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• Luis Alberto Ramirez Gamez

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Esfuerzos durante el contacto de rodadura Los esfuerzos aplicados durante el contacto son grandes debido a la pequeña área de contacto. Esfuerzos de contacto. Los primeros estudios analíticos fueron hechos por H. Hertz, por lo que se le denomina esfuerzo de Hertz.

Basándose en la hipótesis de que la distribución de esfuerzos normal a la superficie de contacto es elíptica se tienen las siguiente ecuaciones.

S c 2=

F(1 /r 1+1/r 2 ) π b(1−μ 21 )/ E 1+(1−μ 22)/ E2

Sc= Esfuerzo máximo principal. r1= Radio del cilindro más pequeño. r2= Radio del cilindro mayor. μ = Módulos de elasticidad de los materiales. (coeficientes de Poisson). La resistencia a la rodadura se presenta cuando un cuerpo rueda sobre una superficie, deformándose uno de ellos o ambos. Como veremos, no tiene sentido alguno hablar de resistencia a la rodadura en el caso de un sólido rígido (indeformable) que rueda sobre una superficie rígida (indeformable). El concepto de coeficiente de rodadura es similar al de coeficiente de rozamiento, con la diferencia de que este último hace alusión a dos superficies que deslizan o resbalan una sobre otra, mientras que en el coeficiente de rodadura no existe tal resbalamiento entre la rueda y la superficie sobre la que rueda, disminuyendo por regla general la resistencia al movimiento.

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Capacidad de Carga estática Con esfuerzos de contacto tan elevados nos es necesaria una carga grande para producir una deformación permanente. Estas penetraciones o identaciones por presión se llaman falsas huellas Brinell y el acto de indentación se denomina brinelación o indentación plástica por deformación bajo carga. El daño tiene lugar en el rodamiento en reposo, ya que durante el funcionamiento las deformaciones están distribuidas sobre el camino de rodadura y las superficies rodantes. La cuestión es saber cuánta brinelación puede haber antes de que el cojinete quede inservible, y a esto no hay una respuesta sencilla a causa de que depende del servicio. Una deformación tan pequeña como 0.254 micras (o bien 10 micropulgadas) se puede detectar ópticamente, pero el efecto de una deformación en funcionamiento normal no es molesto hasta que la indentación es del orden de 2.54 micras (o bien 100 micropulgadas, 0.0001 pulg), Se recomienda que las deformaciones permanentes del aro y del elemento rodante sean menores que 0.0001 veces el diámetro de dicho elemento rodante. La capacidad estática, es una medida práctica de la magnitud de brinelación que puede ser tolerada normalmente cuando está girando el cojinete. Si es permisible un subsiguiente funcionamiento ruidoso, se puede tolerar una carga estática mayor que la capacidad estática. Además, cuando el movimiento en funcionamiento de régimen es lento: se puede utilizar una capacidad estática más elevada; las cargas de los rodamientos que soportan piezas de artillería pueden ser dobles que la especificación del catálogo; las cargas estáticas sobre rodamientos de poleas de control en aviación y rodillos de puertas deslizantes pueden ser cuatro veces sus especificaciones de catálogo; La capacidad radial de carga estática se calcula por la ecuación de Stribeck F s=C s N b D2b Según la cual la capacidad de carga estática Fs. llamada capacidad de carga estática básica es proporcional al número de bolas (o rodillos) Nb y al cuadrado del diámetro de la bola Db. La constante de proporcionalidad C. depende del tipo de rodamiento y de los materiales. Por ejemplo, la capacidad de carga estática de un rodamiento de bolas radial de una sola hilera y de ranura profunda (rígido) es aproximadamente Fs = 352(Nb)(Db²), resultando Fs en kilogramos si Db se expresa en centímetros (o bien para Fs en libras si Db se mide en pulgadas" Fs = 5000(Nb)Db². Generalmente los catálogos dan los valores de Fs por lo que el ingeniero no necesita calcularIos. Si hay que elegir un rodamiento para soportar una combinación de cargas radiales Fx Y de empuje Fz se calcula una carga estática equivalente Fes que produce la misma deformación que las cargas combinadas, por: Fes =C 1 F x +C2 F z Donde Cl y C2, dadas en los catálogos, dependen del tipo de cojinete; para una sola hilera en ranura profunda (rodamiento rígido), Cl = 0.6, C2 = 0.5, pero Fes nunca se toma menor que Fx.

Cuando una carga elevada se aplica en estado de reposo o en forma de golpes a un rodamiento, en las 2

pistas de rodadura y en los elementos rodantes pueden producirse deformaciones plásticas. Estas deformaciones, referidas a los ruidos todavía admisibles en la marcha del rodamiento, conducen al concepto de capacidad de carga estática. Los rodamientos sin movimiento, o con movimiento de rotación ocasional, se dimensionan en base a la capacidad de carga estática C0. Ésta es, según DIN ISO 76: Para rodamientos radiales, una carga radial constante C0r Una carga axial constante C0a aplicada en el centro de los rodamientos axiales. La capacidad de carga estática C0 es la carga bajo la cual la presión de Hertz entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, en el punto de máxima carga, alcanza los siguientes valores: En rodamientos de rodillos 4 000 N/mm2 En rodamientos a bolas 4 200 N/mm2 En rodamientos oscilantes de bolas 4 600 N/mm2. En condiciones normales de contacto, esta carga tiene como consecuencia una deformación permanente total de, aproximadamente, 1/10 000 del diámetro de los elementos rodantes. Valores orientativos para el coeficiente de seguridad estática: Coeficiente de seguridad estática S0 Condiciones de funcionamiento Funcionamiento suave y normal, con bajas vibraciones y con requisitos poco severos para la suavidad de marcha; rodamientos con reducida oscilación Funcionamiento normal, con requisitos más elevados para la suavidad de marcha Funcionamiento con considerables cargas de impactos o choques Rodaduras con elevados requisitos de precisión de rotación y suavidad de marcha

Para rodamientos de rodillos

Para rodamientos a bolas

≧1

≧0.5

≧2 ≧3

≧1 ≧2

4

≧3 3

Capacidad de carga dinámica Puesto que un roda- miento giratorio falla por fatiga, la capacidad dinámica es diferente de la estática. Palmgren fue quien primero modificó la ecuación de Striheck, considerando las variables introducidas por la rotación; luego ASA, por recomendación de la AFBM, sancionó la ecuación de especificación actualmente en uso, en unidades métricas (Nr Fd en kilogramos, D en centímetros), Fd =0.0847∗CN 2/b 3 (N r cos α )0.7 D1.8 En unidades inglesas F es en libras y D pulgadas

F d=CN 2b /3 (N r cos α )0.7 D1.8 Donde Fd = capacidad de carga dinámica del rodamiento (Fr para 1 Mr en tabla 12.3), Nr = número de bolas, Nr = número de hileras de bolas, D = diámetro de una bola (D 2,54 cm), C = una constante que varía algo con el tipo del rodamiento de bolas, y sitúa el plano de la fuerza resultante cuando existe una carga de empuje. Carga dinámica equivalente: Los rodamientos de bolas y algunos de rodillos están sometidos simultáneamente a cargas radiales y de empuje. Como las posibles combinaciones de estas cargas son infinitas, los fabricantes especifican sus rodamientos radiales en función de una carga radial solamente, y sus rodamientos de empuje en función de una carga axial sola. Por consiguiente, es necesario utilizar una carga equivalente. No todos los catálogos de fabricantes dan las especificaciones según el procedimiento ASA [12.8], Y nosotros trataremos sólo de algunas de las especificaciones más importantes para cojinetes de bolas rígidos de una y dos hileras. La carga equivalente F. se obtiene de: Fe =C r F x

|F z|C r F z⩽Q ó Fe =0.56C r F x +Ct F z 4

[F e C r F z >Q]

donde F. es la carga axial (calculada por un análisis de fuerzas), F. es la carga de empuje axial, Cr es un factor de rotación (la información disponible es incompleta, pero C = 1 para aro interior giratorio, Cr = l,:?, para aro exterior giratorio con respecto a un aro interior fijo; para un número particular de revoluciones, una bola rueda más sobre el aro exterior más grande que sobre el aro interior más pequeño), Ct es un factor de empuje Q; Q se obtenido de la tabla 12.2, que se aplica sólo cuando FJ(CFx) encuentra en la tabla 12.2. Vemos que si la carga de empuje es una fracción suficientemente pequeña de la carga radial, se puede prescindir de ella. Es práctica común precargar los rodamientos de bolas con una fuerza de empuje por medio de una tuerca de ajuste o un resorte; esto se debe hacer para mantener un eje en su posición o reducir las vibraciones. Todos los fabricantes de rodamientos están dispuestos a facilitar las soluciones de los problemas especiales.

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Selección de rodamientos rígidos de bolas La capacidad de carga dinámica básica F. es para un millón de capacidades de carga nominales dadas. El limite de velocidad dado es aproximado para dan más detalles. Los factores que limitan la velocidad son, entre otros, la lubricación, especificados. Se pueden obtener velocidades más altas por lubricación con cojinete.

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Selección de rodamientos rígidos de una sola hilera.

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Selección de rodamiento de contacto angular RODAMIENTOS DE BOLAS DE CONTACTO ANGULAR DE UNA SOLA HILERA Estos rodamientos tienen un ángulo de contacto, por lo que pueden soportar cargas axiales importantes en una dirección además de las cargas radiales. Debido a su diseño, cuando se les aplica una carga radial se genera un componente de fuerza axial; por lo tanto, deben utilizarse dos rodamientos opuestos o una combinación de más de dos. La rigidez de los rodamientos de bolas de contacto angular de una sola hilera puede aumentarse mediante la precarga, por lo que a menudo se utilizan en los husillos principales de las máquinas herramienta, para los cuales se requiere una alta precisión de funcionamiento. (Consulte el Capítulo 10, Precarga, Página A96). Normalmente, las jaulas para los rodamientos de bolas de contacto angular con un ángulo de contacto de 30° (Símbolo A) o de 40° (Símbolo B) se corresponden con lo indicado en la Tabla 1, pero según la aplicación también se utilizan jaulas de resina sintética mecanizada o jaulas de resina de poliamida moldeada. Los índices básicos de carga mostrados en las tablas de rodamientos se basan en la clasificación de las jaulas mostrada en la Tabla 1. Aunque las cifras de las tablas de rodamientos (Páginas B50 a B61; diámetros interiores del rodamiento de 10 a 120) muestran rodamientos con anillos interiores del tipo rebajado, también están disponibles los rodamientos del tipo estándar. Consulte a NSK para información más detallada.

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Selección de rodamientos de rodillos cilíndricos Si la carga sobre los rodamientos de rodillos cilíndricos llega a ser demasiado pequeña durante el funcionamiento, se produce un deslizamiento entre los rodillos y los caminos de rodadura, lo cual puede provocar la aparición de arañazos. Especialmente con rodamientos de gran tamaño, ya que el peso del rodillo y la jaula es elevado. En caso de cargas de impacto elevadas o de vibraciones, a veces las jaulas de acero prensado son inadecuadas. Si se esperan cargas muy pequeñas, cargas de impacto elevadas o vibraciones, consulte con NSK la selección de los rodamientos. Los rodamientos con jaulas de poliamida moldeada (del tipo ET) pueden utilizarse de manera continua a temperaturas entre —40 y 120°C. Si los rodamientos deben utilizarse en aceite para engranajes, aceite hidráulico no inflamable o aceite ester a temperaturas superiores a los 100°C, consulte antes con NSK. La desalineación admisible de los rodamientos de rodillos cilíndricos varía según el tipo y las especificaciones internas, pero en cargas normales los ángulos son aproximadamente los siguientes: Rodamientos de Rodillos Cilíndricos de serie de ancho 0 ó 1 ..........0,0012 radianes (4 ) Rodamientos de Rodillos Cilíndricos de serie de ancho 2 .................0,0006 radianes (2 ) Para los rodamientos de rodillos cilíndricos de doble hilera, prácticamente no se permite desalineación. VELOCIDADES LÍMITE Las velocidades límite mostradas en las tablas de rodamientos deberían ajustarse según las condiciones de carga de los rodamientos. Igualmente, pueden conseguirse velocidades más altas realizando cambios en el método de lubricación.

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Selección de rodamientos de rodillos cónicos Los rodamientos de rodillos cónicos están diseñados de forma que los ápices de los conos formados por las pistas de rodadura del cono y la copa de los rodillos cónicos coincidan en un punto del eje del rodamiento. Cuando se aplica una carga radial, se genera un componente de fuerza axial; por lo tanto, es necesario utilizar dos rodamientos en oposición o algún otro tipo de disposición múltiple. En los rodamientos de rodillos cónicos de ángulo pronunciado y de ángulo medio, se añade el símbolo respectivo de ángulo de contacto C o D después del número del diámetro interior. En rodamientos de rodillos cónicos de ángulo normal, no se usa ningún símbolo de ángulo de contacto. Los rodamientos de rodillos cónicos de ángulo medio se usan principalmente en ejes de engranajes o en diferenciales de automóviles. Entre éstos con gran capacidad de carga (series HR), algunos rodamientos tienen el número básico con el sufijo J para cumplir con las especificaciones ISO para el diámetro de la pista de rodadura de cara posterior de la copa, ancho de la copa, y ángulo de contacto. Por lo tanto, el conjunto del cono y la copa de los rodamientos con el mismo número básico con sufijo J son intercambiables internacionalmente. Entre los rodamientos de rodillos cónicos de diseño métrico especificados por ISO 355, encontramos los que tienen dimensiones distintas de las dimensiones de las series 3XX utilizados en el pasado. Parte de ellos se listan en las tablas de los rodamientos. Cumplen con las especificaciones ISO para el diámetro externo menor de la copa y el ángulo de contacto. Los grupos del cono y la copa son intercambiables internacionalmente. Las dimensiones relacionadas con el montaje de los rodamientos de rodillos cilíndricos se indican en las tablas de rodamientos. Puesto que las jaulas sobresalen de las caras de los anillos de los rodamientos de rodillos cónicos, úselos con precaución al diseñar ejes y alojamientos. Cuando se aplican cargas axiales importantes, las dimensiones y resistencia del chaflán del eje deben ser suficientes para soportar el reborde del cono. Si la carga sobre los rodamientos de rodillos cónicos es demasiado pequeña, o si la relación entre las cargas axiales y radiales de los rodamientos emparejados es superior a ‘e’ (e se muestra en las tablas de rodamientos) durante el funcionamiento, se produce un deslizamiento entre los rodillos cónicos y las pistas de rodadura pudiendo llegar a dañar los rodamientos. Especialmente con rodamientos de gran tamaño, ya que el peso de los rodillos y la jaula es elevado. Si se prevén tales condiciones de carga, consulte con NSK para seleccionar los rodamientos más adecuados.

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Materiales y acabados El material que más común mente se usa es SAE 52100, un acero aleado con contenido nominal de 1 % C y 1,5 % de cromo, endurecido hasta RockwelI e 5865. También se utilizan níquel y molibdeno con cromo como a elementos de aleación. La dureza es importante en cuanto al desgaste (fatiga de superficie); por ejemplo, la vida media cuando la dureza es Re = 50 es sólo la mitad de la correspondiente a Re = 60 (11.4J. La temperatura de trabajo del ma terial SAE 52100 y aceros similares se mantiene generalmente en unos 1500 C (pero se considera 950 C como valor máximo para la instalación usual). El acero de herramientas se utiliza algunas veces para rodamientos giratorios en virtud de que se puede permitir que aumente su temperatura hasta alrededor de 5400 C sin que pierda demasiada dureza. Los metales no férricos se utilizan para rodamientos giratorios por alguna determinada razón; también se fabrican rodamientos de bolas en plásticos fenólicos (y de otros plásticos, como «nylon», teflón). El vidrio tiene algunas aplicaciones para bolas; y en condiciones de temperatura excepcionalmente elevada el material Pyroceram es muy prometedor. Si las piezas son de diferentes materiales, los coeficientes de dilatación térmica adquieren importancia con respecto a los juegos u holguras. Es necesario. que los diámetros de los elementos giratorios en un de terminado rodamiento sean muy aproximadamente los mismos, es decir, con una tolerancia de 1,27 a 2,54 micras (o bien de 50 a 100 micropulgadas), e incluso menor para aplicaciones de gran exactitud, como en instrumentos y circunstancias de alta velocidad. Cuando existe una diferencia de dimensiones, la carga no está bien distribuida entre los elementos, .y los mayores soportan esfuerzos excesivos. Los catálogos de los fa bricantes indican las diversas tolerancias requeridas por el proyectista. El acabado de la superficie es el más uniforme o liso posible para procesos comerciales.

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Los factores más importantes a tener en cuenta a la hora de seleccionar el material y el acabado de la superficie de contacto (la superficie sobre la que se desliza el rodamiento) son las condiciones de carga (carga, ángulo de oscilación, tipo de movimiento, etc.) y las influencias del entorno. Cuando existe riesgo de corrosión, la superficie de contacto debe ser lo suficientemente resistente. Las huellas de corrosión sobre la superficie de contacto y los agentes corrosivos (partículas contaminantes) aumentan la rugosidad de la superficie o son abrasivas y, por tanto, incrementan el desgaste. En tales casos, se deberá considerar el uso de acero inoxidable o el tratamiento de la superficie con un recubrimiento de cromo duro o níquel, o bien con oxidación electrolítica. Superficie de contacto para cojinetes de deslizamiento en seco de material compuesto Para las superficies de contacto de las disposiciones de cojinetes de deslizamiento en seco, suelen ser adecuados los aceros al carbono suaves con una superficie rectificada. La rugosidad de la superficie Ra no deberá exceder los 0,4 µm para los cojinetes de material B/E, ni los 0,8 µm para los de material M. Los valores Rz correspondientes (según la norma DIN 4768, 1990) son 0,8 y 6 µm, respectivamente. Para aplicaciones más exigentes, se recomienda el uso de ejes templados. La superficie de éstos deberá tener una dureza de al menos 50 HRC. Alternativamente, se puede aplicar a la superficie un tratamiento de cromo duro o de níquel, entre otros. En todos los casos, Ra no deberá ser superior a 0,3 µm (Rz ≤ 2 µm). Cuanto mejor sea el acabado de la superficie, mejores serán las propiedades de deslizamiento y menor el desgaste, ver "Factor de rugosidad de la superficie c4". Superficie de contacto de los cojinetes de fricción FW Para los cojinetes de fricción FW, normalmente se recomiendan las superficies de contacto templadas. Para cargas específicas por encima de aproximadamente 20 N/mm2, la dureza deberá ser de al menos 50 HRC. La rugosidad de la superficie también es importante, siendo los valores recomendados para Ra de 0,2 a 0,4 μm (Rz entre 1 y 2 μm), y se deberá tratar de lograr la superficie más lisa posible. Los perfiles con bordes afilados, es decir, valores Rr altos, producen un desgaste muy intenso aunque los valores Ra se encuentren dentro del margen recomendado. A pesar de que los movimientos oscilantes permiten una rugosidad superficial mayor, los movimientos giratorios o lineales pueden producir un gran desgaste. Para aprovechar al máximo la vida útil del cojinete puede ser necesario optimizar la superficie de contacto. Los mejores resultados se han obtenido con superficies recubiertas de cromo duro, así como tratadas con nitruro. El hecho de si se puede alcanzar una vida útil adecuada, cuando las condiciones de la superficie de contacto se encuentran fuera de las recomendaciones anteriores, depende de cada caso. Los elementos rodantes (bola o rodillo) y los elementos soporte (anillo o disco) se fabrican en aceros duros, con alta resistencia a la fatiga y al desgaste, con una dureza del orden de 500-700º Brinell. Dos tipos: Aceros al temple total: Aceros al Cromo (1 % de Carbono y 1,5 % de Cromo). Aceros de cementación: Aceros al Cromo-Manganeso o al Cromo-Níquel (0,15 % de Carbono). Los elementos rodantes y las pistas de rodadura tienen un tratamiento superficial especial, variando su 22

dureza respecto a la de los soportes. Las jaulas se realizan en aceros más blandos, poliamida, resina fenólica, latón o bronce. Y se fabrican por prensado, mecanizado o forjado.

Dimensiones de los rodamientos Existen diversas series de rodamientos para los cuales se han normalizado ciertas dimensiones clave o fundamentales. algunas de las cuales están indicadas en la tabla 12.4. La serie de 200 se denomina ligera, la 300 media y la 400 pesada. Desde que fue adoptada esta clasificación se han creado rodamientos de más peso que los clasificadas como pesados y de menos que los clasificados como ligeros, para servicios poco corrientes, como los de laminadores e instrumentos finos o de precisión, por ejemplo. En la tabla 12.4 se observa que un rodamiento 06 tiene un agujero de 30 mm en cada serie. El rodamiento se hace más pesado con el aumento del diámetro exterior. El número y las dimensiones de las bolas o rodillos en estos rodamientos no están normalizados y quedan al criterio del fabricante. Un rodamiento número 206 debe ser definido en cuanto al tipo. porque puede ser de rodillos, de auto alineación o de rótula, etc. Los diversos fabricantes utilizan notaciones de prefijo y sufijo para distinguir sus productos, pero la mayoría de ellos incluyen los números normalizados. Con 23

excepción de los cuatro tamaños más pequeños, el diámetro del agujero en milímetros es igual a 5 veces el número básico del rodamiento por ejemplo, 5 X 06 = 30 mm, que es el diámetro del agujero del rodamiento 06. Esta tabla no da todas las dimensiones normalizadas. El máximo radio de acuerdo r es el radio máximo en el bordón de enlace entre el asiento y el resalte del eje que está salvado por el radio de esquina en el rodamiento. Factores de conversión: 0,03937 pulg/mm; 25,4 mm/pulg.

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Las dimensiones principales son las dimensiones más importantes de un rodamiento Comprenden: diámetro del agujero (d) diámetro exterior (D) anchura o altura (B, C, T o H) las dimensiones de los chaflanes (r) Las dimensiones principales de los rodamientos métricos estándares se encuentran dentro de los planes generales, tal como se especifica en los estándares ISO (International Organization for Standardization)1): ISO 15:2011 para rodamientos radiales, a excepción de los rodamientos Y, algunos tipos de rodamientos de agujas y rodamientos de rodillos cónicos ISO 104:2004 para rodamientos axiales ISO 355:2007 para rodamientos de rodillos cónicos

Los planes generales ISO para las dimensiones principales de los rodamientos radiales contienen una serie progresiva de diámetros exteriores normalizados para cada uno de los diámetros de agujero estándar expuestos en las series de diámetros 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3 y 4 (diámetros exteriores en orden creciente). Dentro de cada serie de diámetros, se han establecido también diferentes series de anchura (series de anchura 8, 0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6 en orden creciente). Las series de alturas para los rodamientos axiales (series de altura 7, 9, 1 y 2 en orden creciente) corresponden a las series de anchuras de rodamientos radiales. Las series de dimensiones se obtienen mediante la combinación del número de la serie de anchuras o alturas con el número de la serie de diámetros. 25

En el plan general ISO para los rodamientos de una hilera de rodillos cónicos métricos (ISO 355:2007), las dimensiones principales están agrupadas en determinados rangos de ángulos de contacto α(alfa) denominadas series de ángulos (series de ángulos 2, 3, 4, 5, 6 y 7 en orden creciente). Las series de diámetros y de anchuras han sido establecidas basándose en la relación entre los diámetros exterior y de agujero, así como entre la anchura total del rodamiento y la altura de sección transversal. En estos rodamientos, las series de dimensiones se obtienen tras combinar la serie de ángulos con una serie de diámetros y otra de anchuras. Las series de dimensiones consisten en un número correspondiente a la serie de ángulos y dos letras. La primera letra identifica la serie de diámetros y la segunda, la serie de anchuras.

A excepción de unos pocos casos, los rodamientos descritos en este sitio web cumplen con los planes generales ISO. La experiencia ha demostrado que los requisitos de la gran mayoría de las aplicaciones de rodamientos se pueden satisfacer mediante el uso de estas dimensiones normalizadas. Las siguientes normas ISO para las dimensiones principales constituyen un requisito previo para la capacidad de intercambiar los rodamientos. La información específica sobre el cumplimiento de las dimensiones normalizadas se incluye en cada sección de productos.

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Tipos de rodamiento de rodaduras

Sólo podemos mencionar los tipos principales. El cojinete de bolas rígido de ranura profunda con el cual ya estamos familiarizados, y en el que las bolas se introducen mediante desplazamiento excéntrico del aro interior. Estando el aro interior en contacto con el exterior se colocan tantas bolas como sea posible en las ranuras. Luego se centran los aros y se mantienen en su posición las bolas mediante un separador o portabolas o jaula. Los rodamientos armados de esta manera se llaman de tipo Conrad. Es esencial una alineación cuidadosa, es decir, que el máximo desalineamiento sea de 0.5°. Este rodamiento puede soportar una carga de empuje axial relativamente alta. El tipo de ranura de llenado o de entrada de rodamiento de bolas (fig. 12.6) tiene orificios o muescas que permiten el montaje de más bolas proporcionando un rodamiento de mayor capacidad de carga radial. Como su capacidad de empuje axial es pequeña, estos rodamientos se utilizan cuando la carga es principalmente radial. El rodamiento de bolas a rótula o de autorregulación compensa los desalineamientos angulares debidos a deformaciones del eje o de la cimentación o errores en el montaje; son recomendables para cargas radiales y empuje moderado en cualquier dirección. Como el aro exterior tiene camino de rodadura de forma esférica, el eje puede pasar a través de los rodamientos con cualquier pequeño ángulo de inclinación sin que se produzca acuñamiento o agarrotamiento.

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Los rodamientos con contacto angular, así llamados porque la línea que atraviesa las superficies que soportan la carga forma un ángulo con el plano de la cara del rodamiento, están destinados a resistir pesadas cargas axiales. Se los utiliza frecuentemente en pares opuestos axialmente uno al otro y son adecuados para la carga previa. La carga previa de un rodamiento consiste en colocarlo bajo el efecto de una carga axial inicial que es independiente de la carga de trabajo, a fin de mantener una alineación casi constante de las piezas reduciendo el movimiento axial y, en cierto grado, la desviación radial bajo las cargas de trabajo. Los rodamientos de dos hileras de bolas (sin rótula) son análogos a los de una sola hilera de bolas, con la única diferencia de que. cada aro tiene dos ranuras. Las dos hileras de bolas confieren al rodamiento una capacidad algo menor que el doble de la correspondiente a uno de una sola hilera.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos se fabrican en diferentes estilos y pesos, pero los diámetros interior y exterior son los mismos que los reseñados en la tabla de selección de rodamientos de una hilera para iguales números de rodamiento. Geométricamente, el contacto es una línea en lugar de un punto como en los rodamientos de bolas, de lo que resulta mayor área para soportar la carga y, por consiguiente, para un tamaño determinado, mayor capacidad radial. La principal función del retenedor en los rodamientos de rodillos es conservar paralelos los ejes de éstos. Si los rodillos estuviesen sesgados, la pérdida por rozamiento aumenta considerablemente. También puede producirse el sesgo a causa de que el diámetro del rodillo no sea constante o porque un extremo del mismo soporte una parte mayor de la carga debido a desalineación.

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Los rodamientos de rodillos a rótula, con rodillos esféricos (en forma de barril) rodando en un aro interior de doble ranura, tienen aro exterior con camino de rodadura esférico que presenta mucha analogía con el aro exterior de un rodamiento de bolas a rótula. Pueden soportar cargas radiales y axiales relativamente grandes y tienen las ventajas usuales de la propiedad de autoalineación.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos se fabrican también con rodillos relativamente largos, siendo un tipo muy generalizado el llamado rodamiento de agujas; este tipo no tiene retenedor para mantener los rodillos alineados. Si las agujas ruedan sobre la superficie del eje, en vez de sobre un aro interior, esta superficie debe estar endurecida y pulimentada para que sea de esperar una duración o vida útil razonable. Por ejemplo, si la superficie del eje está laminada en frío con dureza C 15, la capacidad para la misma vida útil es sólo el 3 % de la Rockwell capacidad para tina superficie de dureza Rockwell 60. Los rodamientos de agujas son apropiados cuando sean ventajosas dimensiones diametrales más pequeñas, cuando la velocidad no es excesiva y cuando hay movimiento oscilante.

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En los rodamientos de rodillos cónicos los elementos rodantes son tronco cónicos, estando montados en los caminos de rodadura de modo que todos sus elementos de superficie y sus ejes se cortan en un mismo punto del eje geométrico del árbol o eje de giro. Pueden soportar cargas axiales y de empuje importantes. Los cojinetes de rodillos cónicos se fabrican en dimensiones normalizadas en unidades inglesas (pulgadas en vez de milímetros) y en bastante variedad de estilos.

El rodamiento de rodillos esferoangular Hyatt es un rodamiento de contacto angular con rodillos en lugar de bolas. Como el aro exterior tiene una superficie esférica en el camino de rodadura, el rodamiento es también de autoalineación. Con un área de"contacto gran- de, su capacidad de carga es elevada.

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Soportes para rodamientos y lubricación La limpieza es una consideración primordial para la duración de un rodamiento de rodadura. Por esta razón, los rodamientos deben estar protegidos de las partículas existentes en el aire, así como de las fuentes previsibles de suciedad, durante el mantenimiento, por ejemplo. Los soportes o cajas para este fin se diseñan usualmente de modo que se adapten a una aplicación particular o, si es apropiado, se pueden obtener rodamientos de rodadura en cajas de cojinete que tienen escudos o tapas para excluir la suciedad y mantener el lubricante. El proyectista debe estudiar los diseños de los catálogos de diversos fabricantes. Los ajustes de apriete para los aros deben ser suficientemente apretados para impedir el movimiento relativo pero no tanto que perjudiquen el ajuste de los elementos rodantes por excesiva deformación de los aros. El aro fijo se adapta generalmente con ajuste de ligera presión en su alojamiento. El rodamiento suele estar montado de modo que apoye en un resalte cuya altura hace posible apretar el rodamiento sin que la fuerza sea transmitida a través de los elementos rodantes.

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A velocidades baja y media, la grasa es el lubricante más satisfactorio; tiende a proporcionar mejor cierre contra la suciedad; es adecuada para temperaturas comprendidas entre·-57° y 99° (o bien entre -70° F Y 210° F). El rodamiento y su soporte no deben formar un conjunto totalmente lleno; es suficiente que lo estén en unos dos tercios. A velocidades más altas el aceite es el lubricante más conveniente. (Los catálogos proporcionan información concerniente a los límites admisibles para la grasa.) El nivel del aceite en el soporte se debe mantener bajo, inferior al del centro del elemento rodante más bajo porque de lo contrario un batido excesivo del aceite a alta velocidad originará sobrecalentamiento. A velocidades extraordinariamente altas, el aceite rociado en el punto de carga da por resultado menores coeficientes de rozamiento (ausencia de batido) y temperatura de funcionamiento más baja. Como el coeficiente de rozamiento es casi constante para un procedimiento determinado de lubricación, el aumento de temperatura bajo carga constante es casi proporcional a la velocidad. Los rodamientos que de otro modo trabajarían calientes, pueden ser mantenidos fríos mediante circulación del aceite y refrigeración de éste. A veces es conveniente y sencillo lubricar Jos rodamientos de rodadura por barboteo desde las partes móviles más próximas. Los rodamientos lubricados previamente con escudos estancos incorporados deben funcionar durante toda la vida útil del rodamiento (o de la máquina) sin atención alguna aunque algunos se proveen de medios de relubricación. Los escudos o cierres pueden estar en uno o ambos lados. La función del lubricante en la protección contra la oxidación y la corrosión de las superficies altamente acabadas debe ser constantemente tenida en cuenta.

Comparación, ventajas y desventajas entre cojinetes lisos y los rodamientos Para los cojinetes cilíndricos lisos con lubricación de película completa, la velocidad está limitada por el aumento de temperatura (que a su vez es función del lubricante utilizado), el rozamiento en el arranque es grande,. la amortiguación es relativamente buena, son necesarias grandes cantidades de lubricante, el ruido no constituye un problema y su vida es prácticamente ilimitada. En los rodamiento s de rodadura, la velocidad está limitada en buena parte por consideraciones dinámicas (vibración), el rozamiento en el arranque es bajo, el efecto de amortiguamiento es reducido, Son necesarias cantidades muy pequeñas de lubricante excepto cuando éste disipe calor. el ruido puede ser molesto y su vida es limitada. Los cojinetes cilíndricos lisos toleran más desalineación que los de rodadura. ocupan menos espacio radial y más espacio axial que los rodamientos y probablemente serán más baratos en cantidad. Los cojinetes lisos tienen la ventaja de su marcha tranquila y silenciosa y que pueden construirse partidos en dos, haciendo posible un montaje y desmontaje radial. Tienen el inconveniente de que no son indicados en los casos en que se deseen elevado número de revoluciones, a no ser que la carga que gravita sobre ellos sea mínima. Los rodamientos se diseñan para permitir el giro relativo entre dos piezas y para soportar cargas puramente radiales, puramente axiales o combinaciones de ambas. Cada tipo de rodamiento presenta unas propiedades que lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Los rodamientos son unos cojinetes en los que se intercala 32

entre el árbol y el soporte, una serie de bolas o rodillos que sustituye el rozamiento por fricción por el de rodadura que es mucho menor. Las ventajas, aparte de esta última comentada, son el calentamiento y el desgaste son pequeños, admite mayores presiones tanto radiales como axiales y permite mayores velocidades contribuyendo a la unificación de medidas debido a la normalización. La fabricación de los cojinetes de bolas es la que ocupa en tecnología un lugar muy especial, dados los procedimientos para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo de cojinetes emplean el vacío para tal fin. El material es sometido a un tratamiento abrasivo en cámaras de vacío absoluto. El producto final no es casi perfecto, también es atribuida la gravedad como efecto adverso. Las bolas no se o rodillos no se tocan entre sí porque aumentaría el rozamiento, sino que van separadas mediante una jaula. Las superficies exterior del aro mayor e interior del aro menos que están en contacto con soporte y árbol respectivamente se rectifican.

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