RODAMIENTOS
COJINETES El apoyo de las piezas giratorias se realiza mediante cojinetes, los cuales ofrecen la particularidad de minimizar el rozamiento entre piezas en movimiento y soportar esfuerzos radiales, axiales y combinados según su aplicación. Se clasifican en 2 grupos: a) cojinetes de fricción b) cojinetes antifricción o de rodamientos
COJINETES ANTIFRICCIÓN O DE 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. Elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y facilita su desplazamiento.
Alargan la vida útil de las piezas rotacionales, dando una mayor durabilidad y control de la temperatura en los puntos de fricción
El empleo de rodamiento esta muy generalizado, sobre todo en trasmisiones de velocidad media alta, así como para soportar cargas importantes y cuando se requiere cierta precisión
Cuando los momentos de arranque son altos , los cojinetes de rodamiento son mas ventajoso debido a la acción giratoria de sus elementos interiores. No son silenciosos, cuando va a producirse una falla suele aparecer con antelación un ruido que advierte de su inminente rotura
El cálculo de los cojinetes de rodamientos implica una selección, montaje, lubricación, y protección adecuada para que su funcionamiento sea satisfactorio en las condiciones especificadas.
La selección de los cojinetes de rodamiento se hace en base a La información que proporcionan los fabricantes en los catálogos. Esta información en ocasiones no se presenta de forma uniforme ya que cada fabricante puede presentar su propio procedimiento, basados en la interpretación personal de los ensayos y en la experiencia con sus productos.
TIPOS DE RODAMIENTOS
RODAMEINTOS DE BOLAS RADIALES Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidas a su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los más populares de todos los rodamientos
RODAMIENTO DE RODILLOS CILINDRICOS Un rodamiento de rodillos cilíndricos normalmente tiene una hilera de rodillos. Estos rodillos son guiados por pestañas de uno de los aros, mientras que el otro aro puede tener pestañas o no
RODAMIENTOS DE RODILLOS CONICOS El rodamiento de rodillos cónicos, debido a la posición oblicua de los rodillos y caminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas.
RODAMIENTOS DE AGUJAS Son rodamientos con rodillos cilíndricos muy delgados y largos en relación con su menor diámetro. A pesar de su pequeña sección, estos rodamientos tienen una gran capacidad de carga y son eminentemente apropiados para las aplicaciones donde el espacio radial es limitado.
RODAMIENTOS AXIALES DE BOLAS O CONICOS Diseñados para cargas puramente axiales. Están disponibles diseños de simple y de doble efecto, así como con contraplacas esféricas para compensar los errores de alineación.
FUNCIONAMIENTO DE LOS COJINETES DE RODAMIENTOS Función principal es facilitar el giro del eje con el menor rozamiento posible, evitando el incremento de la temperatura por fricción y el ruido excesivo. La carga que el eje ejerce sobre los cojinetes de rodamiento se descompone en uno axial y otro radial.
Los cojinetes ejercen sobre el movimiento del eje un rozamiento que provoca un momento contrario al giro del mismo. Este momento depende de la carga radial o axial según se especifique, ejercida sobre el eje, del coeficiente de rozamiento y del diámetro interno del cojinete.
El coeficiente de rozamiento f de un cojinete de rodamientos varia linealmente con la velocidad, la carga, la temperatura, la cantidad de lubricación, aunque en condiciones normales de funcionamiento los valores medios pueden considerarse fijos entre f = 0.003 y 0.005. El valor límite de la velocidad de giro de un cojinete suele considerarse cerca a n rev/min
PROPIEDADES DE UN COJINETE Los parámetros más importantes en el dimensionado de los cojinetes son: Capacidad estática Capacidad dinámica Su durabilidad
CAPACIDAD ESTATICA CARGA ESTATICA: carga que actúa sobre un cojinete que no gira. la acción de las cargas estáticas provoca la aparición de deformaciones permanentes en las bolas o rodillos en los puntos de contacto con los anillos de rodaduras. Se denomina CAPACIDAD ESTATICA a la carga estática permisible que dependerá de la deformación permanente admisible.
Cuanto mayor es la superficie de contacto, menor es el esfuerzo que debe soportar la sección del material. Con el fin de establecer comparaciones entre las diferentes capacidades en los cojinetes se define la capacidad de base estática. La capacidad de base estática es la carga estática radial que corresponde a una deformación permanente total de 0,0001 del diámetro de las bolas o rodillos. La capacidad de base estática se calcula por formulas empíricas que proporcionan una aproximación de su valor.
En rodamientos de bolas de contacto angular se utiliza la formula de STRIBECK C0= j . z . cos α Siendo z el # de bolas de cojinete db el diámetro de las bolas mm α el ángulo de inclinación de la carga respecto al plano transversal del cojinete (o ángulo de contacto) (N/mm2) j un coeficiente que depende del tipo de cojinete
la carga estática equivalente P0 sobre un cojinete, es aquella carga radial que producirá el mismo efecto que una cierta combinación de carga axial y radial. Dicho de otro modo, al estar sometidos los cojinetes habitualmente a ambos tipos de carga debe hallarse una carga equivalente radial pura que produjera el mismo efecto. Para su cálculo se aplicara el mayor valor de: P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa y P0 = Fr Fr y Fa son las cargas radial y axial respectivamente X0 e Y0 son factores tabulados
CAPACIDAD DINAMICA La capacidad para soportar determinada carga en un cojinete de rodamiento es superior cuando el eje esta en movimiento debido a que la deformación permanente se distribuye uniformemente en la rotación y por tanto la cantidad de deformación total se puede tolerar mejor.
Se define como capacidad de base dinámica de un cojinete, la carga constante radial (o axial) que puede soportar el cojinete para que la duración mínima sea 1.000.000 de revoluciones (que es equivalente a 500 horas de funcionamiento a una velocidad de 33,3 rev/min).
En rodamientos de bolas de contacto angular se utiliza, siendo db el diámetro de las bolas en mm Si db < 25,4 mm (1 pulgada) Si db > 25,4 mm (1 pulgada) Z el número de bolas por hilera de cojinete α el ángulo de inclinación de la carga respecto al plano transversal del cojinete (o ángulo de contacto) Fc un coeficiente (N/mm2) que depende del tipo de cojinete
la carga dinámica equivalente se define como la carga radial estacionaria que aplicada a un cojinete con el anillo en movimiento giratorio y el exterior estacionario, produce la misma duración que cierta combinación de cargas axial y radial. P=XV . Fr + Y . Fa Fr y Fa son las cargas radial y axial respectivamente X factor radial V factor de rotación Y factor axial
Los valores de X, V, Y, se obtiene de tablas propias de cada modelo de cojinete. Para condiciones de carga variable, las carga equivalente esta dada por la carga media cubica que produce la misma duración que las cargas variables Si las cargas son constantes por periodos donde Pm = carga dinámica equivalente media ponderada (N) Pi = carga dinámica equivalente que actúa durante Ni revoluciones Ln = numero de revoluciones para el cual se calcula Pm (∑Ni) Si las cargas son variables continuas
DURABILIDAD La durabilidad de un cojinete se define como el número de revoluciones (u horas de funcionamiento a una velocidad constante dada) que puede efectuar un cojinete antes de que aparezcan efectos de fatiga en el material de los anillos o en cualquiera de los elementos rodantes.
La duración nominal (Ln) de un grupo de cojinetes se define como el numero de revoluciones (u horas de funcionamiento a una velocidad dada) que es alcanzado o sobrepasado por el 90% de cojinetes del grupo antes de que aparezca signos de fatiga. De acuerdo con la ley de PALMGREM, el tiempo de funcionamiento útil de un rodamiento es función inversa de la carga equivalente a la que queda sometida. Para rodamiento de bolas L=(C/P)3 en millones de revoluciones. Para rodamiento de rodillos L= (C/P)10/3 en millones de revoluciones
Otro parámetro utilizado es la duración media (Lm) de un grupo de cojinetes, o la duración que es alcanzada por el 50% de los cojinetes. Lm = 5.Ln La mayor duración de un cojinete particular rara vez es mayor de 4 veces la duración media
SELECCIÓN DEL COJINETE DE RODAMIENTO Se partirá de: El diámetro del eje que ha de apoyarse en el cojinete que condicionara el diámetro del casquillo interior del mismo Régimen de velocidades al que va estar sometido el cojinete. Este puede ser de giro permanente a una determinada velocidad, giro por periodos con velocidad constante dentro de un mismo periodo, o giro con velocidad variable de forma continuada.
A partir de estas consideraciones se siguen los siguientes pasos: 1. Se estimara cual es la duración que se desea conseguir con el cojinete 2. Se determinara las cargas estática axial Fa y radial Fr a las que está sometido el cojinete. La carga estática axial y radial vendrán dadas por las reacciones en los apoyos del eje cando este no gira, que depende directamente de las cargas a las que está el eje sometido. 3. Se realizara el cálculo estático --Se calculara la carga estática equivalente PO Po : X0 . Fr + Y0 . Fa o’ P0: Fr Fr es la carga radial que se aplica sobre el rodamiento Fa es la carga axial que se aplica sobre el rodamiento X e Y son valores adimensionales que varían para cada tipo de rodamiento.
--a partir de la ley de palmgrem se obtiene la capacidad estática equivalente C0 necesaria para el rodamiento 4. Se realizara un cálculo dinámico --Se calculara la carga dinámica equivalente P P: XV. Fr + Y. Fa --A partir de la ley de palmgrem se obtiene la capacidad dinámica equivalente Cd necesaria en el rodamiento 5. Se seleccionará el cojinete adecuado de forma que: Al carga estática equivalente obtenida sea menor a la capacidad estática equivalente del cojinete elegido Co <Co cojinete la carga dinámica equivalente obtenida debe ser menor a la capacidad dinámica del cojinete elegido Cd <Cd cojinete
Los valores de Co cojinete y Cd cojinete se obtiene bien con la información tabulada en los catálogos o con las formulas aproximadas a partir de las características de los cojinetes estudiados.
EJEMPLO PROBLEMA: seleccione un cojinete de bolas de canal profundo para una carga especificada y una vida deseada. DADOS: la carga radial Fr = 1 686 lb (7 500 N) y la carga axial Fa= 1 012 lb (4 500 N). La velocidad de la flecha es 2 000 rpm. DETERMINAR: un cojinete de tamaño adecuado para dar una vida L10 de 5E8 revoluciones.
SOLUCION pruebe con un cojinete #6316, de la figura 10-32 y extraiga sus datos de manera C= 21 200 lb (94 300 N), C0=18 000 lb (80 000 N) Rpm máximas= 3 800 C= clasificación de carga dinámica lb C0= clasificación de carga estática lb
DIMENSIONES Y CLASIFICACION DE CARGA PARA COJINETES DE BOLA
2. forme la razón Fa /C0= Y lleve este valor a la figura 10-24, para encontrar el valor correspondiente e=0.26 para cojinetes de bolas de ranura de contacto radial.
3. Forme la razón Fa / (VFr) y compárela con el valor de 3. Forme la razón Fa / (VFr) y compárela con el valor de. Advierta que V=1 porque el anillo interior esta girando. 4. Dado que la razón en el paso 3 es mayor que e, extraiga los factores X y Y de la figura 10-24 como X=0.56 y Y=1.71, y utilícelos para calcular la carga equivalente de la ecuación P=XVFr + YFa P= 0.56 (1)(1686) + 1.71 (1 012) (c) P= 2 675
5. Aplique la carga equivalente de la ecuación 10 5 . Aplique la carga equivalente de la ecuación 10.19 a para determinar la vida de L10 para este cojinete. L= (C/P)3 L = (21 2000/ 2 675)3 L = 5.0 E2 millones de revoluciones = 5.0 E8 revoluciones (d)