1 COJINETES Y RODAMIENTOS Los apoyos donde giran árboles y ejes pueden asumir detalles constructivos muy diferentes, pero tienen en común la característica de permitir el movimiento de las piezas que en ellos descansan y disminuir en lo posible la fricción resultante. Estos elementos de máquinas reciben el nombre genérico de cojinetes. Estos a su vez pueden clasificarse en: 1.1 Cojinetes de fricción. En los que se ha provisto al eje o árbol y también al apoyo de áreas de contacto con adecuada resistencia al desgaste por fricción y también de suficiente lubricación. Sobre este tipo de montajes se han hecho casi todos los estudios hidrodinámicos de lubricación. Al cojinete en sí, especie de tubo de metal de paredes delgadas con las características buscadas se le suele llamar BUJE. 1.2 Cojinetes de rodadura Cuando entre las piezas en movimiento relativo se intercalan cuerpos rodantes con el objeto de disminuir la fricción, a los cojinetes resultantes se les llama RODAMIENTOS. 1.3

Características a tener en cuenta en el dimensionamiento:

- Espacio disponible - Carga incidente. - Sentido de la carga - Desalineación - Velocidad de rotación - Alternancias en la carga o en la rotación - Tipo de lubricación - Costos 1.4

EJE & BUJE Acero / fundición de hierro Acero / bronce y compuestos afines Acero / aluminio y sus aleaciones Acero / metal blanco Acero / bronce sinterizado Acero / mat. sintético

Elementos utilizados en la construcción de cojinetes de fricción

USOS Y EJEMPLOS DE RECOMENDACIONES UTILIZACIÓN Cargas altas, velocidades bajas Rastras de discos Cargas medias, velocidades medias a altas Similares

Cigüeñales, levas, siempre con buena lubricación. Similares. Admite cargas mayores. Similares Funde a baja temperatura Proceso de pulvimetalurgia. Bujes axiales con difícil Los bujes se cargan de aceite y lubricación. Árboles de resultan autolubricados hélices de barcos. Teflón, grilón. Sin lubricación Cargas bajas. Telares

Mientras más cargado se encuentre el cojinete y mayor sea la velocidad, debe prestarse mayor cuidado a la lubricación. Para cargas bajas y medias con velocidades de rotación reducidas es suficiente utilizar grasa. A medida que éstas aumentan se

utilizan aceites lubricantes minerales o sintéticos, los que deben tener una circulación activa para hacerse cargo del calor generado. Para cargas muy elevadas con velocidades bajas (Ej.: trenes de laminación, rodillos de tractores pesados de carriles) y para cargas bajas con velocidades altas (Ej.: turbinas de gas y de vapor, turboalimentadores) los cojinetes de fricción no han sido aún reemplazados por los rodamientos. Para cargas y velocidades intermedias, se puede optar según las limitaciones del diseño.

1.5

Rodamientos

1.5.1 Partes que componen un rodamiento

Anillo interno

Bola armadura

Anillo externo

Cuando entre los cuerpos giratorios se intercalan elementos rodantes con el objeto de disminuir la fricción o aumentar la velocidad, estamos frente a los cojinetes denominados rodamientos. :

La mayoría de los rodamientos están constituidos por un anillo interior y un anillo exterior, elementos rodantes (bolas o rodillos), y un separador de elementos rodantes, llamado armadura o comúnmente jaula. La jaula separa los elementos rodantes a intervalos iguales, los mantienen en su lugar entre la pista interna y la externa, y les permite rodar libremente. Los elementos rodantes son provistos en dos formas generalmente bolas o rodillos. Los rodillos se suministran en cuatro estilos básicos: cilíndricos, de agujas, cónicos y esféricos. El contacto geométrico de las bolas con la superficie de las pistas de rodadura de los anillos internos y externos es un punto; mientras que el contacto de los rodillos es una línea. Teóricamente, los rodamientos de bolas y de rodillos se construyen para permitir que los elementos rodantes giren orbitalmente, al mismo tiempo lo hacen sobre sus propios ejes. Mientras que los elementos rodantes y los anillos soportan cualquier carga aplicada al rodamiento (en los puntos de contacto entre los elementos rodantes y las superficies de las pistas), la jaula, no soporta carga alguna en forma directa. Su objetivo básico es para mantener os elementos rodantes a distancias iguales entre si y, para lograr una buena distribución de las cargas sobre el rodamiento

1.5.2 Clasificación Los rodamientos se clasifican en dos categorías principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos. Los rodamientos de bolas se clasifican de acuerdo a la configuración de sus anillos: (rodamientos rígidos, oscilantes , de contacto angular y de carga radial o axial y otros. En contraste, los rodamientos de rodillos se clasifican en función de la forma de los rodillos: cilíndricos, de agujas, cónicos y oscilantes ó esféricos. Los rodamientos pueden clasificarse adicionalmente de acuerdo a la dirección en la que se aplica la carga: rodamientos, rodamientos para carga axial, para carga radial y para carga combinada radial - axial.

1.5.3 Otros aspectos de clasificación incluyen: -El número de hileras de elementos rodantes (una, dos ó 4 hileras) -No separables ó separables, en el cual, el anillo interior ó el anillo exterior pueden ser separados o desmontados -Rodamientos de empuje, los cuales pueden tomar cargas axiales en un sentido y, rodamientos de empuje de doble sentido, los cuales pueden tomar carga axial en ambos sentidos de una misma dirección. -También existen rodamientos diseñados para aplicaciones especiales, tales como: Una unidad de rodamiento de rodillo cónico para vagones de ferrocarril (rodamientos RCT), rodamientos tipo plato giratorio (tornamesa), así como rodamientos de movimiento rectilíneo (rodamientos lineales de bola, rotulas), etc. 1.6

Tipos de rodamientos

1.6.1 Rodamiento de bolas. Pueden ser rígidos o autoalineantes, para cargas radiales, axiales o combinadas.

El dibujo 1 muestra un rodamiento autoalineante de doble hilera de bolas y sin obturaciones. Se observa la pista externa con senda de rodadura esférica de modo que permite pequeñas desalineaciones o movimientos del eje. Este rodamiento está diseñado para cargas radiales. El dibujo 2 muestra un rodamiento rígido de simple hilera de bolas y sin obturaciones. Se observa ambas pistas con senda de rodadura circular profunda de modo que no permite desalineaciones o movimientos del eje. Este rodamiento está diseñado fundamentalmente para cargas radiales. Además las pistas profundas permiten absorber también mayores cargas axiales. El dibujo 3 muestra un rodamiento similar al anterior. Es rígido de simple hilera de bolas pero con obturaciones laterales que lo protegen de partículas o polvo. Esto permite además, contener un lubricante adecuado, muchas veces de por vida. Se observa ambas pistas con senda de rodadura circular profunda de modo tal que no permite desalineaciones o movimientos del eje. Este rodamiento está diseñado fundamentalmente para cargas radiales. Además las pistas profundas permiten absorber también mayores cargas axiales. El dibujo 4 muestra un rodamiento de simple hilera de bolas y sin obturaciones. Se observa ambas pistas con senda de rodadura de contacto angular. Este rodamiento está diseñado para cargas radiales y axiales pero en un solo sentido El dibujo 5 muestra un rodamiento de doble hilera de bolas y sin obturaciones. Se observa ambas pistas con senda de rodadura de contacto angular. Este rodamiento está diseñado para cargas radiales y axiales en los dos sentidos

1.6.2 Rodamientos de rodillos cónicos.1 Debido a la disposición oblicua de los caminos de rodadura con respecto al eje del rodamiento, son especialmente adecuados para soportar importantes cargas axiales y radiales combinadas. Estos rodamientos son desmontables pudiendo separar el aro exterior del conjunto interior. Las generatrices de las superficies de rodadura de las pistas y el eje del rodillo convergen en un punto común sobre el eje de rotación del Rodamiento.

Esto permite asegurar un movimiento de rodadura sin deslizamientos de los rodillos sobre las pistas.

1

http://www.fersa.com/includes/web/index_produccion_es.php.8.html Agosto 2003

Estos rodamientos se emplean por parejas y en su montaje han de ser reglados para obtener el juego necesario (precarga) para un óptimo funcionamiento.

Prestaciones añadidas de estos rodamientos frente a los demás:   

Elevada capacidad de carga radial y axial combinada. Montaje y desmontaje sencillo al ser sus pistas separables. Menor coeficiente de fricción y mayores velocidades de trabajo que otros rodamientos de rodillo.

En la figura 8 se muestra un rodamiento de simple hilera de rodillos cilíndricos (izquierda) y doble hilera rodillos autoalineantes (dereha) Se observa la pista externa con senda de rodadura esférica. Estos rodamientos están diseñado para cargas radiales altas. Ambos sin obturaciones.

El dibujo 5 muestra un rodamiento de doble hilera de rodillos autoalineantes y sin obturaciones. Se observa la pista externa con senda de rodadura sesférica. Este rodamiento está diseñado para cargas radiales altas.

El dibujo 6 y 7 muestra un rodamiento de simple hilera de rodillos cilíndricos. Una de las pistas presenta una pestaña que le permite al eje un juego axial. Esto es una gran ventaja para el caso de ejes expuestos a grandes variaciones de temperatura que se dilatan o contraen. Este rodamiento está diseñado para cargas radiales altas. El dibujo 8 doble hilera de rodillos cilíndricos para cargas radiales. El dibujo 9 es un tipo de rodamiento de rodillos muy largos llamado “de agujas”. Son de elevada capacidad de carga en relación a su tamaño. El dibujo 10 es un rodamiento de rodillos cónicos. Está especialmente diseñado para soportar importantes cargas radiales y axial unilateral.

1.7

Cuadro resumen

Rodamiento para cargas axiales “crapodina”

1.8 RODAMIENTOS NORMALIZADOS Desde hace varios años existe una nomenclatura universal y tablas con las dimensiones principales de los rodamientos, que son respetadas por los distintos fabricantes, lo cual permite que un rodamiento original francés pueda reemplazarse por uno japonés, australiano o nacional, y el mismo número de código garantiza la uniformidad de dimensiones. Las dimensiones, límites de carga admisibles y velocidades máximas recomendadas figuran en tablas proporcionadas por los fabricantes, como también las tolerancias constructivas y juegos internos. d

D

T

Nº

B

40 75

80 130

18 25

6208 6215

19 26

M (Kg.) 0.620 2.420

Vel. G Vel. A C. est. C. din. Fac. C 5600 8500 20000 50000 0.3-1 2400 6000 50000 95000 0.44-1

En esta tabla los encabezados indican lo siguiente: d.- diámetro de montaje sobre el eje D.-diámetro de montaje en el alojamiento T.-altura del rodamiento Nº.- identificación del rodamiento B.- Altura libre necesaria para el montaje M (Kg) masa en Kilogramos Vel. G. velocidad máxima de rotación con lubricación por grasa Vel. A. velocidad máxima de rotación con lubricación por aceite C. est. Carga estática máxima admisible en newton C. Din. Carga dinámica máxima admisible en newton Fac. C. Factor de carga admisible según condiciones de servicio 1.9

RODAMIENTOS NO NORMALIZADOS

Cuando las dimensiones de los ejes, árboles y alojamientos se expresan en fracciones de pulgada, o cuando se trata de construcciones especiales, con dimensiones determinadas por el fabricante de la máquina, hablamos de rodamientos no normalizados. En el primer caso se ordenan por series, con numeraciones sucesivas, y frecuentemente con un código distinto para cada pieza, tratándose de rodamientos

desarmables. En el segundo caso sólo pueden conseguirse como piezas de repuesto, abastecidas por el fabricante de la máquina. Entonces, cuando necesitemos reemplazar un rodamiento averiado, los caminos lógicos para acudir al proveedor son los siguientes: 1.- Llevar el rodamiento viejo como muestra. 2.- Disponer del número de identificación del rodamiento, obtenido del catálogo de partes de la máquina o de la pieza vieja. 3.- Ubicar la identificación del rodamiento por sus dimensiones y características en el correspondiente catálogo de rodamientos. 4.- Confiar en que el vendedor tenga el catálogo o sepa de qué se trata. 1. Construcción de la caja equipada con metales de fricción. 2. Ubicación de un cojinete radial 3. Cojinete con una sola hilera de bolillas. 4. Cojinete con doble hilera de bolillas autoalineante. 5. Cojinete axial con una hilera de bolillas 6. cojinete axial con doble hilera de bolillas. 7. Cojinete con una hilera de rodillos 8. Cojinete con doble hilera de rodillos autoalineantes. 9. Cojinete axial con una hilera de rodillos cónicos. 10. Cojinete axial de bolillas. 11. Conexión entre cubo de una rueda delantera de un tractor y eje mediante dos rodamientos cónicos. 12. Ubicación del retén. El retén consta de de un collar de jebe sintético mantenido en su forma y posición mediante una espiral

1.10 RODAMIENTOS - Limpieza2 Introducción: La suciedad es la principal causa del daño abrasivo de los rodamientos, que lleva a la reducción de su vida útil. Es por esto que su limpieza es muy importante. Los rodamientos semiblindados ofrecen dos ventajas al respecto: -Su lado blindado colocado hacia el exterior de la rueda, dificulta el ingreso de suciedad y agua al rodamiento como así también la salida del lubricante desde el interior (aunque no lo impide completamente). -Su lado no blindado (colocado hacia el interior de la rueda) facilita su limpieza. 2

www.starskates.com.ar/productos/UsoYMantenimiento.htm#Limpieza - agosto de 2003

1.10.1

Cuándo limpiarlos?:

Si cuando se hacen girar se sienten vibraciones o se escucha ruido de metal rozando sobre metal, es probable que sea hora de limpiar los rodamientos. Si alguna bolilla o la superficie de los canales de rodadura están deteriorados por desgaste abrasivo o corrosión, no podrá hacerse nada para repararlo. Pero según el grado de deterioro, se lo podrá seguir usando por un tiempo más antes de reemplazarlo por uno nuevo. Llegado el caso, siempre podrá reemplazar los rodamientos de a uno o conforme los necesite.

1.10.2

Extracción:

No son pocos los que tienen la no muy sana costumbre de extraer los rodamientos trabándolos en el extremo del eje y tirando y forcejeando de la rueda hasta lograr su objetivo. Haciendo esto, correrá el riesgo de dañar la rosca del eje, la rueda (deformando su perímetro interno) o el rodamiento mismo. Es por esto que recomendamos la utilización de un extractor de rodamientos.

1.10.3

Blindajes:

Si los rodamientos son semiblindados o sin blindajes, puede proceder a limpiarlos directamente. Si por el contrario, los rodamientos son blindados a ambos lados (doblemente blindados), será conveniente quitarles al menos uno de los blindajes para poder limpiarlos y lubricarlos adecuadamente. Los rodamientos doblemente blindados pueden ser de dos tipos: -Con blindajes removibles para mantenimiento: El tipo más común consiste en una cubierta sujeta en su posición por un aro metálico en forma de "c". La siguiente figura muestra el blindaje y el aro retenedor cuando son extraídos del rodamiento.Si este fuera el caso, quite el aro con la ayuda de un alfiler o elemento puntiagudo. Note que el aro tiene un ángulo agudo en cada extremo. Será mucho más fácil liberar el aro desde el extremo que tiene el ángulo agudo hacia adentro (en la figura, el que se muestra en la parte superior).

Rodamiento blindado

Si ambos lados del rodamiento tuvieran este tipo de blindaje, quite los dos para facilitar la limpieza. -Con blindajes fijos: En este caso deberá decidir si quiere quitar el blindaje o no. Algunos recomiendan no tocar los blindajes y proceder a la limpieza y lubricación con los blindajes puestos, pero al no tener acceso al interior del rodamiento nunca sabrá que tan limpio, que tan sucio o que tan bien lubricado se encuentra. Probablemente la mejor solución sea quitar UNO de los dos blindajes. Aunque de esta manera estará sacrificando lo que pagó de más por haber adquirido rodamientos con

doble blindaje, esto permitirá limpiar y lubricar el rodamiento adecuadamente. Para quitar el blindaje, se deberá pinchar el mismo cuidadosamente con un elemento punzante (como una aguja gruesa o la punta de una tijera) o introducir un destornillador pequeño entre el blindaje y la carcaza del rodamiento. Hecho esto, basta tirar con el mismo elemento para quitar el blindaje. No es necesario hacer mucha fuerza ya que los blindajes son finos y se doblan fácilmente. Los blindajes extraídos ya no serán útiles dado que muy probablemente quedarán doblados o dañados. Cuando los blindajes son fijos, sólo deberá quitar UNO de los dos blindajes ya que de sacar ambos, el rodamiento quedará sin protección alguna para prevenir la entrada de agua y suciedad.

1.10.4

Limpieza

Sumergir los rodamientos dentro de un recipiente con kerosene y limpiar la suciedad con la ayuda de un cepillo pequeño (cepillo de dientes viejo). Si los rodamientos tuvieran blindajes removibles, éstos también deben ser limpiados junto con el aro retenedor. Se recomienda repetir la limpieza 2 o 3 veces seguidas, utilizando kerosene nuevo cada vez, para garantizar que no queden impurezas en el interior del rodamiento. DEJAR SECAR BIEN antes de lubricarlos.

1.10.5

Verificación:

Comprobar que todos los rodamientos giren libremente sin vibraciones. Repitiendo lo dicho anteriormente: Si alguna bolilla o la superficie de los canales de rodadura están deteriorados por desgaste abrasivo o corrosión, no podrá hacerse nada para repararlo. Pero según el grado de deterioro, se lo podrá seguir usando por un tiempo más antes de reemplazarlo por uno nuevo. Llegado el caso, siempre se los podrá reemplazar de a uno o conforme se los necesite.

1.10.6

Lubricación:

Una vez secos, coloque 2 o 3 gotas de lubricante en el interior del rodamiento (NO recomendamos el uso de grasa) y hágalo girar con los dedos para que el lubricante se distribuya uniformemente alrededor de las bolillas, la jaula y los canales de rodadura. Si el rodamiento tuviera blindajes removibles, recuerde colocarlos en su lugar.

1.10.7

Montaje:

Otra vez, el extractor de rodamientos facilitará la tarea y garantizará la perfecta alineación de los rodamientos con el eje de la rueda. Note que debe colocar el lado blindado hacia el exterior de la rueda.

1.10.8

Recuerde:

La limpieza de los rodamientos implica también limpieza en el kerosene, lubricante, manos y trapos utilizados. Una vez limpios, evite tocar los rodamientos con las manos más de lo necesario. Lo habrá leído muchas veces pero no vamos a omitirlo: Al trabajar con productos inflamables, asegúrese de hacerlo en un lugar bien ventilado y libre de llamas o cigarrillos encendidos. Los gases de solventes son tóxicos y explosivos. Utilice guantes para protejer la piel y gafas de seguridad para protejer los ojos de salpicaduras de solventes.

1.11 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA BERMEJO ZUAZUA, Antonio. Manual práctico del mecánico agrícola. MAG España, 1972. COLOMBINO, Alfredo y otros. Apuntes de mecánica y maquinaria agrícola. UBA, 1986. DOVROBOLSKY, Victor y otros. Elementos de máquinas. MIR Moscú. 1970. FAO. Elementos de maquinaria agrícola. Trillas, México, 1982. LILJEDAHL, J. Y otros. Tractores, diseño y funcionamiento. Limusa. México 1984 NIEMANN, G. Elementos de máquinas. Labor España, 1967 RENAUD, Adolfo. Mecánica técnica. Cesarini, Argentina 1968.