > e

Los valores de los factores de cálculo e é Y se muestran en las tablas de rodamientos.


P0 = 0,5Fr + Y0Fa

Cuando P0 < Fr, se toma P0 = Fr. El valor del factor de cálculo Y0 se muestra en las tablas de rodamientos

Determinación de las fuerzas axiales

Al aplicar una carga radial a un rodamiento de una hilera de rodillos cónicos, la carga se transmite de un camino de rodadura a otro en un ángulo al eje del rodamiento y se inducirá una fuerza axial interna en el rodamiento. Esto se debe tener en cuenta al calcular las cargas equivalentes del rodamiento para disposiciones de rodamientos que consten de dos rodamientos individuales y/o parejas de rodamientos en tándem.

Las ecuaciones necesarias se muestran en la tabla siguiente para las distintas disposiciones de rodamientos y los distintos tipos de carga. Las ecuaciones sólo son válidas si los rodamientos se ajustan uno contra otro con un juego prácticamente cero, pero sin ninguna precarga. En las disposiciones que se muestran, el rodamiento A está sujeto a una carga radial FrA y el rodamiento B a una carga radial FrB. Los valores de las cargas FrA y FrB se consideran siempre positivos incluso cuando actúan en la dirección contraria a la que se muestra en las figuras. Las cargas radiales actúan en los centros de presión de los rodamientos (ver dimensión a en la tabla de rodamientos).

Además una fuerza externa Ka actúa sobre el eje (o sobre el soporte). Los casos 1c y 2c también son válidos cuando Ka = 0. Los valores del factor Y se muestran en las tablas de rodamientos.

Rodamientos CARB®

El rodamiento toroidal CARB es un tipo de rodamiento radial de rodillos totalmente nuevo. Este rodamiento de rodillos, compacto y autoalineable, fue diseñado por SKF y lanzado al mercado en 1995. En un diseño único, combina la capacidad de autoalineación del rodamiento de rodillos a rótula con la libertad de desplazamiento axial de los rodamientos de rodillos cilíndricos. También puede tener la reducida sección transversal normalmente asociada con los rodamientos de agujas

La aplicación de los rodamientos CARB cubre un amplio rango de carga radial. Han sido diseñados exclusivamente como rodamientos libres y como tales, su excelente combinación de autoalineación y desplazamiento axial, abre un nuevo mundo de posibilidades para ahorrar espacio, peso y costes de producción. Desplazando axialmente los aros entre sí intencionadamente, es posible ajustar de modo preciso el juego radial interno del rodamiento.

Los rodamientos CARB permiten disposiciones más pequeñas y ligeras ofreciendo un rendimiento igual o superior, p.ej. en cajas de engranajes planetarios. Simplifican la disposición de los rodamientos para ejes largos sujetos a cambios de temperatura. Se ha comprobado que al usar rodamientos CARB, se reducen los niveles de vibración, p.ej. en máquinas papeleras o en ventiladores.

El CARB es un rodamiento de una hilera, de rodillos largos, ligeramente abombados y simétricos. Los caminos de rodadura de ambos aros son cóncavos y están situados simétricamente en el centro del rodamiento. La combinación óptima de los perfiles de ambos caminos de rodadura, garantizan una distribución adecuada de la carga sobre el rodamiento, proporcionando un bajo nivel de rozamiento.

Los rodillos de los rodamientos CARB son autoguiados, es decir, siempre se colocarán de modo que la carga se distribuya de modo uniforme a lo largo del rodillo, independientemente de si el aro interior está desplazado axialmente y/o desalineado respecto al aro exterior.

La capacidad de carga del rodamiento CARB es muy alta incluso cuando tiene que compensar desalineaciones angulares o desplazamientos axiales. El resultado es una disposición de rodamientos altamente fiable y con una gran vida útil.

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos CARB, como todos los rodamientos de bolas y de rodillos, deben someterse siempre a una determinada carga mínima, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de los rodillos y la jaula, y la fricción en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura del rodamiento y causar deslizamientos dañinos entre rodillos y caminos de rodaduura.

La carga mínima requerida para los rodamientos CARB con jaula, se puede calcular con la fórmula:

Frm = 0,007 C0

Y para los rodamientos sin jaula, con la fórmula:

Frm = 0,01 C0

Donde


C0 = capacidad de carga estática, kN (ver tablas de rodamiento)

En algunas aplicaciones no es posible alcanzar o exceder la carga mínima requerida. No obstante, los rodamientos con jaula lubricados con aceite permiten una carga mínima menor. Esta carga puede calcularse cuando n/nr ≤ 0,3 con la fórmula:

Frm = 0,002 C0

Y cuando 0,3 < n/nr ≤ 2 con la fórmula:

Donde


C0 = capacidad de carga estática, kN (ver las tablas de rodamientos)


nr = velocidad de referencia, rpm (ver las tablas de rodamientos)

Al iniciar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, pueden requerirse cargas mínimas aún mayores que Frm = 0,007 C0 y 0,01 C0 respectivamente. El peso de los componentes soportado por el rodamiento, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento CARB debe someterse a una carga radial adicional.


Puesto que el rodamiento CARB® sólo puede soportar cargas radiales

P = Fr


Puesto que el rodamiento CARB sólo puede soportar cargas radiales

P0 = Fr


Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto constan de una arandela de eje, una arandela de alojamiento y una corona axial de bolas. Los rodamientos son desarmables de modo que el montaje resulta sencillo ya que las arandelas y la corona de bolas pueden montarse por separado.

Hay tamaños más pequeños con una superficie de asiento plana en la arandela de alojamiento o con una superficie de asiento esférica. Los rodamientos con una arandela de alojamiento esférica pueden utilizarse con una arandela de asiento esférica para compensar la desalineación entre la superficie de apoyo en el alojamiento y el eje. SKF suministra las arandelas de asiento esféricas, pero deberán pedirse por separado.

Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto, como su propio nombre indica, pueden soportar cargas axiales en una dirección y por tanto fijar un eje axialmente en una dirección. No deberán someterse a ninguna carga radial

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos axiales de bolas, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, deben someterse siempre a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de la carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de las bolas y la(s) jaula(s), y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura del rodamiento, causando movimientos deslizantes dañinos entre las bolas y los caminos de rodadura.

La carga axial mínima a aplicar a los rodamientos axiales de bolas se puede calcular con la siguiente fórmula:

Donde


A = factor de carga mínima (ver las tablas de rodamientos)


Al comenzar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, pueden requerirse cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes soportados por el rodamiento, particularmente cuando el eje está en posición vertical, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento axial de bolas deberá precargarse, p.ej. mediante muelles.


P = Fa


P0 = Fa

Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos

Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos son adecuados para disposiciones que tengan que soportar grandes cargas axiales. Además, son relativamente insensibles a las cargas de choque, son muy rígidos y requieren un espacio axial mínimo. Se suministran, como estándar, como rodamientos de simple efecto y sólo pueden soportar cargas axiales en un sentido.

Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos tienen una forma y un diseño sencillo y se fabrican con una hilera y con dos hileras de rodillos cilíndricos. Los rodamientos de las series 811 y 812 se suelen utilizar principalmente cuando la capacidad de carga de los rodamientos axiales de bolas es inadecuada.

La superficie cilíndrica de los rodillos está ligeramente bombeada hacia sus extremos. Por tanto, el perfil del contacto prácticamente elimina las tensiones dañinas en los bordes. Los rodamientos son desarmables, por lo que los componentes individuales pueden montarse por separado

Carga mínima

Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos, como todos los rodamientos de bolas y rodillos, deben someterse siempre a una carga mínima determinada, particularmente si han de funcionar a altas velocidades o están sujetos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de carga. Bajo tales condiciones las fuerzas de inercia de los rodillos y la jaula, y el rozamiento en el lubricante, pueden perjudicar las condiciones de rodadura del rodamiento y pueden causar movimientos deslizantes dañinos entre los rodillos y los caminos de rodadura.

La carga mínima a aplicar a los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos se puede calcular con la siguiente fórmula:

Donde


C0 = capacidad de carga estática (ver las tablas de rodamientos), kN

A = factor de carga mínima (ver las tablas de rodamientos)


Al iniciar el funcionamiento a bajas temperaturas o cuando el lubricante es muy viscoso, pueden requerirse cargas mínimas aún mayores. El peso de los componentes soportados por el rodamiento, particularmente cuando el eje está en posición vertical, junto con las fuerzas externas, generalmente exceden la carga mínima requerida. Si no es el caso, el rodamiento axial de rodillos cilíndricos deberá precargarse, p.ej. mediante muelles o con una tuerca de eje.


P = Fa


P0 = Fa

Roldanas

Las roldanas, que son rodamientos con un aro exterior de paredes particularmente gruesas, pueden absorber cargas elevadas así como cargas de choque. Son unidades listas para montar y están diseñadas para todo tipo de mandos de leva, pistas de rodadura, sistemas de transporte, etc.

Las roldanas están basadas en los rodamientos de bolas, los rodamientos de agujas y los rodamientos de rodillos cilíndricos. Debido a su amplia variedad de diseños, son adecuadas para las más diversas condiciones de funcionamiento.

• rodillos de leva

• rodillos de apoyo

• rodillos de leva con eje

Rodillos de leva

Los rodillos de leva son rodamientos de bolas con un aro exterior de paredes particularmente gruesas. Son unidades listas para montar y prelubricadas, y se utilizan para todo tipo de mandos de leva, sistemas de transporte, etc. Están disponibles en diseño estrecho y en diseño ancho con superficie de rodadura bombeada. Los rodillos anchos también se encuentran disponibles con superficie de rodadura plana. Los rodillos de leva con superficies de rodadura coronadas se deben utilizar siempre que se esperen desalineaciones angulares con respecto a la pista de rodadura, y donde las tensiones en los bordes se deban minimizar.

Capacidad de carga

En contraste con los rodamientos de bolas normales, cuyos aros exteriores van apoyados en todo su diámetro exterior en el agujero del alojamiento, el aro exterior de un rodillo de leva tiene únicamente una pequeña superficie de contacto de rodadura, p.ej., un rail o leva. La superficie de contacto real depende de la carga radial aplicada y del bombeo de la superficie de rodadura. La deformación del aro exterior causada por este contacto limitado altera la distribución de la fuerza en el rodamiento y por lo tanto influye sobre la capacidad de carga. Las capacidades de carga dadas en la tabla de productos tienen esto en cuenta. Respecto a esta deformación y a la resistencia del aro exterior, no sólo es necesario utilizar las capacidades de carga dinámica y estática, sino también no exceder las cargas radiales dinámicas máximas permisibles.

La capacidad de soportar cargas dinámicas depende de la vida útil requerida, pero en lo que respecta a la deformación y a la resistencia del aro exterior, no se deberá exceder el valor de la carga radial dinámica máxima Fr.

La carga estática permisible para un rodillo de leva viene determinada por el menor de los valores F0r y C0. Si los requisitos respecto a un funcionamiento suave están por debajo de lo normal, la carga estática puede exceder el valor C0 pero nunca deberá exceder la carga radial estática máxima permisible F0r.

No obstante, si el rodillo de leva está montado como un rodamiento normal en el agujero de un soporte, se deberán utilizar las capacidades de carga indicadas bajo el encabezamiento "Rodamiento" para seleccionar el tamaño.

Capacidad de carga - Capacidad de carga axial

Los rodillos de levas están diseñados para cargas predominantemente radiales. Si las cargas axiales actúan sobre el aro exterior, p.ej. como ocurre cuando el rodillo de leva se desliza por una pestaña guía, se producirán pares de vuelco en el rodillo de leva que podrían reducir su vida útil.

Lubricación

Para que los rodamientos funcionen de un modo fiable, deben estar adecuadamente lubricados con el fin de evitar el contacto metálico directo entre los elementos rodantes, los caminos de rodadura y las jaulas. El lubricante también evita el desgaste y protege las superficies contra la corrosión. Por tanto, la elección del lubricante y el método de lubricación adecuado para cada aplicación, así como el mantenimiento apropiado, son de gran importancia.

Existe una extensa gama de grasas y aceites disponibles para la lubricación de los rodamientos y también existen lubricantes sólidos para, por ejemplo, temperaturas extremas. La selección del lubricante depende fundamentalmente de las condiciones de funcionamiento, es decir, del margen de temperaturas y velocidades, así como de la influencia del entorno.

Las temperaturas de funcionamiento más favorables se obtienen cuando el rodamiento contiene la cantidad mínima de lubricante necesaria para proporcionar una lubricación fiable. Sin embargo, cuando el lubricante tiene funciones adicionales que realizar, como obturar o extraer el calor del rodamiento, entonces se necesitan mayores cantidades.

El lubricante en una disposición de rodamientos, pierde gradualmente sus propiedades de lubricación a causa del trabajo mecánico, el envejecimiento y la acumulación de contaminación. Por tanto, es necesario reponer o renovar la grasa y filtrar y cambiar el aceite a intervalos regulares.

La información y las recomendaciones incluidas en esta sección están relacionadas con los rodamientos sin obturaciones o placas de protección integrales.

La vida útil de la grasa en los rodamientos obturados suele superar la del propio rodamiento, de manera que, con algunas excepciones, no se prevé la relubricación de estos rodamientos.

Nota: Pueden existir diferencias en las propiedades de lubricación en lubricantes aparentemente iguales (especialmente grasas) fabricados en distintos lugares. Por tanto, SKF no puede asumir ninguna responsabilidad en cuanto al lubricante o sus prestaciones. Se recomienda al usuario que especifique con detalle las propiedades de lubricación, con el fin de conseguir el lubricante adecuado para la aplicación.

Lubricación con grasa

Bajo condiciones normales de funcionamiento, es posible utilizar grasa para lubricar los rodamientos en la mayoría de las aplicaciones.

La ventaja de la grasa con respecto al aceite, es que es más fácil de retener en la disposición de rodamientos, particularmente con ejes inclinados o verticales, y también ayuda a obturar la disposición contra los contaminantes, la humedad o el agua.

Una cantidad excesiva de grasa provoca un rápido aumento de temperatura en el interior del rodamiento, particularmente cuando éste funciona a altas velocidades. Por regla general, solamente el rodamiento debe quedar completamente lleno de grasa en el momento de la puesta en marcha, mientras que el espacio libre que queda en el alojamiento debe estar parcialmente cubierto. Antes de que el rodamiento funcione a altas velocidades, se debe permitir que el exceso de grasa en el rodamiento se asiente o se elimine durante un período de rodaje. Al final del período de rodaje la temperatura de funcionamiento habrá descendido considerablemente, lo que indica que la grasa se ha distribuido adecuadamente en la disposición.

No obstante, cuando los rodamientos van a funcionar a velocidades lentas y se requiere una buena protección contra la contaminación y la corrosión, es aconsejable llenar el alojamiento completamente con grasa.

Lubricación con aceite

Normalmente, la lubricación con aceite se emplea cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de funcionamiento no permiten el uso de grasa, cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor producido por la fricción o de origen externo, o cuando los componentes adyacentes (engranajes, etc.) están lubricados con aceite.

Con el fin de aumentar la vida útil del rodamiento, se prefiere el uso de una lubricación con aceite limpio, es decir, la lubricación por circulación de aceite bien filtrado, el método de inyección de chorro de aceite y el método de proyección de gotas de aceite con una filtración del aire y del aceite.

Cuando se utilizan los métodos de lubricación por circulación de aceite y por proyección de gotas de aceite, se deben proporcionar conductos con unas dimensiones adecuadas que permitan que el aceite que circula por el rodamiento pueda salir de la disposición.

Lubricación con aceite - Aceites lubricantes - Selección del aceite lubricante

La selección del aceite está basada fundamentalmente en la viscosidad requerida para proporcionar una lubricación adecuada del rodamiento a la temperatura de funcionamiento. La viscosidad del aceite depende de la temperatura, y disminuye con el aumento de la misma. La relación entre la temperatura y la viscosidad se muestra en el índice de viscosidad VI. Los aceites recomendados para la lubricación de los rodamientos son los que tienen un alto índice de viscosidad, de 95 como mínimo (aceites cuya viscosidad varía poco con la temperatura).

Para que se forme una película de aceite suficientemente espesa en la zona de contacto entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura, el aceite deberá conservar una viscosidad mínima a la temperatura de funcionamiento. La viscosidad cinemática mínima ν1 requerida a la temperatura de funcionamiento para proporcionar una lubricación adecuada, se puede determinar con el grafico “Estimación de la viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento”, con tal de que se emplee un aceite mineral. Cuando se conoce la temperatura de funcionamiento, los valores de viscosidad correspondientes a la temperatura de referencia de 40 °C internacionalmente normalizada, es decir, la clase de viscosidad ISO VG, se pueden obtener del “Viscosidad cinemática a la temperatura de referencia”, para un índice de viscosidad de 95.

Estimación de la viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento

Viscosidad cinemática a la temperatura de referencia

Ciertos tipos de rodamientos, p.ej. los rodamientos de rodillos a rótula, los rodamientos CARB, los rodamientos de rodillos cónicos y los rodamientos axiales de rodillos a rótula, suelen tener una temperatura de funcionamiento más alta que otros tipos de rodamientos, p.ej. los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de rodillos cilíndricos, bajo condiciones de funcionamiento equivalentes.

A la hora de seleccionar un aceite se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

• La vida útil del rodamiento se puede prolongar seleccionando un aceite con una viscosidad cinemática ν a la temperatura de funcionamiento que sea más alta que la viscosidad ν1 que se muestra en la grafica “Estimación de la viscosidad cinemática mínima a la temperatura de funcionamiento”. A ν > ν1 se puede conseguir seleccionando un aceite mineral con una viscosidad ISO VG más alta o usando un aceite con un índice de viscosidad mayor que VI, con al menos el mismo coeficiente de presión-viscosidad. Puesto que el aumento de viscosidad eleva la temperatura de funcionamiento, a menudo la ventaja de este método está limitada.

• Cuando la relación de viscosidad κ = ν/ν1 es menor que 1, se recomienda que el aceite contenga aditivos EP, y si κ es menor que 0,4 se hace necesario el uso de un aceite con tales aditivos. Un aceite con aditivos EP puede mejorar también la fiabilidad de funcionamiento cuando κ es mayor que 1, con rodamientos de tamaño mediano o grande. Debe recordarse que algunos aditivos EP pueden ser perjudiciales.

Existen muchas aplicaciones que requieren un rodamiento de diseño especial. Una de estas situaciones es la falta de espacio para colocar un rodamiento normal.

Para situaciones en donde el espacio es aún mas reducido, existen rodamientos sin aro exterior que se denominan "corona de agujas" y rodamientos denominados "casquillos de agujas" compuestos por agujas y un aro exterior de acero delgado.

Los rodamientos de agujas también se aplican para cargas axiales en donde las agujas (o mas exactamente los troncos de cono) se ordenan en un canastillo y puede tener aros de variados espesores, aprovechando el espacio disponible.

Cuando se realiza el diseño de un montaje, se pueden usar soportes completos que incluyen el rodamiento, los sellos y una base de apoyo que puede ser "de pie" con dos perforaciones para unirlos a una estructura o de "brida" para unirse a una plancha. En la figura se aprecian dos soportes de pie y uno brida del tipo SY que además son a rótula.

Finalmente, en la figura se aprecian dos rodamientos lineales, utilizados para el desplazamiento de unos objetos a lo largo de un riel. El rodamiento partido es para desplazamientos lineales y el rodamiento entero puede utilizarse para desplazamiento lineal y rotacional.

Deslizadores lineales de rodamientos

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