cojinetes de rodadura

COJINETES DE RODADURA

UNIDAD X

Dr. Ing. Carlos Valdez [email protected]

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OBJETIVOS DE LA UNIDAD

Analizar, calcular y seleccionar elementos de

maquina que se empleen en distintos sistemas de

transmisión mecánica.

Describir tecnológicamente los cojinetes, para

permitir la identificación de qué tipo de cojinete se

utiliza para una aplicación dada.

Comprender el diseño cojinetes de rodadura.

Describir la selección de los cojinetes de rodadura

estándar.

Objetivo

General

Objetivos

Específicos

Prof. Dr. Carlos Valdez S. 3

RESULTADOS ESPERADOS

Los estudiantes conocen los tipos de cojinetes de

rodadura existentes en el mercado comercial.

Comprenden y desarrollan la selección de cojinetes

de rodadura

Desarrollan analíticamente problemas tipo.

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CONTENIDOS A TRATAR

Teoría de cojinetes de rodadura.

Materiales de cojinetes de rodadura.

Selección cojinetes de rodadura.

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DEFINICIONES BÁSICAS

RODAMIENTO

(Del rodar y -miento)

m. Mec. Cojinete formado por dos cilindros concéntricos

entre los que se Intercala una corona de bolas o rodillos

que ruedan sobre ambas superficies.

.

Su función es permitir la rotación

relativa entre dos elementos

Con carga Con precisión Con rozamientomínimo

El rodamiento es un órgano de base que asegura un

enlace móvil entre dos elementos de un mecanismo,

uno de rotación con respecto a otro.

RODAMIENTOS: INTRODUCCIÓN

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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.


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Los elementos rodantes se utilizan para disminuir la

fricción ya que el rozamiento por rodadura es menor que el

de deslizamiento.

La carga, la velocidad y la

viscosidad de operación del

lubricante afectan a las

características fricciónales de un

cojinete de rodamiento.


10PhD CVS

Se debe estudiar atentamente las recomendaciones

de cada fabricante para atender los factores de

selección, tales como: carga de fatiga, fricción,

calentamiento, problemas cinemáticas, propiedades

de los materiales, resistencia a la corrosión,

lubricación, tolerancias, etc.

INTRODUCCIÓN

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

• VENTAJAS

– Gran estandarización y costo relativamente bajo.

– La resistencia al movimiento en el arranque de los

rodamientos puede ser entre 5 y 10 veces menor

que a resistencia de los cojinetes de deslizamiento.

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• VENTAJAS

– Poca generación de calor

– Pocas exigencias de mantenimiento y lubricación.

– Gran capacidad portante en la dirección axial.

– Menor consumo de metales no ferrosos.

– Menores pérdidas por fricción para bajas velocidades

y movimientos oscilantes.

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• DESVENTAJAS

– Grandes dimensiones radiales.

– Altas tensiones de contacto.

– Menor capacidad para amortiguar vibraciones que

los cojinetes de deslizamiento.

– No son recomendables para velocidades

sumamente altas.

– No son convenientes en árboles acodados

(cigüeñales)13PhD CVS

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA FORMA

DE LOS ELEMENTOS RODANTES

• Bolas

– Rígido de Bolas

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DE LOS ELEMENTOS RODANTES• Bolas

– De contacto angular

15PhD CVS



• Bolas

– A Rotula

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• Rodillos

– Cilíndricos

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• Rodillos

– Cilíndricos

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• Rodillos

– Cónicos

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• Rodillos

– Cónicos

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• Rodillos

– Agujas

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• Rodillos

– A Rotula

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RESUMEN1) Rígido de Bolas de una

Hilera (Radial).

2) Bolas Angulares (Radio-

axial).

3) Agujas (Radial).

4) Rodillos Cónicos (Radio-

axial).

5) Axial de Rodillos Cilíndricos

(Axial)

6) Axial de Rodillos Cónicos

(Axial-radial).

7) Bolas de dos Hileras

Autoalineante (Radial).

8) Rodillos Cilíndricos (Radial).

9) Rodillos Esféricos

Autoalineante (Radial).

10) Bolas Axial (Axial).

11) Axial de Agujas (Axial).

23PhD CVS

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL SENTIDO

DE APLICACIÓN DE LA CARGA

24PhD CVS

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU

CAPACIDAD DE AUTOALINEACIÓN

• Autoalineantes

25PhD CVS

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU

CAPACIDAD DE AUTOALINEACIÓN

• No autoalineantes.

26PhD CVS

DESIGNACIÓN ISO

27PhD CVS

DESIGNACIÓN ISO

28PhD CVS

DETERIOROS

• Fatiga superficial de los elementos rodantes o aros

(pistas).

Es el deterioro más frecuente y se debe a la existencia

de grandes esfuerzos de contacto que se manifiestan de

forma cíclica.

• Desgaste de los elementos rodantes o aros. Para

condiciones ambientales donde abunden los materiales

abrasivos.

29PhD CVS

DETERIOROS

• Rotura de los elementos rodantes o aros.

No para condiciones normales de trabajo pero sí en

caso de sobrecargas, o problemas de alineación en

rodamientos de rodillos.

• Deformación plástica en de los elementos rodantes

o aros.

Generalmente se producen por la aplicación de cargas

superiores a las máximas permisibles de los

rodamientos, para bajas velocidades.

30PhD CVS

DETERIOROS

• Destrucción de las jaulas.

Se produce para grandes velocidades de rotación,

vibraciones, desalineamientos.

• Oxidación.

Por presencia de agentes contaminantes en el lubricante.

• Erosión

Por el paso de corriente eléctrica.

31PhD CVS

SEGÚN LA:

• Magnitud y dirección de las cargas.

• Velocidad de giro

• Necesidad de desplazamiento de los apoyos.

• Dimensiones radiales y axiales.

• Autoalineación

• Lubricantes a emplear

• Rigidez

• Formas de montaje y desmontaje a aplicar.

32

SELECCIÓN DEL RODAMIENTO

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MAGNITUD DE LAS CARGAS:

– Este es normalmente el factor más importante para

determinar el tamaño del rodamiento.

– Las mismas dimensiones principales los rodamientos de

rodillos pueden soportar mayores cargas que los

rodamientos de bolas.

– Los rodamientos de bolas se usan principalmente para

soportar cargas pequeñas o medias

– Rodamientos de rodillos son usados para cargas pesadas

y ejes de grandes diámetros. 33

SELECCIÓN DEL RODAMIENTO SEGÚN:

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DIRECCIÓN DE LA CARGA

– Carga radial: los rodamientos de rodillos cilíndricos con

un aro sin pestañas (tipos UN y N) y los rodamientos de

agujas (excepto los combinados de agujas/radiales de

bolas y agujas/-axiales de bolas), solamente soportan

cargas radiales.

– Los demás tipos de rodamientos radiales pueden

soportar cargas tanto rádiales como axiales.

34PhD CVS



Carga axial:

– Los rodamientos axiales de bolas pueden soportar solo

moderadas cargas axiales puras.

– Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto pueden

soportar cargas axiales en un sentido, y los de doble efecto,

cargas axiales en ambos sentidos.

– Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y los axiales

de agujas (con o sin arandelas) pueden soportar elevadas

cargas axiales en ambos sentidos.

– Los rodamientos axiales de rodillos a rotula pueden

soportar, además de cargas axiales muy elevadas, cargas

rádiales de una cierta magnitud actuando simultáneamente.35



Carga combinada:

– Para soportar cargas combinadas se usan principalmente

los rodamientos de bolas con contacto angular de una o de

dos hileras, y los rodamientos de rodillos cónicos.

– También se usan los rodamientos rígidos de bolas y los

rodamientos de rodillos a rotula.

36PhD CVS


NECESIDAD DE DESPLAZAMIENTO DE LOS APOYOS

– La disposición normal de los rodamientos en un eje u otro

elemento de maquinaria consiste en un rodamiento

posicionador o fijo y un rodamiento libre.

– Un rodamiento libre puede desplazarse axialmente

evitando así un contraste reciproco entre los rodamientos,

por ejemplo por dilatación térmica del eje.

37PhD CVS



– Como rodamientos libres, son particularmente adecuados

los rodamientos de rodillos cilíndricos que tienen uno de los

aros sin pestañas (tipos UN y N) o los rodamientos de

agujas, ya que su construcción interna permite el

desplazamiento axial de los rodillos en relación a los

caminos de rodadura en ambos sentidos.

– Los aros interior y exterior pueden montarse con ajustes de

interferencia.

38PhD CVS



– Cuando se usa como rodamiento libre un rodamiento no

desmontable, por ejemplo un rodamiento rígido de bolas o

uno de rodillos a rotula, uno de los aros del rodamiento se

debe montar con ajuste de interferencia.

39PhD CVS


DIMENSIONES RADIALES Y AXIALES

– Normalmente se seleccionan rodamientos rígidos de

bolas para ejes de pequeño diámetro, mientras que para

ejes de grandes diámetros se pueden considerar los

rodamientos rígidos de bolas, los de rodillos cilíndricos y

los de rodillos a rotula.

40PhD CVS


DIMENSIONES RADIALES Y AXIALES

– Cuando el espacio radial disponible es limitado, deberán

seleccionarse rodamiento de pequeña sección, p.ej.

coronas de agujas, rodamientos de agujas con o sin aro

interior, y ciertas series de rodamientos rígidos de bolas y

de rodamientos de rodillos a rotula.

41PhD CVS


AUTOALINEACIÓN

– Cuando existe la posibilidad de desalineación del eje con

respecto al soporte, se necesitan rodamientos capaces de

absorber tal desalineación, es decir, rodamientos de bolas a

rotula, rodamientos de rodillos a rotula y rodamientos

axiales de rodillos a rotula.

– La desalineación puede ser originada, por ejemplo, por

flexión del eje al ser sometido a carga, cuando los

rodamientos están montados en soportes situados sobre

bases separadas y a gran distancia entre si, o bien cuando

no haya sido posible mecanizar en una sola operación los

asientos de los alojamientos.42PhD CVS


LUBRICANTES A EMPLEAR

– Los rodamientos deben lubricarse para evitar que se

produzca contacto metálico entre los elementos rodantes,

los caminos de rodadura y las jaulas y para proteger al

rodamiento contra la corrosión y el desgaste.

– La temperatura de funcionamiento más favorable para un

rodamiento se obtiene cuando se usa el mínimo de

lubricante necesario para garantizar una lubricación fiable.

43PhD CVS


LUBRICANTES A EMPLEAR

‒ No obstante, la cantidad usada depende también de las

funciones adicionales que se exijan, p. ej. Obturación,

refrigeración etc.

‒ Las propiedades del lubricante se deterioran como

resultado del envejecimiento y de las solicitaciones

mecánicas

‒ Además todos los lubricantes llegan a contaminarse en

servicio y deben reponerse o cambiarse de vez en

cuando.

44PhD CVS


RIGIDEZ

– La deformación elástica de un rodamiento cargado es muy

pequeña y, en la mayoría de los casos, despreciable.

– No obstante, en algunos casos la rigidez del rodamiento es

factor importante, por ejemplo para husillos de maquinas-

herramienta.

– Debido a la mayor superficie de contacto entre los elementos

rodantes y los caminos de rodadura, los rodamientos de

rodillos, son más rígidos que los rodamientos de bolas.

– Pueden aumentarse la rigidez de los rodamientos aplicando

una precarga adecuada.

45PhD CVS


FORMAS DE MONTAJE Y DESMONTAJE A APLICAR

– Los aros de los rodamientos separables se montan y

desmontan separadamente.

– Así cuando se ha de usar un ajuste de interferencia para

ambos aros, o cuando se prevé la necesidad de tener que

efectuar frecuentes montajes y desmontajes, estos

rodamientos son mas fáciles de instalar que los rodamientos

no separables.

46PhD CVS


EL TAMAÑO

– Se toman en cuenta los criterios de cálculo que permiten

prever el deterioro o alargar el plazo de servicio sin que

se manifieste.

– Para ello se emplearán como criterios fundamentales para

la selección los criterios de capacidad de carga estática

y capacidad de carga dinámica.

47PhD CVS


EL TAMAÑO

– La selección de rodamientos según el criterio decapacidad de carga estática se realiza cuando lafrecuencia de rotación de este es menor de 10 rpm(velocidad de rotación muy lenta).

– En caso contrario se emplea el criterio de capacidad decarga dinámica, si el rodamiento permanece en lasparadas y arranques bajo el efecto de la carga deberealizarse adicionalmente la comprobación a capacidadde carga estática.

48PhD CVS


CRITERIOS DE SELECCIÓN

• Se toman en cuenta los criterios de cálculo que permiten

prever el deterioro o alargar el plazo de servicio sin que

se manifieste.

• Para ello se emplearán como criterios fundamentales

para la selección los criterios de:

– Capacidad de carga estática

– Capacidad de carga dinámica.

49PhD CVS

CRITERIOS DE SELECCIÓN

• La selección de rodamientos según el criterio de capacidad

de carga estática se realiza cuando la frecuencia de

rotación de este es menor de 10 rpm, (velocidad de

rotación muy lenta).

• En caso contrario se emplea el criterio de capacidad de

carga dinámica.

• Si el rodamiento permanece en las paradas y arranques

bajo el efecto de la carga debe realizarse adicionalmente la

comprobación a capacidad de carga estática.50PhD CVS

CRITERIO DE CAPACIDAD DE

TRABAJO A CARGA ESTÁTICA

Se le llama capacidad de carga estática a la fuerza Co, que

produce una deformación (huella brinélica) de un diámetro de

huella ≥ 0,0001 dCUERPO-RODANTE.

51



• La deformación (huella brinélica) se forma entre los

elementos rodantes y el camino de rodadura, en el punto de

contacto.

• La deformación se produce para esfuerzos aproximados de:

o 4000 MPa para rodillos cónicos.

o 4200 MPa para rodamientos de bolas

o 4600 MPa para rodamientos de bolas autoalineantes

52PhD CVS



• Para garantizar que la carga aplicada sobre el rodamiento

no afecta su funcionamiento se debe verificar que el factor

de seguridad (fS) sea mayor que el recomendado.

53

fS > frecomendado

PhD CVS



Cálculo del factor de seguridad:

fs: Factor de seguridad

Co: Capacidad de carga estática [N].

(Este valor es brindado en los catálogos de rodamientos)

Po: Carga radial equivalente [N].

(Es la carga radial que simula el efecto de la combinación

de carga axial y radial en el rodamiento)54

fs =COPO

PhD CVS



• PO: Carga radial equivalente [N].

(Es la carga radial que simula el efecto de la

combinación de carga axial y radial en el rodamiento).

• xO : Factor de carga radial

• yO : Factor de carga axial

• Fr : Fuerza Radial [N]

• Fa: Fuerza Axial [N]

55

PO = xO. Fr + yO. Fa

PhD CVS


TRABAJO A CARGA DINÁMICA

• La fatiga superficial es el deterioro más frecuente,

siempre que el rodamiento este bien lubricado, protegido

de la suciedad y la entrada de cuerpos extraños,

sobrecargas etc.

56PhD CVS



• La fatiga superficial, reconocida como una picadura en

las pistas o los elementos rodantes, se da por la acción

repetida del contacto en un punto de fallo del material

que convierte a una micro grieta en una excoriación

superficial (descascarado) después de un número

determinado de ciclos de carga.

57PhD CVS



Generalmente la picadura aparece en el aro interior, por

ser este el de menor radio de curvatura, y sobre los

elementos rodantes el fallo se inicia en la zona de salida de

las fibras durante el estampado o laminado.

58PhD CVS


TRABAJO A CARGA DINÁMICASi se tiene una fuerza P y bajo esa carga se obtiene una

duración L. Se puede hacer una gráfica como la que se muestra.

59



Mientras menores son las cargas que actúan sobre el

rodamiento mayor será la duración, pudiendo ser afirmado

que:

60

P1p. L1= P2

p. L2

Donde:

• Pi: Fuerza radial equivalente. Fuerza radial que simula el

efecto de la combinación de las cargas axiales y radiales en

el rodamiento. [N].

• p: Exponente de duración. (p = 3 Rodamientos de bolas, p=

1/3 rodillos)

• Li : Duración de un rodamiento sometido a una carga

[Millones de ciclos]


TRABAJO A CARGA DINÁMICALa Capacidad de Carga Dinámica de un rodamiento es la

fuerza que puede soportar un rodamiento que ha girado

1millón de ciclos sin que aparezca la fatiga superficial con un

90% de fiabilidad (es decir: en un lote de 100 rodamientos es

admisible que 10 fallen a picadura).

61PhD CVS



Donde:

• P: Fuerza radial equivalente. Es la fuerza radial que

simula el efecto de la combinación de las cargas axiales

y radiales en el rodamiento. [N].

• p: Exponente de duración. (p = 3 Rodamientos de bolas,

p= 1/3 rodillos)

• L10 : Duración de un rodamiento sometido a una carga

sin que ocurra la fatiga superficial en un tiempo menor a

1 millón de ciclos con un 90% de fiabilidad. [Millones de

ciclos]

• C: Capacidad de carga dinámica. [N]62PhD CVS


TRABAJO A CARGA DINÁMICAPara calcular la duración de un rodamiento con cualquier carga

aplicada se emplea la siguiente relación:

L10 =C

P

p

Donde:

o L10 :Duración de un rodamiento sometido a una carga sin que

ocurra la fatiga superficial en un tiempo menor a 1 millón

de ciclos con un 90% de fiabilidad [Millones de ciclos].

o C: Capacidad de carga dinámica [N] (catálogos rodamientos)

o p: Exponente de duración (p = 3 bolas, p = 1/3 rodillos).

o P: Fuerza radial equivalente [N]. 63



Siendo:

• P: Fuerza radial equivalente. Es la fuerza radial que simula el efecto de la combinación de las cargas axiales y radiales en el rodamiento. [N].

• x: Factor de carga radial

• y: Factor de carga axial

• Fr: Fuerza Radial [N]


64

P = x. Fr + y. Fa

PhD CVS


TRABAJO A CARGA DINÁMICAEs aceptado que un rodamiento garantiza la capacidad de

carga dinámica nominal cuando:

L10 > Lnec

Donde:

L10 : Duración del rodamiento para el 90% de fiabilidad

(millones de ciclos)

Lnec : Duración necesaria (millones de ciclos)

𝐿𝑛𝑒𝑐 =𝐿ℎ. 𝑛. 60

106

Lh : Duración necesaria (h)

n : Rotación nominal (rpm)65PhD CVS



Cuando actúa una combinación de fuerza radial (Fr) y

fuerza axial (Fa), en la selección del rodamiento, se debe

trabajar con la fuerza radial equivalente (P), tal como sigue:

66PhD CVS



67


TRABAJO A CARGA DINAMICA

Donde:


• Co: Capacidad de carga estática [N].

(Este valor es brindado en los catálogos de rodamientos)

68

FaCO

PhD CVS

CONCLUSIONES

El propósito de un rodamiento es soportar la carga

aplicada al árbol eje.

Al mismo tiempo (que es solicitado el rodamiento) debe

permitir movimiento relativo entre dos elementos de una

máquina.

Los rodamientos trabajan a velocidades de giro no altas.

Los rodamientos trabajan lubricados, siendo el lubricante

liquido o grasas.

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SIGUIENTE UNIDAD

UNIONES MECANICAS

PERNOS

PhD. CVS 70

FIN DE LA UNIDAD

cojinetes de rodadura

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