Elementos De Máquinas Profesor Ing. Ramon Oropeza

Algunas Consideraciones Sobre: Vida De Los Cojinetes De Rodamiento

Si un cojinete está limpio y se lubrica de manera apropiada, si está montado y sellado para evitar la entrada de polvo y suciedad, si se mantiene en esta condición, y si se opera a temperaturas razonables, entonces LA FATIGA DEL METAL será la única causa de falla.

La medida de la vida de un cojinete individual se define como el número total de revoluciones (u horas a una velocidad constante) de operación del cojinete hasta que se presente el criterio de falla.

Bajo condiciones ideales, la falla por fatiga consiste en el descascarado o picadura de las superficies de soporte de carga. La Norma de la Anti-Friction Bearing Manufacturer’s Association (AFBMA) indica que el criterio de falla es la primera evidencia de la fatiga.

Los laboratorios de THE TIMKEN COMPANY establece como criterio de falla el descascarado ó picadura de un área de 0.01 pulg.2, sin embargo la vida útil del cojinete se puede extender mucho más allá de este punto.

La vida nominal es un termino sancionado por la AFBMA y se emplea por la mayoría de los fabricantes de cojinetes.

La vida nominal de un grupo de cojinetes de bolas o de rodillos prácticamente idénticos se define como el número de revoluciones (u horas a una velocidad constante) que 90% del grupo logra ó excede, antes que se desarrolle el criterio de falla.

Los términos vida mínima, vida L10 y vida B10 también se emplean como sinónimos de la vida nominal.

Efecto Carga-Vida Del Cojinete, A Confiabilidad ConstanteLa confiabilidad asociada, como base para los cálculos de capacidad de carga, es

la duración alcanzada o sobrepasada por el 90% del conjunto de los rodamientos, de esta forma, se obtiene una visión de la función carga-vida a una confiabilidad de 0.90

60 . n . LH 1 000 000

Relación Entre La Carga Y La Duración De Los Rodamientos:Entre la capacidad básica de carga, la carga aplicada y la duración de un

rodamiento existe la siguiente relación

C = F. L1/ a

Donde: C: capacidad básica de carga ó clasificación de catálogoF: carga equivalente sobre el rodamientoL: duración nominal expresada en millones de revolucionesa: exponente de la formula obtenido en numerosos ensayos de duración y múltiples investigaciones teóricas a = 3 para rodamientos de bolas a = 10/3 para rodamientos de rodillos

La Relación Entre La Duración En Millones De Revoluciones Y La Duración En Horas Es:

L = donde n: velocidad en r.p.m. LH: duración en horas

Cargas Combinadas, Radial Y De Empuje (Ó Axial)La carga sobre un rodamiento es frecuente el resultado de fuerzas radiales y

axiales en este caso se calcula por:3

Fe = Xi V Fr + Yi Fa

Donde: Fe: carga equivalente sobre el rodamiento

Fr: carga radial, y Fa: carga axial o de empuje

Xi, Yi: factores que depende de la geometría del rodamiento, del número y dimensiones del elemento rodante, se basan en , una función del valor de referencia “e” que a su vez es una función de

( Fa/Co ), donde Co es la clasificación de catálogo, de carga estática de cojinetes. ver tablas

V: factor de rotación, donde V = 1 si gira el aro interior, V =1,2 si gira el aro exterior Los cojinetes autoalineantes son una excepción: V =1 para la rotación de cualquier aro ó anillo.

El Factor De Aplicación (Ka) sirve como factor de seguridad, y se emplea para incrementar la carga equivalente, antes de seleccionar el cojinete

de modo que:

C = Ka. Fe (L)1/a

Los Factores Que Influyen En La Selección De Rodamientos

son tan numerosos, que es casi imposible establecer una regla general de selección. No obstante pueden ser muy útiles los principios siguientes:

Para pequeños montajes se emplean generalmente rodamientos de bolas. La capacidad de carga de los rodamientos de bolas pequeños es apenas inferior a la de los pequeños rodamientos de rodillos del mismo tamaño, y en cambio son de un mantenimiento más sencillo que el de los rodamientos de rodillos.

Para soportes de grandes dimensiones y fuertemente cargados, deben adoptarse rodamientos de rodillos. Incluso en pequeños montajes son preferibles los rodamientos de rodillos si la carga va acompañada de choques.

Para montajes en los cuales existen empujes axiales relativamente importantes que deban ser soportados por un rodamiento radial, el rodamiento rígido de bolas ofrece corrientemente la mejor solución, sobre todo si la velocidad de giro es elevada. Existen otros tipos de rodamientos radiales apropiados para soportar cargas axiales bastantes elevadas, por ejemplos, los rodamientos de bolas con contacto angular, los rodamientos de rodillos a rótula y los rodamientos de rodillos cónicos.

Si el eje puede ocupar una posición oblicua con respecto al soporte, conviene emplear rodamientos de bolas o rótulas o de rodillos a rótula por sus propiedades de alimentación automática.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos de ejecución corriente, con unos de los aros sin pestañas, no puede soportar cargas axiales. Estos rodamientos permiten que el eje se desplace dentro de ciertos limites.

Los rodamientos axiales de bolas están destinados únicamente a soportar cargas axiales y no pueden soportar ninguna carga radial.

Los rodamientos axiales de rodillos a rótula pueden soportar no solamente empujes considerables sino también cargas radiales de importancia.

Cuando deben satisfacerse exigencias particulares por ejemplos, si los rodamientos de una maquina-herramienta deben tener la mínima deformación elástica posible bajo carga variable, o también cuando los rodamientos de una maquina deben permitir el desmontaje rápido y cómodo de sus diferentes elementos, se obtiene la solución mediante una acertada selección de los rodamientos y estudiando cuidadosamente el proyecto de la aplicación.

El tamaño del rodamiento queda determinado por las cargas que deberá soportar y por las exigencias sobre las duración y las seguridad de funcionamiento.

Problemas

1. En cierta aplicación se requiere un cojinete de bolas con el anillo interior giratorio, con una vida de diseño de 30.000h, a una velocidad de 300 r.p.m. la carga radial es de 1898 N y un factor de aplicación de 1.2 resulta apropiado. La meta de confiabilidad es de 0.90. determine el cojinete de bolas de la serie 02, de ranura profunda del catálogo de TIMKEN COMPANY

Solución:Datos:

V =1 (anillo interior giratorio) C = Ka. Fe (L)1/a L10 = 43800 horasN = 300 r.p.m L = la vida en millones de Rev.Fr = 1898 NKa = 1,2 L = Cojinete de bolasSerie 02 ; a =3 L = 540 millones de Rev.

La fuerza equivalente: Fe = X V Fr + Y Fa

Como no hay carga radial Y = 0 y X =1

Fe = 1x.1.x1898 N = 1898 N

C = 1,2 x 1898 (540)1/3 = 18547 N

La Capacidad Básica De Carga C = 18,55 kn En el catálogo se selecciona:

Coj. De bolas: d = 30 mm, De = 62 m , ancho = 16 m serie 02, ranura profunda

C = 19,5 kn y Co = 10 kn

60 n. Lh10 6

60 min/n x 300 rev/min x 30.000 h

1 000 000

2. El Contraeje de la figura soporta dos poleas para transmisión de potencia con bandas “V”, a 1200 r.p.m y los cojinetes tendrán una vida de 60 kh, la tensión en el lado flojo de la banda A es el 15% de la tensión en el lado tirante. Seleccione los cojinetes en O y E, si c/u es de diámetro de 25 mm y ka =1