Analisis de Falla - 13 - Rodamientos - Cojinetes Antifriccion

MDULO 13

COJINETESANTI-FRICCIN

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AFA Mod. 13 Cojinetes Anti-Friccin - Fundamentos E. SOTO 6 SIGMA DESARROLLO TCNICO

MDULO 13 COJINETES ANTI-FRICCION

INTRODUCCIN

1 -- Bienvenido a la continuacin del Seminario sobre Anlisis Prctico de Fallas. En este mdulo trataremos los cojinetes anti-friccin (denominados tambin cojinetes con rodamientos).

2 -- Estudiaremos la nomenclatura, la funcin, las cargas, cmo son fabricados, cmo deben ser instalados y cmo funcionan. Trataremos tambin de problemas relacionados con cojinetes y buscaremos "indicios" y evidencias que nos ayuden a determinar las causas bsicas de las fallas de los cojinetes.

3 -- Hay dos categoras generales de cojinetes antifriccin -- de bolas y rodillos. Dentro de estas categoras, los tipos principales que se encuentran en los productos Caterpillar son: De bolas

de contacto radial de contacto angular

De rodillos cilndricos (rectos) cnicos esfricos axiales

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NOMENCLATURA

4 -- La nomenclatura bsica de un cojinete de bolas es la siguiente:

1. Anillo exterior (pista) 2. Pista del anillo exterior 3. Superficie del D.E. (Dimetro externo) del anillo exterior. 4. Canastillo o portabolas 5. Bolas 6. Anillo interior (Pista) 7. Pista del anillo interior, 8. Superficie del D.I. (Dimetro interno) del anillo interior. 9. Caras de los anillos.

5 -- La nomenclatura de un cojinete de rodillos cilndricos es la siguiente:

A. Anillo exterior (pista) B. Pista de anillo exterior C. Superficie del D.E. del anillo exterior. D. Canastillo o portarrodillos E. Rodillos F. Anillo interior (Pista) G. Pista del anillo interior H. Superficie del D.I. del anillo interior I. Caras de los anillos J. Pestaas

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6 -- La nomenclatura bsica de un cojinete de rodillos cnicos es la siguiente:

A. Cubeta o Anillo exterior (Pista) B. Pista de cubeta o anillo exterior C. Superficie del D.E. del anillo exterior D. Cara frontal de anillo exterior E. Cara posterior de anillo exterior F. Porta-rodillos G. Rodillos H. Cono o Anillo interior (pista) I. Pista de cono o anillo interior J. Superficie del D.I. del anillo interior K. Cara frontal del anillo interior L. Pestaa en cara frontal del anillo interior M. Cara posterior del anillo interior N. Pestaa en cara posterior del anillo interior

FUNCIONES

7 -- Los cojinetes antifriccin tienen dos funciones principales:

1. Soportar y mantener el alineamiento de ejes y cajas permitindoles girar con un mnimo de friccin.

2. Soportar cargas axiales y radiales.

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CARGAS

8 -- Las cargas Radiales (representadas aqu por la flecha hacia abajo) son consecuencia generalmente del peso de las piezas soportadas por los rodamientos y de las cargas sobre los ejes necesarias para transmitir potencia -- tales como correas, cadenas, mando de engranajes, etc. Las Cargas Axiales (representadas aqu por una flecha hacia la izquierda) resultan de fuerzas de enganche de embragues, fuerzas de las ruedas cuando la mquina realiza un giro, fuerzas hidrulicas no balanceadas en lnea con los ejes, peso de las piezas sobre ejes verticales, fuerzas de engranajes helicoidales, etc.

9 -- El cojinete de contacto radial de una sola hilera de bolas (denominado a veces "de garganta profunda'' o "conrad" o "de garganta sin carga") es el cojinete de bolas que se usa con ms frecuencia. Es capaz de soportar tanto cargas radiales como una cantidad limitada de cargas axiales. Sin embargo, es esencialmente un cojinete para soportar cargas radiales. Por lo tanto, debe instalarse correctamente para que no sea sometido a cargas axiales anormalmente altas.

10 -- Los cojinetes de contacto angular de una hilera de bolas (en la izquierda de la ilustracin) estn diseados para soportar tanto cargas radiales como considerables cargas axiales. Se usan tambin cuando se requiere una ubicacin axial precisa de los ejes.

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El tipo de cojinete de contacto angular ilustrado aqu, se puede reconocer por los resaltes axiales elevados en un lado del anillo exterior y en el otro lado del anillo interior. Los lados de los anillos opuestos a los resaltes axiales tienen slo la altura suficiente para impedir que el cojinete se separe. Estos cojinetes pueden recibir cargas axiales slo en una direccin. Sin embargo, cuando se montan en pares opuestos, los cojinetes de contacto angular de una hilera de bolas pueden soportar cargas en ambas direcciones. Los cojinetes de contacto 'angular de dos hileras de bolas (como el que se muestra a la derecha) son bsicamente dos cojinetes de una hilera fabricados como una sola unidad. Pueden tambin soportar cargas axiales en ambas direcciones y permiten una ubicacin axial precisa de los ejes.

11 -- Otro tipo de cojinete de bolas, usado a veces en aplicaciones que requieren una ubicacin axial exacta, es el llamado cojinete de pista interior dividida. Estos cojinetes son capaces de soportar cargas axiales en ambas direcciones. La pista interior dividida permite tener resaltes axiales elevados a ambos lados de la pista y permite tambin montar ms bolas en el cojinete.

12 -- Los cojinetes de rodillos poseen mayor capacidad de carga radial que los cojinetes de bolas del mismo tamao. Los cojinetes de rodillos cilndricos o 'rectos' tienen la capacidad de soportar altas cargas radiales. Aunque pueden soportar cierta carga axial, por lo general no se usan para soportar cargas grandes de este tipo.

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13 -- El cojinete de agujas es un tipo especia1 de cojinete de rodillos cilndricos que tiene rodillos con una relacin de longitud/ dimetro mayor de 4: 1. Se usan para soportar cargas radiales en ejes en los que se debe mantener las dimensiones radiales al mnimo. Este conjunto de portarrodillos y rodillos es un tipo de cojinete de agujas que se usa a veces para soportar los engranajes planetarios de las servotransmisiones.

14 -- Otro tipo de cojinete de agujas se denomina cojinete de anillo exterior conformado. Su caracterstica particular es la pista exterior, la cual se forma estampando un anillo de acero endurecido relativamente delgado alrededor de los rodillos. Este tipo de cojinetes necesita de un cuidado especial al ser instalados, lo que revisaremos ms adelante. (Fotografi gentileza de la Compaa Torrington)

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15 -- Los cojinetes de rodillos cnicos sirven especialmente para soportar cargas radiales y axiales. Esto es posible porque los rodillos y las pistas forman un ngulo con el eje de giro de los ejes. Estos cojinetes son tambin tiles para mantener una posicin axial precisa de los ejes y de las cajas. Un cojinete de rodillos cnicos de una hilera puede soportar cargas axiales en una direccin solamente. Normalmente se instala junto a otro cojinete en el mismo eje, capaz de soportar cargas axiales en la direccin opuesta.

16 -- El cojinete de rodillos cnicos de doble hilera puede soportar cargas axiales en ambas direcciones y tambin cargas radiales.

17 -- Los cojinetes de rodillos esfricos se autoalinean y, por lo tanto, pueden tolerar cierta desalineacin de los ejes y de las cajas. En adicin a cargas radiales, estos cojinetes pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones.

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18 -- Los cojinetes axiales de rodillos, como su nombre indica, estn diseados para soportar solamente cargas del tipo axial.

19 -- La mayora de los cojinetes antifriccin incorporan portarrodillos (o canastillos) para mantener los elementos rodantes equidistantes. Esto produce una distribucin equilibrada de la carga entre los elementos rodantes e impide que rocen unos con otros durante la operacin. Adems los portarrodillos o canastillos mantienen los rodillos cilndricos alineados con el eje. Si los rodillos giraran libremente podran atravesarse, dejar de rodar y patinar causando desgaste adhesivo y falla prematura. Existen diferentes tipos de canastillos incluyendo los remachados, estampados, de bronce y soldados con haz electrnico, que es el que se muestra aqu.

20 -- Las flechas de esta ilustracin indican las reas de mayores esfuerzos en cojinetes de bolas. En cojinetes de contacto radial sometidos slo a cargas radiales, los esfuerzos se concentran en el centro de las pistas. En la mayora de las aplicaciones, un anillo gira mientras el otro permanece estacionario. En estas condiciones, el anillo fijo soportar un esfuerzo constante solamente en la seccin de su circunferencia que est en la direccin de la carga (denominada "zona de carga").

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El anillo rotatorio soportar esfuerzos alrededor de toda su circunferencia, a medida que gira a travs de la zona de carga. Las zonas de carga y los patrones de desgaste que resultan se revisarn mas adelante. En los cojinetes con contacto angular sometidos a cargas radiales ms cargas axiales significativas, los esfuerzos se concentran hacia un lado de las pistas y todo alrededor de ambos anillos.

21 -- Las reas de alto esfuerzo en cojinetes de rodillos se encuentran en las pistas interiores y exteriores y en los rodillos, donde se aplican las fuerzas de contacto radial. Esfuerzos normales en los cojinetes de rodillos cilndricos se presentarn a lo largo de toda la pista rotatoria, a medida que pasa por el rea de carga, y slo parcialmente en la pista estacionaria (en la zona de carga). Los esfuerzos en cojinetes de rodillos cnicos sometidos a altas cargas axiales o precargas se presentarn alrededor de toda la superficie de ambas pistas. En los cojinetes de rodillos cnicos existirn adems fuerzas de flexin, deslizamiento y compresin, debido al contacto entre la pestaa posterior del anillo interior y el extremo de mayor dimetro de los rodillos. Este contacto (denominado fuerza de asentamiento) es lo que mantiene los rodillos alineados con el eje.

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FABRICACION

22 -- Los cojinetes antifriccin se fabrican de aleaciones de acero de alta calidad. Algunos se funden al vaco y la mayora se desgasifican al vaco para obtener mxima limpieza.

23 -- Las pistas se cortan de tubos (cojinetes ms pequeos) o se forjan (cojinetes ms grandes), de este acero de alta calidad y luego se maquinan a la dimensin aproximada.

24 -- Despus del maquinado, las pistas de los cojinetes de rodillos cilndricos v cnicos son sometidas al proceso de endurecimiento superficial hasta una dureza mnima de 58 RC y despus se rectifican a la dimensin final. Las temperaturas de revenido (templado) son aproximadamente de 190 a 204" C (375 a 400' F.). El endurecimiento superficial le da a las superficies de las pistas buena resistencia contra el desgaste y contra la fatiga, manteniendo un ncleo ms blando ( 25 - 40 RC) y ms resistente para soportar cargas de impacto. Este es un corte transversal del anillo interior de un cojinete de rodillos cnicos. La superficie ha sido tratada qumicamente para resaltar la profundidad del endurecimiento superficial.

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25 -- Los rodillos se forjan (en fro) del mismo acero de alta calidad. Este es un ejemplo de un rodillo cilndrico despus de ser forjado en fro y antes del tratamiento trmico y del rectificado.

26 -- Los rodillos tambin se someten a endurecimiento superficial (dureza mnima de 60 RC) y despus se rectifican a la dimensin final.

27 -- Los cojinetes de bolas y de rodillos esfricos se fabrican de manera similar, excepto que las pistas y los elementos rodantes son endurecidos totalmente (no slo superficialmente). Es por esto que no se observa endurecimiento superficial en los cortes transversales de la bola y de las pistas que se muestran en esta ilustracin.

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REMOCIN / INSTALACIN

28 -- Es muy importante usar los cojinetes apropiados a cada aplicacin y seguir los procedimientos correctos de remocin e instalacin. Las pautas generales son las siguientes:

1. Asegrese de ordenar cojinetes por medio del sistema de piezas Caterpillar, para evitar el uso de un cojinete estndar cuando sea necesario el uso de uno especial.

2. Los cojinetes, ejes y alojamientos de las cajas deben estar limpios y libres de polvo o suciedad.

3. Se deben utilizar herramientas y procedimientos adecuados para evitar ejercer fuerzas excesivas entre las pistas y los elementos rodantes y para evitar daar las pistas, cajas y ejes.

4. La alineacin de los ejes y de las cajas debe ser exacta. 5. Los cojinetes deben encajar correctamente en los ejes o en los alojamientos

de las cajas, y 6. El ajuste de los cojinetes (si es requerido) debe ser exacto.

29 -- Caterpillar especifica como "especiales" o "estndar" los cojinetes fabricados por sus proveedores. Los cojinetes "especiales" se utilizan cuando las cargas, la deflexin del eje, etc., requieren una forma especial del elemento rodante, un diseo especial del canastillo, espacios libres interiores especiales, etc. Estos cojinetes "especiales" pueden parecer iguales a los cojinetes "estndar" y pueden estar marcados por el fabricante con nmeros similares, pero tendrn una capacidad diferente para soportar carga. Adems, continuamente se estn realizando cambios de diseo y mejoras para aumentar su vida til. Ningn otro proveedor de cojinetes est actualizado en todos estos cambios. Por lo tanto, es importante encargar los cojinetes del sistema de piezas Caterpillar, para lograr la ptima vida til y evitar fallas prematuras.

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30 -- Hay disponible una excelente videocinta llamada " La verdad es - cojinetes Cat son diferentes" (No. de forma PSVN2710), que explica la importancia de usar cojinetes Caterpillar en los productos Caterpillar. Existe tambin un folleto, "'La verdad sobre los cojinetes Caterpillar" (No. de forma PSDP6 124), en el que se analizan las diferencias entre cojinetes "especiales" y "estndar". Adems se encuentra disponible el Folleto No. PSDP8110, en el que se discuten estas diferencias.

31 -- Durante la instalacin debe tenerse cuidado de no dejar polvo o basura que puedan causar desgaste prematuro o puedan daar los elementos rodantes o las pistas. Igualmente importante es evitar que queden rebabas o suciedad entre las caras de los anillos y las reas de apoyo de los ejes o de los alojamientos de las cajas, tal como aparece ilustrado aqu. Esta suciedad puede impedir que el cojinete se asiente apropiadamente (ilustracin de la izquierda), causando que pierda el ajuste o la posicin durante la operacin. Si la suciedad est concentrada en una sola rea de la circunferencia (ilustracin de la derecha), puede causar la deformacin o 'aglobamiento' de la pista, resultando en falta de redondez o mala alineacin.

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32 -- Es tambin importante usar las herramientas y procedimientos apropiados para sacar e instalar los cojinetes. En general, las pistas se deben colocar a presin en los ejes o en las cajas, presionando solamente sobre la pista que se est montando. Debe evitarse, siempre que sea posible, el uso de formones, punzones, sopletes y encogimiento del cordn de soldadura.

33 -- Los cojinetes no se deben presionar o empujar a travs de sus elementos rodantes; por ejemplo, no se debe sacar o instalar una pista en un eje o en una caja, empujando o presionando sobre la otra pista. Esta prctica puede astillar las pestaas y10 producir indentacin (brineleado) de las pistas y de los elementos rodantes, lo cual puede causar una falla. Discutiremos este tipo de problemas ms adelante.

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34 -- Se debe tener cuidado especial al presionar los cojinetes de ajas de pista conformada en sus alojamientos ya que los anillos (pistas) son relativamente delgados y se daan con facilidad si no se manejan adecuadamente. Las reglas generales de instalacin son:

1. Presione slo en el extremo del cojinete que tiene la identificacin del cojinete estampada.

2. Presione slo hasta la profundidad especificada y no hasta un tope o resalto interior.

3. Use las herramientas y procedimientos especificados en el manual de servicio. Si no se siguen las recomendaciones que se indican en el manual de servicio, puede ocurrir distorsin de la pista exterior, fisuras y la consecuente falla. (Foto cortesa de la Compaa Torrington).

35 -- El calentamiento o congelamiento de los cojinetes, para facilitar su instalacin, debe tambin realizarse correctamente. Deben ser calentados de forma uniforme con calentadores de induccin, lmparas infrarrojas, suspendindolos en aceite o en hornos. Todos estos mtodos deben controlarse termostticamente para no exceder las especificaciones que se indican en el manual de servicio. Temperaturas ms altas pueden ablandar los cojinetes.

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36 -- No es una buena prctica calentar un cojinete con llama expuesta, tal como la de un soplete, ya que se pueden producir temperaturas desiguales e incontroladas.

37 -- A veces se enfran las pistas exteriores para facilitar su instalacin en las cajas. Siga las instrucciones que se indican en el manual de servicio en cuanto a las temperaturas adecuadas de congelamiento.

38 -- Alineacin de ejes, cajas y asientos del cojinete deben estar dentro de tolerancias especficas. La mala alineacin de ellos puede causar una carga desequilibrada y resultar en una falla prematura.

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39 -- Es necesario que los cojinetes encajen correctamente en los ejes y en las cajas. Cajas o ejes demasiado apretados pueden causar una sobrecarga, la cual puede partir la pista interior o causar que la operacin del cojinete sea muy ajustada y consecuentemente, a alta temperatura. Cajas o ejes demasiado sueltos pueden causar el movimiento o el giro de las pistas (excesivo arrastramiento), resultando en desgaste anormal y aumento de los espacios libres. El maquinado inapropiado de los alojamientos de las cajas puede causar mala alineacin o falta de redondez de las pistas de los cojinetes, con la consecuente sobrecarga de las pistas y10 de las bolas o de los rodillos.

40 -- Los cojinetes de rodillos cnicos se ajustan por lo general con tuercas de cierre, calces, etc. Algunas aplicaciones estn diseadas para tener "juego axial". Otras estn diseadas para operar con una cierta cantidad de "precarga". Precargar significa que el anillo interior y los rodillos se ajustan hasta el punto en que, a las temperaturas de operacin, presionan levemente contra el anillo exterior. La precarga (ilustracin de la derecha) aumenta la capacidad del cojinete al distribuir la carga aplicada sobre ms rodillos y sobre una porcin ms grande de la pista fija. Esto se compara con cojinetes ajustados con juego axial (ilustracin de la izquierda). La precarga minimiza tambin el movimiento axial y radial del eje en aplicaciones de precisin. La vida til del cojinete puede ser reducida si el ajuste es demasiado apretado o flojo.

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41 -- Es sumamente importante hacer girar el eje o la caja mientras se verifica el juego axial de los cojinetes de rodillos cnicos para asegurarse que los cojinetes estn apropiadamente asentados. Este paso a veces no se realiza, resultando en un ajuste flojo del cojinete. Repetimos que se deben seguir las instrucciones que se indican en el Manual de Servicio para asegurar un ajuste correcto.

42 -- Una vez que los cojinetes han sido instalados apropiadamente, es tambin importante lubricarlos con aceite o grasa en cantidad, viscosidad y tipo adecuados. Tanto un llenado excesivo como la falta de llenado de un compartimiento, puede producir temperaturas excesivas y causar averas a los cojinetes. El exceso de lubricante puede producir un "batido", lo que puede aumentar las temperaturas y reducir la viscosidad del aceite lubricante en el cojinete. Para estar seguro, siga las recomendaciones del Manual de Operacin y Mantenimiento en cuanto a las cantidades, viscosidades y tipos de lubricantes.

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OPERACION

43 -- Ahora que hemos visto cmo se fabrican los cojinetes, las cargas que soportan y cmo se deben instalar y sacar, veremos la apariencia de los cojinetes bajo condiciones normales de operacin. La velocidad del cojinete es el principal factor para determinar el espesor del lubricante. Otros factores incluyen cargas, acabado superficial, viscosidad del aceite y temperatura. Durante la operacin normal a alta velocidad, los elementos rodantes giran con la velocidad suficiente para producir una capa fina de aceite (elastohidrodinmica, EHD) que separa los elementos rodantes de las superficies de las pistas. En estas condiciones, las presiones localizadas pueden ser de hasta 2000 kPa (300.000 lb/pulg2) en el punto donde los elementos rodantes son soportados por la capa de aceite. Bajo esta alta presin local la pelcula de lubricante se transforma prcticamente en un slido y las superficies de las pistas y de los elementos rodantes se flexionan o mueven cclica y elsticamente durante la operacin. Por esta razn, los cojinetes antifriccin no tienen una vida ilimitada. Aun bajo condiciones normales, es posible que se produzca agrietamiento por fatiga subsuperficial debido a la flexin cclica, despus de muchas horas de operacin. Adems de fatiga subsuperficial, tambin ocurrir por lo general algn desgaste debido a materia extraa fina o por la presencia de agentes corrosivos en el lubricante y por el contacto directo entre los elementos rodantes y las pistas durante los arranques, antes que se establezca la pelcula de lubricante, o en aplicaciones de baja velocidad.

44 -- En aplicaciones de velocidades ms bajas, la pelcula de lubricante puede no ser suficiente para mantener completamente separadas las superficies de las pistas y de los elementos rodantes. En estas condiciones algunas asperezas penetran la pelcula de lubricante, contactando otras asperezas lo que puede acortar la vida del cojinete en trminos de nmero de revoluciones. Este hecho se toma en consideracin cuando se disean los cojinetes, por lo que se consigue la vida til normal en trminos de horas de operacin.

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45 -- Las cargas y el resultante desgaste producen patrones caractersticos en las superficies de las pistas. Esta ilustracin muestra un patrn de desgaste normal de una pista en un cojinete de bolas cargado radialmente. La flecha indica la direccin de la carga en la pista interior. En esta aplicacin, el eje (anillo interior) gira mientras que la caja (anillo exterior) est estacionaria. Note que el desgaste se produce todo alrededor del centro de la pista interior rotatoria y slo en la porcin de la zona de carga de la pista estacionaria.

46 -- Este patrn de desgaste es tpico de un cojinete de bolas cargado radialmente en el que el anillo exterior gira mientras que el interior permanece estacionario Repetimos que la flecha indica la direccin de la carga sobre el anillo interior. Note que el desgaste se produce alrededor del centro de toda la pista exterior y slo en la porcin de la zona de carga de la pista estacionaria interna.

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47 -- Si un cojinete de bolas soporta siempre cargas axiales en una sola direccin, el patrn de desgaste de las pistas ser similar al de esta ilustracin. Nota : Cargas axiales puras producen desgaste alrededor y hacia un lado en las dos pistas.

48 -- Estas pistas son de un cojinete de bolas sometido a ambas cargas, axial y radial. La pista exterior estacionaria tiene mayor desgaste (hacia abajo) en la direccin de la carga radial.

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49 -- Los cojinetes de rodillos cilndricos estn diseados fundamentalmente para soportar cargas radiales, por lo que sus patrones de desgaste normal sern similares a los de cojinetes de bolas en aplicaciones de carga radial. El desgaste se producir alrededor de toda la pista rotatoria y slo parcialmente en la pista estacionaria en la zona de carga.

50 -- Por lo general las pestaas y los extremos de los rodillos en cojinetes de rodillos cilndricos presentan poco o nada de desgaste a menos que se sometan a cargas axiales significativas.

51 -- Los patrones de desgaste en cojinetes de rodillos cnicos variarn dependiendo del ajuste y de las cargas axiales a que se sometan. Mientras ms suelto sea el ajuste y ms ligeras las cargas axiales, mayor ser la tendencia de la pista estacionaria a desgastarse slo en una porcin de su circunferencia.

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52 -- Cuanto ms apretado sea el ajuste y mayores sean las cargas axiales, mayor ser el desgaste en toda la circunferencia de la pista estacionaria.

53 -- Las superficies de desgaste en los extremos de mayor dimetro de los rodillos y en las caras de las pestaas posteriores de los anillos interiores en cojinetes de rodillos cnicos, pueden tener algo de desgaste ya que las cargas axiales tienden a empujar el extremo de los rodillos contra las pestaas. Sin embargo, sena anormal encontrar un exceso de estiramiento, rayaduras, desplazamiento de metal, descoloracin por calor, etc.

54 -- Cualquiera que sea la precarga o la carga aplicada, si la operacin es normal, el desgaste de los cojinetes de rodillos cilndricos o cnicos debe ser relativamente uniforme en toda la superficie de las pistas y de los rodillos. Esta pista presenta un patrn de desgaste normal tpico de un cojinete de rodillos cnicos. Las rayaduras a lo largo de la circunferencia que se observan en la superficie de la pista son marcas normales de rectificado que se han hecho fcilmente visibles por la iluminacin inclinada y la magnificacin.

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55 -- En aquellos cojinetes que soportan cargas muy altas, o en aplicaciones con una deflexin considerable del eje, los rodillos se disean algunas veces con una corona en su superficie para prevenir aplastamiento, sobrecarga y descascarillado de los extremos de los rodillos. En estos cojinetes, se puede ver un patrn de desgaste concentrado ms hacia el centro de la superficie del rodillo, especialmente si las cargas aplicadas han sido relativamente ligeras.

56 -- Los patrones de desgaste de las pistas de cojinetes de rodillos con perfil de corona y ligeramente cargados, pueden tambin concentrarse hacia el centro.

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57 -- Normalmente la parte posterior de los anillos debe estar libre de corrosin por frotacin o pulimiento. Marcas de maquinado o rectificado deberan ser visibles. Corrosin por frotacin o pulido, que se produce al girar dentro del alojamiento o en el eje (condicin llamada "arrastramiento"), se considera como una condicin anormal.

58 -- Puede haber una ligera mancha, desde el borde de una caja o eje, en las caras de los anillos exterior o interior. Pero debe haber muy poco o nada de desgaste en estas superficies. El desgaste indica movimiento relativo entre las pistas y los ejes o cajas.

PROBLEMAS

59 -- Ahora que hemos visto la apariencia normal de un cojinete usado, veamos algunos problemas causados por condiciones anormales de operacin. Los tipos ms comunes de daos de cojinetes (no por orden de importancia), debido a condiciones anormales de operacin son:

1. Fatiga por esfuerzo creado por contacto (descascaramiento / deportillamiento)

2. Deformacin plstica 3. Desgaste adhesivo 4. Desgaste abrasivo 5. Corrosin 6. Corrosin por frotacin y arrastramiento 7. Picaduras y estras causadas por electricidad 8. Daos por manejo e instalacin inapropiados 9. Fracturas

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60 -- Los puntos claves a recordar cuando se analizan fallas de cojinetes son los siguientes:

1. La mayora de las condiciones anormales causarn, eventualmente, altas cargas y10 temperaturas en las pistas y en los elementos rodantes, lo cual afectar la pelcula de aceite, causando desgaste anormal, descascaramiento y10 deformacin plstica y finalmente la falla.

2. Tambin debemos reconocer que cuando ocurre un tipo de dao, ste puede producir otro tipo de daos en la misma superficie de la pieza. Por lo tanto en el momento de investigar se pueden encontrar dos o ms tipos de daos, con el dao secundario sobrepuesto sobre el dao inicial.

3. Por ello es deseable investigar una falla en la etapa ms temprana posible, para determinar con mayor exactitud la raz del problema.

4. Tambin debemos aseguramos de considerar todos los hechos y posibles condiciones durante nuestro anlisis, para no saltar a ideas preconcebidas acerca de la causa de la falla.

61 -- Si esperamos hasta que se acumule tanto metal como se muestra en la ilustracin en el filtro magntico de un sistema, es posible que el dao haya progresado hasta un punto en que ser muy difcil determinar la condicin especfica que inici la falla (Causa principal). En un caso como ste, el estudio cuidadoso de todos los hechos es esencial para determinar la causa principal ms probable.

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FATIGA POR ESFUERZO DE CONTACTO

62 -- Si existe una situacin de sobrecarga y hay suficiente aceite fresco para evitar el ablandamiento del cojinete por alta temperatura, las pistas y los elementos rodantes pueden fallar de forma prematura debido a " fatiga por esfuerzos causados por contacto al rodar". En fatiga por esfuerzo de contacto al rodar, altos esfuerzos de rodadura causan flexin cclica de las superficies de las pistas y elementos rodantes. Este movimiento superficial inicia pequeas fracturas por fatiga debajo de la superficie. Estas grietas pueden luego crecer y progresar hacia la superficie, quebrando eventualmente grandes pedazos de material, creando una condicin llamada descascaramiento.

63 -- Hay muchas causas principales posibles de fatiga prematura por esfuerzo de contacto en los elementos rodantes de los cojinetes, incluyendo:

1. Exceso de cargas aplicadas. 2. Cojinetes de rodillos cnicos ajustados demasiado apretados. 3. Cojinetes de rodillos cnicos ajustados muy sueltos. 4. Eje muy grande o caja muy pequea. 5. Eje o caja ovalados (no redondos) 6. Eje o caja cnicos 7. Mala alineacin 8. Lubricacin de baja viscosidad. 9. Etc.

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COJINETES CONICOS MUY SUELTOS

64 -- El ajuste correcto de los cojinetes de rodillos cnicos es esencial. Si el cojinete se deja muy suelto (mucho juego axial), puede ocurrir desgaste y descascaramiento debido a sobrecarga, por no haber el suficiente nmero de rodillos soportando la carga. En aplicaciones de ejes horizontales (principalmente carga radial), esto puede resultar en:

1. Desgaste y descascaramiento alrededor de la pista rotatoria, pero slo en una pequea porcin de la pista estacionaria.

2. Los rodillos pueden mostrar desgaste y descascaramiento desigual en los extremos. Las pistas tambin pueden mostrar ms desgaste y descascaramiento en una cara que en la otra.

3. Las ventanas del portarrodillos en los cojinetes en cualquier extremo del eje pueden mostrar un patrn de desgaste llamado "reloj de arena" y formacin de labios.

65 -- Este anillo estacionario fue sobrecargado debido a la prdida del ajuste del cojinete (demasiado juego axial). Note el rea estrecha de descascaramiento. El cojinete tena tanto juego axial que los rodillos no hacan contacto con el ancho total de la superficie de la pista.

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66 -- Los rodillos cnicos de este mismo cojinete muestran descascaramiento en el extremo de menor dimetro lo que indica una mala alineacin debida a demasiado juego axial. Note tambin la formacin de labios (enrollamiento de una rebaba) y el patrn de desgaste de "reloj de arena" de las ventanas del portarrodillos (la ventana es ligeramente ms ancha hacia los extremos de los rodillos que en el medio). Esto se debe a que se permiti que los rodillos se atravesaran y rozaran, con mayor fuerza que la normal, contra las ventanas del portarrodillos, debido a que no se mantuvieron alineados con un ajuste correcto y fuerza de asentamiento adecuada contra la pestaa posterior del anillo interior. Adems de la formacin de labios y el desgaste de tipo "reloj de arena", los rodillos han producido tambin muescas de desgaste en las esquinas de las ventanas del portarrodillos. Concentradores de esfuerzo como stos pueden producir fracturas por fatiga de los soportes de las ventanas del portarrodillos. Una vez producida la falla de estos soportes, los rodillos pueden atravesarse an ms, pueden parar de girar por completo y causar daos extensos al cojinete. Esto mismo pudo haberle ocurrido al cojinete en el otro extremo del eje, ya que tambin habra sido afectado por el exceso de juego axial. En este punto de la investigacin, el analista necesita determinar por qu el cojinete tena demasiado juego axial. Fue mal ajustado en el momento de ser instalado o se afloj durante la operacin debido a condiciones tales como suciedad detrs de las pistas, tuercas retn que se aflojaron, pernos que se soltaron, desgaste anormal por suciedad u otro tipo de basura en el lubricante, etc. ?

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COJINETES CONICOS MUY APRETADOS

67 -- Si la precarga es excesiva, los elementos de rodadura y las pistas pueden sobrecargarse en el sentido axial, causando fatiga prematura de sus superficies, descascaramiento y falla final. Los indicios de esta condicin en aplicaciones con eje horizontal son:

1. Desgaste/descascaramiento en una gran porcin de la circunferencia de ambas pistas, la rotatoria y la estacionaria.

2. Rodillos y pistas se desgastan / descascaran uniformemente, de cara a cara.

68 -- Esta pista de cojinete de rodillos cnicos tiene los indicios tpicos de haber sido sometida a cargas axiales excesivas, posiblemente por un ajuste muy apretado. Note el descascaramiento uniforme de esta pista estacionaria. Este patrn se puede encontrar alrededor de toda la circunferencia de la pista. Esta pista en particular, muestra tambin desgaste1 descascaramiento que se extiende hacia la cara posterior del anillo, indicando que el anillo interior estaba operando muy profundo en la pista exterior, justo antes del desarme. Este signo indica que despus que el cojinete, demasiado apretado o con demasiada carga axial, se descascarill, los espacios libres aumentaron permitiendo que las cargas axiales empujaran el anillo interior y los rodillos a esta profundidad.

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Note que esta condicin aument luego el juego axial, restndole carga al cojinete en el otro extremo del eje, causando el subsecuente aflojamiento en el cojinete y cierto grado de falta de alineacin del eje (como se evidencia por el patrn de desgaste ms fuerte y "ranurado" hacia la cara delantera del anillo exterior).

69 -- Los rodillos y el anillo interior muestran el mismo patrn de descascaramiento uniforme, indicando que estas piezas tambin operaron apretadas y fueron sometidas a sobrecarga durante su vida til. Note, sin embargo, la formacin de labios y el desgaste en forma de " reloj de arena" en las ventanas del portarrodillos. Esto significa que se permiti que los rodillos giraran atravesados y desgastaran las ventanas del portarrodillos (despus de haberse aflojado el cojinete), debido al aumento de espacio libre producido por el desgaste y el descascaramiento. Esta condicin fue secundaria a la condicin de demasiado apriete / demasiada carga axial que ocurri primero. Es importante recordar que no slo el ajuste excesivo sino tambin las cargas axiales excesivas o un eje demasiado grande o una caja demasiado pequea pueden sobrecargar los cojinetes de rodillos cnicos y dar resultados similares. Por lo tanto, ser necesario investigar todas las posibles causas principales antes de determinar la causa ms probable. Si se sospecha que el cojinete se ajust demasiado apretado, revise los procedimientos de ajuste con el tcnico de servicio que realiz la instalacin.

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EJE MUY GRANDE / CAJA MUY PEQUEA

70 -- Si los ejes son demasiado grandes o las cajas demasiado pequeas, los espacios libres internos se pueden reducir hasta el punto que los elementos rodantes y las pistas estn sobrecargados a la temperatura de operacin. Suponiendo que se controlan las temperaturas, los indicios sern:

1. Desgaste anormal y10 descascaramiento en la circunferencia completa de ambas pistas, rotatoria y estacionaria.

2. Los rodillos y pistas estarn descascarados/des - gastados uniformemente en todas sus superficies.

La apariencia ser similar a la del cojinete de rodillos cnicos sometido a demasiada precarga o carga axial; mostrado en las diapositivas No. 68 y No.69.

FUERA DE REDONDEZ

71 -- Otro problema dimensional que puede acortar la vida til de un cojinete es un eje o una caja fuera de redondez. En este caso, el patrn de desgaste/descascaramiento de la pista instalada en o sobre la pieza fuera de redondez, mostrar dos o ms zonas de carga. La ilustracin en esta diapositiva indicara un alojamiento ovalado de una caja. Note las dos zonas de carga (arriba y abajo) en la pista exterior estacionaria.

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EJE / ALOJAMIENTO CONICO

72 -- Ejes o alojamientos de cajas cnicos tambin pueden sobrecargar los cojinetes. Por lo general, los indicios de esta condicin se encuentran en la parte posterior de la pista montada en o sobre la pieza cnica. Como se ve aqu, el patrn de contacto puede ser mayor donde la pista queda ms apretada(en el lado derecho en este ejemplo). La lnea bien definida (recta) en el extremo del rea de mayor contacto, puede indicar que hubo realmente un escaln en el alojamiento de caja. El cojinete muestra tambin descoloracin por calor en el rea de mayor contacto, causada por un aumento de la temperatura debido a la reduccin de los espacios libres entre los elementos de rodadura y las pistas. Aunque no se presenta en este cojinete, es posible ver corrosin por frotacin o fisuras por fatiga debida a flexin donde las pistas no tienen el soporte adecuado de los ejes o de la caja.

MALA ALINEACION

73 -- La mala alineacin tambin puede causar desgaste anormal, fatiga por esfuerzo de contacto y descascaramiento. Los ejes o cajas que estn mal alineados causarn, normalmente, patrones de desgaste / descascaramiento que alternarn de una cara a la otra, en una o ambas pistas. Esta pista de un cojinete de rodillos cnicos muestra un patrn de desgaste causado por un eje mal alineado debido a la prdida de apoyo en el otro extremo. Si se deja operar por ms tiempo y las temperaturas no son excesivas, la superficie puede, eventualmente, desarrollar fatiga por esfuerzo de contacto y descascaramiento.

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BAJA VISCOSIDAD / BAJA TEMPERTURA / DESCASCARAMIENTO

74 -- Si la viscosidad del aceite es demasiado baja, la pelcula de aceite puede ser muy fina y dar por resultado un mayor contacto de asperezas que el normal. Esta condicin puede luego sobrecargar las superficies de las pistas y de los elementos rodantes del cojinete. Si los elementos de rodadura continan girando (sin patinar) y las temperaturas son lo suficientemente bajas para que el acero mantenga su dureza, pueden desarrollarse fisuras por fatiga por esfuerzo de contacto de rodadura y descascaramiento. Estos patrones de fisuras por fatiga y de descascaramiento tendrn, generalmente, una orientacin a travs de la pista y en lnea con el eje (orientacin axial).

DEFORMACION PLASTICA

75 -- Otro tipo de dao que se presenta en los cojinetes antifriccin es la deformacin plstica. Puede ser causada por alta temperatura y lubricante insuficiente para separar las superficies, o por cargas excesivas que deforman de modo permanente los materiales del cojinete a temperaturas normales de operacin. Las causas fundamentales incluyen la cantidad de aceite (insuficiente Q demasiado aceite o grasa), la calidad del aceite (demasiado espeso, demasiado fino, etc.), altas cargas ejercidas sobre el cojinete, etc.

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APARIENCIA SECA / CALIENTE

76 -- Si la causa principal es la cantidad (carencia de aceite o grasa), las superficies del cojinete y los componentes contiguos sern, generalmente, ablandados por alta temperatura, mostrarn descoloracin por calor y tendrn una apariencia ms bien seca con poco aceite quemado o recocido. Este cojinete de pin de diferencial de un compactador 816 fall cuando se sali el tapn de la caja del eje, resultando en prdida de aceite para los cojinetes y otros componentes. Note la descoloracin por calor y la ausencia de aceite quemado o recocido en las superficies (apariencia seca).

77 -- El portarrodillos y los rodillos tambin muestran indicios de severo recalentamiento. Los rodillos se ablandaron, como lo indica la deformacin plstica de ellos. El portarrodillos se deform, pendiendo que los rodillos se atravesaran, dejaran de rodar, patinaran, causaran desgaste adhesivo y generaran an ms calor.

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78 -- Una vista ms detallada de algunos de los rodillos muestra evidencias de ablandamiento, deformacin plstica y giro en forma oblicua.

79 -- La pista exterior tambin muestra signos de descoloracin por calor, desgaste adhesivo, depsitos del portarrodillos fundido y una apariencia seca y caliente ( no hay aceite recocido).

80 -- Otro indicio a observar en las fallas debidas a falta de lubricacin es la evidencia de recalentamiento en sellos, engranajes, ejes y otros cojinetes en el mismo sistema. Esta pista exterior es del cojinete en el otro extremo del eje. Tambin est descolorida, indicando que se recalent.

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81 -- Nota: Es importante limpiar apropiada - mente los cojinetes sospechosos de haber trabajado muy calientes, para determinar si la descoloracin es debida a depsitos de xido por excesivo calor Q si es laca (residuos del aceite), lo que no es necesariamente una evidencia de alta temperatura. El siguiente mtodo le facilitar la inspeccin:

1. Lave el cojinete con un cepillo de cerdas suaves en un disolvente limpio. Si la descoloracin desaparece, el depsito era probablemente laca y no xidos producidos por alta temperatura.

2. Si despus de lavar, la descoloracin an persiste, frote la superficie con tela de lija. Si la descoloracin es laca del aceite, ser removida normalmente por este trapo. Si la descoloracin es xido debido a excesivo calor, normalmente no podr removerse.

82 -- Este cojinete de un pin de un Cargador de Ruedas 9 10 tambin sufri daos por falta de aceite. Como se puede ver, el cojinete ms cercano al engranaje del pin altamente cargado, fall primero. Note la apariencia seca y caliente, con mucha deformacin plstica.

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83 -- El cojinete en el otro extremo del eje tambin muestra daos debidos a la falta de aceite y a la mala alineacin causada por la falta de soporte del cojinete que fall. Note la banda de descoloracin trmica en la pista cercana a la cara frontal del anillo interior, donde los extremos ms pequeos de los rodillos soportaron ms carga de lo normal, sin tener la suficiente pelcula de aceite.

84 -- Los rodillos tambin muestran evidencias de alta temperatura debida a inadecuada lubricacin y mala alineacin. Todas las evidencias sugieren que en este caso no hubo la cantidad adecuada de aceite. El analista debe determinar la razn de la falta de una adecuada cantidad de aceite.

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APARIENCIA HUMEDA / CALIENTE

85 -- Los cojinetes pueden tambin recalentarse y deformarse plsticamente debido a otros factores aparte de la falta de lubricacin:

1. El uso de aceite de muy baja viscosidad. 2. Altas temperaturas de operacin. (Temperatura ambiente muy alta,

cantidad marginal de aceite, demasiado aceite o grasa causando batido).

3. Altas cargas aplicadas mala alineacin mal ajuste etc.

4. Acabado superficial muy spero.

Cualquiera de estas condiciones puede causar un contacto ms spero que el normal. Esto puede luego acelerar el desgaste y aumentar an ms las temperaturas en las superficies de los rodillos, portarrodillos, pistas y pestaas. Si el calor no se mantiene por debajo de la temperatura de revenido (templado), las superficies se pueden ablandar resultando en deformacin plstica.

86 -- Fallas debidas a contacto spero pueden comenzar por un fino agrietado axial y un aumento de la rugosidad de la superficie, como se ve en la ilustracin de la derecha en esta pista de un cojinete de rodillos esfricos.

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87 -- Tambin puede ocurrir algo de formacin de labios (enrollamiento de una rebaba) en los bordes de las ventanas relativamente blandas de los portarrodillos, con las cuales hacen contacto los elementos de rodadura. En este caso, sin embargo, las ventanas del portarrodillos no se desgastarn en un patrn de "reloj de arena", a menos que se pierda el ajuste del cojinete o est demasiado flojo.

88 -- Los elementos rodantes y las pistas pueden tener tambin una apariencia vidriosa, debido a un aplanado plstico (aplanamiento de asperezas) y del pulido (bruido) de una capa muy fina de la superficie. Las superficies vidriosas pueden tambin mostrar algo de descoloracin trmica si las temperaturas superficiales fueron altas. Despus comenzarn a desprenderse pequeos trozos de material de los elementos rodantes y de las superficies de las pistas formando picaduras. Estas picaduras pueden tener una apariencia de "escarcha". Esta condicin de "escarcha" puede progresar a descascaramiento, como se puede ver en algunas partes de las superficies de estos rodillos.

89 -- Si los portarrodillos se desgastan o quiebran, los rodillos perdern su alineacin, rodarn en forma oblicua, etc., comenzaran a patinar en lugar de girar y generarn suficiente calor para ablandar pistas y rodillos. En este caso, puede presentarse deformacin plstica y descoloracin trmica.

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90 -- Si se genera una gran cantidad de calor las superficies del cojinete y las superficies contiguas aparecern descoloreadas y hmedas, con depsitos de aceite quemado, cocido o carbonizado. El aceite quemado o carbonizado es evidencia de que haba aceite en el cojinete, pero el calor generado era muy grande para ser controlado por el lubricante.

91 -- El desafo para el analista ante una situacin de un cojinete recalentado (pero no completamente seco) es determinar:

1. Si la cantidad de aceite o grasa era marginal 2. si la viscosidad del aceite era muy baja, por:

a) uso de un lubricante inapropiado, b) altas temperaturas de operacin (Temperatura ambiente o

demasiado aceite o grasa causando batido), o 3. Si la pelcula del lubricante se alter debido a altas cargas aplicadas,

ajustes errneos, mala alineacin, ajuste dimensional incorrecto, acabado superficial spero, etc.

Como se puede ver, existen vanas condiciones que pueden causar el mismo dao a los cojinetes. Es por esto que es muy importante analizar las fallas de los cojinetes lo antes posible y obtener todos los antecedentes, tales como calidad del aceite, cantidad, cargas, temperaturas de operacin, etc., antes de tratar de determinar la causa principal ms probable.

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BRINELEADO

92 -- Otro tipo de deformacin plstica, que no esta acompaada normalmente de signos de alta temperatura es el denominado mellado o brineleado. Las marcas Brinell son indentaciones en la superficie de las pistas producto de cargas excesivas transferidas a stas por los elementos de rodadura. Como mencionamos anteriormente, el brineleado se puede producir durante el armado al presionar fuertemente una pista en posicin a travs de la otra y de los elementos de rodadura. Los indicios son:

1. Abolladuras alrededor de toda la pista a las mismas distancias que los elementos rodantes.

2. Las marcas de rectificado seguirn siendo visibles en el fondo de las indentaciones.

93 -- Otro ejemplo de brineleado es el que se muestra aqu. Note que el patrn de desgaste en el fondo de la indentacin no se ha alterado. Esto se debe a que el elemento rodante aboll la superficie pero no frot ni desgast el patrn de desgaste que exista antes de formarse la marca brinell. Esta marca "brinell" no ocurri durante la instalacin, sino despus que el cojinete oper por algn tiempo.

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Esta condicin puede ocurrir cuando se aplican severas cargas de impacto (como cuando se deja caer una mquina), mientras el cojinete no est rotando. Si el brineleado ocurre despus que la mquina ha operado (y ha habido desgaste en el cojinete), las marcas de desgaste sern visibles en el fondo de la abolladura en lugar adems de las marcas originales de rectificado. El brineleado puede causar interrupcin localizada del espesor de la pelcula de aceite, contacto excesivo y sobrecarga entre las pistas y los elementos rodantes. Esta sobrecarga puede progresar luego a descascaramiento, comenzando en las abolladuras.

MAGULLADO

94 -- Partculas grandes en el lubricante, tales como restos metlicos de la falla de un engranaje o de otro cojinete, pueden causar deformacin plstica de la superficie o indentacin fragmentada (llamada "magullado") de las pistas y elementos rodantes. Las partculas duras producirn indentaciones angulares agudas mientras que las partculas ms blandas causarn indentaciones ms suaves y menos profundas. Las partculas ms grandes pueden tambin atascar- se entre los elementos rodantes y las superficies de las pistas. Cuando esto ocurre, los cojinetes se pueden trabar y causar movimiento relativo entre las pistas y los ejes o los alojamientos de las cajas.

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95 -- Si se deja operar durante un tiempo suficiente, el magullado puede llevar a descascaramiento, como se ve en esta pista de un cojinete de rodillos cnicos.

DESGASTE ADHESIVO

96 -- Desgaste adhesivo (sin deformacin plstica extrema) puede ocurrir en las superficies de las pistas y elementos rodantes si hay suficiente aceite fro o grasa para controlar el calor y si, por alguna razn, los rodillos paran de girar y comienzan a patinar. Como se mencion anteriormente, una razn por la que los rodillos pueden parar de girar es si el portarrodillos est excesivamente desgastado o quebrado, permitiendo que los rodillos se atraviesen y comiencen a patinar sobre las superficies de las pistas.

97 -- Estas pistas son un ejemplo tpico de desgaste adhesivo superficial causado por esa condicin. Note que el desgaste no cre excesivo calor ni abland el acero, ya que la descoloracin trmica y deformacin plstica es muy pequea o nula. Esto indica que hubo suficiente cantidad de aceite para evacuar el calor generado por el desgaste adhesivo. El desafo ante esta situacin es determinar por qu los rodillos pararon de girar o por qu el portarrodillos estaba desgastado o quebrado.

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DESGASTE ABRASIVO

98 -- Abrasivos, tales como polvo o arena en los sistemas de lubricacin, pueden tambin ocasionar fallas de cojinetes.

99 -- Esta pista de cojinete estuvo expuesta a una gran cantidad de abrasivos finos. Note el acabado mate o satinado de la pista, causado por picaduras finas resultado de la accin de pulido del material abrasivo. Esta misma condicin se present en los rodillos y en la otra pista.

100 -- Si la contaminacin es excesiva, los cojinetes pueden trabarse, causando el deslizamiento de rodillos o bolas, generando desgaste adhesivo

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y10 causando que las pistas se muevan en los alojamientos de las cajas o sobre los ejes. Una contaminacin severa puede causar el desgaste de los elementos rodantes y de las pistas, lo que puede incrementar el juego axial en cojinetes de rodillos cnicos (perder el ajuste) y producir desgaste anormal del portarrodillos, rodillos girando atravesados, fracturas del portarrodillos, y dao extensivo. Si las picaduras son severas, puede tambin llevar a fracturas por fatiga y descascaramiento de las superficies despus de muchas horas de operacin. Esto se debe a dos factores, el efecto de concentrador de esfuerzo anormal de la picadura y la fuerza hidrulica del aceite presionado en la picadura durante la operacin.

101 -- Si los abrasivos hacen que el desgaste de los cojinetes se torne en desgaste adhesivo o descascaramiento, ser difcil determinar la causa principal examinando solamente el cojinete daado. Sin embargo, la observacin cuidadosa de otras partes integrantes del mismo sistema de lubricacin dar por lo general evidencia de la contaminacin del sistema. Identifique el acabado mate o satinado, discutido anteriormente, en los otros cojinetes y engranajes lubricados con el mismo aceite.

102 -- Si existe evidencia de desgaste abrasivo, el analista debe determinar la fuente exacta del material abrasivo. Una buena prctica es usar magnificacin para identificar qu tipo de partculas caus el dao. Las fuentes pueden ser muchas: entrada de basura en el sistema, cajas con fisuras, entrada de polvo por sellos daados, conexiones de engrase sucias antes de lubricar, grasa contaminada, etc. Si los sellos fallaron, ser necesario determinar si el sello fall primero y se contamin el sistema, o si falla primero el cojinete causando el movimiento del eje y resultando en un sello daado, el cual permiti la entrada de polvo.

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La inspeccin minuciosa y la consideracin de todos los hechos y posibilidades, son necesarias para determinar la exacta causa principal.

CORROSION

103 -- Los cojinetes nuevos son sumergidos en una disolucin anticorrosiva y luego envueltos en un papel protector por el fabricante. Los cojinetes que se sacan de una mquina y se limpian pueden oxidarse rpidamente. Por lo tanto una buena prctica es protegerlos con aceite, grasa, u otro inhibidor de corrosin. Los cojinetes as protegidos deberan tambin ser almacenados en un lugar seco.

104 -- Si estas precauciones no se siguen, se producir corrosin atmosfrica como sta y resultar en un cojinete inutilizable.

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105 -- Si entra humedad en el sistema de lubricacin, la corrosin puede ocurrir despus de instalar el cojinete. Muchas veces, la corrosin ocurre mientras la mquina est detenida y se produce una condicin conocida como "corrosin esttica" o "revelado con cido negro". En estas condiciones, la humedad (unida a los cidos que se forman en el aceite usado) se acumula alrededor de los elementos de rodadura y produce manchas de corrosin negras equidistantes, picaduras o depsitos tal como se ve en esta pista exterior de un cojinete de rodillos cnicos. Si las picaduras son profundas pueden causar fisuras por fatiga, descascaramiento y la subsecuente falla.

106 -- Esta diapositiva muestra la corrosin esttica en los rodillos del mismo cojinete.

CORROSION POR FROTACION Y ARRASTRAMIENTO

107 -- Algunas veces veremos signos anormales tales como corrosin por frotacin o arrastramiento en las superficies exteriores o interiores del cojinete, indicando que se han movido relativamente a sus ejes o cajas. Tambin se puede ver corrosin por frotacin en las superficies de las pistas donde los elementos de rodadura puedan haber vibrado, mientras el cojinete no giraba -- esta condicin se llama "brineleado falso".

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108 -- La superficie exterior de esta pista muestra corrosin por frotacin, indicio de que hubo movimiento relativo.

109 -- Esta pista exterior de cojinete gir excesivamente en su alojamiento, condicin llamada "arrastramiento". Los signos caractersticos del arrastramiento son una apariencia suave y pulida de la superficie de la pista del cojinete. Si ocurre arrastramiento, los alojamientos o los ejes donde se montan las pistas mostrarn tambin desgaste. Es necesario tener cuidado de asegurar el reemplazo o recuperacin de los ejes y cajas, si stos estn desgastados hasta el punto que los cojinetes nuevos queden sueltos.

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110 -- Si las pistas se han movido, las caras de las pestaas mostrarn tambin desgaste por girar en contra de los soportes en los ejes o alojamientos. En estas condiciones, las marcas de rectificado se vern distorsionadas o se borrarn por completo, como se muestra en esta diapositiva. Esta apariencia tambin puede ser el resultado de altas cargas axiales ejercidas en cojinetes de rodillos cnicos. Estas cargas axiales pueden hacer vibrar la pista exterior en su alojamiento, sin llegar a causar el giro de sta. Este movimiento de bamboleo puede distorsionar o desgastar las marcas de rectificado de las caras de las pestaas.

111 -- Si una pista de un cojinete se mueve o arrastra en su alojamiento o eje, el analista debera determinar si:

1. El eje era demasiado pequeo 2. El alojamiento de la caja era muy grande, o 3. La pista se movi debido a que los elementos de rodadura pararon de

girar, por razones tales como giro oblicuo o material extrao atrapado entre los rodillos y las pistas.

112 -- La condicin de brineleado fue discutida anteriormente. Existe otra condicin que se asemeja a sta, llamada "mellado falso". El mellado falso es diferente del brineleado verdadero en que no es causado por cargas de impacto fuertes. En realidad, se trata de frotacin o corrosin por frotacin causada por vibracin bajo carga mientras el cojinete no est girando.

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Por ejemplo, el mellado falso puede ocurrir durante el transporte a largas distancias de maquinaria por ferrocarril. En estas condiciones, los elementos de rodadura que soportan cargas pesadas pueden vibrar y desgastar las superficies de las pistas. Este cojinete de rodillos cilndricos soporta el plato oscilante de una bomba de caudal variable de una excavadora hidrulica. Durante la operacin, el cojinete gira slo unos cuantos grados segn lo requiera la demanda de flujo de la bomba. La mayor parte del tiempo, el cojinete est estacionario y est sujeto a vibraciones bajo cargas normales. Despus de muchas horas de operacin, es posible encontrar algo de mellado falso en las superficies de las pistas.

113 -- Note en esta imagen amplificada que se han borrado las marcas originales de rectificado en el lugar donde los rodillos vibraron contra la pista. Esto nos dice que ha ocurrido mellado falso. Ahora necesitamos seguir el camino a partir de la causa principal que identifique el origen de la vibracin, en vez de sospechar que cargas de impacto (mientras la mquina no estaba en operacin) causaron el problema.

ESTRIAS Y PICADURAS ELECTRICAS

114 -- Otra condicin anormal que puede causar fallas en cojinetes es el paso de corriente elctrica a travs de ellos. Dos formas de que esto suceda son:

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1. El paso de corriente elctrica relativamente alta mientras el cojinete no gira, y

2. El paso de corriente elctrica relativamente baja, por largos perodos de tiempo, mientras el cojinete esta girando.

115 -- El paso de alta corriente mientras el cojinete no est girando causa usualmente marcas de arco y picaduras, como vemos aqu. Las causas principales pueden incluir el soldar en una mquina teniendo la conexin a tierra de tal manera que la corriente elctrica pase a travs del cojinete. Estas picaduras pueden despus llevar a descascaramiento y la falla final. (Fotografa cortesa de la compaa Timken).

116 -- Otra forma de dao elctrico es el paso de corriente, relativamente baja, por un periodo de tiempo prolongado durante la operacin. Los signos caractersticos son picaduras pequeas y numerosas que cubren una gran porcin de los elementos de rodadura y sus reas correspondientes en las pistas. Si tambin hay vibracin, estas picaduras pueden desarrollarse como estras, ruido e incremento de las vibraciones. Las estras son las lneas axiales en esta pista de un cojinete de bolas.

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117 -- En esta vista amplificada podemos ver que las estras son realmente concentraciones o grupos de pequeas picaduras.

DANOS POR MANPULACION E INSTALACION

DIAP 118 La manipulacin, armado o desarme incorrectos pueden causar fallas de los cojinetes.

119 -- Si los cojinetes se dejan caer o se manipulan de forma inapropiada antes de su instalacin, las pistas pueden abollarse, agrietarse o astillarse. Las fracturas se iniciarn por lo general en las superficies expuestas de las pistas, vulnerables a fuerzas externas. Ya que las pistas son termotratadas a una alta dureza, las fracturas sern por lo general frgiles. Por lo tanto se debe usar equipo de amplificacin apropiado y buena iluminacin para buscar indicios de comienzo de las fracturas en las superficies expuestas. Este anillo interior parece haber recibido golpes por una fuerza externa en la cara de la pestaa. Note el dao por impacto con manchas trmicas producidas por la accin de corrimiento de la carga de impacto sobre la superficie de la cara de la pestaa.

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120 -- Este canastillo se da al dejar caer el anillo interior antes de su instalacin. Daos como ste pueden quebrar el portarrodillos, trabar los rodillos, hacer que giren de forma oblicua, que dejen de girar y patinen, generen calor y causen una falla realmente grave.

121 -- Otra forma de dao por manipulacin incorrecta es secar los cojinetes despus de limpiarlos hacindolos girar con aire comprimido. Esta prctica debe evitarse ya que puede causar desgaste adhesivo a las pistas y a los elementos de rodadura porque no hay una pelcula de lubricante que los separe.

122 -- Las pestaas de los cojinetes de rodillos pueden astillarse o quebrarse durante la instalacin si se presionan a travs de los elementos de rodadura. En estas condiciones, pueden ocurrir fracturas frgiles que rompan parte de las pestaas o del material fuera de las ranuras de los anillos a presin. Si la pista tiene pestaa, las partes quebradas tendern a tener la misma distancia de separacin que los rodillos. Si los rodillos se mantienen en posicin con un anillo a presin, como en el caso de la diapositiva, la separacin de las fracturas tender a ser aleatoria. En cualquier caso, estas fracturas sern normalmente frgiles inicindose en los radios de la parte interior de las pestaas o en las esquinas de las ranuras para los anillos a presin.

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123 -- El uso de herramientas inadecuadas para la remocin o instalacin de cojinetes puede resultar en golpes fuertes y/o irregulares en las pistas de los cojinetes, en los portarrodillos, elementos de rodadura, cajas o ejes. Esta pista de cojinete se instalo con un punzn o cincel. Si la profundidad de estas indentaciones es suficiente, pueden interferir con el desplazamiento de los elementos de rodadura, causar un alto esfuerzo localizado e iniciar descascaramiento. La indentacin es tambin por si misma un concentrador de esfuerzos que puede iniciar una fractura por fatiga.

124 -- Esta pista de cojinete tambin se sac con un cincel. Hay marcas del cincel en el alojamiento de la caja, las cuales pueden producir puntos elevados detrs de la pista, reduciendo el espacio libre para el cojinete, haciendo que ste se caliente o sobrecargue y resultando en fatiga prematura por esfuerzo de contacto y descascaramiento.

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125 -- Este anillo exterior de un cojinete de rodillos cnicos est descascarado solamente en un rea localizada de su pista. Aunque no se muestra en esta diapositiva, hay otra zona similar a sta, aproximadamente a 120 grados, en la circunferencia del anillo exterior.

126 -- Una inspeccin minuciosa del D.E. del anillo exterior revela dos reas en donde este anillo no se asent adecuadamente, debido a puntos ms altos en la superficie del alojamiento de la caja. Estas irregularidades en el alojamiento de la caja causaron la reduccin de los espacios libres resultando en sobrecarga localizada, fatiga por esfuerzo de contacto y descascaramiento. Las dos irregularidades del alojamiento de la caja fueron probablemente el resultado de usar herramientas inapropiadas durante la instalacin o extraccin del cojinete.

127 -- Durante el armado o el desarme es tambin posible daar las pistas alinendolas mal y deslizndolas con fuerza sobre sus correspondientes conjuntos de rodillos y pista. Este tipo de dao resulta en marcas de frotacin y posibles indentaciones "brinell" en los rodillos y en las pistas. El espaciamiento de las marcas ser el mismo que el de los rodillos y se encontrarn todo alrededor o concentradas en slo una porcin de la circunferencia de la pista.

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Este anillo exterior de un cojinete de rodillos cnicos no fue asentado apropiadamente en su alojamiento cuando se instal. Al instalar el eje y el conjunto del anillo interior, la alta presin producida por mala alineacin (debida al mal asentamiento del anillo exterior) caus marcas de brineleado y frotacin en la superficie de la pista exterior. Note que las marcas estn concentradas hacia la cara frontal en esta porcin del anillo exterior.

128 -- Esta porcin del anillo exterior est a 180 grados de la vista anterior. Note que las marcas de brineleado y frotacin estn concentradas ms hacia la cara posterior del anillo.

129 -- La superficie del dimetro externo cerca de la cara posterior del anillo exterior, muestra tambin marcas de arrastre en slo una porcin de su circunferencia, producidas al enderezarse el anillo en su alojamiento durante la instalacin del eje y del anillo interior y el ajuste del cojinete. Estas son indicaciones de que el anillo exterior no se haba asentado correctamente en su alojamiento antes de la instalacin del eje y del anillo interior. Si se hubiese permitido la operacin de este cojinete con este dao, las marcas de frotacin / brineleado en las pistas podran haber interrumpido la pelcula de aceite y causado el picado y el descascaramiento prematuro de las superficies de las pistas y de los rodillos.

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130 -- Este cojinete de agujas de pista exterior conformada fue removido con un punzn o cincel. Note las indentaciones en el labio delgado del anillo que no tiene la informacin del cojinete estampada. No deben volver a usarse cojinetes sacados de esta manera, ya que el dao puede impedir la rotacin de los rodillos y hacerlos patinar, resultando en desgaste adhesivo y falla.

131-- Los cojinetes de pista exterior conformada que se instalan a presin con una herramienta con una pestaa de ngulo equivocado se pueden daar, hundindose y quebrndose el labio de uno de los extremos del anillo exterior. El otro labio se quebr al remover el cojinete. Es muy importante usar las herramientas adecuadas y presionar slo en el extremo del cojinete que lleva la informacin estampada. (Fotografa cortesa de la Compaa Torrington)

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132 -- Es tambin muy importante tener cuidado al sacar los ejes a travs del dimetro interior de los cojinetes. Este cojinete de pista conformada fue daado cuando una esquina de la chaveta (en un eje con chavetera) se enganch en uno de los rodillos, al sacar el eje a travs del orificio del cojinete. Al sentir resistencia al movimiento, el tcnico decidi hacer presin en el eje para sacarlo completa - mente fuera de su alojamiento. Al hacerlo, la chaveta empuj el rodillo a travs del portarrodillos y fractur el labio en el extremo del anillo. Adems, la chaveta presion hacia abajo los rodillos y mell (brineleado) la pista cerca del extremo opuesto del anillo exterior.

133 -- Algunas prcticas de remocin de cojinetes incluyen el uso de un soplete para cortar el anillo interior o encoger el cordn de soldadura del anillo exterior. Cuando sea posible, se debern evitar estos mtodos ya que se genera un calor no controlado y se puede provocar dao fsico a las cajas o a los ejes. Este anillo exterior se afloj de su alojamiento por el mtodo de encogimiento del cordn de soldadura. La descoloracin trmica se extiende hasta el dimetro exterior. Este procedimiento pudo haber generado calor excesivo que se transmiti a la caja.

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134 -- Este anillo interior fue removido cortando con soplete. Noten que el corte atraves el anillo y pas al eje. Como resultado el eje se da por las siguientes dos razones:

1. Creacin de una irregularidad que necesita ser pulida antes de instalar otro cojinete, y

2. El corte de una ranura en el eje creando un concentrador de esfuerzos anormal. Consulte el manual de servicio para conocer las herramientas y procedimientos adecuados.

FRACTURAS

135 -- Las fracturas en las pistas o elementos de rodadura de cojinetes antifriccin que han sido tratados trmicamente de forma apropiada y no contienen imperfecciones subsuperficiales, se deben por lo general a condiciones de fuertes sobrecargas. Si la mala alineacin es severa puede sobrecargar, desgastar y fracturar los elementos de rodadura, las pestaas y las pistas.

136 -- Este grupo de piezas pertenece a un cabrestante (huinche) de un tractor D3 con aproximadamente 100 horas de servicio.

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137 -- El engranaje en el eje y el pin correspondiente muestran signos de una desalineacin severa.

138 -- La pista exterior del cojinete' de rodillos cilndricos en un extremo del eje est fracturada debido a sobrecarga producida por la accin de palanca del eje mal alineado.

139 -- La pestaa en la pista exterior del cojinete en el extremo opuesto del eje est quebrada con caractersticas de una fractura frgil, indicando que se aplic una carga de impacto severa.

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140 -- Varios rodillos en este mismo cojinete se partieron por la mitad.

141 -- Las fracturas de los rodillos son fracturas dctiles en el ncleo ms blando y frgiles en la superficie endurecida, indicando que una carga alta y violenta fue aplicada.

142 -- Los extremos de los rodillos estn descascarados y desgastados debido a la carga inusual producida por el mal alineamiento.

143 -- Note que las fracturas por fatiga (descascaramiento) en este rodillo comienzan en el extremo y progresan hacia el centro debido a altas cargas cclicas causadas por la desalineacin severa.

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La pregunta que debe afrontar ahora el tcnico es "Qu caus esta desalineacin severa?".

144 -- Esta es la caja que soportaba al primer cojinete que vimos que estaba fracturado a travs de su pista exterior. Como se puede ver, la pista y el eje han sido forzados a moverse fuera de la caja en ms de un ciclo, a travs de la abertura fracturada en el alojamiento de la caja. Una vez que esto ocurri, el resto de los daos a los cojinetes y engranajes fue el resultado del severo desalineamiento del eje.

145 -- La observacin de cerca de la caja de hierro fundido, con luz brillante y en ngulo, revela lo que parece ser una fractura frgil. Las fracturas frgiles son normalmente causadas por cargas de impacto. El analista debera ahora investigar la aplicacin del tractor D3 para ver cmo pudo haberse aplicado una carga de impacto. Debemos tambin recordar que algunas veces es muy difcil identificar las fracturas por fatiga en hierro fundido. Mirando cuidadosamente la superficie de la fractura, vemos un patrn semicircular radiando desde el filete de la parte inferior del alojamiento de la caja. Este patrn puede ser un indicio de una fractura por fatiga. Por lo tanto es posible que una alta carga cclica o una falla del material o del proceso, haya causado una fractura por fatiga en la caja. Estas posibilidades deberan tambin investigarse antes de decidir la causa principal ms probable.

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PROBLEMAS DE COJINETES

146 -- Los problemas de material, moldeado, maquinado, tratamiento trmico, rectificado y armado son extremadamente raros en cojinetes antifriccin. Esto se debe a la alta calidad de los aceros de los cojinetes y a las estrictas medidas de control de calidad usadas por los fabricantes. Por lo tanto, presentamos slo un ejemplo de problemas de fabricacin.

147 -- Este cojinete fall despus de slo unos cientos de horas de operacin. El portarrodillos est quebrado en mltiples piezas.

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148 -- La pista exterior y las bolas parecen relativamente normales. Se ve slo un ligero arrastre, el cual es debido al roce de las piezas del portarrodillos con la pista y con las bolas a medida que el portarrodillos se iba rompiendo.

149 -- Sin embargo, la pista interior muestra una considerable deformacin plstica. La muesca en el borde exterior de la pista se cort fcilmente con una lima, haciendo que el analista dudara de su dureza. Al analizar se encontr que la dureza era inferior a 20 RC. No hay evidencia de temperatura excesiva de operacin (no hay descoloracin trmica) en el cojinete o en las partes adyacentes que pudieran haber ablandado la pista. Como se mencion anteriormente, la pista exterior y las bolas tenan una apariencia relativamente normal y su dureza era normal. Por lo tanto se concluy que probablemente la pista interior no recibi tratamiento trmico durante su fabricacin. Dado que era muy blanda, no poda soportar las cargas radiales y axiales normales que se le aplicaron. La pista se deform permitiendo ms juego axial que el normal, causando interferencia del portarrodillos y la consecuente falla.

150 -- Esto concluye nuestro mdulo de cojinetes antifriccin. En este mdulo hemos aprendido que las funciones de los cojinetes son soportar y mantener alineados los ejes y soportar cargas radiales y/o axiales. Por esto, las pistas y los elementos de rodadura estn sometidos a constantes cargas cclicas si la pelcula de lubricante no es adecuada, ya sea por altas cargas, baja viscosidad o falta de lubricante, los cojinetes pueden fallar prematuramente.

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Es muy importante obtener todos los hechos al analizar fallas de cojinetes y detectar la falla en su etapa ms temprana posible. De lo contrario, los daos pueden ser extensos y la causa principal puede ser muy difcil de descubrir. Debemos tambin ser muy cuidadosos al analizar fallas de cojinetes antifriccin ya que diferentes causas principales pueden producir daos finales similares. La mayora de las fallas no son debidas a problemas de fabricacin, debido a la alta calidad del acero y a las prcticas de control usadas en su produccin. Despus de obtener todos los hechos y concluir con la causa principal ms probable, debemos recordar y completar los pasos 6, 7 y 8 de los Ocho Pasos del Anlisis Prctico de Fallas. Estos pasos nos ayudan a obtener la recompensa, por medio de comunicacin con los que son responsables, la toma de las apropiadas acciones correctivas y la realizacin de visitas de seguimiento para asegurar la satisfaccin del usuario.

Analisis de Falla - 13 - Rodamientos - Cojinetes Antifriccion

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