Proceso de selección de un rodamiento
Proceso de selección de un rodamiento
En el diseño de los rodamientos resulta sumamente importante tomar en cuenta varios factores para cumplir con las necesidades comerciales y mecánicas, así como su aplicación en cada caso. Algunos elementos como la eficiencia del mecanismo, sus niveles de ruido, o su durabilidad y fiabilidad, son puntos clave que jamás deberían pasar desapercibidos. Asimismo, elegir los rodamientos adecuados para cada proyecto o aplicación es fundamental para mejorar el rendimiento y funcionamiento de los mismos en la máquina.
Para seleccionar rodamientos deben tenerse en cuenta varios criterios. Se utiliza un procedimiento de selección para determinar qué rodamiento es más adecuado para una aplicación industrial específica. Durante este proceso, los rodamientos son examinados detenidamente desde diferentes puntos de vista, como las condiciones de velocidad y de funcionamiento.
Para ayudar a evaluar estos factores clave, se recomienda seguir este proceso de selección:
- Rendimiento y condiciones de funcionamiento
- Tipo de rodamientos y disposición
- Tamaño del rodamiento
- Lubricación
- Temperatura y velocidad de funcionamiento
- Interfaces del rodamiento
- Versión de rodamiento
- Sellado montaje y desmontaje
1.- Rendimiento y condiciones de funcionamiento
Una aplicación puede establecer diversos requisitos en la solución de rodamientos.
Algunos factores mencionan sobre la vida útil del rodamiento, la capacidad de velocidad y la capacidad para soportar los niveles de aceleración aplicados, la precisión de la posición radial y axial del eje, la capacidad para soportar bajas o altas temperaturas o gradientes de temperatura así como los niveles de ruido y vibración generados.
Estos pasos dependerán de las condiciones en las que se encuentren los materiales, ya que tenemos distintos pasos a seguir para seleccionar correctamente los rodamientos.
Los parámetros más importantes que uno debe tener en cuenta al momento de seleccionar rodamientos son los siguientes; la carga, velocidad, temperatura,lubricante y limpieza del lubricante. Las condiciones en las que estos pueden llegar a funcionar dependen mucho de el tiempo, o en aplicaciones de velocidad variable o debido a cambios estacionales de temperatura o una mayor potencia de salida.
Con el fin de lograr y optimizar un diseño, es posible que deba pasar a través de diversos pasos del proceso de selección de rodamientos. Estos son:
- Eel espacio radial o axial disponible
- Los diámetros del eje, definidos por los requisitos de resistencia del eje
- La elección del lubricante, determinada por otros componentes de la aplicación
2.- Tipo de rodamiento y dispocisión
Cada tipo de rodamiento tiene propiedades características que lo hacen más o menos adecuado para su uso en una determinada aplicación.
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| Tipos de rodamientos y caracteristicas principales |
3.- Tamaño del rodamiento
Un rodamiento puede verse como un sistema de componentes: caminos de rodadura, elementos rodantes, jaula, sellos y lubricante. La duravilidad de estos elementos y el tamaño del rodamiento contribuyen con el rendimiento y la vida útil del rodamiento, o los determina. para ello considere estos aspectos:
- La fatiga por contacto de rodadura (rolling contact fatigue, RCF)
- La deformación permanente de los elementos rodantes y caminos de rodadura debido a cargas pesadas que actúan sobre el rodamiento mientras está fijo o en oscilación lenta, o cargas máximas elevadas que actúan sobre el rodamiento mientras está girando
- Tipo o material de la jaula: estos pueden limitar la velocidad de funcionamiento o la temperatura o la aceleración admisible
- Límite de velocidad de los labios de los sellos rozantes: esto puede determinar la velocidad máxima admisible, que afecta a la temperatura de funcionamiento y, por consiguiente, a la vida útil
- Vida útil del lubricante: cuando el lubricante se deteriora, la condición resultante de relubricación deficiente reduce rápidamente la vida útil del rodamiento
El efecto de la RCF o la deformación permanente en los elementos rodantes y caminos de rodadura está directamente relacionado con el tamaño del rodamiento. Los efectos del tipo de jaula y su material no están relacionados con el tamaño del rodamiento. En los rodamientos tapados, los efectos del lubricante y el sello integral solo están indirectamente relacionados con el tamaño del rodamiento.
Por lo tanto, los dos criterios principales que pueden utilizarse para determinar el tamaño del rodamiento adecuado son:
- Selección del tamaño basada en la vida nominal: esta se basa en la vida útil requerida del rodamiento, teniendo en cuenta los posibles efectos de la fatiga por contacto de rodadura, y requiere el cálculo de la vida nominal básica L10, o la vida nominal SKF L10m, para el rodamiento.
- Selección del tamaño basada en la carga estática: esta se basa en la carga estática que puede soportar el rodamiento, teniendo en cuenta los posibles efectos de la deformación permanente, y requiere el cálculo del factor de seguridad estática s0 para el rodamiento.
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| Criterios de selección |
Los criterios de selección que debe usar dependen de las condiciones de funcionamiento del rodamiento:
- Para aplicaciones en las que los rodamientos funcionan en condiciones de funcionamiento típicas, es decir, velocidad normal, buenas condiciones de lubricación y sin cargas elevadas o máximas, utilice Selección del tamaño basada en la vida nominal.
- Para aplicaciones en las que los rodamientos funcionan a velocidades muy bajas o que se utilizan en condiciones de muy mala lubricación, están fijos o en las que se producen cargas máximas ocasionales, utilice Selección del tamaño basada en la carga estática.
Una vez que haya superado esta sección y determinado el tamaño del rodamiento, antes de continuar con la sección Lubricación, revise lo siguiente:
- Vida útil de la grasa para los rodamientos tapados (secciones de productos)
- Cargas radiales y axiales permitidas y relaciones Fa/Fr (secciones de productos)
- Carga mínima (secciones de productos)
- Velocidad de referencia ajustada y velocidad límite (secciones de productos)
- Desalineación (secciones de productos)
- Clase de estabilización (secciones de productos)
4.- Lubricación
Para que los rodamientos funcionen de manera confiable, deben lubricarse correctamente. El lubricante es necesario para reducir la fricción, impedir el desgaste, proteger las superficies del rodamiento contra la corrosión y también puede ser necesario para proporcionar refrigeración.
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| Diagráma de flujo: Selección del metodo de lubricante; grasa o aceite |
Tipos de grasas para rodamientos
- Lubricantes minerales o sintéticos
Estos son las alternativas más comunes y han sido diseñadas teniendo en mente altas velocidades y el uso en general. Muchas de ellas son resistentes al agua y cuentan con capacidad de soportar altas o bajas temperaturas. También existen algunas versiones filtradas finamente a fin de conseguir cierta reducción de ruido.
- Lubricantes de silicona
Se trata de productos cuya viscosidad cambia mucho menos a causa de la temperatura. Por lo general, estos también tienen una buena resistencia al agua y es seguro utilizarlos con la mayoría de los materiales plásticos. Sin embargo, su desempeño no es bueno en contextos de altas velocidades y cargas.
- Lubricantes perfluorados
También conocidos como PEPE, son un producto no inflamable, compatible con el oxígeno y altamente resistente a una gran cantidad de químicos. Asimismo, tampoco reaccionan con los plásticos o elastómeros. Muchos tienen baja presión de vapor y son ideales para aplicaciones al vacío o en ambientes estériles. Incluso, existen algunos que pueden resistir temperaturas de hasta 300 °C.
- Lubricantes secos
Estos se utilizan mucho en contextos en los que los lubricantes regulares podrían ser fuentes de contaminación como en ambientes al vacío. Recubrimientos secos como el bisulfuro de molibdeno y el disulfuro de tungsteno son bruñidos en las pistas de rodamiento a fin de obtener un desempeño más fluido y una velocidad máxima de funcionamiento. También son resistentes al agua y a ácidos diluidos.
- Lubricantes de grado alimenticio
Se trata de productos requeridos en las industrias alimentarias, por lo que deben cumplir con estrictas normas de higiene. Los lubricantes H1 son necesarios en rodamientos en los cuales podría existir contacto incidental con los alimentos. Asimismo, los H2 son usados cuando no existe contacto alguno. Estas alternativas han sido diseñadas para tener una gran resistencia a los productos de limpieza.
Aceites
La mayor parte de estos mantiene bien su consistencia en un gran rango de temperaturas y son bastante fáciles de aplicar. Este tipo de lubricantes existe tanto en forma sintética como en petróleo y se aplica en diversas formas como baños, vapor o chorros de aceite.
De todas las opciones disponibles, los aceites generalmente poseen las capacidades de velocidad más altas y son capaces de refrescar los rodamientos durante el uso. Sin embargo, la evaporación puede tener cierto impacto en estos, lo cual ocasionará una pérdida de lubricación con el tiempo.
Esto significa que los rodamientos que hacen uso de lubricantes de aceite podrían requerir de aplicaciones subsecuentes de forma regular ya sea que se tenga un sistema de redistribución como parte del diseño o no.
Grasas
Las grasas son sustancias basadas en aceite y mezcladas con alguna forma de espesante que es capaz de crear diversas consistencias, desde semifluidas hasta sólidas. Asimismo, estos aditivos pueden añadir capacidades protectoras adicionales como anticorrosión, antioxidante y otras ventajas que escudan las partes de daño potencial.
Las grasas encajan mejor con cargas pesadas y tienen la gran ventaja de dar una lubricación consistente por un mayor periodo de tiempo y sin mantenimiento. Sin embargo, en altas concentraciones podría ser perjudicial para los rodamientos. Un exceso implicará una mayor resistencia al rodaje (mayor torque).
5.- Temperatura y velocidad de funcionamiento
Temperatura de funcionamiento del rodamiento y flujo de calor
La temperatura tiene una gran influencia en muchas características del rendimiento de una aplicación. El flujo de calor hacia una aplicación, desde esta y dentro de esta determina la temperatura de sus piezas.
La temperatura de funcionamiento de un rodamiento es la temperatura estable que alcanza cuando funciona y se encuentra en equilibrio térmico con sus elementos circundantes. La temperatura de funcionamiento es el resultado de lo siguiente:
- El calor generado por el rodamiento, como resultado de la pérdida de potencia por fricción combinada del rodamiento y el sello
- El calor de la aplicación transferido al rodamiento a través del eje, el soporte, la base y demás elementos de su entorno
- El calor disipado desde el rodamiento a través del eje, el soporte, la base, el sistema de refrigeración del lubricante (si se utiliza) y demás dispositivos de refrigeración
La temperatura de funcionamiento del rodamiento depende tanto del diseño de la aplicación como de la fricción generada por el rodamiento. Por lo tanto, el rodamiento, las piezas adyacentes y la aplicación deben analizarse térmicamente en conjunto.
Tamaño del rodamiento, temperatura de funcionamiento y condiciones de lubricación
Para un tipo de rodamiento determinado, el tamaño del rodamiento, la temperatura de funcionamiento y las condiciones de lubricación son interdependientes de la siguiente manera:
- El tamaño del rodamiento se selecciona en función de las condiciones de carga, velocidad y lubricación del rodamiento.
- La temperatura de funcionamiento es una función de las condiciones de carga, tamaño, velocidad y lubricación del rodamiento.
- Las condiciones de lubricación dependen de la temperatura de funcionamiento, la viscosidad del lubricante y la velocidad.
Estas interdependencias se analizan mediante un enfoque iterativo, con el fin de lograr un diseño óptimo para una disposición de rodamientos y seleccionar los componentes más apropiados para esta.
6.- Interfaces del rodamiento
Para poder aprovechar al máximo la capacidad de carga de un rodamiento, sus aros o arandelas deben quedar completamente apoyados en toda su circunferencia y a lo largo del ancho total del camino de rodadura.
Los asientos de los rodamientos deben estar fabricados en función de las tolerancias geométricas y dimensionales adecuadas y sus superficies no deben tener ranuras, orificios ni otros defectos.
Requisitos para diseñar interfaces de rodamientos:
- Los criterios a la hora de seleccionar ajustes de rodamientos
- Los ajustes recomendados para condiciones estándares
- Tablas para ayudar a determinar los valores mínimos, máximos y probables de juego o interferencia entre el rodamiento y su asiento
- Recomendaciones para especificar las tolerancias geométricas de los asientos de rodamientos
- Recomendaciones para el apoyo axial de los aros del rodamiento
- Otras consideraciones de diseño para las interfaces de los rodamientos
El sistema de tolerancias ISO
Normalmente, los ajustes para rodamientos se especifican con las clases de tolerancia estándares para agujeros y ejes, como se describe en la norma ISO 286-2. Dado que los rodamientos se fabrican normalmente con tolerancias ISO (Tolerancias), la selección de la clase de tolerancia para el asiento del rodamiento determina el ajuste.
Posición y el ancho de los intervalos de tolerancia de las clases de tolerancia que se utilizan más comúnmente en relación con las tolerancias del agujero y el diámetro exterior del rodamiento. Es importante tener en cuenta que las clases de tolerancia ISO para rodamientos, y para agujeros y ejes son diferentes. Las tolerancias para cada tamaño varían en toda la gama de tamaños reales. Por lo tanto, deberá seleccionar las clases de tolerancia respectivas para asientos de rodamientos en función del tamaño real del rodamiento para su aplicación. Esta grafica muestra informacion de rodamientos de tamaño mediano, con tolerancias normales.
ISO (Tolerancias): https://www.skf.com/es/products/rolling-bearings/principles-of-rolling-bearing-selection/general-bearing-knowledge/tolerances
7.-Versión del rodamiento
El juego interno de un rodamiento se define como la distancia total a la cual un aro del rodamiento se puede mover con respecto al otro en sentido radial (juego radial interno) o en sentido axial (juego axial interno).
- Juego interno inicial: es el juego interno del rodamiento antes del montaje.
- Juego montado: es el juego interno del rodamiento después del montaje pero antes de entrar en funcionamiento.
- Juego de funcionamiento: es el juego interno del rodamiento cuando se encuentra en funcionamiento y ha alcanzado una temperatura estable.
Como regla general:
- Los rodamientos de bolas deben tener un juego de funcionamiento que es prácticamente nulo.
- Los rodamientos de rodillos cilíndricos, de agujas, de rodillos a rótula y de rodillos toroidales CARB requieren, por lo general, al menos un juego de funcionamiento pequeño.
- Los rodamientos de rodillos cónicos y de bolas de contacto angular deben tener un juego de funcionamiento pequeño, excepto en aplicaciones en las que se necesite un alto grado de rigidez o control posicional, en cuyo caso pueden montarse con un grado de precarga.
8.- Sellado, montaje y desmontaje
Sellado externo
Los sellos para las aplicaciones de rodamientos deben proporcionar la máxima protección con niveles mínimos de fricción y desgaste, incluso en las condiciones de funcionamiento más exigentes. Debido a que el rendimiento y la vida útil de un rodamiento están estrechamente relacionados con la eficacia y limpieza del lubricante
Se deben tener en cuenta muchos factores a la hora de seleccionar el sello más adecuado para un sistema de rodamiento-eje-soporte particular. Estos incluyen:
- El tipo de lubricante: aceite o grasa.
- El tipo de contaminante: partículas o líquido, o ambos
- La velocidad periférica en el labio del sello;
- La disposición del eje: horizontal o vertical
- La posible desalineación o flexión del eje;
- La concentricidad y la variación;
- El espacio disponible;
- La fricción del sello y el consecuente aumento de temperatura;
- Las influencias del entorno;
- El costo;
- La autonomía requerida;
- Los requisitos de mantenimiento.
El tipo de sello seleccionado para una aplicación particular depende, por lo general, de lo siguiente:
- El propósito principal del sello (retener el lubricante y evitar la entrada de contaminantes)
- El tipo de lubricante (aceite, grasa u otro)
- Las condiciones de funcionamiento (velocidad, temperatura, presión y entorno)
Montaje y desmontaje
La condición básica para un correcto montaje, desmontaje y mantenimiento de los rodamientos es la limpieza del lugar de trabajo, de los instrumentos y componentes del alojamiento, del lubricante y de los propios rodamientos. Las partículas extrañas influyen desfavorablemente sobre las superficies de precisión, funcionamiento del rodamiento y según el origen pueden también causar hasta el avería del rodamiento. Durante la preparación de todos los lubricantes hay que mantener las condiciones de la pureza.
La mayor parte de los rodamientos pequeños o medios se monta a temperatura normal.
La fuerza necesaria para el montaje se consigue mediante un martillo o mejor con prensa. En ambos casos hay que actuar sobre el aro del rodamiento por intermedio de dispositivos de montaje. La fuerza de montaje no debe ser transmitida a través de los elementos rodantes. El dispositivo de montaje debe apoyarse siempre en el aro que se monta o en ambos aros simultáneamente.
El montaje en caliente se utiliza para los rodamientos de mayor tamaño cuyos aros están alojados con mayor apriete. Los rodamientos se calientan hasta 100°C máximamente.
Inspección
La detección de los primeros indicios de daños de los rodamientos permite reemplazarlos durante el mantenimiento regular programado. Esto evita las costosas paradas no planificadas de las máquinas si un rodamiento falla. Entre los parámetros importantes para el monitoreo de condición de las máquinas, se incluyen el ruido, la temperatura y la vibración.
Por razones prácticas, no todas las máquinas o funciones de las máquinas pueden monitorearse mediante sistemas avanzados. En estos casos, los problemas pueden detectarse observando o escuchando a la máquina. Sin embargo, si el deterioro se detecta a través de los sentidos humanos, el daño ya puede ser extenso. Si se utilizan tecnologías objetivas, como el análisis de vibraciones avanzado, los daños pueden detectarse antes de que supongan un problema. El tiempo de preaviso puede maximizarse mediante el uso de instrumentos de monitoreo de condición y la tecnología de envolvente de aceleración.
Los rodamientos que no funcionan correctamente suelen mostrar síntomas identificables. La mejor manera de identificar estos síntomas, y tomar las medidas correctivas en una etapa temprana, es establecer un programa de monitoreo de condición de toda la planta.
Cuestionario
1.- ¿Cuáles son las características de los rodamientos de aguja?
Están formados por rodillos cilíndricos de un diámetro muy pequeño con respecto a su longitud.
Espacio radial limitado
Pueden soportar cargas puramente radiales
2.- ¿Cuáles son los parámetros carácteristcos de los rodamientos?
- Espacio disponible
- Cargas
- Desalineación
- Precisión
- Velocidad
- Fricción
- Funcionamiento silencioso
- Rigidez
- Desplazamiento axial
- Montaje y desmontaje
- Soluciones de sellado
3.- Tipos de rodamientos
- Rodamientos rígidos de bolas
- Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular
- Rodamientos de agujas
- Rodamientos de rodillos cónicos
- Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje
- Rodamientos axiales de rodillos a rótula
- Rodamientos de bolas a rótula
4.- Ajustes con los que se pueden montar los rodamientos.
- Flojo, de juego o deslizante.
- Ajuste de interferencia o apriete.
- Ajuste de transición o indeterminado.
5.- Mencióname tres herramientas de montaje de los rodamientos.
- Extractores estándar.
- Extractores de garras reversibles.desmontaje-mecanico
- Extractores hidráulicos.
- Extractores de cuchilla.
Bibliografía:
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