“El robusto rodillo de apoyo” Sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados, para la técnica de manipulación y de automatización Ing. Herbert Sindermann

Impreso especial INA Septiembre 2001

“El robusto rodillo de apoyo” Sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados, para la técnica de manipulación y de automatización Ing. Herbert Sindermann

Introducción Como rodillos-guía, rodillos de apoyo y rodillos de leva se entienden rodamientos que se caracterizan por ser apropiados para rodar sobre una superficie, curvada o recta, llamada contrapista de rodadura, sin estar montados en los correspondientes alojamientos, como sucede en las aplicaciones habituales de rodamientos. Los rodillos-guía de INA son elementos de máquinas con elevada capacidad de carga, robustos e idóneos para una gran variedad de aplicaciones, que han dado excelentes resultados en los montajes más variados en maquinaria y en instalaciones de diferentes sectores industriales. A continuación se describe un tipo de rodillo-guía desarrollado hace unos 10 años, que se aplica en serie especialmente en los sectores de manipulación y de la técnica de automatización: se trata del rodilloguía perfilado.

2

El rodillo-guía perfilado de la serie LFR (Fig. 1) fue desarrollado para permitir un movimiento lineal, rodando sobre un eje-guía. Este tipo de sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados (Fig. 2) ofrece soluciones técnica y económicamente óptimas para muchas aplicaciones que requieren movimientos lineales en los que se deben absorber esfuerzos y momentos. Estos sistemas de guiado relativamente simples, ofrecen múltiples ventajas: • construcción sencilla según el concepto de montaje por elementos • elevada capacidad de carga • funcionamiento silencioso • longitud ilimitada de carrera • elevada velocidad de desplazamiento • montaje sencillo y mantenimiento reducido Los rodillos-guía perfilados pueden combinarse con carriles-guía de construcción muy variada y se fabrican para rodar sobre ejes con diámetros de 6 mm hasta 50 mm. El sistema descrito en este artículo se basa en cargas medias y pesadas para ejes-guía de 12 a 50 mm de diámetro. El sistema de componentes

disponibles, como montaje por elementos, consiste en: • rodillos-guía perfilados • ejes-guía y carriles-soporte • pernos con arandelas y tuercas • unidades de lubricación y rascadores • engrasadores para montar a presión y tapones de cierre

Fig. 1

Fig. 2

Rodillo-guía perfilado LFR

Guía lineal con rodillos-guía sobre perfil tubular MSH

a = Angulo de contacto a

anillo apoyado en todo su perímetro en el alojamiento

Fig. 3

Contacto en dos puntos del rodillo-guía con el eje

Rodillos-guía

A

so

A

Tracción

Fig. 5

Fr Compresión

A Compresión máx.

Compresión Tracción

fibra neutra

Diferencia de distribución de carga

humedad y mantienen la grasa en el interior del rodamiento. En los rodillos-guía, rodillos de apoyo y rodillos de leva que soportan carga, ésta se transmite a través de los elementos rodantes sobre el anillo exterior, que se apoya únicamente en un punto de la circunferencia, mientras que los rodamientos que están montados en un alojamiento están totalmente apoyados en todo su perímetro (Fig. 4). Debido a esta característica, el anillo exterior sufre una deformación elástica que origina dos influencias que tienden a disminuir la capacidad de carga: • una carga mayor sobre un número más reducido de elementos rodantes que transmiten la carga, lo cual disminuye la duración de vida a la fatiga de los elementos rodantes y de los anillos del rodamiento, así como la seguridad de carga estática del rodillo-guía. • se originan tensiones de flexión en el anillo exterior deformado. En caso de carga estática demasiado elevada, estas tensiones pueden llevar a la rotura forzada del anillo exterior del rodillo-guía.

Los rodillos-guía corresponden, por su diseño, a rodamientos a bolas de contacto angular de dos hileras, sin ranura de llenado y pueden, por ello, admitir, además de cargas radiales, cargas axiales en ambos sentidos. El anillo exterior reforzado del rodillo-guía perfilado LFR puede soportar cargas radiales elevadas. En las cargas radiales admisibles se han tenido en cuenta las tensiones de flexión que se generan por la deformación elástica de los anillos exteriores (Fig. 5). La superficie de rodadura del anillo exterior está perfilada en forma de arco gótico. Esta superficie de rodadura y el eje del carril-soporte se apoya sobre dos puntos de contacto (Fig. 3). Ello permite un guiado fiable en sentidos longitudinal y transversal. Para las precisiones de medidas y de forma, es válida la clase de tolerancia PN, según DIN 620. El juego radial del rodillo-guía LFR corresponde, aproximadamente, a la clase CN. Unas tapas de protección (sobre consulta, también obturaciones rozantes) protegen el rodillo-guía contra los efectos externos del polvo, la suciedad y la

su

Fig. 4

Rodillos-guía, rodillos de apoyo y rodillos de levas contra una pista de rodadura

Por consiguiente, para el cálculo de la duración de vida y de la seguridad de carga estática, en los rodillos-guía que sufren este tipo de cargas no se utilizan la capacidad de carga dinámica, C y estática, Co definidas según DIN 622/ISO R 281, sino que se emplean las capacidades de carga Cw y Cow determinadas especialmente a este efecto, según se definen a continuación: – Capacidad de carga dinámica Cw efectiva, considerando la deformación del anillo exterior – Capacidad de carga estática Cow efectiva, considerando la deformación del anillo exterior FR adm – Carga radial dinámica admisible, teniéndose en cuenta la rotura forzada del anillo exterior FRo adm – Carga radial estática admisible, teniéndose en cuenta la rotura forzada del anillo exterior Las fórmulas e indicaciones a tener en cuenta para determinar la duración de vida nominal y la seguridad de carga estática, se pueden encontrar en el folleto TPI 99 y en el catálogo LFR de INA. Estas publicaciones contienen, además de descripciones detalladas de los productos, tablas de medidas, capacidades de carga, indicaciones para el cálculo y selección, ejemplos de aplicaciones e instrucciones para el montaje.

so

A

su A Desarrollo de las tensiones en puntos de la fibra neutra, en una vuelta del anillo exterior

Tensiones de flexión en el anillo exterior de un rodillo-guía

3

perno concéntrico

(b)

4 15 30˚ 30 (a)

Perfil MSH perno excéntrico

Fig. 6

Pernos de fijación para rodillos-guía perfilados (a) excéntrico (b) concéntrico

Pernos Los pernos (Fig. 6) sirven para la fijación de los rodillos-guía perfilados a la construcción anexa. Son, en ejecución estándar, de acero de alta calidad para tornillos. Normalmente se utilizan, en caso de sistemas de guiado cerrados, pernos concéntricos y excéntricos. En el montaje de un sistema cerrado de guiado (Fig. 7) el perno excéntrico sirve para el ajuste sin juego y para una ligera precarga del rodillo-guía contra el eje.

Ejes-guía y carriles-soporte Los ejes-guía sirven como contrapistas de rodadura para los rodillos-guía perfilados LFR. Sus medidas son métricas, en ejecución estándar se rectifican con tolerancia h6 y están templados superficialmente.

Fig. 7

Guía cerrada en diferentes disposiciones de montaje

Pueden roscare a la construcción anexa directamente (Fig. 8) o mediante carrilessoporte de construcción adecuada. Los ejes-guía y los carriles-soporte pueden estar formados de una sola pieza o, en caso de mayores longitudes, componerse de varios tramos.

Lubricación Como es habitual en los rodamientos, las zonas de contacto del movimiento rotativo deben lubricarse para una duración de vida suficiente. El rodillo-guía perfilado se suministra con un primer engrase y, según las condiciones de funcionamiento, debería reengrasarse con una grasa a base de jabón de litio, a través del perno, después de un determinado periodo de funcionamiento. Sin embargo, es posible prever un sistema de lubricación centralizada

Fig. 8

Eje-guía sobre perfil MSH

mediante aceite, por ejemplo en instalaciones totalmente automáticas. También el contacto de rodadura externo rodilloguía/eje debería lubricarse. En este punto, han dado excelentes resultados los engrasadores y rascadores desarrollados especialmente (Fig. 10). Una vez, anual o semestralmente, en función de la aplicación, se impregna con un aceite lubricante CLP según DIN 51517 (viscosidad aprox. 200 mm2/s) un fieltro de lubricación, apretado contra el eje mediante un muelle. En casos especiales, en los que el aceite y la grasa son absolutamente indeseables, el sistema de guiado con rodillosguía puede funcionar en seco. Sin embargo, en estos casos hay que contar con un mayor desgaste, con un sistema de guiado con juego y con una duración de vida considerablemente reducida (factor de reducción: aprox. 50 a 100).

196

140

234 Fig. 9

4

Perfil de aluminio extrusionado para guías cerradas

Fig. 10

Rascador-engrasador ABW

m 0,05

S2 W

S1 B 2 NIP A2

Resina sintética H9

Ø8

ØD

d lw

Fig. 11

Desviación máx. admisible del paralelismo de los ejes para guías cerradas

Disposición cerrada En general, la disposición cerrada es la que se utiliza más frecuentemente. Por este motivo, a continuación se describe con más detalle (Fig. 7) La disposición de las superficies de rodadura (ejes/carriles-soporte) puede realizarse a libre elección, abierta o cerrada y, en ambos casos, la alineación debe estar totalmente garantizada. Se recomienda mecanizar las superficies de apoyo para los ejes o los carriles-soporte, en la construcción anexa, en una misma operación. La construcción de un sistema de guiado lineal con rodillos-guía perfilados está determinada, por los factores siguientes: • precisión • rigidez • capacidad de carga Cuanto mayores sean las exigencias en cuanto a exactitud y suavidad de

Fig. 12

Datos complementarios para rodillos en voladizo, en guías cerradas

En aplicaciones con • elevadas aceleraciones y deceleraciones • frecuentes cambios de carga o • movimientos rítmicos y frecuentes variaciones de la carrera puede darse un mayor desgaste en las alternancias debido al resbalamiento de los rodillos-guía. Por ello conviene, en estos casos, ajustar los rodillos-guía perfilados sobre los ejes de rodadura con una ligera precarga. En una rodadura en voladizo (Fig. 12) puede aprovechare la curvatura elástica de los pernos. A este efecto se gira un poco más el perno para que el rodilloguía perfilado quede presionado más fuertemente contra el eje-guía. Esta precarga significa también una carga inicial que ejerce una importante influencia sobre la duración de vida del sistema de guiado, hecho que es preciso tener en cuenta en el dimensionado.

marcha, tanto más debe cuidarse la precisión de forma y de posición de la construcción anexa. Las superficies de apoyo deben estar planas y paralelas. Si se exige una rodadura sin juego o con precarga, para dos carriles-guía en disposición abierta o cerrada se precisa un paralelismo de las superficies de rodadura tal como se muestra en la Fig. 11. Para la configuración constructiva de los rodillos-guía conviene consultar la Fig. 12 y la Tabla 1. En el montaje sin juego, los rodillos-guía deben ser ajustados a los ejes-guía. Para ello, se gira el perno excéntrico y seguidamente se aprieta la tuerca con el momento recomendado. El sistema de guiado está correctamente ajustado si en el desplazamiento giran todos los rodillos, incluyendo aquellos que no soportan carga.

Rosca del perno

Arandela DIN 1253)

Espesor de pared

para LFZ..A1 Arandela DIN 125

para LFE..A1 Arandela DIN 125

Ancho del rodillo-guía

d

Eje-guía correspondiente dLW

K11)

d1

s1

W2)

d1

s2

d1

s2

B

12

12

M10×1,5

8

10,5

1,8

12

13

2,5

10,5

2

15,9

20

16

M16×1,5

13

17

3

20

21

3

17

3

22,6

25

20

M20×1,5

16

21

3

25

27

4

23

3

25,8

Pernos

m

25

M20×1,5

16

21

3

25

27

4

23

3

25,8

30

30

M24×1,5

19

25

4

32

31

4

28

4

29

40

40

M30×1,5

24

31

4

40

41

6

37

5

38

50

M30×1,5

24

31

4

40

41

6

37

5

46

Tabla 1

Medidas complementarias para rodillos-guía en voladizo 1 ) Para tuercas de, al menos, la clase de resistencia 8 2 ) Espesor de pared mínimo recomendado 3 ) Se incluye en el suministro

5

1–2 mm

1–2 mm

e51

Para llave de vaso según DIN

Fig. 13

Rodillo-guía apoyado por ambos lados, para soportar mayores cargas

Cabe resaltar la importancia de la lubricación, que se soluciona de la forma más sencilla con el engrasador con rascador ABW. Como muy tarde se ha de reengrasar en el momento en que aparece la tribocorrosión. Ésta se advierte por la presencia de una coloración rojiza-marrón del eje-guía y del anillo exterior del rodilloguía perfilado. En función de este problema, debe acortare el período de reengrase. Para poder aprovechar plenamente la capacidad de carga máxima admisible es conveniente prever, en lugar de una disposición en voladizo, un apoyo en ambos lados del rodillo-guía perfilado, en la construcción anexa (Fig. 13).

LFR..

Fig. 14

Apoyo libre, flotante

Rodadura fija/libre En caso de distancias importantes entre los ejes-guía, con frecuencia no es posible garantizar un paralelismo suficiente en toda la longitud de carrera (Fig. 15). Existe, entonces, el peligro de que no se cumpla el contacto teórico en dos puntos del rodillo-guía perfilado contra el eje-guía y de que dicho rodillo se apoye en un único punto sobre la superficie de rodadura del eje. Funcionalmente, ello conduce a un desplazamiento insatisfactorio que genera, asimismo, un mayor desgaste y la avería prematura del sistema de guiado.

LR..

regulable mediante el perno excéntrico

Lado de apoyo fijo

Fig. 15

6

Disposición apoyo fijo/apoyo libre

Lado de apoyo libre

Por ello conviene elegir, en tales casos, una solución de apoyo fijo/apoyo libre. El lado libre puede consistir en un rodilloguía perfilado, con ayuda de un casquillo de fricción (Fig. 14) o en un rodillo de apoyo no perfilado, flotante (Fig. 15). Ello posibilita al rodillo-guía un desplazamiento axial libre que permite compensar los errores de paralelismo entre los ejes-guía del lado fijo y del lado libre del sistema de guiado.

Carga límite transversal En la Fig. 16 se muestra un caso en el que la carga admisible no queda limitada por el rodillo-guía perfilado sino por el carril-soporte. Debido al esfuerzo de flexión, puede formarse una rendija inaceptable entre el eje-guía y el carrilsoporte. Por ello, se han determinado unas cargas límite que no deben sobrepasare en el funcionamiento, incluyendo cargas por choques.

Fs zul. zul.

E

Fig. 16

Carga límite lateral sobre carriles-soporte TS..W

Fig. 17

Disposición de balancín

Disposición balancín

Construcción anexa

Resumen

Cuando la seguridad de carga y la duración de vida del rodillo-guía deseado no son suficientes y el espacio constructivo disponible no permite montar un tipo de mayor tamaño, pueden montarse por pares dos o más rodillos-guía perfilados y pueden disponerse como balancines. (Fig. 17) Los balancines garantizan una distribución uniforme de la carga y pueden ajustare sin juego contra los ejes-guía mediante pernos excéntricos.

Para integrar en la construcción tanto el rodillo-guía perfilado como el eje-guía o el carril- soporte, pueden utilizarse diferentes piezas de unión de acero o de metal ligero, tales como placas, perfiles en T, en doble T y en U y también perfiles MSH de sección cuadrada o rectangular (Figs. 2, 7 y 8). Una solución económica para aplicaciones en serie consiste en perfiles de aluminio extrusionado, en los que se atornillan los ejes-guía, en los puntos previstos a este efecto (Fig. 9).

Los sistemas de guiado lineal con rodillos-guía perfilados son elementos de maquinaria sencillos, robustos y económicos, que por su disposición por elementos permiten múltiples opciones de construcción configuradas individualmente. Por este motivo, con estos sistemas se consiguen excelentes resultados desde hace muchos años, especialmente en la técnica de manipulación y de automatización, tanto en aplicaciones únicas como en montajes en serie. En este artículo nos hemos ocupado con detalle del concepto, de las particularidades constructivas para el diseño así como del montaje y del funcionamiento, y también hemos aportado sugerencias para la aplicación. Para montajes en serie se pueden realizar, a través de los correspondientes programas de ordenador, los cálculos necesarios para la selección y el dimensionado de los sistemas de guiado lineal. Más detalles se pueden obtener en las publicaciones TPI 99 y LFR de INA. Por favor, solicítelas a INA Rodamientos, s.a. Polígono Pont Reixat 08960 Sant Just Desvern (Barcelona) Tel. (93) 480 34 10 Fax (93) 372 92 50 E-Mail [email protected]

Autor: Ing. Herbert Sindermann, es director de la Oficina de Ingeniería y de Venta en Bielefeld, de INA-Schaeffler KG, Herzogenaurach 7

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