RODAMIENTOS

En las máquinas y mecanismos se utilizan con gran frecuencia órganos de transmisión del

movimiento, y muy especialmente, del movimiento de rotación, entre los que se pueden

destacar: árboles y ejes.

Los árboles giran apoyados sobre unos soportes dispuestos en sus extremos, estos soportes

deben estar suficientemente dimensionados para poder resistir con toda seguridad los

esfuerzos que les transmitan aquellos.

El árbol no gira directamente sobre el soporte, sino que entre ambos se sitúa un elemento

intermedio denominado cojinete.

El propósito de un cojinete es el de proporcionar una posición relativa y libertad de

rotación, además de transmitir una carga entre dos estructuras, usualmente un eje y una

carcasa. La forma básica y el concepto de un cojinete de elementos rodantes son simples. Si

se van a transmitir cargas entre superficies en movimiento relativo en una máquina, la

acción se facilita más efectivamente si se interponen elementos rodantes entre los miembros

en deslizamiento. De esta forma la resistencia de fricción que se opone al deslizamiento se

reemplaza en gran medida por la resistencia mucho más pequeña que se asocia con el

rodamiento.

En este cojinete, el rozamiento que se produce como consecuencia del giro del árbol, no

debe sobrepasar los límites admisibles, reduciéndose éste por medio de una lubricación

adecuada.

Los cojinetes pueden ser de dos tipos:

a) Cojinetes de deslizamiento (casquillos)

b) Cojinetes de rodadura (rodamientos)

El rozamiento por rodadura de los rodamientos es menor que el rozamiento por

deslizamiento de los casquillos; de allí una serie de ventajas al utilizar rodamientos frente a

la utilización de casquillos, dentro de estas ventajas podemos mencionar:

a) Rozamiento insignificante, sobre todo en el arranque.

b) Gran capacidad de carga.

c) Reducido desgaste de funcionamiento.

d) Facilidad de recambio, dado que son elementos normalizados.

e) Precios discretos, dado que los lotes de fabricación son de cantidades importantes.

f) Mayor velocidad admisible.

g) Menor consumo de lubricante (algunos vienen lubricados de por vida).

h) Menor costo de mantenimiento.

i) Menor temperatura de funcionamiento.

j) Menor tamaño a igualdad de carga.

Por lo mencionado anterior, las máquinas rotativas hoy en la actualidad utilizan

rodamientos.

PARTES DE UN RODAMIENTO.

Consta de las siguientes partes: Aro exterior, Aro interior, Cuerpos rodantes, Jaula.

Los rodamientos son construidos de acero con adecuadas características de dureza y

tenacidad, por lo que permite soportar, con poco desgaste, miles de revoluciones.

La lubricación depende de la velocidad, el tamaño de los rodamientos, pudiendo ser con

aceite o grasa consistente.

CLASIFICACIÓN DE LOS RODAMIENTOS

- Desde el punto de vista cinemático (según la carga de dirección):

Rodamientos para cargas radiales.

Pueden soportar preferentemente cargas dirigidas en la dirección perpendicular al eje de

rotación.

Rodamientos para cargas axiales. Pueden soportar cargas que actúen únicamente en la

dirección del eje de rotación. Estos pueden ser: rodamientos de simple efecto, que pueden

recibir cargas axiales en un sentido, y rodamientos de doble efecto, que pueden recibir

cargas axiales en ambos sentidos.

Rodamientos para cargas mixtas. Soportan esfuerzos radiales, axiales o ambos

combinados.

- Según la forma del cuerpo rodante:

De bolas, de agujas, de rodillos (de barril, tonel, cilíndricos, cónicos)

- Según las solicitaciones resultantes del árbol.

Rodamientos rígidos, Rodamientos oscilantes o de rótula.

RODAMIENTOS DE BOLAS.

En general, se utilizan en mecanismos que soportan altas velocidades, alta precisión, bajo

par torsional, baja vibración y no están muy cargados.

RODAMIENTOS DE RODILLOS.

Los rodillos pueden ser de diferentes formas: cilíndricos, cónicos, forma de tonel (la

generatriz es un arco de circunferencia) y de agujas (cilindros de gran longitud y pequeño

diámetro). Se caracterizan por tener una gran capacidad de carga, asegurando una vida y

resistencia a la fatiga prolongadas.

RODAMIENTOS DE AUTOALINEADOS

El rodamiento de rodillos de barril es una forma de rodamiento autoalineado, Esto

proporciona excelente especificación de la capacidad de desalineación en tanto se

conservan las mismas especificaciones de capacidad de carga radial. Otro tipo de

rodamientos autoalineados son los rodamientos de bolas a rótula, los cuales poseen dos

hileras de bolas con un camino de rodadura esférico común en el aro exterior. Esta última

característica confiere al rodamiento la propiedad del autoalineamiento.

RODAMIENTOS DE RODILLOS CÓNICOS

Este tipo de rodamientos están diseñados para soportar cargas de empuje sustanciales con

cargas radiales altas, lo cual da por resultado excelentes especificaciones en ambos. Se

utilizan con frecuencia en rodamientos de rueda para vehículos y en maquinaria de trabajo

pesado a la que le son inherentes cargas de empuje altas.

RODAMIENTOS DE AGUJAS

Este tipo de rodamientos son en realidad rodamientos de rodillos cilíndricos, pero el

diámetro es mucho menos. Poseen una desalineación es pobre.

Tabla comparativa entre los diversos tipos de rodamientos

TUERCA DE FIJACIÓN Y ARANDELA DE SEGURIDAD

Es uno de los procedimientos más utilizados para la fijación axial de rodamientos. Se

utiliza una tuerca ranurada según DIN 1.804, y una arandela de retención con lengüeta

interior.

MANGUITOS CÓNICOS ELÁSTICOS

Se utilizan para fijar rodamientos con agujero cónico en árboles cilíndricos. Disponen de

una ranura longitudinal para facilitar su acoplamiento elástico. Estos manguitos pueden ser

de dos tipos:

1. Manguito elástico de compresión.

El aro interior del rodamiento debe montarse contra un tope, que puede ser un resalte del

árbol o un anillo separador. El manguito se fija axialmente por medio de una tuerca

ranurada y una arandela de seguridad con lengüeta interior.

2. Manguito elástico de tracción

Permite la fijación de un rodamiento cuando el árbol carece de resaltes. Para inmovilizar

el rodamiento con relación al manguito, se utiliza una tuerca ranurada y una arandela

de seguridad con lengüeta interior.

DESIGNACIÓN DE RODAMIENTOS

La identificación de rodamientos hace referencia a su diseño, dimensiones, precisión,

constitución interna, etc. Esta identificación está formada por el nombre del rodamiento,

seguida de la denominación abreviada del mismo, la cual se compone de una serie de

números y códigos de letras, agrupados en un código numérico básico y uno suplementario.

El código numérico básico se compone de una serie de cifras, con el siguiente significado:

Tipo de rodamiento.

Serie dimensional (serie de diámetro exterior, serie del ancho, serie de ángulo de contacto)

Diámetro interior del rodamiento.

Para una versión especial del rodamiento, se añade unos signos adicionales a la

denominación abreviada, constituyendo un código suplementario.

Cada fabricante fija su código y designa: tratamiento térmico, precisión, juego interno y

demás factores correspondientes a las especificaciones y la constitución interna del

rodamiento.

Todos estos códigos se encuentran calculados en los catálogos y son suministrados por los

fabricantes de rodamientos.

Por ejemplo: rodamiento rígido de bolas 6306 L1C3

6= código de tipo de rodamiento correspondiente a los rodamientos rígidos de una hilera de

bolas.

3= serie de diámetro exterior.

06= código de diámetro interior (para obtener el diámetro interior se multiplican estos

dígitos por 5.).

L1= código de jaula mecanizada de latón.

C3= código de juego radial interno.

SELECCIÓN DE RODAMIENTOS

Como se mencionó existe una en una gran variedad de tipos de rodamientos tanto en

formas y dimensiones. De acuerdo al tipo de rodamiento presenta distintas propiedades y

características las cuales dependen de su diseño y son las que lo hacen adecuado en mayor

y menor prioridad para una determinada aplicación.

La atención más importante para la selección de un rodamiento es elegir aquel que permita

que la máquina o mecanismo en la cual se instala, de un funcionamiento satisfactorio.

Para facilitar la selección y conseguir el rodamiento más apropiado para la tarea a realizar,

debemos considerar diversos factores y discutirlos entre sí:

- Espacio disponible.

Se tienen limitaciones sobre el diámetro de la exterior, dado en general por las dimensiones

y características de la maquina en que se va a usar.

También se tiene restricciones en las direcciones radial y axial, dando lugar, por ejemplo en

la dirección axial, al empleo de rodamientos de agujas, si lo que se requiere es poca altura

de sección.

- Magnitud, dirección y sentido de la carga.

Este es normalmente el factor más importante para determinar el tamaño del rodamiento.

Carga radial, perpendicular a la dirección del eje de simetría del rodamiento;

Carga axial: paralela al eje del rodamiento.

Carga combinada, resultante de la aplicación simultanea de las dos anteriores.

También es importante destacar los dos posibles estados de carga a las cuales un

rodamiento puede verse sometido: estado dinámico y estado estático, como lo es en un

proceso no continuo.

Capacidad dinámica radial básica de carga o capacidad dinámica específica (C). Es la carga

radial constante que puede soportar un grupo de rodamientos, idénticos, hasta una vida

nominal determinada.

La capacidad estática radial básica de carga o capacidad estática específica (Co), se define

como la carga radial que corresponde a una tensión de contacto máxima en el centro de la

generatriz de los rodillos de un rodamiento que no gira y que tiene una zona de carga de

180º.

El tamaño del rodamiento se deberá seleccionar en base a su capacidad de carga estática y

no en base a su vida en cada uno de los siguientes casos:

1. Cuando se trata de un rodamiento estacionario sometido a cargas continuas o

intermitentes (choques).

2. Cuando el rodamiento efectúa lentos movimiento de oscilación o alineación bajo carga

3. Cuando el rodamiento gira bajo carga a velocidades muy bajas y sólo se necesita

alcanzar una vida corta

4. Cuando el rodamiento gira y tiene que soportar elevadas cargas de choque durante una

fracción de revolución, además de las cargas de trabajo normales.

Ambas situaciones deben someterse a análisis al momento de la selección, dado que darán

lugar a valores piso para las capacidades de carga de los rodamientos.

- Desalineación.

Desalineación angular. Se produce entre el eje del elemento rotativo y el correspondiente a

su alojamiento. Esta situación puede presentarse, por ejemplo, ante la flexión de un eje bajo

carga, por tal razón el rodamiento debe soportar sin oponer resistencia.

Deslizamiento axial. La disposición normal de un eje o algún elemento de máquina consiste

en un elemento posicionador entre uno o más rodamientos libres. El rodamiento libre debe

poder deslizarse axialmente para evitar atascamiento de los rodamientos, ya sea por

ejemplo por dilatación o por contracción del eje por temperatura. Básicamente, los

rodamientos de rodillos cilíndricos con pista interior sin pestañas resultan con

desplazamiento axial libre.

Cuando se usa como rodamiento libre uno no desarmable, por ejemplo uno rígido de bolas,

deberá montarse de modo que se permita su deslizamiento axial, ya sea por su asiento en el

eje o en el alojamiento.

- Velocidad.

La velocidad de rotación de un rodamiento viene limitada por la temperatura máxima de

funcionamiento permisible.

- Nivel de ruido, rigidez.

Estos son otros factores de importancia que condicionan el proceso de selección de

rodamientos para una necesidad determinada.

La rigidez de un rodamiento se caracteriza por la magnitud de deformación elástica del

rodamiento cargado. En la mayoría esta deformación es pequeña y se la desprecia. Solo en

el caso de husillos de máquinas herramientas donde existen rodamientos de precisión la

rigidez es un factor muy importante.

- Montaje y desmontaje.

Al respecto se tienen rodamientos con agujero cilíndrico y con agujero cónico. Los

rodamientos de rodillos cónicos y los con pistas deslizables una respecto a la otra, como los

de rodillos cilíndricos con pista interior sin pestañas, resultan más fáciles de colocar y

respecto con los no desarmables (rígidos de bola).

En tanto que los rodamientos de agujero cónico resultan mucho más fácil de montar y

desmontar sobre asientos cónicos o sobre manguitos de sujeción.

TEORÍA DE VIDA ÚTIL DE LOS RODAMIENTOS.

Cuando las bolas y rodillos ruedan aparecen tensiones y esfuerzos en un tiempo,

originando fatiga debido a las deformaciones, causando el fallo del rodamiento.

Se define como vida útil de un rodamiento al número de revoluciones o número total de

horas de trabajo que soporta a una velocidad constante, necesarios para que se produzcan

fallos funcionales, de acuerdo a las condiciones normales de funcionamiento, es decir sin

presencia de polvo y suciedad.

Para esta teoría trataremos la relación entre la carga y la vida útil.

CARGA EN LOS RODAMIENTOS

Todo rodamiento se fabrica de acero de alta resistencia, presentan una vida útil limitada

por lo que en algún momento presentarán fallas por fatiga debido al considerable contacto

al que están sometidos. Por lo que, cuanto más ligera más alargada será su vida útil y

viceversa. La relación entre carga P, y vida útil L, Los experimentos muestran que dos

grupos de rodamientos idénticos ensayados bajo cargas diferentes P1 y P2 tendrán las vidas

respectivas L1 y L2 tales que para cojinetes de contacto giratorio se establece la teoría y el

procedimiento de diseño, basándose en la siguiente fórmula:

(L1 / L2) = (P2 / P1) ^ b

Dónde:

L1 : duración del rodamiento con carga P1 hasta que falla

L2 : duración del rodamiento con carga P2 hasta que falla

b: exponente que depende del tipo de elemento rodante: b = 10/3 (rodillos)

b = 3 (bolas).

Si de la formula anterior reemplazamos:

L1 = L10: Duración del rodamiento cargado con P1, expresada en 10^6 ciclos o

revoluciones de trabajo.

P1 = La carga combinada o equivalente actuante sobre el rodamiento 1

L2 = 10^6 ciclos o revoluciones de trabajo.

P2 = C: Capacidad de carga dinámica del rodamiento (carga que produce la falla al cabo de

10^6 revoluciones).

L10h: Duración de rodamiento en horas

n: Velocidad de rotación (rpm).

De acuerdo a los fabricantes de rodamientos estos publican designaciones de los

rodamientos a un cierto número de horas de vida útil a una velocidad especificada. La

compañía Timken, por ejemplo, designa los rodamientos que fabrica para 3000 horas a una

velocidad de 500 rpm. Esto corresponde a una vida L10 de 90 millones de revoluciones. La

compañías FAG y SKF designan los rodamientos que fabrica para una vida L10 de 1 millón

de revoluciones.

Dónde:

C10: capacidad radial nominal de catálogo (KN).

LR: vida nominal de catálogo (h) correspondiente a una confiabilidad del 90%.

nR: velocidad nominal de catálogo (rpm)

FD: carga de diseño radial requerida (KN)

LD: vida de diseño requerida (h)

nD: velocidad de diseño requerida (rpm)

Así,

El número total de revoluciones de diseño es:

ND = 60 ×LD ×nD revs

NR = 60 ×LR ×nR revs

SELECCIÓN DE RODAMIENTOS DE BOLAS Y RODILLOS CILÍNDRICOS

Bajo cargas axiales y radiales combinadas, se define la carga radial equivalente P como el

máximo de los dos valores siguientes:

Donde:

P: carga dinámica equivalente.

Fr: carga radial aplicada.

Fa: carga axial aplicada.

V: factor de rotación (corrige diversas condiciones de rotación).

V= 1: giro del aro interior, rodamientos autoalineados.

V= 1,2: giro del aro exterior.

X: factor de carga radial equivalente.

Y: factor de carga axial del rodamiento.

MONTAJE Y ALOJAMIENTO

El problema de montaje más común es cuando se requiere un rodamiento en cada extremo

del eje. Para tal diseño se puede emplear un rodamiento de bolas en cada lado, un

rodamiento de rodillos cónicos en cada lado, o un rodamiento de bolas en un extremo y otro

de rodillos cilíndricos en el otro.

Generalmente, uno de los rodamientos tiene la función adicional de situar axialmente el eje.

La siguiente figura muestra otro sistema en el que los aros interiores están apoyados a los

hombros de eje evitando así el uso de dispositivos de retención. Con este método los aros

exteriores quedan fijados completamente. Presenta una desventaja este sistema y es que si

la distancia entre los rodamientos es grande, el aumento de la temperatura durante el trabajo

puede dilatar el eje echando a perder los rodamientos.

Recomendaciones referentes al montaje y mantenimiento de los rodamientos.

Limpieza de los rodamientos: el polvo y otras basuras pueden afectar rápidamente.

Manténgase el rodamiento en su envoltura hasta el momento de montarlo.

Elección correcta de ajustes para el rodamiento. Tener presente las recomendaciones de los

fabricantes. Expresar si el eje es giratorio y el soporte estacionario, debe montarse el aro

interior con ajuste fuerte, por el contrario si el soporte es giratorio y el eje fijo el aro

exterior el que debe montarse con ajuste fuerte.

Al mecanizar el eje el rodamiento no debe utilizarse como calibre ya que el ajuste resultara

incorrecto y se puede ingresar suciedad en el interior del rodamiento. Es mucho mejor

utilizar un micrómetro o un calibrador.

Para el montaje de un rodamiento en el eje se efectúa empleando un tubo en cuyo extremo

se coloca un plano sobre el cual se golpea ligeramente. El tubo debe apoyarse únicamente

en la pista interior. Se facilita el montaje, si previamente se calienta el rodamiento en un

baño de aceite mineral hasta 80°C. Si se monta el rodamiento sobre el eje, dando golpes

sobre el aro exterior, puede dañarse porque las bolas pueden quedar marcadas en los

caminos de rodadura.

Si el aro exterior es fijo, con frecuencia se monta el rodamiento a mano o con ligera

presión. Si es giratorio, y por tanto debe montarse con ajuste fuerte, el empuje se ha de

aplicar únicamente sobre el aro exterior.

Para desmontar el rodamiento se empleará un extractor.

Otra manera de desmontarlo es apoyar el aro interior en un soporte adecuado y desmontar

el eje, dando pequeños golpes en su extremo con un martillo de bronce o goma. Debe

procurarse que el aro interior apoye uniformemente sobre el soporte. Nunca emplear el

cincel para desmontar rodamientos, puestos que puede dañar el eje produciendo despuntes e

impidiendo un correcto ajuste.

En caso del mantenimiento se los debe lubricar con grasa. Aunque, el aceite es también

empleado para altas velocidades, o cuando la máquina tiene lubricación general por aceite.

Los rodamientos axiales de rodillos a rótula se lubrican con aceite casi siempre.

Si se lubrica el rodamiento con grasa, no debe llenarse el soporte más de los 2/3 de su

capacidad, pues un exceso de grasa puede causar el calentamiento del rodamiento; debe

usarse grasa apropiada para rodamientos.

Si se usa aceite, el nivel superior del mismo debe estar situado un poco más bajo que el

centro del rodillo inferior.