Rodamientos,
capacidad del rodamiento
Cálculo
de vida
Si los rodamientos son utilizados en condiciones ideales de operación,
su duración de servicio es determinada por la fatiga de los materiales,
por lo tanto el termino "vida" será el periodo de servicio
limitado por los fenómenos de fatiga.
El los rodamientos de rodillos cónicos, que han funcionado en buenas
condiciones de limpieza y lubricación debido a los ciclos de tensiones
en superficies, el síntoma de finalización de su ciclo de vida, será
la aparición de unos picados en dichas superficies de rodadura.
Como la fatiga es un fenómeno estadístico, la duración de
funcionamiento no se puede predecir exactamente y dicha duración se
expresa como el nº de revoluciones que el 90% de un grupo de
rodamientos iguales llegarán a superar, antes de que aparezcan
problemas de descascarillado o desconches en las pistas.
La determinación práctica de la vida útil para un rodamiento de
rodillos cónicos es calcula mediante la fórmula:
L10
= (Cr/Pr) elevado a 10/3
Donde L10 = vida útil nominal, en millones de revoluciones, Cr = Carga
dinámica radial, en newtons, Pr = Carga dinámica equivalente radial,
en newtons.
Para ciertas aplicaciones puede ser deseable calcular la vida útil, pero
ajustada a otros niveles de fiabilidad, para lo cual utilizaríamos la
siguiente fórmula:
Lna
= a1.a2.a3.L10
Donde Lna = vida útil ajustada para características del material y
condiciones de funcionamiento no convencionales y para una fiabilidad
del (100-n)%, en millones de revoluciones, a1 = factor de corrección en
función de la fiabilidad, a2 = factor de corrección en función del
material, a3 = factor de corrección en función de la lubricación y
ambiente.
Capacidades
de carga
Capacidad nominal de carga dinámica radial Cr, es la carga radial
constante en interndidad y dirección que un rodamiento puede teóricamente
soportar para una duración nominal de 1 millón de revoluciones.
(ISO 281). Su valor está determinado para cada rodamiento en los catálogos
de FERSA.
En la mayoría de los casos las cargas aplicadas a los rodamientos son
combinaciones e cargas radiales y axiales que además fluctúan en
magnitud y dirección. Debido a esto para calcular la vida del
rodamiento tendremos que calcular una carga dinámica equivalente con la
siguiente fórmula:
Pr
= X Fr + Y Fa
Donde Fr = Carga radial en newtons, Fa = Carga axial en newtons, X =
Factor de carga dinámica radial e Y= Factor de carga dinámica axial.
Los valores de los factores X e Y se dan en el catálogo de FERSA,
acompañando a cada referencia.
Cuando a un rodamiento se le somete a una carga excesiva o a una carga
grande instantánea que sobrepase el límite elástico, se pueden producir en las superficies de rodadura unas deformaciones permanentes
localmente situadas.
El valor que regula esta posibilidad es el de la capacidad nominal de
carga estática radial Cor y que su definición el la carga estática
radial que corresponde "par calcul à une contrainte", en el
centro del contacto elemento rodante/camino más cargado igual a 4000
MPa (ISO 76).
También existe, debido a la variedad de posibilidades de aplicación
de la carga, una carga estática equivalente con la fórmula:
Por
= XoFr + YoFa
Donde Xo = Factor de carga radial, Yo = Factor de carga axial y Por =
Carga radial estática equivalente, en newtons.
Existen diferentes factores restrictivos a tener en cuenta en
situaciones un poco más límites, entre ellos podríamos citar:
Factor de duración, de velocidad, de reducción por trabajo a altas
temperaturas, de reducción por dureza de ejes y alojamientos, de
impacto, de seguridad, etc...
os rodamientos son elementos de máquinas destinados a soportar cargas de
ejes de árboles de transmisión originados por el propio peso, acciones
de engranajes, correas, cadenas, etc., y a facilitar su giro.
En función de la tipología de cargas que existan en un determinado
montaje, deberemos montar alguno de los numerosos tipos de rodamientos que
existen.
Los rodamientos de rodillos cónicos, que fabrica FERSA, serán los
apropiados para soportar empujes radiales y axiales o combinados, de
cierta importancia.
Además, estos rodamientos y debido a su forma geométrica, se montarán
siempre por parejas y contrapuestos.
Diseño
Los rodamientos cónicos constan de 4 componentes fundamentales:
Pista
interior
Pista exterior
Rodillos cónicos
Jaula
Una característica singular de estos rodamientos, es que es posible
separar el aro exterior del resto del conjunto, facilitando así el montaje
de los mismos.
De la misma forma, el diseño interno del rodamiento, en el cual la
prolongación de las generatrices de los caminos de rodadura del aro
exterior y del aro interior convergen en un punto común del eje de rotación
del rodamiento, lo cual permite un movimiento de rodadura sin
deslizamientos de los rodillos sobre las pistas en todos puntos de
contacto.
Material
En función de las solicitaciones a que podemos someter a los rodamientos
de rodillos cónicos, necesitaremos un acero que tenga las siguientes
características:
Alta
resistencia a la rodadura
Alta dureza
Alta resistencia al desgaste
Alta estabilidad dimensional
Suficiente límite elástico
El tipo de acero que responde a todas estas solicitaciones, es un acero al
cromo con alto contenido de carbono cuya denominación es:
F
1310 (100 Cr 6) (S/ISO 683/XVII)
Tras el tratamiento térmico de los componentes del rodamiento con este
acero, obtenemos durezas comprendidas entre 59 y 64 HRc.
Las jaulas de los rodamientos que no soportan cargas y que sirven para
distanciar los rodillos en unas posiciones determinadas, se fabrican con
una chapa de acero de bajo contenido de carbono y especializada para
embutición profunda, cuya denominación es:
Fe
PO3 B (S/ en 10130)
En aplicaciones especiales, o bajo especificación del cliente, se
fabrican jaulas con materiales alternativos (plásticos).
Rodamientos, montaje
Instrucciones
básicas
Los rodamientos manejados adecuadamente, pueden responder fiablemente a
una amplia gama de condiciones de trabajo. Si lo consideramos como lo
que es, un elemento de precisión de una máquina, puede dañarse con un
manejo inadecuado aun antes de empezar a trabajar.
Deberemos tener en cuenta estos principios generales:
Conservar limpio el rodamiento y el ambiente que lo rodea, para lo cual
esperaremos al último momento par extraerlo de su caja que lo contiene.
El rodamiento que está tratado térmicamente para alcanzar unos
determinados niveles de dureza, se puede considerar Frágil ante
impactos o fuerzas excesivas realizadas durante montajes o desmontajes
poco cuidadosos.
No calentar los rodamientos a temperaturas superiores a 120ºC ya que
podría llegar a reducirse su dureza y por lo tanto acortar su vida.
Utilizar herramientas adecuadas para cada dimensión de rodamiento.
Precauciones
del Montaje
Deberemos tener en cuenta estas instrucciones básicas:
Elegir un lugar limpio.
Revisar el eje, alojamiento y radios de acuerdo en sus dimensiones,
acabado y formas geométricas.
Limpiar el eje, alojamiento y radios.
Tener cuidado al tocar las superficies rectificadas del rodamiento para
impedir posibles rastros de óxido.
Al montar los anillos interior y exterior por separado, aplicar fuerza
también a cada uno por separado evitando montar, por ejemplo, el aro
exterior golpeando el aro interior montado.
Una vez advertidos de las buenas maneras a utilizar en el montaje de
rodamientos, pasemos a hablar del caso concreto de rodamientos de
rodillos cónicos.
Los rodamientos de rodillos cónicos se montan ajustándolos contra otro
rodamiento, generalmente del mismo tipo. Este ajuste se realizará con
tuercas de apriete o discos de compensación entre otros métodos.
Estos ajustes suponen una precarga para los rodamientos, que deberá
considerar la carga a soportar, una vez alcanzada la temperatura de
funcionamiento deseada.
Este factor de temperatura en trabajo es importante considerarlo, ya que
al calentarse el mecanismo, es diferente la disipación de calor en los
ejes, los cubos y los componentes del rodamiento y por lo tanto el juego
inicial puede verse muy reducido llegando incluso a bloquear el sistema.
Rodamientos,
prueba y desmontaje
Si hemos tenido en cuenta los pasos anteriormente citados, tendremos
nuestro juego de rodamientos de rodillos cónicos montados. Para verificar
el correcto funcionamiento del equipo, tendremos en cuenta los siguientes
pasos:
Las máquinas pequeñas se probarán primero girando la parte móvil a
mano, para posteriormente engancharle el motor.
En Las máquinas, que no sea posible esto, intentaremos girarlas a baja
velocidad para incrementarla poco a poco.
El proceso de elevación de temperatura e progresivo, hasta alcanzar un máximo
después de un tiempo determinado (1-2 horas según la aplicación). Una
vez alcanzado este máximo y si el sistema de lubricación es el adecuado,
la temperatura bajará y se estabilizará.
En las primeras vueltas, estar atento a posibles roces que impidan el
libre giro de las partes móviles. Podría ser muy grande el ajuste
realizado.
Si se notan pequeños golpes al girar, podríamos tener algo de suciedad o
como mal mayor laguna pista de rodadura dañada.
Ante cualquier anormalidad surgida, es conveniente interrumpir la prueba
funcional y atajar el mal funcionamiento (limpiando, lubricando más,
cambiando el rodamiento, ajustando de otra manera, etc...).
Desmontaje
de rodamientos
El desmontaje de rodamientos puede ser motivado por dos razones
principalmente, o se desmonta debido a algún tipo de mantenimiento
preventivo para volverlo a montar después, o se desmonta porque su vida útil
ha terminado y su deterioro nos hace cambiarlo por otro.
En el primer caso, los cuidados que tendremos con el rodamiento serán los mismos que si fuese nuevo y por lo tanto seguiremos las
recomendaciones hechas en este capítulo.
El segundo caso, los procedimientos pueden ser muy variados e incluso
violentos, ya que el rodamiento no va a servir, ahora bien, intentaremos
no dañar asientos y eje ya que en ellos montaremos otro rodamiento.
De todas las maneras y tanto en un caso como en otros, recomendamos el uso
de utillajes específicos para el trabajo que estamos realizando.