RODAMIENTOS 67.12 Mecanismos ‘B’

Agenda Definición Elementos constituyentes Funcionamiento Rodadura Pura Tipos de cargas y solicitaciones Lubricación Velocidad de funcionamiento Tipos de Rodamientos Montaje Selección y verificaciones de Rodamientos

Cojinete Cojinetes de Rodadura Elemento que dispuesto como soporte o vínculo de un árbol (eje rotatorio), permite la rotación del mismo dentro de él, guiando dicha rotación. Cojinetes de Rodadura Elementos rodantes Esferas Rodillos Agujas

Elementos constituyentes

Elementos constituyentes Despiece Rodamiento rígido de bolas Elementos rodantes Pista o aro exterior Retención Jaula Pista o aro Interior

Agenda Definición Elementos constituyentes Funcionamiento Rodadura Pura Tipos de cargas y solicitaciones Lubricación Velocidad de funcionamiento Tipos de Rodamientos Montaje Selección y verificaciones de Rodamientos

Funcionamiento Idealmente Rodadura Pura Vter = rer * wer Punta de eje o muñon Idealmente Rodadura Pura Vter = rer * wer Vtpi = Rpi * wpi Vrel er - pext = 0 Wpe = 0 Elemento rodante trepa por sobre la pista exterior

Funcionamiento - Cargas Bancada - Alojamiento Deformaciones Fa Fr Fr Conceptualmente: p Solicitaciones variables con tensiones inducidas en las cercanías del punto de aplicación de la carga (contacto): TENSIONES DE CONTACTO

Funcionamiento - Tensiones Modo de falla, en condiciones normales: FATIGA SUPERFICIAL Luego de que el contacto puntual o lineal se transforma en una superficie de contacto (Huella) ocurre una distribución de tensiones característica. Para el caso de los rodamientos puede modelizarse mediante el estudio de Tensiones Hertz Huella

Funcionamiento – Tensiones Hertz Tensiones de contacto Huella circular (a =b) ν: modulo de Pisson: εT/εL

Funcionamiento – Tensiones Hertz Tensiones en z: NORMALES Tensiones principales (z = 0) TANGENCIALES

Funcionamiento – Tensiones Hertz  = 0,31*Pmax z = 0,63*a

Funcionamiento – Tensiones Hertz ANALISIS DE TENSIONES Dependen de: Geometría de las piezas en contacto De la constante de elasticidad de las partes (E: Módulo de elasticidad longitudinal o modulo de Young y del coeficiente de Poisson) De las fuerzas que generan el contacto (F) De la ubicación del punto en análisis respecto de la posición de contacto teórica Hipótesis Los cuerpos pueden ser de materiales diferentes Los materiales son isótropos, homogéneos y elástico lineales (Ley de Hooke) Las superficies inicialmente en contacto puntual o lineal tienen un plano tangente común. Establecida la carga F, el contacto puntual o lineal se transforma en una superficie de forma elíptica. Contacto estático o de rodadura pura (sin deslizamiento), o de deslizamiento no superior a 1%.

Funcionamiento – Fatiga superficial Proceso de falla: Propagación de la grieta hasta la superficie con los ciclos de trabajo. Formación de una grieta bajo la superficie de contacto debido a Tensiones Tangenciales Desprendimiento superficial de material: Etapa inicial: Las “picaduras”estan aisladas entre si. Etapa intermedia: Las “picaduras” se asocian en roturas de mayor tamaño. La pista conserva su característica general. Etapa avanzada: las roturas forman un descascaramiento con perdida del perfil general de la pista. Si bien no hay un acuerdo general respecto del mecanismo exacto de esta falla, se acepta que las tensiones tangenciales máximas debidas al contacto, las cuales se localizan un poco por debajo de la superficie, al cabo de un cierto número de ciclos de operación, son la causa de grietas que, con el tiempo, se van propagando hacia la superficie, produciendo el desprendimiento de partículas superficiales (“picado”). Una vez picada la superficie, su acabado superficial se deteriora y continúa el proceso de falla mediante el desprendimiento de grandes porciones superficiales de material (“descascarado”). La iniciación de la falla no necesariamente se origina por debajo de la superficie; puede producirse en la superficie si allí se encuentra una imperfección o discontinuidad. Otro factor que afecta al mecanismo de falla es la presencia o ausencia de lubricante. Cuando la grieta llega a la superficie, según sea su orientación y la viscosidad del lubricante, éste puede ingresar a la grieta a presión (debido al contacto entre las superficies), y producir el desprendimiento de material, lo cual concuerda con el mecanismo de falla descripto más arriba. En ensayos realizados operando en seco (sin lubricación), aún cuando se produjeron grietas superficiales, no ocurrieron picaduras. Las piezas con grietas superficiales continuaron operando durante una gran cantidad de ciclos, sin fallar. Al contrario del fenómeo de fatiga en materiales sometidos a solicitaciones variables, como en el caso de los aceros que poseen un limite de resistencia a la fatiga, ningún material muestra una propiedad equivalente cuando se lo somete a fatiga superficial, por pequeñas que sean las tensiones presentes, siempre se producirá la falla por fatiga superficial, al cabo de un número suficiente de ciclos de operación. Esta es la razón por la cual, por ejemplo, los rodamientos, se seleccionan para una determinada cantidad de ciclos de vida, y no para vida infinita, ya que este concepto no es aplicable a elementos de máquina sometidos a fatiga superficial.

Funcionamiento – Fatiga superficial Descascaramiento de la pista interna Técnicas para atenuar el efecto de las tensiones de contacto variables Endurecimiento superficial de las piezas Mejoras del acabado superficial Aumento de la tensión superficial del lubricante Si bien no hay un acuerdo general respecto del mecanismo exacto de esta falla, se acepta que las tensiones tangenciales máximas debidas al contacto, las cuales se localizan un poco por debajo de la superficie, al cabo de un cierto número de ciclos de operación, son la causa de grietas que, con el tiempo, se van propagando hacia la superficie, produciendo el desprendimiento de partículas superficiales (“picado”). Una vez picada la superficie, su acabado superficial se deteriora y continúa el proceso de falla mediante el desprendimiento de grandes porciones superficiales de material (“descascarado”). La iniciación de la falla no necesariamente se origina por debajo de la superficie; puede producirse en la superficie si allí se encuentra una imperfección o discontinuidad. Otro factor que afecta al mecanismo de falla es la presencia o ausencia de lubricante. Cuando la grieta llega a la superficie, según sea su orientación y la viscosidad del lubricante, éste puede ingresar a la grieta a presión (debido al contacto entre las superficies), y producir el desprendimiento de material, lo cual concuerda con el mecanismo de falla descripto más arriba. En ensayos realizados operando en seco (sin lubricación), aún cuando se produjeron grietas superficiales, no ocurrieron picaduras. Las piezas con grietas superficiales continuaron operando durante una gran cantidad de ciclos, sin fallar. Al contrario del fenómeo de fatiga en materiales sometidos a solicitaciones variables, como en el caso de los aceros que poseen un limite de resistencia a la fatiga, ningún material muestra una propiedad equivalente cuando se lo somete a fatiga superficial, por pequeñas que sean las tensiones presentes, siempre se producirá la falla por fatiga superficial, al cabo de un número suficiente de ciclos de operación. Esta es la razón por la cual, por ejemplo, los rodamientos, se seleccionan para una determinada cantidad de ciclos de vida, y no para vida infinita, ya que este concepto no es aplicable a elementos de máquina sometidos a fatiga superficial.

Funcionamiento - Lubricación Funciones del lubricante: Separar las superficies en contacto (reducir la fricción) Evacuar calor (evitar que el rodamiento se trabe, por dilatación y/o soldadura) Proteger contra la corrosión y oxidación, y la suciedad. Tipos de lubricantes: Grasas: estanca. Evac. calor por conducción Son idóneas para bajas velocidades y temperaturas de funcionamiento (entre 57 y 99°C). Proporciona un cierre estanco frente a la suciedad. Aceites: El aceite se suele emplear cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de funcionamiento no permiten el uso de grasa, cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor, o cuando ya existe un sistema de suministro de aceite centralizado. En baño de aceite. Niebla o salpicado Circulación forzada. Sist. de enfriado auxiliar. Selección de tipo de lubricante y sistema de lubricación en función de: Velocidad de funcionamiento – Calor generado Economía Estudios han demostrado que el 36% de todos los fallos prematuros en los rodamientos se deben a una lubricación incorrecta. (Ref. SKF)

Funcionamiento - Lubricación Baño de aceite El nivel máximo del baño de aceite no debe superar la altura media del elemento rodante inferior, para evitar que la agitación excesiva del lubricante a alta velocidad produzca sobreclentamientos. Selección de tipo de lubricante y sistema de lubricación en función de: Velocidad de funcionamiento – Calor generado Economía Es aconsejable disponer de un indicador de nivel visual con el fin de comprobar que se mantiene el nivel de aceite óptimo.

Funcionamiento - Lubricación Niebla La lubricación por niebla de aceite pulveriza una niebla sobre los rodamientos. El método tiene las siguientes ventajas: (a) La cantidad de aceite necesaria es mínima, la resistencia del aceite a la agitación es baja y se posibilitan velocidades mayores. (b) La contaminación del entorno es mínima debido a que las fugas de aceite son muy pequeñas. (c) Resulta relativamente fácil suministrar aceite continuamente fresco, con lo cual se prolonga la vida del rodamiento. Salpicadura Mediante este método de lubricación, el aceite es salpicado sobre los rodamientos mediante engranajes o simples discos giratorios instalados cerca de los rodamientos y sin necesidad de sumergir los rodamientos en aceite. Normalmente se utiliza este sistema en la transmisión de automóviles y en engranajes finales de transmisión. Selección de tipo de lubricante y sistema de lubricación en función de: Velocidad de funcionamiento – Calor generado Economía

Funcionamiento - Lubricación Circulación forzada con intercambiador de calor Filtro Bomba Intercambiador de calor Grasa vs. Aceite Selección de tipo de lubricante y sistema de lubricación en función de: Velocidad de funcionamiento – Calor generado Economía http://www.nskamericas.com/cps/rde/xbcr/na_es/12-LUBRICACION.pdf

Funcionamiento - Velocidad Factores condicionantes: Tipo de lubricante / sistema de lubricación Nivel de Cargas Temperatura del entorno Tipo / Diseño de rodamiento Juegos internos y reglajes (*) (vibraciones) c Vel. límite (vpm) Capacidad de carga dinámica (Newton) Designación del rodamiento D (mm) b (mm) Lubricación con grasa aceite 2650 61804 32 7 19000 24000 7020 16004 42 8 17000 20000 9360 6004 12 Extracto de catálogo de características de rodamientos SkF. (*) Concepto asociado a rodamientos de rodillos cónicos.

Funcionamiento - Velocidad Factores condicionantes: Tipo de lubricante / sistema de lubricación Nivel de Cargas Temperatura del entorno Tipo / Diseño de rodamiento Juegos internos y reglajes (*) (vibraciones) c Vel. límite (vpm) Capacidad de carga dinámica (Newton) Designación del rodamiento D (mm) b (mm) Lubricación con grasa aceite 2650 61804 32 7 19000 24000 7020 16004 42 8 17000 20000 9360 6004 12 Extracto de catálogo de características de rodamientos SkF. (*) Concepto asociado a rodamientos de rodillos cónicos.

Agenda Definición Elementos constituyentes Funcionamiento Rodadura Pura Tipos de cargas y solicitaciones Lubricación Velocidad de funcionamiento Tipos de Rodamientos Montaje Selección y verificaciones de Rodamientos

Rígido radial de una hilera de bolas Radial de Rodillos cilíndricos Tipos de rodamientos Rígido radial de una hilera de bolas Radial de Rodillos cilíndricos

Radial de rodillos cónicos Tipos de rodamientos De Rodillos a rótula De Rodillos a rótula Radial de rodillos cónicos

Tipos de rodamientos De rodillos a rótula De rodillos cónicos

Axial de bolillas de simple efecto Axial de rodillos a rótula Tipos de rodamientos Axial de bolillas de simple efecto Axial de rodillos a rótula

Aplicaciones Caja de cambios de dos ejes y 4 velocidades Par: de rodillos cónicos Par: Rígido de bolas – Rodillos cilíndricos Par: Rígido de bolas – Rodillos cilíndricos

Aplicaciones Vínculo fijo de rodillo de tren de laminación Par: Rodillos cilíndricos de dos hileras Par: Axial de rodillos cónicos

Agenda Definición Elementos constituyentes Funcionamiento Rodadura Pura Tipos de cargas y solicitaciones Lubricación Velocidad de funcionamiento Tipos de Rodamientos Montaje Selección y verificaciones de Rodamientos

Montaje – Mediante accesorios Tuerca Arandelas de fijación axial Manguito cónico Arandela de fijación axial

Montaje – Mediante accesorios Muñón roscado Rodamiento Ranura para la fijación de la arandela Pestaña de fijación Tuerca Pestaña fijación Tuerca Ranura Arandela de fijación axial

Montaje – Mediante accesorios Manguito de compresión

Montaje Soporte para rodamientos

Montaje Isostático Vínculo Fijo Vínculo Móvil Juego axial

Montaje Isostático Vínculo Fijo Vínculo Móvil Detalle Vínculo Móvil Juego axial Detalle Vínculo Móvil

Videos de Interés Videos recomendados: Tipo de rodamientos https://www.youtube.com/watch?v=ZRBH4YHqC3Y Montaje https://www.youtube.com/watch?v=MPcs3pqJMb4 Lubricación https://www.youtube.com/watch?v=dAyAy6Nq1_0

Agenda Definición Elementos constituyentes Funcionamiento Rodadura Pura Tipos de cargas y solicitaciones Lubricación Velocidad de funcionamiento Tipos de Rodamientos Montaje Selección y verificaciones de Rodamientos

Selección y dimensionamiento Aspectos a considerar y evaluar en la selección del tipo de rodamiento Espacio disponible Tipo de cargas actuantes Desalineación angular Deslizamiento axial

Dimensionamiento Duración nominal y capacidad de carga Según Normas ISO (ISO 281) L10: Duración de rodamiento (expectativa de vida con un 90% de fiabilidad). C: Capacidad de carga dinámica de rodamiento P: La carga combinada o radial equivalente actuante. b: Coeficiente empírico cuyo valor es relativo al elemento rodante 3.33: para Rodillos 3: para Bolas Distribución de duraciones Rodamientos de rodillos cónicos Timken (Weibul) La vida nominal esperada para un rodamiento está condicionada también por la zona de carga, tipo de lubricación y por el grado de alineación, por ejemplo para rodamiento de rodillos cónicos se considera no perjudicial desalineaciones que no superen los 0,001 radianes. L10h: Duración nominal del rodamiento en horas n: Velocidad de rotación.

Dimensionamiento Carga combinada equivalente P = V * X * Fr + Y * Fa [N] Fr: carga radial constante real [N] Fa: carga axial constante real [N] X: coeficiente radial del rodamiento [adimensional]. Especificado por los fabricantes Y: coeficiente axial del rodamiento [adimensional]. Especificado por los fabricantes V: factor de rotación (1 para giro de la pista interna; 1,2 para giro de la pista externa) Carga Variable Ni: número de revoluciones o ciclos de trabajo correspondiente a la carga Fi y N el total de revoluciones de trabajo

Administrativo Vencimientos del TP: Entrega: Aprobación: Próxima clase: Primer Parcial – Primera oportunidad (Ver temas en el campus)