Coginetes

COJINETES DE RODAMIENTO

Introducción

El nombre de “cojinetes de rodamiento”, o simplemente rodamientos, se emplea para describir 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 las características friccionales de un cojinete de rodamiento.

En este capítulo, que recoge buena parte del capítulo correspondiente del libro “Diseño en Ingeniería Mecánica” de J.E. Shigley, se incidirá en los criterios fundamentales para la elección de un 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

Tipos de rodamientos

Los rodamientos se fabrican para soportar:

− Cargas puramente radiales

− Cargas de empuje axial

− Combinación de cargas radiales y axiales

La nomenclatura de un cojinete se indica en la figura 5.1, en la que se aprecian las cuatro partes principales: aro externo, aro interno, elementos rodantes (bolas), y separador. En cojinetes de bajo coste a veces se omite el separador cuya misión es impedir el contacto entre las bolas del rodamiento.

En la figura 5.2 se representan los tipos principales de rodamientos de bolas. Todos estos cojinetes pueden obtenerse con cubiertas o protectores en uno o ambos lados. Las cubiertas no proporcionan un cierre completo, pero sí ofrecen protección contra la entrada de polvo y suciedad. Una variedad de cojinetes se fabrica con sellos herméticos en uno o ambos lados. Cuando los sellos están en ambos lados se lubrica en fábrica.

Los cojinetes de bolas de un fila soportan un pequeño desalineamiento o deflexión del eje, pero es posible también usar cojinetes autoalineantes. Los cojinetes de bolas de doble fila se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaños para soportar cargas radiales y axiales más intensas.

Algunos cojinetes de rodillos de tipo estándar disponibles se ilustran en la figura 5.3. Los cojinetes de rodillos cilíndricos soportan una carga mayor que los de bolas del mismo tamaño debido a su mayor área de contacto. Sin embargo, tienen la desventaja de requerir casi una perfecta configuración geométrica de pista y rodillos: un ligero desalineamiento originará que los rodillos se desvíen y se salgan de alineación. Por esta razón el retén debe ser grueso y resistente. Desde luego, los rodillos cilíndricos no soportarán cargas de empuje..

El cojinete de empuje de rodillos esféricos es útil donde se tienen fuertes cargas y desalineamientos. Los elementos esféricos tienen la ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga aumenta. Los cojinetes de agujas son muy útiles donde el espacio radial es limitado. Se surten con pistas de rodamiento o sin ellas.

Los cojinetes de rodillos cónicos combinan las ventajas de los cojinetes de bolas y de rodillos cilíndricos puesto que pueden soportar cargas radiales y axiales, o cualquier combinación de las dos y además tienen la capacidad de carga elevada de los cojinetes de rodillos cilíndricos. Se diseñan de manera que todos los elementos de la superficie de los rodillos y de las pistas interseccionen en un punto común en el eje del cojinete.

Duración o vida útil de un rodamiento

Cuando se aplica una carga sobre el rodamiento se producen unas tensiones de contacto sobre las pistas y las bolas del rodamiento. Debido a la geometría de estos elementos estas tensiones responden a unas ecuaciones relativamente complicadas, pero basadas en la teoría de Hertz.

Si un cojinete se mantiene limpio y bien lubricado, se monta y se sella contra la entrada de suciedad o polvo, se conserva en esta condición y opera a temperaturas razonables, entonces la fatiga del material será la única causa de fallo. La duración o vida útil de un rodamiento se define como el número total de revoluciones, o el número de horas de giro a una velocidad determinada, de operación del cojinete para que se produzca el fallo. En condiciones ideales el fallo por fatiga consistirá en una astilladura o descascarillado de las superficies que soportan la carga.

La duración nominal es un término autorizado por la AFBMA (Anti-Friction Bearing Manufacturers Association) y lo emplean la mayoría de los fabricantes de rodamientos. Se define como el número de revoluciones, o bien horas a una velocidad constante dada, que el 90% de un grupo de cojinetes completará o excederá sin producirse fallo. Los términos: duración mínima, duración L10, y duración B10, también se emplean para designar la vida nominal.

Carga en los rodamientos

Los experimentos muestran que dos grupos de cojinetes idénticos probados bajo cargas diferentes, F1 y F2, tendrán respectivamente duraciones L1 y L2 de acuerdo con la relación:

siendo,

− Li la vida en millones de revoluciones o horas de trabajo a una velocidad de rotación dada

− a=3 para cojinetes de bolas

− a=10/3 para cojinetes de rodillos

Se suele emplear el término capacidad de carga básica C, que se define como la carga que un grupo de cojinetes soporta para una duración nominal de un millón de revoluciones (L10=1 106 revoluciones). La duración nominal de un millón de revoluciones es un valor base elegido por facilidad de cálculo. De hecho la carga nominal correspondiente es tan alta que se ocasionaría al aplicarla la deformación plástica de las superficies de contacto. En consecuencia, la capacidad básica de carga es simplemente un valor de referencia y que permite transformar la ecuación anterior en la siguiente en la que, conocida la capacidad de carga C, puede hallarse la vida para un valor concreto, F, de carga radial:

en esta última ecuación L está expresada en millones de revoluciones.

Algunos fabricantes en vez de tabular la carga básica nominal para

...