ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE MECANICA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ELEMENTOS DE MAQUINAS TEMA: COJINETES DE RODAMIENTOS INTEGRANTES: COELLO ALEXI CRUZ KATHERINE ULCUANGO WILSON YANQUE JUAN YUNGAN CATTY DOCENTE:ING. WASHINGTON ZABALA.NIVEL:SÉPTIMOPERÍODO ACADÉMICO: SEPTIEMBRE 2013-ENERO 2014.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
El nombre de “cojinetes de rodamiento”, o simplemente rodamientos, se emplea paradescribir la clase de soporte de eje en el que la carga principal se transmite a través de
elementos que están en contacto rodante y no deslizante.La carga, la velocidad y la viscosidad de operación del lubricante afectan a lascaracterísticas friccionales de un cojinete de rodamiento.Para un mayor detalle convendrá en cada caso estudiar atentamente las
recomendaciones de cada fabricante para atender a factores tales como: carga de
fatiga, fricción, calentamiento, problemas cinemáticos, propiedades de los materiales,
resistencia a la corrosión, lubricación, tolerancias, etc.
En busca de mejorar el rendimiento mecánico de las maquinas empleamos diferentestécnicas e instrumentos que ayudan a mejorar la movilidad interna de esta. Uno deestos son los rodamientos, los cuales alargan la vida útil de las piezas rotacionales,dando una mayor durabilidad y control de la temperatura en los puntos de fricción.
Existen varios tipos de rodamientos y día tras día las necesidades del mercado buscanavanzar en la calidad de los rodamientos; es así como hoy en día las industrias sacanal mercado gran variedad de alternativas en cuanto a rodamientos se refiere.En este trabajo damos a conocer los tipos de rodamientos, la clasificación, yclasificación de los rodamientos de bolas
Imposibilidad de construirlos partidos, por lo que no es posible montarlos y
desmontarlos axialmente.
Para la consecución de un buen movimiento de rodadura los rodamientos
deben coincidir exactamente en forma y dimensiones.
La resistencia total por rozamiento en los rodamientos se compone:
a) Rozamiento a la rodadura entre rodamientos y caminos de rodaduras.
b) Rozamiento por deslizamientos adicionales.
c) Rozamiento interno del lubricante.
Para la determinación del poder de carga de los rodamientos distinguiremos entre
poder estático y dinámico:
a) Poder estático de carga
Es determinante en relación a las cargas que pueden soportar un cojinete de
rodamientos en reposo o movimiento pendular lento, como por ejemplo ganchos decarga de aparato elevador, y para un número pequeño de revoluciones. El limite de las
cargas estáticas admisibles se alcanza cuando aparecen pequeñas deformaciones
permanentes en los puntos de máxima presión; su profundidad es de alrededor de
1*10-4 del diámetro del rodamiento. Este poder de carga se da en Kilogramos por
medio del valor estático de carga C0.
b) Poder dinámico de carga
Es el que determina la carga admisible en un cojinete en movimiento. Al girar el
cojinete, tanto los caminos de rodadura como los rodamientos están sometidos a
solicitaciones variables periódicamente que finalmente conducen a la fatiga del
material en algún punto del cojinete, motivando su inutilización. Se dice entonces quese ha consumido la vida del cojinete. La resistencia a la fatiga del material, es por
tanto, determinante el valor de l poder dinámico de carga, dependiendo siempre de la
frecuencia de los cambios de solicitaciones, o lo que es lo mismo la velocidad angular
de giro de cojinete. El poder dinámico de carga de cojinetes de rodamientos viene
dado, en general, por el valor dinámico C de carga en Kg que, bajo determinadas
condiciones de funcionamiento, es valido para una vida de 1*106 revoluciones. Para
otra vida L debe calcularse la carga admisible P a partir de las formulas siguientes:
Para cojinetes de bolas:
()
Para cojinetes de rodillos:
() ⁄
El valor ⁄ nos da la relación entre el valor dinámico de carga C y la carga admisible
F, a cuya relación se le denomina seguridad de carga.
Los rodamientos de bolas se usan más que cualquier otro tipo de elementos rodantes. Para unaaplicación en que la carga es principalmente radial, se puede elegir uno de este tipo derodamientos. La carga de empuje se aplicará en un lado de la pista de rodamientos internamediante un hombro en el eje. La carga pasará a lo largo del lado de la ranura a través de la bola, hacia el lado opuesto del anillo de bolas y después a la carcasa. El radio de la bola es un poco más pequeño que el radio de la ranura para permitir el rodamiento libre de las bolas. Enteoría, el contacto entre una bola y la pista de rodamientos se da en un punto, sin embargo, enrealidad es un área circular pequeña debido a la deformación de las piezas. Como la carga essoportada en un área pequeña, se presentan tensiones debidas al contacto muy altas a nivel local.
Para incrementar la capacidad de un cojinete de hilera única, se debe utilizar un cojinete que
tenga mayor número de bolas o bolas más grandes que funcionen en pistas de rodamientos másgrandes. Un tipo especial dentro del rodamiento de bolas es el rodamiento de bolas de contacto
angular, en el que un lado de cada pista de rodamientos es más alto para permitir su adaptacióna cargar de empuje más considerables.
Este tipo de rodamientos se emplea comúnmente cuando la solicitación de cargas escombinación de componentes axial y radial. Los ángulos de empuje más comunes varían entre15º y 40º
La geometría de los cojinetes de bolas implica el diámetro de paso y la holgura, la conformidadde las pistas, el ángulo de contacto, el juego longitudinal, la altura del hombro y la suma ydiferencia de la curvatura.
Radial de dos hileras Axial De contacto angular
Rodamientos de rodillos cilíndricos
Sustituir las bolas esféricas por rodillos cilíndricos con los cambios correspondientes en eldiseño de los collares de bolas, proporciona una mayor capacidad de carga radial. El patrón decontacto entre un rodamiento y su collar es, en teoría, una línea y adopta forma rectangularconforme las piezas se deforman bajo el efecto de una carga. Los niveles de tensión debida alcontacto son más bajos que los que corresponden a cojinetes de bola de un tamaño equivalente,lo que permite que cojinetes más pequeños soporten una carga particular o que un cojinete de un
tamaño específico soporte una carga mayor. La capacidad para soportar carga de empuje es pobre. Los rodamientos de rodillos cilíndricos suelen ser muy anchos, lo cual les confiere escasacapacidad para adaptarse a la desalineación angular.
Radial Axial Axial de dos hileras
Rodamientos de auto alineados
El rodamiento de rodillos de barril es una forma de rodamiento auto alineado, se denomina así porque existe rotación relativa real de la pista de rodamientos externa en relación a losrodamientos y la pista de rodamientos interna cuando se presenta desalineación angular. Esto
proporciona excelente especificación de la capacidad de desalineación en tanto se conservan lasmismas especificaciones de capacidad de carga radial. Otro tipo de rodamientos auto alineados
son los rodamientos de bolas a rótula, los cuales poseen dos hileras de bolas con un camino derodadura esférico común en el aro exterior. Esta última característica confiere al rodamiento la propiedad del auto alineamiento lo que permite desviaciones angulares del eje con relación alsoporte.
Rodamientos a rodillos de barril radial De bolas de rotura
Rodamientos de rodillos cónicos
Este tipo de rodamientos están diseñados para soportar cargas de empuje sustanciales con cargasradiales altas, lo cual da por resultado excelentes especificaciones en ambos. Se utilizan confrecuencia en rodamientos de rueda para vehículos y en maquinaria de trabajo pesado a la que leson inherentes cargas de empuje altas.
Rodamiento de rodillos cónicos.
Rodamientos de agujas
Este tipo de rodamientos son en realidad rodamientos de rodillos cilíndricos, pero el diámetro esmucho menos. Al igual que en otros rodamientos de rodillos cilíndricos, la capacidad de empujey desalineación es pobre.
Fig. 245 Fig. 246 Chapa de segu ridad Tuerca co n ranu ras
Para la fijación lateral contra el collarín del eje o de la carcasa deben tenerse en
cuenta las indicaciones contenidas en DIN 5418 para evitar sobre tensiones del anillo
motivadas por un redondea miento demasiado pronunciado de la curva de transición o
enlace árbol-collarín. Cuando no pueden evitar las transiciones esbeltas o de los
muñones cortos, deben colocarse entre el cojinete y el collarín unos anillos se
separación (fig. 248 y 249). Estos anillos deben asentarse con un cierto juego sobre el
árbol o carcasa, a evitar las uniones en los mismos; sus cantos interiores y exteriores
deben redondearse cuidadosamente. Se pueden facilitar el mucho montaje y
desmontaje de los cojinetes de rodamientos por medio de manguitos elásticos, a
veces de ranuras longitudinales, DIN5415 (fig. 250). Con ello los cojinetes se pueden
asegurar muy bien, incluso sobre superficies completamente lisas, por lo que este tipo
de fijación se emplea a menudo en la construcción de maquinaria agrícola y de
construcciones. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que si apretamos demasiado
la rosca se tensa los manguitos de asiento y el anillo interior del cojinete se
ensanchara inútilmente. Cuando se fijan el cojinete por medio de una roscas de apriete
que actúa solo sobre el manguito de asiento. El anillo interior debe sujetarse siempre
lateralmente (fig. 251).
Sobre un mismo eje debe colocarse un solo cojinete fijo para la absorción deesfuerzos laterales en dirección axial. Los restantes cojinetes deben montarse con
posibilidad de desplazamiento axial (fig. 252).
LA LUBRICACIÓN EN LOS COJINETES DE RODAMIENTOS
Los fines de lubricación son:
1. Disminución de la resistencia al rozamiento por rodadura y deslizamiento entre
rodamientos y superficies de rodadura, o rodamientos y jaula, o bien en el
desplazamiento de los anillos, cuando existe esta posibilidad.
2. Protección contra la entrada en el cojinete de cuerpos extraños, líquidos y
gases y prevención de oxidaciones.3. Igualación de presión y amortiguación entre rodamientos ya caminos de
rodaduras.
Hay que distinguir entre:
a) Lubricación con grasa.
b) Lubricación con aceite.
Lubricación con grasa.
La ventaja principal estriba en su acción obturadora, con lo que se impide la salida
del medio lubricante. Razón por la cual se utiliza preferentemente en la maquinariade la industria alimenticia, de papel, y textiles. Se emplea grasas minerales ya que
las vegetales y animales son inapropiados para los cojinetes de rodamientos
porque son propensas a endurecer y a encostrarse; es por ello que se emplea casi
exclusivamente grasas minerales.
Lubricación con aceite.
Se emplean aceites lubricantes en cojinetes de rodamientos:
1. Cuando están montados sobre elementos de maquinas que se lubrican con
aceite, como transmisiones con ruedas dentadas, maquinas de combustión,
etc.
2. Cuando la velocidad de giro son tan elevadas que deberían de renovarse
demasiado a menudo las grasas.
3. Cuando las temperaturas del cojinete resultaría demasiada elevadas
empleando grasas lubricantes.
Vamos a distinguir cuatro métodos de lubricación:
1. Lubricación por baño de aceite.2. Lubricación por goteo.
3. Lubricación por circulación.
4. Lubricación por niebla de aceite.
Lubricación por baño de aceite.
El cojinete esta sumergida completamente en aceite. Temiendo en cuenta que en
baño de aceite, en arboles horizontales debe llegar únicamente hasta la mitad de la
bola caso contrario se producirá un sobrecalentamiento del mismo.
Lubricación por goteo.
Es apropiado para elevadas velocidades de giro, cuando el aceite sobrante pueda
salir libremente, requiere de supervisión.
Lubricación por circulación.
En cojinetes de giro rápido con gran generación de calor, la manera más segura de
eliminarla es por medio de esta lubricación.
Fig. 263 Lub ricación po r circu lación (SKF)
Lubricación por niebla de aceite.
Este es pulverizado por aire a presión y la niebla producida se conduce a los puntos
de lubricación. Este método ahorra aceite y tiene la ventaja de que la corriente de aireal soplar el aceite actúa de medio refrigerante y , al mismo tiempo, impide la entrada
de aire cargado de polvo en el cojinete. Es indispensable que esta niebla de aceite
este libre de polvo y agua.
Fig. 264 Lub ricación con autocirculación (SKF)
Fig. 265. Lubricación de un coj inete axial de rodi l los d e rotula (SKF)
Tipos de cálculos según las condiciones de funcionamiento de los rodamientos
Cálcu lo a fatig a sup erfic ial
Condiciones de funcionamiento: – El rodamiento está en rotación (no oscilación) – La velocidad de rotación no es muy baja
Resistencia definida por la capacidad de carga dinámica C.
Cálcu lo a defo rm ación permanente
Condiciones de funcionamiento: – El rodamiento gira a velocidad muy baja. – El rodamiento oscila lentamente. – El rodamiento está estacionario baja carga durante grandes períodos de tiempo. – Actúan cargas de choques (impactos) de corta duración dentro de una vuelta defuncionamiento.Resistencia definida por la capacidad de carga estática Co.
Carga aplicada P (N) Durac ión L (en revolu cion es)
Duración nominal
90% de probabilidad de vida útil hasta o después de 106 vueltas. No se diseñanrodamientos para una vida infinita. Los rodamientos siempre tienen una vida limitada.Estrategia de los diseñadores: dimensionar par que el rodamiento dure mas tiempo,que el funcionamiento previsto, o sea, con una mayor probabilidad de supervivencia(+90%).
RODAMIENTOS DE BOLAS
Probablemente la ventaja más importante de los cojinetes de contacto por rodadura o
cojinetes de rodamiento es que el rozamiento inicial en el arranque no es mucho
mayor que en funcionamiento normal, es decir, el coeficiente de rozamiento varía poco
con la carga y la velocidad, salvo en valores extremos. Esta propiedad hace que los
cojinetes de contacto por rodadura sean particularmente adecuados para máquinasque arrancan y paran frecuentemente, especialmente bajo carga.
El tipo de rodamiento más común, el rígido de bolas, se utiliza ampliamente en una
variedad de campos. Los rodamientos rígidos de bolas incluyen los que traen tapas deprotección y los sellados, ambos tienen grasa la cual los hace más fáciles de usar.
Entre los rodamientos rígidos de bolas también hay rodamientos con un anillo de
ubicación en el aro exterior para facilitar el posicionamiento del rodamiento al
momento del montaje, rodamientos compensadores de expansión que absorben la
variación en las dimensiones de la superficie de ajuste debido al incremento de
temperatura del alojamiento y rodamientos tipo TAB, que son capaces de soportar
La línea que une el punto de contacto del anillo interior, las bolas y el anillo exterior,
forma un cierto ángulo (ángulo de contacto) con la dirección radial. Existen
básicamente tres ángulos de contacto con los que se diseñan estos rodamientos.
Apareados o en combinación. Los rodamientos a contacto angular incluyen los dedoble hilera de bolas a contacto angular, para los cuales el anillo interior y exterior se
constituye en una sola unidad. El ángulo de contacto para estos rodamientos es de
25°.
También existen los rodamientos de cuatro puntos de contacto, que pueden soportar
cargas axiales en ambas direcciones por sí solos. Aunque pueden surgir problemas de
alta temperatura y desgaste dependiendo de las condiciones de carga.
CARGAS
-Los valores máximos de carga aplicada, para los esfuerzos de contacto que se dan
en el punto de contacto entre el elemento rodante y las pistas, pueden ser:
- Para rodamientos de bolas 4,200 MPa (428kgf/mm2)
- Para rodamientos de bolas auto-alineables 4,600 MPa (469kgf/mm2)
- Para rodamientos de rodillos 4,000 MPa (408kgf/mm2)
PRINCIPIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LOS RODAMIENTOS DEBOLAS
Para disponer de rodamientos no sólo consta de los rodamientos. También los demás
componentes que lo acompañan, forman una parte integral de la disposición completa.La importancia del lubricante y las obturaciones no tiene límite. Para que unrodamiento funcione a pleno rendimiento, debe estar lubricado adecuadamente yprotegido contra la corrosión y la entrada de contaminantes. La limpieza tiene una graninfluencia sobre la vida útil de un rodamiento.
Para diseñar una disposición de rodamientos es necesario:
– seleccionar un tipo de rodamiento adecuado,
– Determinar un tamaño de rodamiento adecuado.
Se deben tener en cuenta otros aspectos, como:
– la forma y el diseño de los demás componentes de la disposición sean adecuados,
– los ajustes y el juego interno o la precarga del rodamiento sean apropiados,
– los mecanismos de fijación,
– las obturaciones apropiadas,
– el tipo y la cantidad de lubricante,
– los métodos de montaje y de desmontaje utilizados,
Cada decisión individual afecta el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad de ladisposición de rodamientos.
SELECCIÓN DEL TIPO DE RODAMIENTO
Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de sudiseño y que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Porejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales y axiales,
tienen una baja fricción y son diseñados para un funcionamiento silencioso. Por tanto,estos rodamientos son los preferidos para los motores eléctricos de tamaño pequeño ymediano.
No es posible dar unas reglas generales ya que se deben considerar diversos factoresa la hora de seleccionar un tipo de rodamiento.
Para indicar los factores más importantes a la hora de seleccionar un tipo derodamiento estándar, y facilitar así una elección apropiada se deben considerar: