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OPERACIONES CON RODAMIENTOS Unidad 3.Elementos de rodadura y pivote

Es necesario usar el método correcto en el montaje y observar las reglas de

limpieza para que el rodamiento funcione satisfactoriamente y alcance la vida

calculada.

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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?

Selección de rodamientos ................................................................................... 3

Cómo podemos hacer una buena selección ....................................................... 3

Proceso de selección de un rodamiento ............................................................. 6

Análisis de fallas en rodamientos ....................................................................... 16

Tipos de fallas .................................................................................................. 16

Tipos de fallas en los rodamientos ................................................................... 17

Montaje y desmontaje ........................................................................................ 23

Procedimientos para el montaje y desmontaje de rodamientos ........................ 23

Montaje ............................................................................................................ 24

Desmontaje ...................................................................................................... 26

Enlaces de interés ............................................................................................. 28

Dónde podemos encontrar más información .................................................... 28

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Selección de rodamientos

Cómo podemos hacer una buena selección La selección de un rodamiento es un procedimiento técnico en el cual se deben tener en cuenta diversos factores que permitirán realizar una elección adecuada y que satisfaga las necesidades de carga y velocidad. La selección de los rodamiento es una de los pasos finales en el diseño de una máquina, la selección de los rodamientos es posterior al diseño de los ejes, es decir se deben estimar previamente los diámetros mínimos del eje y las velocidades de rotación.

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En general existen múltiples factores que pueden afectar directamente la operación del rodamiento, algunos de estos factores son:

En el proceso de selección de un rodamiento se deben tener en cuenta algunos conceptos importantes que se relacionan directamente con la elección de un rodamiento para una determinada aplicación. Estos conceptos son: Duración o Vida Útil de un Rodamiento Es el número de revoluciones (número de horas de funcionamiento a una velocidad constante dada) que un rodamiento es capaz de soportar antes de presentar los primeros síntomas de fatiga (desconchado) en uno de sus anillos o aros o de sus elementos rodantes.

Capacidad de carga dinámica (C) Es la carga radial constante que puede soportar un rodamiento hasta una duración nominal de un millón de revoluciones del anillo interior. La capacidad de carga dinámica y se usa siempre para determinar la duración del rodamiento para todas las condiciones de velocidad y carga.

Capacidad de carga dinámica (C) Es la carga radial constante que puede soportar un rodamiento hasta una duración nominal de un millón de revoluciones del anillo interior. La capacidad de carga dinámica y se usa siempre para determinar la duración del rodamiento para todas las condiciones de velocidad y carga.

Carga dinámica Equivalente (P) Es la carga hipotética cuando en un rodamiento actúan fuerzas radiales y axiales simultáneas y que permite que el rodamiento tenga la misma vida útil que si estuviera cargado solo radial mente o solo axialmente.

• La temperatura ambiente o localizada. • Los choque. • La vibración. • La suciedad, contaminación o presencia de materiales

abrasivos en el proceso o aplicación. • La dificultad para obtener la alineación exacta. • Las limitaciones de espacio. • La necesidad de rigidez del eje.

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Capacidad de Carga Estática (Co) Es la carga radial estática que corresponde a una deformación permanente total del elemento rodante y del anillo que es aproximadamente igual a 0,0001 del diámetro del elemento rodante. Esta capacidad se usa solamente para verificar si ocurrirá una deformación permanente de los elementos rodantes. Nunca se debe usar para calcular la duración del rodamiento.

Carga Estática Equivalente (Po) Es la carga estática radial que, si se aplica, causaría la misma deformación permanente total que aquella que ocurriría en las condiciones reales de carga.

Para efectos de explicar el procedimiento de selección de un rodamiento se asumirá que el diseño de la flecha o eje ha avanzado hasta el punto en el que se ha calculado el diámetro mínimo que se necesita para la flecha y se deben de conocer previamente la velocidad de rotación y las cargas radial y axial que deberá soportar el rodamiento. Es importante tener en cuenta que el proceso de selección es simple pero incluye múltiples variables que cada fabricante asume en sus métodos o recomendaciones para la elección de los rodamientos y más cuando en el proceso de selección se deben incluir datos de los rodamientos que solo se establecen con exactitud cuando se selecciona un rodamiento en especifico, lo cual incluye una selección previa de los valores con el objetivo de hacer un diseño previo y posteriormente se deben realizar los recálculos con el objetivo de verificar que tan acertada fue a selección preliminar.

El procedimiento que se describe a continuación es general y recoge los criterios de algunos fabricantes, por lo que el diseño especifico y selección de un rodamiento para una aplicación específica puede variar según criterio del diseñador.

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Proceso de selección de un rodamiento

Para describir el proceso se asignan literales a cada paso del proceso de selección de los rodamientos. El proceso inicia con la estimación de la carga dinámica equivalente.

a. Estimación de la carga dinámica equivalente P El proceso inicia con la estimación de la carga dinámica equivalente, para lo cual se emplea la siguiente fórmula:

FaYFrXVP ⋅+⋅⋅= Donde:

Para cargas axiales relativamente pequeñas, X=1 y Y=0, por tanto, la ecuación de carga dinámica equivalente se reduce a la siguiente expresión que es ideal para cargas radiales puras:

FrVP ×=

P: es la carga dinámica equivalente. Fr: carga radial que deberá soportar el rodamiento. Fa = Carga de empuje aplicada. V: Factor de rotación, V=1, si el anillo interior gira, V=1,2, si el anillo exterior gira. X = Factor radial. Y = Factor de empuje o factor axial.

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Para indicar la carga de empuje límite, los fabricantes indican un factor al que lo llaman e ó factor de ángulo de contacto, por medio del cual se establece una relación entre la carga axial y radial y por medio de la cual se determina que tan relevante es la carga axial en el proceso de selección del rodamiento.

Si la relación es Fa/Fr > e, se debe utilizar la siguiente ecuación para calcular la carga dinámica equivalente P.

FaYFrXVP ⋅+⋅⋅= Si es Fa/Fr ≤ e, se emplea la siguiente ecuación:

FrVP ×=

Es importante mencionar que algunos procedimientos descritos por los fabricantes excluyen el factor de rotación V. Este análisis del cálculo nos permite establecer que para cargas radiales puras el proceso es muy simple y bastara con tener establecido el valor de la carga radial que soportara el rodamiento. Para los casos donde se incluyen cargas radiales y axiales el método de cálculo para la carga dinámica equivalente varia y debe incluir los factores asociados a las cargas tanto radiales como axiales. Es decir los factores X y Y.

Esta condición incluye un reto importante dado que los valores de X y Y son asociados al tipo de rodamiento y al valor del factor de ángulo de contacto. Que solo se establecen una vez se selecciona el rodamiento, por lo que la selección se convierte en un proceso secuencial o iterativo.

Teniendo en cuenta que no se ha seleccionado un rodamiento, se debe asumir un valor previo para los factores radial X y factor axial Y, y se recomienda tomar un valor medio de las tablas que suministran los fabricantes.

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Cuadro de factores radiales y de empuje.

Una vez asumidos los valores previos se calcula la carga dinámica equivalente:

FaYFrXVP ⋅+⋅⋅=

b. Estimación del diámetro del eje Este paso es previo a la selección del rodamiento, pero necesario dado que las dimensiones características del rodamiento dependen de las dimensiones del eje o la estructura que soportara el rodamiento. c. Selección del tipo de rodamiento La selección del tipo de rodamiento inicia con identificar las capacidades de los rodamientos, es decir consiste en determinar qué tipo de rodamiento que proporciona una adecuada capacidad de carga según se requiera en la aplicación.

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Como elección previa simplemente basta con identifica la capacidad que tiene cada tipo de rodamiento a las cargas radiales y axiales.

Tipo de rodamiento Capacidad de carga radial

Capacidad de carga axial

Rodamiento de bolas de una sola hilera Bueno Aceptable Rodamiento de bolas de dos hileras Excelente Bueno Rodamiento de contacto angular Bueno Excelente Rodamiento de rodillos cilíndricos Excelente Pobre Rodamiento de agujas Excelente Pobre Rodamiento de rodillos esféricos Bueno Aceptable/bueno

Para realizar una elección más adecuada o ajustada a la necesidad especifica de carga se sugiere emplear un catalogo donde se suministren las características con mayor detalle. Generalmente los fabricantes proporcionan tablas donde los diseñadores pueden determinar las características de los rodamientos, el siguiente es un ejemplo.

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Otro ejemplo de dichas tablas incluye flechas que permite establecer la capacidad de manejo de carga radial o axial y algunos rangos.

d. Estimación de la vida útil de diseño del rodamiento Como estimativo previo y en función de la aplicación o uso del rodamiento se puede seleccionar un valor de vida útil del rodamiento en horas.

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e. Determine el factor de velocidad fn y el factor de esfuerzos dinámicos fL Para determinar los factores de velocidad y de esfuerzos dinámicos existen ábacos que permiten determinar dichos valores en función de la velocidad de rotación y del tipo de rodamiento (Bolas o rodillos). Los fabricantes también suministran estos factores para cada tipo de rodamiento en función de la vida útil del rodamiento en horas.

Factor de esfuerzos dinámicos para rodamiento de bolas.

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Factor de velocidad para rodamiento de bolas.

f. Estimación de la carga dinámica Para estimar la capacidad de carga dinámica necesaria, se puede emplear la siguiente formula, donde se relacionan los factores de velocidad, esfuerzos dinámicos y la carga dinámica equivalente previamente estimada según las cargas presentes en la aplicación.

nL fPCf ×=

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g. Identifique los rodamientos que satisfacen la capacidad de carga dinámica C Es importante identificar un conjunto de rodamiento que satisfacen con la capacidad de carga dinámica, es entonces necesario identificar los rodamientos que satisfacen las necesidades dimensionales y de capacidad de carga en los catálogos de los fabricantes.

h. Establezca la capacidad de carga estática Co Este valor se obtiene del catalogo del fabricante, se incluye en la columna de capacidad de carga. i. Calcule la relación entre la fuerza axial y la capacidad de carga estática Calcule:

Determine el factor de ángulo de contacto e, a partir del cuadro de factores radiales y de empuje.

Establezca la relación entre FrFa y e

CoFa

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• Si Fa/Fr > e, calcule entonces Y a partir del cuadro de Factores radiales y de

empuje. • Si el nuevo valor de X y Y es distinto al que se supuso inicialmente, repita el

proceso hasta que se ajuste el valor hallado (Proceso de iteración). • Si Fa/Fr < e, utilice la ecuación FrVP ×= , para calcular P, calcule la capacidad de

carga dinámica C y seleccione un rodamiento que cumple con este requerimiento. j. Seleccione el rodamiento que tenga la geometría más adecuada para la aplicación, considerando también el costo y disponibilidad Esta selección permite que el rodamiento opere en las mejores condiciones y también se facilitara el proceso de montaje. k. Verifique el factor de esfuerzos estáticos Este factor permite establecer si se ha seleccionado un rodamiento con la suficiente capacidad de carga. Es decir opera como un factor de seguridad adecuado para las exigencias de la aplicación.

En función del tipo de exigencia de la aplicación se establecen 3 rangos para el factor de esfuerzos estáticos.

Para exigencias elevadas Fs = 1,5…. 2,5 Para exigencia normales Fs= 1,0…. 1,5 Para exigencias reducidas Fs=0,7…. 1,0

Los valores de capacidad de carga estática y carga estática equivalente son suministrados por el fabricante o suministran ecuaciones para su cálculo.

PoCoFs =

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l. Estimación de la vida útil del rodamiento Para determinar exactamente la vida útil del rodamiento se puede emplear la siguiente fórmula.

Donde: m. Realizar los recálculos necesarios En caso tal de que la aplicación tenga exigencias superiores de vida útil se puede tomar un rodamiento con características superiores pero equivalente dimensionalmente. n. Determine finalmente las condiciones de montaje, el diámetro de asiento del eje y tolerancia, el diámetro interior de la carcasa y tolerancia, los medios para ubicar el rodamiento y necesidades especiales como sellos o guardas Es importante mencionar que este procedimiento podrá incluir múltiples variaciones según el criterio de cada fabricante y diseñador.

ψ

=

PC

nLh

66,16666

n: Es la velocidad de rotación del rodamiento. Ψ: Es un exponente de vida del rodamiento que equivale a 3 para rodamiento

de bolas y equivale a 10/3 para rodamiento de rodillos.

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Análisis de fallas en rodamientos

Tipos de fallas Un adecuado tratamiento de los rodamientos desde su almacenaje, hasta su montaje final garantiza generalmente una larga vida útil antes de que aparezca una avería ó deterioro por fatiga. Si el daño ocurre prematuramente, este será consecuencia de una incorrecta selección, de un mal manejo, de un inadecuado montaje o de una pobre o mala lubricación. Las fallas prematuras en los rodamientos estas asociadas a los diferentes factores:

• Montajes inapropiados, causan el 16% de las fallas prematuras.

• La fatiga, causa el 34% de las fallas prematuras.

• La contaminación, causa el 14% de las fallas prematuras.

• Lubricación deficiente, causa el 36% de las fallas prematuras.

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Tipos de fallas en los rodamientos

Descamación severa, aparición de ranuras profundas que evidencia un desgaste severo

Causas: • Carga excesiva. • Falla en la instalación (des-alineamiento) • Contaminación por partículas, o por agua. • Lubricación deficiente, lubricante • Consecuencia de la oxidación en las paradas. Soluciones: • Reconfirmar la especificación del rodamiento y chequear las condiciones de carga. • Mejorar el sistema de instalación. • Mejorar el método de sellado, prevenir la oxidación durante las paradas. • Utilizar lubricantes con viscosidad adecuada.

Descamación en los puntos de contacto de los elementos rodantes

Causas: • Impactos durante la instalación. Soluciones: • Emplear las técnicas y las herramientas adecuadas en la instalación o montaje del rodamiento.

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Desgaste ligero, aparición de áreas o puntos opacos, evidencia de desgaste de

las pistas

Causas: • Lubricante inadecuado. • Contaminación por partículas de la lubricación. • Falta de lubricación. • Problema de viscosidad del lubricante. Soluciones: • Seleccionar el lubricante correcto. • Mejorar los mecanismos de sellado o protección de ingreso de los contaminantes.

Ralladuras en la superficie de la pista y de los cuerpos rodantes

Causas: • Deficiencia en la lubricación en la partida. • Aceleración de partida muy alta. • Los anillos no están paralelos, velocidad de giro excesiva. • Deficiencia en la lubricación. Soluciones: • Utilizar grasas menos consistentes, evitar la aceleración repentina. • Corrección de la instalación. • Seleccionar el lubricante adecuado, corregir la instalación.

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Deslizamiento entre la pista y los elementos rodantes

Causas: • Alta velocidad y baja carga. • Aceleraciones y desaceleraciones repetitivas. • Lubricante inadecuado. • Entrada de agua. Soluciones: • Aumentar la precarga. • Utilizar lubricantes con viscosidad adecuada. • Mejorar el método de lubricación. • Mejorar los mecanismos de sellado.

Rajaduras y grietas

Causas: • Impacto durante el montaje • Carga excesiva • Mal manejo como la caída del rodamiento al piso. Soluciones: • Mejorar el método de montaje usando calentador de inducción y herramientas

adecuada. • No usar martillo directamente al rodamiento. • Reconsiderar las condiciones de carga. • Ofrecer suficiente respaldo a la pestaña del rodamiento.

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Daños, deformaciones y fracturas en las jaulas

Causas: • Falla en la instalación (des-alineamiento). • Falla de manejo. • Impactos o grandes vibraciones. • Rotación excesiva, aceleraciones o desaceleraciones repetitivas. • Falla de lubricación. • Aumento de la temperatura. Soluciones: • Verificar el método de la instalación. • Verificar la temperatura, velocidad y condiciones de carga. • Reducir la vibración. • Selección del tipo de jaula. • Selección del método de lubricación y lubricante.

Desgaste por porosidad, la superficie de los elementos rodantes o la superficie

de la pista presentan muchos cráteres pequeños de color oscuro

Causas: • Contaminación por impurezas. • Rodamiento o lubricante expuestos al medio ambiente. • Fallas en la lubricación. Soluciones: • Mejorar el sistema de sellado. • Filtrar el aceite lubricante. • Utilizar el lubricante correcto.

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Desgaste y deterioro de la superficie por fricción de deslizamiento entre la

superficie de la pista, elementos rodantes

Causas: • Entrada de impurezas. • Progresión de la oxidación y de la corrosión. • Lubricante deficiente. • Deslizamiento causado por movimiento irregular de los elementos. Soluciones: • Mejorar el sistema de sellado. • Limpiar el alojamiento. • Verificar el lubricante y el método de lubricación. • Prevenir el desalineamiento.

Desgaste por falso aplastamiento en las pistas y elementos rodantes causados

por vibración u oscilación entre los puntos de contacto

Causas: • Oscilación y vibración en el transporte. • Movimiento de oscilación con pequeña amplitud. • Lubricante deficiente. Soluciones: • Fijar el eje y el alojamiento durante el transporte. • Transportar con los anillos internos y externos separados. • Reducir la vibración a través de precarga. • Utilizar el lubricante correcto.

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Agarrotamiento, el sobrecalentamiento provoca cambio de color en el

rodamiento

Causas: • Falla en la lubricación. • Exceso de carga (exceso de precarga). • Alta velocidad. • Juego interno muy pequeño. • Entrada de agua y contaminantes. • Mala precisión del eje y alojamiento. Soluciones: • Verificar el ajuste y juego interno rodamiento. • Lubricar con volumen y lubricante adecuados. • Verificar la precisión del eje y alojamiento. • Mejorar el método de instalación.

Sobrecalentamiento, alteración de color en la jaula , elementos rodantes y pistas

de los anillos ocurren debido al deterioro del lubricante en alta temperatura

Causas: • Falla de lubricación. • Calor externo. Soluciones: • Mejorar el método de lubricación. • Reducir el efecto del calor externo.

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Montaje y desmontaje Procedimientos para el montaje y desmontaje de rodamientos Antes del montaje o del desmontaje de rodamientos deben hacerse todos los preparativos necesarios para un trabajo continuado. Con ayuda del dibujo de taller conviene estudiar la construcción y el orden a seguir para montar las diferentes piezas. Ya antes de comenzar el montaje debe prepararse un esquema de los distintos procesos de trabajo y aclarar a qué temperatura ha de calentarse, cual es la magnitud de las fuerzas para montar o desmontar los rodamientos y cuanta grasa será necesaria. Si durante el montaje o el desmontaje de los rodamientos fuese necesario tomar medidas especiales, hay que poner a disposición del montador instrucciones detalladas en las que se especifiquen todas las particularidades del montaje: métodos de transporte, dispositivos de montaje y de desmontaje, instrumentos de medición, instalaciones de calentamiento, tipo y cantidad de lubricante, etc.

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Montaje Una de las consignas más importantes a la hora del montaje de un rodamiento es mantenerlo en perfectas condiciones de limpieza, dado que las manos o herramientas sucias y lubricantes contaminados constituyen uno de los factores relevantes en las fallas prematuras de los rodamientos. Idealmente se debe mantener todas las herramientas en perfecta limpieza y solo desempacar el rodamiento hasta el momento justo de su instalación, prevenir la manipulación con las manos contaminadas y de ser necesario una lubricación previa se debe hacer con un lubricante o grasas de alta calidad y sin ningún grado de contaminación o material abrasivo que represente desgaste en el rodamiento. Debido a la diversidad de tipos y tamaños no todos los rodamientos pueden montarse de la misma manera. Hay que distinguir entre procedimientos mecánicos, hidráulicos y térmicos. Independiente del método es importante que los anillos, jaulas y elementos rodantes no reciban golpes directos durante el montaje y se recomienda ejercer la fuerza sobre el anillo que tiene el ajuste más fuerte o distribuirlo de forma tal que este anillo reciba la mayor presión en la instalación, de no ser así los elementos rodantes sufrirán deterioros o deformaciones en el proceso de instalación.

Procedimientos mecánicos

Rodamientos con diámetros inferiores a 80 mm pueden ser prensados en frío sobre el eje. Es recomendable utilizar una prensa mecánica o hidráulica. De no disponer de una prensa es posible montar el rodamiento sobre el eje con ligeros golpes de martillo. Es necesario utilizar un casquillo de montaje de acero blando con una superficie frontal plana, para que la fuerza actúe igualmente en toda la circunferencia del aro y para que no se deteriore el rodamiento. El diámetro interior de este casquillo no debe ser mucho mayor que el agujero del rodamiento. El diámetro exterior no debe ser mayor que el borde interior para evitar el peligro de deteriorar la jaula.

En general existen proceso de montaje en frío y en caliente y ellos depende del tamaño del rodamiento.

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Procedimientos térmicos

Generalmente se calientan los rodamientos para el montaje. Un ensanchamiento suficiente de los rodamientos se consigue con 80 hasta 100 ºC. Al calentar los rodamientos ha de ser controlada exactamente la temperatura. En ningún caso se pueden superar los 120 ºC, ya que entonces existe el peligro de que la estructura de las piezas del rodamiento se altere. La dureza disminuye y las dimensiones varían.

Existen diferentes tipos de procedimientos térmicos tales como: Calentamiento sobre una placa de calentamiento Calentamiento en un baño de aceite Calentamiento en un horno de aire caliente Dispositivo de calentamiento por inducción Dispositivo electro-inductivo de montaje Enfriamiento

Procedimiento hidráulico Al emplear el sistema hidráulico, se inyecta aceite entre las superficies de asiento p. e. aceite para máquinas o bien un aceite con aditivos desoxidantes. La película de aceite separa prácticamente las superficies de contacto del ajuste con lo que puede deslizar una sobre la otra con poco esfuerzo y sin peligro de dañarse. La herrumbre de contacto puede disolverse mediante petróleo o aceite con aditivos desoxidantes.

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Desmontaje El desmontaje de un rodamiento es una opción final cuando no existen otras alternativas o definitivamente el rodamiento debe ser remplazado. De no ser así, evite siempre que sea posible desmontar el rodamiento que no este dañado, un desmontaje puede generar daños internos en el rodamiento, el ingreso de contaminantes o simplemente se pueden cometer errores durante su posterior montaje. Como norma general siempre se ha de evitar que el esfuerzo de desmontaje se transmita a través de los elementos rodantes. Este debe realizarse sobre el anillo del rodamiento unido a la pieza de montaje. Normalmente se desmontara un rodamiento para sustituirlo por estar deteriorado. Si es así, el método de desmontaje debe ser cuidadoso de no dañar el eje ni el alojamiento del rodamiento.

Procedimientos manuales Los rodamientos pequeños se pueden desmontar de su asiento aplicando ligeros golpes de martillo, con un botador adecuado, en la cara del anillo, como se observa en la siguiente imagen:

Procedimientos térmicos

Los aros de calentamiento son apropiados para el desmontaje de aros interiores de rodamientos de rodillos cilíndricos y rodamientos de agujas, bien sin borde o sólo con un reborde. Los aros de calentamiento son de metales ligeros y hendidos en dirección radial. Agarraderos termo resistentes facilitan el manejo.

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Procedimiento hidráulico

Al emplear el sistema hidráulico se inyecta aceite entre las superficies de contacto del ajuste con lo que puede deslizar una sobre la otra. El procedimiento hidráulico es apropiado tanto para el desmontaje de asientos cónicos como para asientos cilíndricos. En ambos casos han de preverse taladros para el aceite y roscas apropiadas para la conexión de los dispositivos de presión.

Procedimientos mecánicos Para desmontar rodamientos pequeños se usan generalmente dispositivos de extracción mecánicos o prensas hidráulicas que atacan, bien en el aro montado con ajuste fijo, bien en el elemento adyacente, como un anillo de laberinto. En los casos en que el aro interior está ajustado al collar del eje y si no se han previsto ranuras de desmontaje, los rodamientos de bolas, los rodamientos de rodillos cónicos y los rodamientos de rodillos cilíndricos se pueden desmontar con ayuda de un extractor.

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Enlaces de interés

Dónde podemos encontrar más información

Inspección de rodamientos

http://www.catlab.com.ar/notas.php?idm=471&accion1=notas&PHPSESSID=

e9b354a9cc35a45b059877a0650a0154

Selección de rodamientos

http://www.skf.com/skf/productcatalogue/jsp/extra/productTablesList.jsp?sh

owChapter=true&lang=es&newlink=1

Herramientas para el montaje de rodamientos

http://www.hivimar.com/descargas/documentos/Kit_Herramientas_TM

FT_36.pdf