Rodamientos

RODAMIENTOS

INTRODUCCIÓN

A diferencia de otros cálculos de elementos de máquinas, los cojinetes de rodamiento se seleccionan considerando la vida útil que se desea que tengan. Esto significa que la vida infinita no es posible de alcanzar y debemos pensar que los rodamientos son elementos de desgaste que deben ser reemplazados periódicamente para evitar daños al mecanismo en el cual están montados. Este reemplazo se realiza bajo el concepto de mantención preventiva, en donde el rodamiento es reemplazado justo antes de que falle. La falla debe entenderse como un grado de desgaste tal que provoca vibraciones en el eje, apreciables auditivamente por un zumbido característico.

Son muchos los factores que afectan la vida útil: los más importantes son la magnitud de las cargas, la dirección de las cargas, la velocidad de giro, las deformaciones del eje, la desalineación, la calidad de la lubricación, la temperatura de operación y la limpieza. Se utilizaran en este capítulo tres fórmulas para estimar la vida del rodamiento, las cuales varían en complejidad al considerar más variables en el cálculo.

Los rodamientos son piezas de acero aleado con cromo, manganeso y molibdeno, para facilitar la ejecución de rigurosos tratamientos térmicos y obtener piezas de gran resistencia al desgaste y a la fatiga. En la selección de los materiales, deben tomarse en consideración las temperaturas de operación y una adecuada resistencia a la corrosión.

El material para las jaulas ha evolucionado en forma importante actualmente: Se utilizan aceros, metales de bajo roce y poliamida.

Otra característica de los rodamientos es la exactitud de sus dimensiones: Cada parte debe tener tolerancias muy estrechas para un satisfactorio funcionamiento del conjunto.

Existen rodamientos de muy variados tipos para adecuarse a las diversas aplicaciones. Es muy importante escoger el rodamiento preciso, tomando la decisión en base a criterios tales como: costo, facilidad de montaje, vida útil, dimensiones generales, simpleza del conjunto, disponibilidad de repuestos y tipo de lubricación.

Básicamente hay tres formas de clasificar los rodamientos:

I. Según la dirección de la carga que mejor soportan:

1. Rodamientos Radiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en dirección perpendicular al eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro exterior, un aro interior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo o jaula. Por ejemplo, las ruedas de un carro se apoyan en el suelo y reciben la carga en el eje, de esta forma los rodamientos de las ruedas trabajan bajo carga radial.

2. Rodamientos Axiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en la misma dirección del eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro superior, un aro inferior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo. Por ejemplo, pensemos en un carrusel. El peso total de esta máquina actúa verticalmente hacia el suelo y debe rotar en torno a un eje vertical al suelo, en esta aplicación debe utilizarse un rodamiento axial de gran diámetro, cuyo aro superior sostenga al carrusel y cuyo aro inferior se apoye en el suelo.

3. Rodamientos de contacto angular: son una mezcla de los casos anteriores, se basan en un rodamiento similar al radial con un diseño especial de los aros exterior e interior para soportar cargas axiales mayores que un rodamiento radial simple. Sus aplicaciones son muy amplias, debido a que un eje siempre puede desarrollar cargas eventuales en una dirección inesperada y debido al ahorro que se genera al colocar un solo rodamiento para hacer el trabajo de dos.

II. Según la rigidez del rodamiento:

1. Rodamientos rígidos: son aquellos que no aceptan desalineamientos del eje. Ante un desalineamiento se generan cargas que pueden dañar definitivamente el rodamiento.

2. Rodamientos rotulados: Son aquellos que, por un diseño especial de los aros, permiten que el eje gire algunos grados sin desarmar el rodamiento. Esta característica se logra con una pista de rodadura esférica que permite a las bolas o barriletes desplazarse para acomodarse al desalineamiento del eje. Son muy utilizados en maquinaria pesada debido a la necesidad de prevenir daños frente a las deformaciones de los ejes, cargas provocadas por dilataciones térmicas y cargas dinámicas.

III. Según el elemento rodante:

Existen diversos elementos rodantes que varían según las aplicaciones. Las más comunes son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas livianas y medianas. Para cargas mayores se utilizan rodillos y barriletes. Finalmente en cargas axiales se utilizan conos. Algunas aplicaciones en donde el espacio es reducido se usan agujas, que son cilindros largos con diámetros pequeños.

Al catalogar un rodamiento, es útil entregar una información completa, indicando los tres conceptos anteriores, por ejemplo: Rodamiento radial rígido de bolas, rodamiento radial rotulado de barriletes, rodamiento axial rígido de conos.

Afortunadamente los fabricantes de rodamientos han mantenido una numeración estándar en todas las marcas, permitiendo una identificación sencilla de los rodamientos en base a un número y en ocasiones acompañado de unas letras.

Ante la necesidad de trabajar con estos elementos, es recomendable que se adquiera un catálogo de rodamientos de la marca que prefiera, para conocer la numeración y dimensiones del rodamiento que desea indicar. En ese catálogo aparecen además valores de resistencia mecánica que son la base para los cálculos de vida útil. Estos valores han sido obtenidos en bancos de prueba, realizando numerosos ensayos, y son los siguientes:

Capacidad de carga estática: C0 (fuerza)

Capacidad de carga dinámica: C (fuerza)

Velocidad nominal: V (r.p.m.)

Carga límite de fatiga: Pu (fuerza)

La falla principal de los rodamientos es la fatiga superficial en las pistas de rodadura y en los elementos rodantes. Esta falla se basa en las fórmulas de esfuerzo de contacto (Hertz).

Se han desarrollado cálculos avanzados para estimar la magnitud de estas fuerzas y, por otra parte, se han desarrollado materiales que soporten estas cargas logrando prolongar la vida útil.

En la figura, se aprecia la falla por fatiga superficial en la pista de rodadura del aro interior de un rodamiento radial.

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