UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIA

CAMPUS MEXICALI

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERO MECANICO

DISEÑO II

“RODAMIENTOS DE BOLAS”

ALUMNO: CASTRO RUIZ SERGIO DAVID

31 / MAYO / 2010

Introducción

El tema de los baleros, como también se les conoce a los rodamientos de bolas o cojinetes, es muy amplio y variado, ya que no solo existe un tipo de baleros sino una gran cantidad de ellos. En ingeniería mecánica son muy utilizados para distintas aplicaciones, y su uso es muy común, esto hace que sean de gran importancia.

A continuación se hablará especialmente de los rodamientos de bolas, que de entre los distintos tipos de cojinetes, es uno de los más utilizados. El ensayo incluye explicación acerca de ellos, sus funciones, el método de selección, ejemplo, aplicación y otras cosas sobre el tipo de baleros de uso más común.

RODAMIENTOS DE BOLAS

Probablemente la ventaja más importante de los cojinetes de contacto por rodadura o cojinetes de rodamiento es que el rozamiento inicial en el arranque no es mucho mayor que en funcionamiento normal, es decir, el coeficiente de rozamiento varía poco con la carga y la velocidad, salvo en valores extremos. Esta propiedad hace que los cojinetes de contacto por rodadura sean particularmente adecuados para máquinas que arrancan y paran frecuentemente, especialmente bajo carga.

ELEMENTOS DE BALERO

ELEMENTOS RODANTES

Los elementos rodantes se clasifican en dos tipos: bolas y rodillos.Los rodillos en varios tipos: cilíndricos, cónicos, aguja y esféricos.Las bolas geométricamente entran en contacto con las superficies de la pista del anillo interior y exterior en un "solo punto", mientras que los rodillos presentan una "línea de contacto".Teóricamente los rodamientos se construyen para permitir que los elementos rodantes giren orbitalmente, al mismo tiempo que giran sobre sus propios ejes.

CARACTERISTICAS DE LOS RODAMIENTOS

Los rodamientos vienen en varias formas y variedades, cada uno con sus propias características distintivas. Sin embargo, cuando se comparan con los cojinetes deslizantes, todos los rodamientos tienen las siguientes ventajas:

1 - El coeficiente de fricción estático es bajo.2 - Son estandarizados internacionalmente y son intercambiables.3 - Son fáciles de lubricar y consumen muy poco lubricante.4 - Como regla general, un rodamiento puede soportar tanto cargas radiales, como axiales al mismo tiempo.5 - Pueden utilizarse en aplicaciones tanto a altas temperaturas como a bajas temperaturas.6 - La rigidez del rodamiento se puede mejorar al aplicarle una determinada precarga.

RODAMIENTOS DE BOLAS

Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidas a su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los más populares de todos los rodamientos.

RADIALES Y AXIALES

Casi todos los tipos de rodamientos de bolas y de rodillos pueden soportar tanto carga radial como axial al mismo tiempo. Generalmente, los rodamientos con un ángulo de contacto de menos de 45° tienen una gran capacidad de carga radial y son clasificados como rodamientos radiales; mientras que los rodamientos con un ángulo de contacto de más de 45° tienen una gran capacidad de carga axial y se clasifican como rodamientos axiales. También existen rodamientos combinados, los cuales combinan las características de carga de ambos: los radiales y los axiales.

RODAMIENTOS RIGIDOS DE BOLAS

El tipo de rodamiento más común, el rígido de bolas, se utiliza ampliamente en una variedad de campos. Los rodamientos rígidos de bolas incluyen los que traen tapas de protección y los sellados, ambos tienen grasa la cual los hace más fáciles de usar.Entre los rodamientos rígidos de bolas también hay rodamientos con un anillo de ubicación en el aro exterior para facilitar el posicionamiento del rodamiento al momento del montaje, rodamientos compensadores de expansión que absorben la variación en las dimensiones de la superficie de ajuste debido al incremento de temperatura del alojamiento y rodamientos tipo TAB, que son capaces de soportar contaminación en el lubricante.

RODAMIENTOS SELLADOS

A CONTACTO ANGULAR

La línea que une el punto de contacto del anillo interior, las bolas y el anillo exterior, forma un cierto ángulo (ángulo de contacto) con la dirección radial. Existen básicamente tres ángulos de contacto con los que se diseñan estos rodamientos.Apareados o en combinación. Los rodamientos a contacto angular incluyen los de doble hilera de bolas a contacto angular, para los cuales el anillo interior y exterior se constituyen en una sola unidad. El ángulo de contacto para estos rodamientos es de 25°.También existen los rodamientos de cuatro puntos de contacto, que pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones por sí solos. Aunque pueden surgir problemas de alta temperatura y desgaste dependiendo de las condiciones de carga.

CARGAS

- Los valores máximos de carga aplicada, para los esfuerzos de contacto que se dan en el punto de contacto entre el elemento rodante y las pistas, pueden ser:- Para rodamientos de bolas 4,200 MPa (428kgf/mm2)- Para rodamientos de bolas auto-alineables 4,600 MPa (469kgf/mm2)- Para rodamientos de rodillos 4,000 MPa (408kgf/mm2)

PRINCIPIOS PARA LA SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE LOS RODAMIENTOS

Para disponer de rodamientos no sólo consta de los rodamientos. Tambien los demás componentes que lo acompañan, forman una parte integral de la disposición completa. La importancia del lubricante y las obturaciones no tiene límite. Para que un rodamiento funcione a pleno rendimiento, debe estar lubricado adecuadamente y protegido contra la corrosión y la entrada de contaminantes. La limpieza tiene una gran influencia sobre la vida útil de un rodamiento.Para diseñar una disposición de rodamientos es necesario:

– seleccionar un tipo de rodamiento adecuado, – determinar un tamaño de rodamiento adecuado.Se deben tener en cuenta otros aspectos, como:

– la forma y el diseño de los demás componentes de la disposición sean adecuados,– los ajustes y el juego interno o la precarga del rodamiento sean apropiados,– los mecanismos de fijación,– las obturaciones apropiadas,– el tipo y la cantidad de lubricante,– los métodos de montaje y de desmontaje utilizados,

Cada decisión individual afecta el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad de la disposición de rodamientos.

SELECCIÓN DEL TIPO DE RODAMIENTO

Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de su diseño y que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales y axiales, tienen una baja fricción y son diseñados para un funcionamiento silencioso. Por tanto, estos rodamientos son los preferidos para los motores eléctricos de tamaño pequeño y mediano.

Los rodamientos CARB y de rodillos a rótula pueden soportar cargas muy elevadas y son autoalineables. Estas propiedades los hacen especiales para aplicaciones de ingeniería pesada, donde las cargas son muy elevadas y producen flexiones del eje y desalineaciones.

No es posible dar unas reglas generales ya que se deben considerar diversos factores a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento.Para indicar los factores más importantes a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento estándar, y facilitar así una elección apropiada se deben considerar:

– espacio disponible– cargas– desalineación– precisión– velocidad– funcionamiento silencioso– rigidez– desplazamiento axial– montaje y desmontaje– obturaciones integradas

SELECCIÓN DEL TAMANO DEL RODAMIENTOEl tamaño del rodamiento para una aplicación se puede seleccionar inicialmente en base a su capacidad de carga, en relación a las cargas que tendrá que soportar, y según los requisitos de duración y fiabilidad. Las condiciones de carga estática y dinámica del rodamiento se deben verificar independientemente. Las cargas dinámicas se deben comprobar de acuerdo a las condiciones de carga en el rodamiento. Para esto se deben incluir cualquier carga pesada que puedan producirse ocasionalmente. Las cargas estáticas no sólo son aquéllas aplicadas al rodamiento en reposo o a bajas velocidades de giro (n < 10 rpm), sino que también deben incluir la verificación de la seguridad estática de las cargas de choque de duración muy breve.

EJEMPLO

Elegir un rodamiento de bolas rígido para soportar una carga radial Fx= 360 kg y una carga de empuje axial Fz=315 kg, a 1750 rpm. Este servicio es de 8 horas por día pero no continuo, proyectar para 18,000 horas. El funcionamiento es suave con poca vibración, el aro exterior gira.Resulta cómodo trabajar con millones de revoluciones (Mr), sea Br=1 Mr, k=3 para cojinetes de bolas rígidos.

Fr=(B)^(1/3)(Fe)Primero, convertir 18,000 hrs a 1750 rpm en millones de revoluciones B.

B=18,000 x 60 x 1750 x 10^-6 = 1890 MrTomamos un supuesto valor de Ct, luego se comprobará

Ct=1.8Cr=1.2 (para el aro exterior giratorio)

La carga equivalente Fe=(0.56) Cr Fx + Ct Fz será

Fe=(0.56 x 1.2 x 360)+(1.8 x 315) = 810 kg.De la ecuación de Fr

Fr=(1890)^(1/3)(810) = 10.012 kg.

De la tabla observamos que cualquiera de los rodamientos de bolas números 221 o 317 tiene capacidad de carga mayor.Fs=capacidad de carga estática. Probemos primero el 221

(Fz/Fs)=(315/9117)=0.0345(Fz/Cr Fx)=(315/1,2 x 360)=0.729

Según la tabla 12.2 el valor es mayor que (0.22<Q<0.26)Interpolando Ct de la tabla para

Fz/Fs=0.0345, Ct=1.92.

Ahora se comprueba con el 1.92Fe=(0.56 x 1.2 x 360)+(1.92 x 315) =847 kg.

Fr=(1890)^(1/3)(847) = 10,468 kg.Aproximadamente 10,432 kg en la tabla 12.3.

Este es el límite y el ingeniero podrá decidir si es admisible un porcentaje ligeramente mayor de fallos en 18,000 horas.

APLICACIÓN

Requisitos para los rodamientos de las maquinas papeleras

Las modernas maquinas empleadas hoy para la producción de papel continuo y de cartón, son grandes instalaciones que pueden alcanzar una longitud de hasta 200 m. Con un ancho de trabajo de 10 m, pueden fabricarse 1,800 metros de papel por minuto. La banda de papel circula sobre un gran número de cilindros, que deben ser soportados por rodamientos. Tal como se muestra en la figura, las maquinas de papel están formadas por los mismos componentes: sección húmeda, con la sección de conformado y grupo de acabado, con las calandras y las bobinadoras de papel.Los requisitos típicos para las disposiciones de rodamientos en las maquinas papeleras son:

- Máxima seguridad de funcionamiento- Montaje sencillo- Compensación de errores de alineación- Evitar la corrosión en la sección húmeda.- Aptitud para las altas temperaturas en la sección de secado- Aptitud para altas velocidades- Elevada calidad y precisión de los rodamientos

Una maquina de papel debe operar, si es posible sin ninguna interrupción y debe pararse únicamente para realizar los trabajos de mantenimiento y de reparación. Como consecuencia, debe darse prioridad a la exigencia de la máxima seguridad y fiabilidad en el diseño de la aplicación de los rodamientos y en la correcta selección de los mismos. La lubricación y el mantenimiento desempeñan un papel importante en la selección de los rodamientos, por lo que el mantenimiento incluye el diagnóstico de los mismos durante el servicio.Cuando el cambio de rodamientos es necesario, el desmontaje y el montaje posterior deben realizarse de forma que se ahorren tiempos y costos. Debido a las grandes dimensiones de las maquinas de papel y, como consecuencia, a la distancia entre los rodamientos, éstos deben ser aptos para absorber desalineaciones y variaciones de longitud de los cilindros.Existe un elevado grado de humedad y salpicaduras de agua en el entorno de la sección húmeda. Las obturaciones deben ser diseñadas de forma que el agua no pueda penetrar en los rodamientos y la corrosión pueda ser evitada. La humedad puede perjudicar severamente la lubricación y afectar de forma considerable a la duración de vida de los rodamientos. Además,

las elevadas temperaturas en los rodamientos de la sección de secado, exigen requisitos aun mayores para la lubricación y para la ejecución de los rodamientos.Finalmente, en el diseño y en la disposición de los rodamientos deben tenerse en cuenta las altas velocidades de giro que se alcanzan, debidas a la elevada velocidad de traslación del papel.Las maquinas de papel son instalaciones individuales fabricadas para los requisitos específicos el cliente. No están producidas en serie, lo que es habitual en otros sectores. La experiencia con componentes y condiciones de funcionamientos similares, sin embargo, puede ser útil en el diseño de la disposición de los rodamientos.

Conclusión

En el campo de trabajo de un ingeniero son muy utilizados los rodamientos de bolas. Después de informarse mas sobre el tema, uno se da una idea mas clara de sus aplicaciones y de cómo es que funcionan estos elementos mecánicos. Creo que queda bien definido su funcionamiento aunque sea solo conocimiento teórico del tema.Yo opino que los cojinetes son una gran invención, porque a pesar de que su funcionamiento y sus partes constitutivas son básicas, resultan de gran eficiencia y, si se mantienen en un buen estado y se les da su debido mantenimiento, su tiempo de vida será mayor y desempeñara bien su función.

Fuentes

- SKF Group – bearings and units lubrication solutions.www.skf.com- Schaeffler Technologies.www.schaeffler.com- Elementos de máquinas, libro. - NTN México www.ntnmexico.com