“ANALISIS DE FALLAS EN RODAMIENTOS Y ENGRANAJES”

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UNIVERSIDAD DE ATACAMA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA DE EJECUCIÓN

“ANALISIS DE FALLAS EN

RODAMIENTOS Y ENGRANAJES”

ASIGNATURA:

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

ALUMNOS PARTICIPANTES:

DAVID TRUJILLO

ALEJANDRO ARAYA

FRANCISCO DIAZ

GUSTAVO PIZARRO

PROFESOR:

 JUAN HUENUMAN

“05-07-2020”

INTRODUCCION

En este trabajo desarrollaremos el tema relacionado a las posibles fallas de los engranajes y rodamientos, estos son elementos mecanicos que aseguran un enlace movil entre dos elementos de un mecanismo, uno que se encuentra en rotacion con respecto a otro; siendo su funcion principal el de permitir la rotacion relativa de dichos elementos bajo cierta carga, con precision y con un rozamiento minimo. Existen un sin fin de estos dependiendo del uso y tipo de material según sus caracteristica a seleccionar.

Sabremos identificar cual es la vida util de un rodamiento con ciertos parametros de operaciones y a travez de una formula basica que se aplicara en el desarrollo del informe, tambien veremos un graficos de factor de vida del rodamiento.

Los engranajes se mostraran en sus posibles tipos de fallas tales como fatiga por flexion, por contacto y por abrasion.

Identificaremos los tipos de engranjes tales como recto, helicoidales y conicos.

El fallo del diente de un engranaje se puede producir como consecuencia de diversos factores, entre los que se encuentran desde los inherentes a un trabajo correcto del engranaje, con el consiguiente desgaste con el paso de las horas de funcionamiento, hasta los determinados por un funcionamiento defectuoso, ya sea por un cálculo erróneo de las características del diente, o por defectos de montaje, lubricación, etcétera. Por ello, a la hora de diseñar un engranaje, no solo hay que conocer todas las circunstancias de la transmisión a la que va destinado, como potencia, velocidad, sobrecargas momentáneas o sostenidas, tiempos de funcionamiento, duración, naturaleza de las sobrecargas, naturaleza del elemento motor y máquina accionada, choques,

1- Definiciones básicas

1. C0: Capacidad de carga estatica. Se define como la carga que produce una deformacion permanente de aproximadamente 0.0001 del di ́ametro del elemento rodante. Se asume como carga constante y seria radial para rodamientos radiales y axial para rodaminentos de empuje. C0 se debe usar en rodamientos cuando:

velocidad de giro muy baja: n < 10 rpm
cuando realizan movimientos oscilantes muy lentos
permanecen estacionarios bajo carga durante tiempos prolongados

Es necesario satisfacer el factor de seguridad estatico s0 definido como:

s0 = C0 /P0

donde P0 es la carga estatica equivalente definida mas adelante. Valores recomendados del coeficiente de seguridad estatico s0 entrega cada fabricante de rodamientos para cada tipo. Por ejemplo, la tabla mostrada en la figura 8 muestra los valores mınimos del coeficiente de seguridad para rodamientos SKF que requieren funcionamiento denominado suave.

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Figura 8: Valor coeficiente estatico para rodamientos segun empresa SKF

2. C: Capacidad de carga dinamica. Expresa la carga que daria una vida nominal de 1,000,000 de revoluciones. Se asume como carga constante y seria radial para rodamientos radiales y axiales. Cada fabricante entrega un valor numerico para cada uno de los rodamientos que produce (catalogo).

1. κ = ν/ν1: Relacion de viscosidad
2. ν: viscosidad real de funcionamiento del lubricante, mm2/s
3. ν1: viscosidad nominal en mm2/s dependiendo del di ́ametro medio del rodamiento y de la velocidad

2. Vida útil de un rodamiento

La vida útil de un rodamiento se puede obtener con el grado de exactitud siempre y cuando se tenga en consideración una serie de parámetros de operación. La formula basica para calcular la vida útil de un rodamiento esta estandarizada por la ISO y expresada de la forma:

L10 =(CP)k (8.2)

donde L10 es la vida nominal en millones de revoluciones. Esa vida nominal se define como el numero de revoluciones de un rodamiento antes de manifestar síntomas de fatiga superficial (pitting). En general la información entregada por los fabricantes se basa en la vida alcanzada por el 90 % de los rodamientos aparentemente idénticos de un grupo suficientemente grande. En general la vida media de un rodamiento puede alcanzar hasta cinco veces la vida nominal. Si se trabaja a velocidad constante n : [rpm] la expresión (8.2) se transformasegún

106

L10h = (60n)L10; horas de servicio (8.3)

P es la carga dinámica equivalente y se define como una carga hipotética constante de magnitud y direcciónque, si actuara radialmente sobre un rodamiento radial, o axialmente y centrada sobre un rodamiento axial, tendría el mismo efecto en la duración del rodamiento que las cargas reales a las cuales esta sometido dicho rodamiento. Se calcula de la ecuación:

P =XFr +YFa (8.4)

con Fr la carga radial real en el correspondiente descanso, Fa la carga axial real, X factor de carga radial entregado por el fabricante e Y el factor de carga axial. k es el exponente que vale 3 para rodamientos de bolas y 10/3 para rodamientos de rodillos. También se acostumbra a usar la vida en horas de funcionamiento, y se designa por L10h.

En el caso de rodamientos de vehículos de carretera se acostumbra a usar la formula:

L10s = πD L10; millones de kilómetros (8.5)

         1000

D es el diámetro de la rueda en metros.

Las tablas de las figuras 8.3-8.5 muestran valores típicos de vida nominal entregada por fabricantes y/o literatura especializada.

3. Formula de vida nominal ajustada

Representa la vida respecto la cula el ingeniero de una empresa puede influenciar. Usan una buena estrategia respecto al manejo, operacion y mantencion se puede aumentar la vida util de diseño. En este caso es conveniente considerar [pic 3]

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con mas detalle la influencia de otros factores en la duracion del rodamiento. ISO introdujo en 1977 la f ́ormula de vida ajustada:

Lna = a1a2a3L10 (8.6)

donde Lna representa la vida nominal ajustada en millones de revoluciones. El sub ́ındice n representa la diferencia entre la fiabilidad requerida y el 100 %. Fiabilidad es la probabilidad del rodamiento para alcanzar o sobrepasar una duraci ́on determinada.

• a1 es el factor de ajuste de la vida por fiabilidad
• a2 es el factor de ajuste de la vida por el material. El rango aproximado para aceros de materiales especiales es entre 0.6 y 1.0.
• a3 es el factor de ajuste de la vida por las condiciones de funcionamiento. Se usan los siguientes factores:

1,0 para espesor de pelıcula lubricante similar a la rugosidad superficial < 1,0 para DN < 10,000 y para viscosidades bajas del lubricante
> 1 para condiciones de lubricaci ́on favorables.

Cada fabricante en su respectivo catalogo entrega los valores correspondientes de estos parametros.

4.Mecanismos de fallas en Engranajes

Los engranajes fallan por diversas razones, pero su mecanismo esta centrado en tres factores determinantes:

1. Fatiga por flexion, que siempre debe considerar la opcion de flexion (estatica) por sobrecarga. En el caso de fatiga se utiliza la teorıa de flexion de una viga, ya que el diente se simula como una viga en voladizo, con las correccionones adecuadas a la teorıa de engranajes.

1. Fatiga por contacto (pitting) o picadura basada en la teorıa de contacto de Hertz. Despues de un numero suficiente de ciclos de carga fragmentos de metal sobre la superficie se fatigaran y se desprenderan. Dificultades en la lubricacion pueden contribuir a las fallas por picaduras.

1. Desgaste superficial abrasivo de dificil cuantificacion debido a la falta de valores de esfuerzos admisibles reales asociado al mecanismo de desgaste de los materiales. La mayorıa de los metalkes no presentan un claro lımite de fatiga por esfuerzos superficiales de contacto.

Generalmente los engranajes se calculan basados en los dos primeros formas de falla. Todo lo anterior se ve afectado por parametros que no estan bajo control del diseñador, por lo que cuando se trata de un analisi serio, debe aplicarse la norma que en este caso se denomina NORMA AGMA (American Gear Manu- facturers Association).

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