Rodamientos de bolas
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  • 1. 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
  • 2. IntroducciónEl tema de los baleros, como también se les conoce a los rodamientos de bolas o cojinetes, esmuy 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 losdistintos tipos de cojinetes, es uno de los más utilizados. El ensayo incluye explicación acercade ellos, sus funciones, el método de selección, ejemplo, aplicación y otras cosas sobre el tipode baleros de uso más común.
  • 3. 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 BALEROELEMENTOS 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.
  • 4. 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.
  • 5. 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 SELLADOSA CONTACTO ANGULARLa línea que une el punto de contacto del anillo interior, las bolas y el anillo exterior, forma uncierto ángulo (ángulo de contacto) con la dirección radial. Existen básicamente tres ángulos decontacto con los que se diseñan estos rodamientos.Apareados o en combinación. Los rodamientos a contacto angular incluyen los de doble hilerade bolas a contacto angular, para los cuales el anillo interior y exterior se constituyen en unasola unidad. El ángulo de contacto para estos rodamientos es de 25°.También existen los rodamientos de cuatro puntos de contacto, que pueden soportar cargasaxiales en ambas direcciones por sí solos. Aunque pueden surgir problemas de altatemperatura y desgaste dependiendo de las condiciones de carga.
  • 6. 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 RODAMIENTOSPara disponer de rodamientos no sólo consta de los rodamientos. Tambien los demáscomponentes que lo acompañan, forman una parte integral de la disposición completa. Laimportancia del lubricante y las obturaciones no tiene límite. Para que un rodamiento funcionea pleno rendimiento, debe estar lubricado adecuadamente y protegido contra la corrosión y laentrada de contaminantes. La limpieza tiene una gran influencia sobre la vida útil de unrodamiento.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 disposiciónde rodamientos.SELECCIÓN DEL TIPO DE RODAMIENTO
  • 7. Cada tipo de rodamiento presenta propiedades características que dependen de su diseño yque lo hacen más o menos adecuado para una aplicación determinada. Por ejemplo, losrodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales y axiales, tienen una bajafricción y son diseñados para un funcionamiento silencioso. Por tanto, estos rodamientos sonlos preferidos para los motores eléctricos de tamaño pequeño y mediano.Los rodamientos CARB y de rodillos a rótula pueden soportar cargas muy elevadas y sonautoalineables. 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 horade seleccionar un tipo de rodamiento.Para indicar los factores más importantes a la hora de seleccionar un tipo de rodamientoestándar, y facilitar así una elección apropiada se deben considerar:– espacio disponible– cargas– desalineación– precisión– velocidad– funcionamiento silencioso– rigidez– desplazamiento axial– montaje y desmontaje– obturaciones integradasSELECCIÓN DEL TAMANO DEL RODAMIENTOEl tamaño del rodamiento para una aplicación se puede seleccionar inicialmente en base a sucapacidad de carga, en relación a las cargas que tendrá que soportar, y según los requisitos deduración y fiabilidad. Las condiciones de carga estática y dinámica del rodamiento se debenverificar independientemente. Las cargas dinámicas se deben comprobar de acuerdo a lascondiciones de carga en el rodamiento. Para esto se deben incluir cualquier carga pesada quepuedan producirse ocasionalmente. Las cargas estáticas no sólo son aquéllas aplicadas alrodamiento en reposo o a bajas velocidades de giro (n < 10 rpm), sino que también debenincluir la verificación de la seguridad estática de las cargas de choque de duración muy breve.EJEMPLO
  • 8. Elegir un rodamiento de bolas rígido para soportar una carga radial Fx= 360 kg y una carga deempuje 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 exteriorgira.Resulta cómodo trabajar con millones de revoluciones (Mr), sea Br=1 Mr, k=3 para cojinetes debolas 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=1.8 Cr=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 tienecapacidad 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)=0.729Según 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.
  • 9. Ahora se comprueba con el 1.92 Fe=(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 mayorde fallos en 18,000 horas.APLICACIÓN
  • 10. Requisitos para los rodamientos de las maquinas papelerasLas modernas maquinas empleadas hoy para la producción de papel continuo y de cartón, songrandes instalaciones que pueden alcanzar una longitud de hasta 200 m. Con un ancho detrabajo de 10 m, pueden fabricarse 1,800 metros de papel por minuto. La banda de papelcircula 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 mismoscomponentes: sección húmeda, con la sección de conformado y grupo de acabado, con lascalandras 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 rodamientosUna maquina de papel debe operar, si es posible sin ninguna interrupción y debe pararseúnicamente 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 laaplicación de los rodamientos y en la correcta selección de los mismos. La lubricación y elmantenimiento desempeñan un papel importante en la selección de los rodamientos, por loque el mantenimiento incluye el diagnóstico de los mismos durante el servicio.Cuando el cambio de rodamientos es necesario, el desmontaje y el montaje posterior debenrealizarse de forma que se ahorren tiempos y costos. Debido a las grandes dimensiones de lasmaquinas de papel y, como consecuencia, a la distancia entre los rodamientos, éstos deben seraptos 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 secciónhúmeda. Las obturaciones deben ser diseñadas de forma que el agua no pueda penetrar en losrodamientos y la corrosión pueda ser evitada. La humedad puede perjudicar severamente lalubricación y afectar de forma considerable a la duración de vida de los rodamientos. Además,
  • 11. las elevadas temperaturas en los rodamientos de la sección de secado, exigen requisitos aunmayores 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 lasaltas velocidades de giro que se alcanzan, debidas a la elevada velocidad de traslación delpapel.Las maquinas de papel son instalaciones individuales fabricadas para los requisitos específicosel cliente. No están producidas en serie, lo que es habitual en otros sectores. La experienciacon componentes y condiciones de funcionamientos similares, sin embargo, puede ser útil enel diseño de la disposición de los rodamientos.ConclusiónEn el campo de trabajo de un ingeniero son muy utilizados los rodamientos de bolas. Despuésde informarse mas sobre el tema, uno se da una idea mas clara de sus aplicaciones y de cómoes que funcionan estos elementos mecánicos. Creo que queda bien definido sufuncionamiento aunque sea solo conocimiento teórico del tema.Yo opino que los cojinetes son una gran invención, porque a pesar de que su funcionamiento ysus partes constitutivas son básicas, resultan de gran eficiencia y, si se mantienen en un buenestado y se les da su debido mantenimiento, su tiempo de vida será mayor y desempeñarabien 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