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RODAMIENTOS Unidad 3.Elementos de rodadura y pivote

Los rodamientos son mecanismos, cuya función es servir de apoyo entre un

elemento giratorio y su soporte, transformando el rozamiento por

deslizamiento en deslizamiento por rodadura.

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¿QUÉ ENCONTRAREMOS EN ESTE DOCUMENTO?

Concepto ............................................................................................................ 3

Cómo podemos definir los rodamientos ............................................................. 3

Partes de un rodamiento ..................................................................................... 5

Anillos ................................................................................................................ 6

Elementos rodantes ........................................................................................... 7

Jaulas ................................................................................................................ 8

Soportes .......................................................................................................... 10

Clasificación de los rodamientos ....................................................................... 11

Clasificación en función de la forma de los elementos rodantes ....................... 12

Clasificación en función del tipo de carga que soportan ................................... 18

Clasificación en función de la inclinación del eje o árbol en que van montados 19

Clasificación según el número de hileras ......................................................... 19

Enlaces de interés ............................................................................................. 20

Dónde podemos encontrar más información .................................................... 20

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Concepto Cómo podemos definir los rodamientos Con el objetivo de garantizar una movilidad relativa entre los elementos de una máquina y soportar las cargas inherentes al funcionamiento de dichos elementos, se suelen emplear los rodamientos. Un rodamiento se puede definir de forma básica, como un elemento mecánico que costa de dos aros concéntricos entre los que se desplazan o rotan cuerpos sólidos, conocidos como elementos rodantes, permitiendo este conjunto una libre rotación entre los cuerpos móviles y estáticos de la máquina. Estos elementos garantizan una mayor durabilidad de los componentes de la maquina, evitan el desgaste, el calentamiento por fricción, el aumento del par de giro y lógicamente se garantiza una operación silenciosa y eficiente.

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A nivel práctico los rodamientos también se conocen como cojinetes, aunque el hecho, de que los elementos internos del rodamiento generen un contacto rodante, incluye que el termino rodamiento describa mejor dicho elemento y se emplee el termino cojinete cuando se quiere hacer referencia a los cojinetes de fricción donde el contacto es deslizante. Esta condición permite entonces concluir que los rodamientos son mecanismos, cuya función es servir de apoyo entre un elemento giratorio y su soporte, transformando el rozamiento por deslizamiento en deslizamiento por rodadura.

Un Rodamiento también denominado rulemán,

rolinera, cojinete y balinera en México.

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Partes de un rodamiento Los rodamientos en general están formados por cuatro elementos básicos, aunque hay que mencionar que en función del diseño del rodamiento y necesidades de la aplicación se pueden incluir algunos elementos adicionales. En general todas las partes del rodamiento se construyen con un material común para evitar que el desgaste sea más severo en alguno de sus componentes. La capacidad del rodamiento depende en gran parte de los materiales empleados en su construcción por lo que generalmente se emplean aceros.

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Las partes básicas del rodamiento son: un anillo o aro interior, un anillo o aro exterior, un conjunto de elementos rodantes que pueden ser bolas, rodillos o conos y como elementos auxiliares se incluyen armaduras, jaulas o elementos separadores de los elementos rodantes. Anillos Los anillos o aros de los rodamientos tienen la función de alojar los cuerpos rodantes y proporcionar pistas para que estos se desplacen sin ninguna dificultad. Los anillos también constituyen las superficies de contacto entre las piezas móviles y estáticas con el rodamiento. Para la construcción de los anillos se suelen emplear procesos de torneado o forja, posteriormente estos se someten a tratamientos térmicos y finalmente se realizan procesos de acabado superficial.

Cuando las superficies de contacto de las pistas se someten a altas cargas o esfuerzos repetitivos, estos deben mantener una alta precisión dimensional y rotacional, es decir no debe hacer una deformación del las pistas por efecto de dichos esfuerzos. Para cumplir con esta condición, los anillos deben fabricarse de un material que tenga alta dureza, alta resistencia a la fatiga por rodadura, alta resistencia al desgaste y buena estabilidad dimensional. Estos materiales generalmente se someten a tratamientos térmicos que permiten obtener mejores características mecánicas y una alta durabilidad del rodamiento.

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La causa más común de fatiga en los rodamientos es la inclusión de impurezas no metálicas en el acero. Estas inclusiones constan de óxidos duros, los cuales pueden causar fractura por fatiga. Por lo tanto, para fabricar los rodamientos, deben usarse aceros sumamente puros, con un mínimo de inclusiones no metálicas. En aplicaciones en medios corrosivos se requiere el uso de materiales de alta resistencia a la corrosión como aceros aleados e inoxidables y es importante no afectar superficialmente los rodamientos durante su instalación por lo que se podrán genera focos de corrección en cuanto que algunas veces la protección de los materiales a los medios corrosivos es superficial. Elementos rodantes Los elementos rodantes, bolas o rodillos, se fabrican normalmente del mismo material en el que se fabrican los anillos, y se someten al mismo acabado, para evitar que alguno de ellos trabaje como elemento abrasivo sobre el otro, es decir se busca evitar el desgaste de los elementos del rodamiento. En algunas aplicaciones específicas tanto los anillos como los elementos rodantes se suelen fabricar en aceros inoxidables, materiales cerámicos y algunos materiales sintéticos como el plástico o el nylon, ello con el objetivo de prevenir la corrosión o cumplir con algún requerimiento especial del proceso o aplicación. Los elementos rodantes se clasifican en dos tipos: bolas y rodillos, y a su vez los rodillos se subdividen en rodillos cilíndricos, cónicos, agujas 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.

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Jaulas Las jaulas, llamadas algunas veces separadores o retenes, tiene las siguientes funciones:

• Proveer espacios entre los elementos rodantes y evitar problemas de rozamiento y calentamiento.

• También mantienen los elementos rodantes a distancias equidistantes para una distribución uniforme de la carga.

• Retiene los elementos rodantes en rodamientos oscilantes. • Guía los elementos rodantes en la zona descargada del rodamiento.

Los materiales para las jaulas de los rodamientos deben tener la suficiente resistencia para soportar vibraciones rotacionales y cargas de choque. Estos materiales también deben tener un bajo coeficiente de fricción, ser livianos y deben poder soportar las temperaturas de operación del rodamiento. Para trabajar a altas velocidades las jaulas se suelen construir en materiales sintéticos dado que con estos materiales se obtiene operaciones silenciosas y con un mínimo de fricción. Las jaulas de rodamientos se subdividen entre jaulas de chapa y jaulas macizas.

Las jaulas de chapa se fabrican principalmente de acero y en algunas ocasiones de latón. Estas jaulas de chapa generalmente son remachadas, grapadas o soldadas, con lo que se consigue proporcionar un alojamiento por ambos lados para los elementos rodantes.

1. Jaula de solapas para rodamientos rígidos a bolas 2. Jaula remachada para rodamientos rígidos a bolas 3. Jaula de ventanas para rodamientos oscilantes de rodillos

Estas jaulas son ideales cuando se requiere lubricar el rodamiento dado que una jaula de chapa no tapa del todo el espacio entre el anillo interior y el anillo exterior, lo cual permite aplicar fácilmente el lubricante y adicional a esto el lubricante se acumula en la jaula.

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Las jaulas macizas se fabrican de metal, de resina y de material sintético. Las jaulas macizas de metal son empleadas cuando las exigencias de resistencia de la jaula son estrictas y las temperaturas de operación son elevadas. Las jaulas macizas también se utilizan cuando es necesario un guiado por los bordes de los elementos rodantes.

1. Jaula maciza remachada para rodamientos rígidos a bolas 2. Jaula de ventanas para rodamientos a bolas de contacto angular 3. Jaula con remaches para rodamientos de rodillos cilíndricos

Cuando las revoluciones de operación son extremas y se requiere mantener limitadas las fuerzas de inercia, las jaulas se fabrican por moldeo de inyección en materiales livianos como resinas y poliamidas.

1. Jaula de ventanas para rodamientos a bolas de contacto angular de una hilera 2. Jaula de ventanas para rodamientos de rodillos cilíndricos

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Soportes Los soportes no son considerados partes de los rodamientos, pero en la práctica son unidades muy comunes dado que proporcionan grandes ventajas en el montaje y lubricación de los rodamientos. Los soportes básicamente son unidades donde se alojan los rodamiento facilitando su montaje sobre alguna estructura de la máquina. El alojamiento puede ser apernado a la estructura de la maquinaria y el anillo interior, puede ser montado sobre los ejes fácilmente por medio de tornillos de fijación. Los soportes se construyen según la necesidad y se pueden encontrar en el mercado diversos tipos estandarizados, que varían en su forma, por ejemplo los soportes de pie o los soportes tipo brida. Para lubricar los rodamientos, estas unidades incluyen graseras que permiten inyectar el lubricante o grasa a la parte interna, evitando con esto retirar los sellos y el posible ingreso de partículas abrasivas.

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Clasificación de los rodamientos

Los rodamientos pueden clasificarse de varias formas, ellas son:

1. Según la forma de los elementos rodantes,

2. Según el tipo de carga que soportan,

3. Según la inclinación del eje o árbol en que van montados e incluso se pueden clasificar,

4. Según el número de hileras de elementos rodantes.

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Clasificación en función de la forma de los elementos rodantes a. Rodamientos de bolas

Como su nombre lo indica sus elementos rodantes son bolas o esferas, dentro del grupo de los rodamientos de bolas se encuentran los rodamientos de bolas rígidos, los rodamientos oscilantes de bolas o de bolas a rotula y los rodamiento de bolas de contacto angular.

• Rodamientos rígidos de bolas: este tipo de rodamientos son de uso general, ya que pueden absorber cargas tanto radiales como axiales en función de su diseño y pueden operar a elevadas velocidades de rotación.

Existen varios tipos de estos rodamientos: rodamientos rígidos de bolas desmontables, rodamientos rígidos de bolas con ranura circunferencial en el anillo exterior para poder fijarlos axialmente mediante arandelas de retención, rodamientos rígidos de bolas con agujero cónico, rodamientos rígidos de dos hileras de bolas, etc. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de rodamientos de bolas.

Tipo de

rodamiento de bolas

Rodamiento rígido de bolas Rodamiento axial de bolas de simple efecto.

Ilustración

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• Rodamientos oscilante de bolas o de bolas a rótula: este tipo de rodamiento dispone de dos hileras de bolas. La pista de rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común para las dos hileras de bolas, por su parte, el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada hilera de bolas. De esta forma, el anillo interior junto con las bolas de acero y la jaula porta bolas pueden oscilar sobre el anillo exterior, adaptándose automáticamente a un posible desalineamiento que pudiera presentar el eje, esta condición hace este tipo de rodamientos ideal para caso donde se prevén flexiones o desalineaciones del eje. Dada la característica oscilante del rodamiento se ve limitada la capacidad de carga axial , en consecuencia, no son apropiados para aplicaciones con cargas axiales elevadas.

Tipo de rodamiento de bolas Ilustración

Rodamiento oscilante de bolas

• Rodamientos de bolas con contacto angular: en este tipo de rodamientos, la línea que une los puntos de contacto de las bolas de acero con los anillos interior y exterior, forma un ángulo con la línea que define la dirección radial, llamado ángulo de contacto.

Este ángulo es de 30º, aunque existen rodamientos que tienen un ángulo de contacto de 40º y otros de 15º (estos últimos para elevadas velocidades).

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Tipo de rodamiento de bolas Ilustración

Rodamiento de bolas de contacto angular de doble hilera

Rodamiento axial de bolas de contacto angular de doble efecto

b. Rodamientos de rodillos

Como su nombre lo indica, sus elementos rodantes son rodillos, dentro del grupo de los rodamientos de rodillos se encuentran los rodamientos de rodillos cilíndricos, los rodamientos de rodillos oscilantes, los rodamientos de rodillos cónicos y los rodamientos de rodillos esféricos.

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• Rodamientos de rodillos cilíndricos: Estos rodamientos dado que los

rodillos hacen contacto lineal con las pistas de rodadura, pueden soportar grandes cargas radiales, siendo baja su capacidad de carga axial. Los rodillos pueden ser guiados por los rebordes del anillo exterior o del anillo interior.

Tipo de rodamiento de rodillo Ilustración

Rodamiento de rodillos cilíndricos de una hilera

Rodamiento de rodillos cilíndricos de doble hilera

Rodamiento axial de rodillos cilíndricos

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• Rodamiento de rodillos oscilantes: Están constituidos por dos hileras de

rodillos en forma de tonel. Al igual que los rodamientos de bolas oscilantes, la pista de rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común para las dos hileras de rodillos, por lo que el anillo interior junto con los rodillos y la jaula, pueden oscilar libremente sobre el anillo exterior, adaptándose automáticamente a un posible desalineamiento que pudiera presentar el eje.

Tipo de rodamiento de bolas Ilustración

Rodamiento oscilante de rodillos

• Rodamientos de rodillos cónicos: En este tipo de rodamientos, los rodillos

y las pistas de rodadura tienen forma cónica. Los rodillos son guiados por el contacto entre el extremo mayo r del rodillo y el reborde mayor del anillo interior. El contacto lineal entre los rodillos y las pistas de rodadura, hace que estos rodamientos tengan una elevada capacidad de carga; a su vez, resisten velocidades relativamente elevadas. Tienen una alta capacidad para soportar cargas radiales, cargas axiales en una dirección y cargas combinadas. Cuanto más grande es el ángulo de contacto, más grande es la capacidad de carga axial. Este tipo de rodamientos son desmontables, es decir, cada anillo puede ser montado individualmente, permitiendo utilizar ajustes fijos en ambos anillos.

Tipo de rodamiento de bolas Ilustración

Rodamiento rodillos cónicos

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• Rodamientos de rodillos esféricos: Estos rodamientos son excelentes para

cargas radiales fuertes y empuje moderado. Su característica de auto alineamiento interno es útil en muchas aplicaciones, pero no se debe abusar de ello. Los elementos esféricos tienen la ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga aumenta.

Tipo de rodamiento de bolas Ilustración

Rodamiento rodillos esféricos

c. Rodamientos de agujas

Como su nombre lo indica sus elementos rodantes son conocidos como agujas por su apariencia, aunque en realidad son rodillos pero con poco diámetro respecto a su longitud.

En general, tienen las mismas aplicaciones que los rodamientos radiales de rodillos cilíndricos normales, es decir, grandes cargas radiales; siendo adecuados para montajes con reducido espacio. Se fabrican rodamientos con doble hilera de agujas, resultando apropiados para operar con grandes cargas o donde se requiere una gran superficie de apoyo.

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Clasificación en función del tipo de carga que soportan Según el tipo de carga que soporta un rodamiento se pueden clasificar en:

Tipo de carga Rodamiento Ilustración

Radial Rodamiento radial

Axial Rodamiento axial

Mixta (Radial y axial)

Rodamiento de empuje o mixto

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Clasificación en función de la inclinación del eje o árbol en que van montados Esta clasificación se refiere a la posibilidad que da el rodamiento de alguna oscilación, es decir producto de la desalineación del eje en el que va montado el rodamiento. Esta clasificación se divide en rodamientos rígidos y pivotantes u oscilantes. Rodamientos rígidos: este tipo de rodamientos no permiten ninguna oscilación del rodamiento respecto al eje donde va montado.

Rodamientos pivotantes u oscilantes: este tipo de rodamientos permite cierta oscilación del rodamiento respecto al aje donde va montado.

Clasificación según el número de hileras Esta clasificación se refiere el número de hileras de los elementos rodantes y básicamente se subdivide en rodamientos de una sola hilera y de hileras dobles.

Rodamiento de una hilera

Rodamiento de dos hileras

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Enlaces de interés

Dónde podemos encontrar más información

Rodamientos

http://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento

http://html.rincondelvago.com/rodamientos_1.html

http://www.timken.com/es-es/products/Pages/Default.aspx

Clasificación y partes de los rodamientos

http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&newlink=fi

rst&lang=es

http://www.monografias.com/trabajos10/roda/roda.shtml

http://www.ntnmexico.com.mx/catalogo/index.html