Un rodamiento es un elemento de la máquina que restringe el movimiento relativo solo al movimiento deseado y reduce la fricción entre las partes móviles . El diseño del cojinete puede, por ejemplo, proporcionar un movimiento lineal libre de la parte móvil o una rotación libre alrededor de un eje fijo ; o puede prevenir un movimiento controlando los vectores de fuerzas normales que se apoyan en las partes móviles. La mayoría de los rodamientos facilitan el movimiento deseado minimizando la fricción. Los cojinetes se clasifican ampliamente según el tipo de operación, los movimientos permitidos o las direcciones de las cargas (fuerzas) aplicadas a las piezas.
Los cojinetes giratorios sostienen componentes giratorios como ejes o ejes dentro de sistemas mecánicos y transfieren cargas axiales y radiales desde la fuente de carga a la estructura que la soporta. La forma más simple de cojinete, el cojinete liso , consiste en un eje que gira en un orificio. La lubricación se usa para reducir la fricción. En el rodamiento de bolas y el rodamiento de rodillos, para reducir la fricción por deslizamiento, los elementos rodantes como rodillos o bolas con una sección transversal circular se ubican entre las pistas o muñones del conjunto de cojinetes. Existe una amplia variedad de diseños de rodamientos para permitir que las demandas de la aplicación se cumplan correctamente para lograr la máxima eficiencia, confiabilidad, durabilidad y rendimiento.
El término "llevar" se deriva del verbo " llevar "; [1] un rodamiento es un elemento de la máquina que permite que una parte soporte (es decir, soporte) a otra. Los rodamientos más simples son las superficies de los rodamientos , cortadas o formadas en una pieza, con diversos grados de control sobre la forma, el tamaño, la rugosidad y la ubicación de la superficie. Otros cojinetes son dispositivos separados instalados en una máquina o pieza de máquina. Los rodamientos más sofisticados para las aplicaciones más exigentes son dispositivos muy precisos ; su fabricación requiere algunos de los más altos estándares de tecnología actual . [ cita requerida ]
Historia [ editar ]
La invención del rodamiento, en forma de rodillos de madera que soportan, o rodando, un objeto en movimiento, es de gran antigüedad y puede ser anterior a la invención de una rueda que gira sobre un cojinete liso utilizado para el transporte.
Aunque a menudo se afirma que los egipcios usaban rodamientos de rodillos en forma de troncos de árboles debajo de trineos, [2] esto es una especulación moderna. [3] Los propios dibujos de los egipcios en la tumba de Djehutihotep muestran el proceso de mover bloques de piedra masivos en trineos utilizando guías lubricadas con líquido que constituirían cojinetes lisos . [4] También hay dibujos egipcios de cojinetes lisos utilizados con taladros manuales . [5]
Los vehículos de ruedas que usaban cojinetes lisos surgieron entre el 5000 a. C. y el 3000 a . C.
El primer ejemplo recuperado de un cojinete de elemento rodante es un cojinete de bolas de madera que sostiene una mesa giratoria de los restos de los barcos romanos Nemi en el lago Nemi , Italia . Los restos del naufragio datan del año 40 a. C. [6] [7]
Leonardo da Vinci incorporó dibujos de rodamientos de bolas en su diseño para un helicóptero alrededor del año 1500. Este es el primer uso registrado de rodamientos en un diseño aeroespacial. Sin embargo, Agostino Ramelli es el primero en publicar bocetos de rodamientos axiales y de rodillos. [2] Un problema con los rodamientos de bolas y de rodillos es que las bolas o los rodillos se frotan entre sí y provocan una fricción adicional que se puede reducir encerrando las bolas o los rodillos dentro de una jaula. El rodamiento de bolas capturado o enjaulado fue descrito originalmente por Galileo en el siglo XVII. [ cita requerida ]
El primer rodamiento práctico de rodillos enjaulados fue inventado a mediados de la década de 1740 por el horólogo John Harrison para su cronometrador marino H3. Esto usa el rodamiento para un movimiento oscilante muy limitado, pero Harrison también usó un rodamiento similar en una aplicación verdaderamente giratoria en un reloj regulador contemporáneo. [ cita requerida ]
Era industrial [ editar ]
La primera patente moderna registrada sobre rodamientos de bolas fue otorgada a Philip Vaughan , un inventor y maestro del hierro británico que creó el primer diseño para un rodamiento de bolas en Carmarthen en 1794. El suyo fue el primer diseño moderno de rodamientos de bolas, con la bola corriendo a lo largo de una ranura. en el conjunto del eje. [8]
Los rodamientos han jugado un papel fundamental en la naciente Revolución Industrial , permitiendo que la nueva maquinaria industrial funcione de manera eficiente. Por ejemplo, vieron el uso de sujetar la rueda y el eje para reducir en gran medida la fricción sobre la de arrastrar un objeto al hacer que la fricción actúe en una distancia más corta cuando la rueda gira.
Los primeros cojinetes lisos y de elementos rodantes fueron de madera, seguidos de cerca por el bronce . A lo largo de su historia, los rodamientos se han fabricado con muchos materiales, incluidos cerámica , zafiro , vidrio , acero , bronce , otros metales y plástico (por ejemplo, nailon , polioximetileno , politetrafluoroetileno y UHMWPE ) que se utilizan en la actualidad.
Los fabricantes de relojes producen relojes con "joyas" que utilizan cojinetes lisos de zafiro para reducir la fricción, lo que permite un cronometraje más preciso.
Incluso los materiales básicos pueden tener una buena durabilidad. Como ejemplos, los cojinetes de madera todavía se pueden ver hoy en los relojes antiguos o en los molinos de agua donde el agua proporciona refrigeración y lubricación.
La primera patente para un rodamiento de bolas de estilo radial se otorgó a Jules Suriray , un mecánico de bicicletas parisino, el 3 de agosto de 1869. Luego, los rodamientos se instalaron en la bicicleta ganadora montada por James Moore en la primera carrera ciclista en ruta del mundo, París-Rouen . en noviembre de 1869. [9]
En 1883, Friedrich Fischer , fundador de FAG , desarrolló un enfoque para fresar y triturar bolas de igual tamaño y redondez exacta por medio de una máquina de producción adecuada y sentó las bases para la creación de una industria de rodamientos independiente.
El diseño moderno y autoalineable del rodamiento de bolas se atribuye a Sven Wingquist del fabricante de rodamientos de bolas SKF en 1907, cuando se le otorgó la patente sueca No. 25406 sobre su diseño.
Henry Timken , un visionario e innovador del siglo XIX en la fabricación de carruajes, patentó el rodamiento de rodillos cónicos en 1898. Al año siguiente formó una empresa para producir su innovación. Durante más de un siglo, la empresa creció para fabricar rodamientos de todo tipo, incluidos aceros especiales y una variedad de productos y servicios relacionados.
Erich Franke inventó y patentó el rodamiento de carrera de cables en 1934. Se centró en un diseño de rodamiento con una sección transversal lo más pequeña posible y que pudiera integrarse en el diseño de envolvente. Después de la Segunda Guerra Mundial, fundó junto con Gerhard Heydrich la empresa Franke & Heydrich KG (hoy Franke GmbH) para impulsar el desarrollo y la producción de rodamientos de carrera de alambre.
La extensa investigación de Richard Stribeck [10] [11] sobre aceros para rodamientos de bolas identificó la metalurgia del 100Cr6 (AISI 52100) [12] que se usa comúnmente y muestra el coeficiente de fricción en función de la presión.
Diseñado en 1968 y posteriormente patentado en 1972, el cofundador de Bishop-Wisecarver, Bud Wisecarver, creó las ruedas guía de cojinetes de ranura en V, un tipo de cojinete de movimiento lineal que consta de un ángulo de V de 90 grados tanto externo como interno. [13] [se necesita una mejor fuente ]
A principios de la década de 1980, el fundador de Pacific Bearing, Robert Schroeder, inventó el primer cojinete liso bimaterial cuyo tamaño era intercambiable con cojinetes de bolas lineales. Este rodamiento tenía una carcasa de metal (aluminio, acero o acero inoxidable) y una capa de material a base de teflón unida por una fina capa adhesiva. [14]
Hoy en día, los rodamientos de bolas y de rodillos se utilizan en muchas aplicaciones que incluyen un componente giratorio. Los ejemplos incluyen cojinetes de ultra alta velocidad en taladros dentales, cojinetes aeroespaciales en el Mars Rover, cojinetes de caja de cambios y ruedas en automóviles, cojinetes de flexión en sistemas de alineación óptica, cubos de rueda de bicicleta y cojinetes de aire utilizados en máquinas de medición de coordenadas .
Común [ editar ]
Con mucho, el cojinete más común es el cojinete liso , un cojinete que utiliza superficies en contacto de fricción, a menudo con un lubricante como aceite o grafito. Un cojinete liso puede o no ser un dispositivo discreto . Puede ser nada más que la superficie de apoyo de un orificio con un eje que lo atraviesa, o de una superficie plana que soporta otro (en estos casos, no un dispositivo discreto); o puede ser una capa de metal de apoyo fundida al sustrato (semidiscreto) o en forma de manguito separable (discreto). Con una lubricación adecuada, los cojinetes lisos suelen ofrecer una precisión, vida útil y fricción totalmente aceptables a un costo mínimo. Por tanto, son muy utilizados.
Sin embargo, hay muchas aplicaciones en las que un rodamiento más adecuado puede mejorar la eficiencia, precisión, intervalos de servicio, confiabilidad, velocidad de operación, tamaño, peso y costos de compra y operación de maquinaria.
Por lo tanto, existen muchos tipos de cojinetes, con diferentes formas, materiales, lubricación, principio de funcionamiento, etc.
Tipos [ editar ]
Hay al menos 6 tipos comunes de cojinetes, [15] cada uno de los cuales opera con principios diferentes:
- Cojinete liso , formado por un eje que gira en un agujero. Hay varios estilos específicos: buje, cojinete de muñón , cojinete de manguito, cojinete de rifle, cojinete compuesto ;
- Cojinete de elemento rodante, en el que los elementos rodantes colocados entre las pistas giratorias y estacionarias evitan la fricción por deslizamiento. Hay dos tipos principales:
- Rodamiento de bolas , en el que los elementos rodantes son bolas esféricas;
- Cojinete de rodillos , en el que los elementos rodantes son rodillos cilíndricos, cónicos o esféricos;
- Cojinete de joya , un cojinete liso en el que una de las superficies del cojinete está hecha de un material de joya vítreo ultraduro como el zafiro para reducir la fricción y el desgaste;
- Cojinete de fluido , un cojinete sin contacto en el que la carga es soportada por un gas o líquido (es decir, cojinete de aire );
- Cojinete magnético , en el que la carga es soportada por un campo magnético ;
- Cojinete de flexión , en el que el movimiento es apoyado por un elemento de carga que se dobla.
Mociones [ editar ]
Los movimientos comunes permitidos por los cojinetes son:
- Rotación radial, por ejemplo, rotación del eje;
- movimiento lineal, por ejemplo, cajón;
- rotación esférica, por ejemplo, articulación de rótula;
- movimiento de bisagra, por ejemplo, puerta, codo, rodilla.
Fricción [ editar ]
La reducción de la fricción en los rodamientos es a menudo importante para la eficiencia, para reducir el desgaste y facilitar el uso prolongado a altas velocidades y para evitar el sobrecalentamiento y la falla prematura del rodamiento. Esencialmente, un rodamiento puede reducir la fricción en virtud de su forma, por su material, o introduciendo y conteniendo un fluido entre superficies o separando las superficies con un campo electromagnético.
- Por su forma , gana ventaja usualmente usando esferas o rodillos , o formando cojinetes de flexión.
- Por material , aprovecha la naturaleza del material de rodamiento utilizado. (Un ejemplo sería el uso de plásticos que tengan una fricción superficial baja).
- Por fluido , aprovecha la baja viscosidad de una capa de fluido, como un lubricante o como medio presurizado para evitar que las dos partes sólidas se toquen, o reduciendo la fuerza normal entre ellas.
- Por campos , aprovecha los campos electromagnéticos, como los campos magnéticos, para evitar que las partes sólidas se toquen.
- La presión del aire aprovecha la presión del aire para evitar que las partes sólidas se toquen.
Incluso pueden emplearse combinaciones de estos dentro del mismo rodamiento. Un ejemplo de esto es donde la jaula es de plástico, y separa los rodillos / bolas, lo que reduce la fricción por su forma y acabado.
Cargas [ editar ]
El diseño de los rodamientos varía según el tamaño y la dirección de las fuerzas que deben soportar. Las fuerzas pueden ser predominantemente radiales , axiales ( cojinetes de empuje ) o momentos de flexión perpendiculares al eje principal.
Velocidades [ editar ]
Los diferentes tipos de rodamientos tienen diferentes límites de velocidad de funcionamiento. La velocidad se especifica típicamente como velocidades superficiales relativas máximas, a menudo especificadas en pies / so m / s. Los cojinetes rotacionales normalmente describen el rendimiento en términos del producto DN, donde D es el diámetro medio (a menudo en mm) del cojinete y N es la velocidad de rotación en revoluciones por minuto.
Generalmente, existe una superposición considerable en el rango de velocidad entre los tipos de rodamientos. Los cojinetes lisos generalmente solo manejan velocidades más bajas, los cojinetes de elementos rodantes son más rápidos, seguidos por cojinetes fluidos y finalmente cojinetes magnéticos que están limitados en última instancia por la fuerza centrípeta que supera la resistencia del material.
Reproducir [ editar ]
Algunas aplicaciones aplican cargas de cojinetes desde diferentes direcciones y aceptan solo un juego limitado o "inclinación" a medida que cambia la carga aplicada. Una fuente de movimiento son los espacios o "juego" en el rodamiento. Por ejemplo, un eje de 10 mm en un orificio de 12 mm tiene un juego de 2 mm.
El juego permitido varía mucho según el uso. Por ejemplo, una rueda de carretilla soporta cargas radiales y axiales. Las cargas axiales pueden tener una fuerza de cientos de newtons hacia la izquierda o hacia la derecha, y normalmente es aceptable que la rueda se mueva hasta 10 mm bajo la carga variable. Por el contrario, un torno puede colocar una herramienta de corte a ± 0,002 mm utilizando un husillo de bolas sostenido por cojinetes giratorios. Los cojinetes soportan cargas axiales de miles de newtons en cualquier dirección y deben sujetar el husillo de bolas a ± 0,002 mm en ese rango de cargas.
Rigidez [ editar ]
Una segunda fuente de movimiento es la elasticidad en el propio rodamiento. Por ejemplo, las bolas en un rodamiento de bolas son como goma rígida y bajo carga se deforman de redondas a una forma ligeramente aplanada. La carrera también es elástica y desarrolla una ligera abolladura donde la bola la presiona.
La rigidez de un rodamiento es cómo varía la distancia entre las partes que están separadas por el rodamiento con la carga aplicada. Con los rodamientos de elementos rodantes, esto se debe a la tensión de la bola y la pista. Con los cojinetes de fluido se debe a la forma en que la presión del fluido varía con el espacio (cuando se cargan correctamente, los cojinetes de fluido suelen ser más rígidos que los cojinetes de elementos rodantes).
Vida útil [ editar ]
- Cojinetes fluidos y magnéticos
Los cojinetes de fluido y magnéticos pueden tener una vida útil prácticamente indefinida. En la práctica, hay cojinetes de fluido que soportan cargas elevadas en plantas hidroeléctricas que han estado en servicio casi continuo desde aproximadamente 1900 y que no muestran signos de desgaste. [ cita requerida ]
- Cojinetes de elementos rodantes
La vida útil de los rodamientos del elemento rodante está determinada por la carga, la temperatura, el mantenimiento, la lubricación, los defectos de los materiales, la contaminación, la manipulación, la instalación y otros factores. Todos estos factores pueden tener un efecto significativo en la vida útil del rodamiento. Por ejemplo, la vida útil de los rodamientos en una aplicación se extendió drásticamente al cambiar la forma en que se almacenaron los rodamientos antes de la instalación y el uso, ya que las vibraciones durante el almacenamiento causaron fallas en el lubricante incluso cuando la única carga sobre el rodamiento era su propio peso; [16] el daño resultante es a menudo un falso brote . [17] La vida útil de los rodamientos es estadística: varias muestras de un rodamiento dado suelen presentar una curva de campana.de vida útil, con algunas muestras que muestran una vida significativamente mejor o peor. La vida útil de los rodamientos varía porque la estructura microscópica y la contaminación varían mucho incluso cuando macroscópicamente parecen idénticas.
L10 vida [ editar ]
Los rodamientos a menudo se especifican para dar una vida útil "L10" (fuera de los EE. UU., Puede denominarse vida "B10"). Esta es la vida útil a la que se puede esperar que el diez por ciento de los rodamientos en esa aplicación hayan fallado debido a falla por fatiga clásica (y no cualquier otro modo de falla como falta de lubricación, montaje incorrecto, etc.) o, alternativamente, la vida útil en la que el noventa por ciento seguirá funcionando. La vida L10 del rodamiento es teórica y puede no representar la vida útil del rodamiento. Los rodamientos también se clasifican utilizando el valor C 0 (carga estática). Esta es la capacidad de carga básica como referencia y no un valor de carga real.
- Cojinetes lisos
En el caso de los cojinetes lisos, algunos materiales tienen una vida útil mucho más larga que otros. Algunos de los relojes de John Harrison todavía funcionan después de cientos de años debido a la madera de lignum vitae empleada en su construcción, mientras que sus relojes de metal rara vez funcionan debido al desgaste potencial.
- Cojinetes de flexión
Los cojinetes de flexión se basan en las propiedades elásticas de un material. Los cojinetes de flexión doblan una pieza de material repetidamente. Algunos materiales fallan después de doblarse repetidamente, incluso con cargas bajas, pero la selección cuidadosa del material y el diseño del cojinete pueden hacer que la vida útil del cojinete de flexión sea indefinida.
- Cojinetes de corta duración
Aunque a menudo es deseable una vida útil prolongada de los rodamientos, a veces no es necesaria. Harris 2001 describe un cojinete para una bomba de oxígeno con motor cohete que dio varias horas de vida, muy por encima de las varias decenas de minutos de vida necesarios. [dieciséis]
Cojinetes compuestos
Dependiendo de las especificaciones personalizadas (material de respaldo y compuestos de PTFE), los rodamientos compuestos pueden funcionar hasta 30 años sin mantenimiento.
Cojinetes oscilantes
Para los rodamientos que se utilizan en aplicaciones oscilantes , se utilizan enfoques personalizados para calcular L10. [18]
Factores externos [ editar ]
La vida útil del rodamiento se ve afectada por muchos parámetros que no están controlados por los fabricantes de rodamientos. Por ejemplo, el montaje de los rodamientos, la temperatura, la exposición al entorno externo, la limpieza del lubricante y las corrientes eléctricas a través de los rodamientos, etc. Los inversores PWM de alta frecuencia pueden inducir corrientes en un rodamiento, que pueden suprimirse mediante el uso de reactancias de ferrita .
La temperatura y el terreno de la micro-superficie determinarán la cantidad de fricción al tocar las partes sólidas.
Ciertos elementos y campos reducen la fricción al tiempo que aumentan la velocidad.
La fuerza y la movilidad ayudan a determinar la cantidad de carga que puede soportar el tipo de rodamiento.
Los factores de alineación pueden jugar un papel dañino en el desgaste, pero superados por la señalización asistida por computadora y los tipos de rodamientos que no rozan, como la levitación magnética o la presión del campo de aire.
Mantenimiento y lubricación [ editar ]
Muchos rodamientos requieren un mantenimiento periódico para evitar fallas prematuras, pero muchos otros requieren poco mantenimiento. Estos últimos incluyen varios tipos de cojinetes de polímero, fluidos y magnéticos, así como cojinetes de elementos rodantes que se describen con términos que incluyen cojinete sellado y sellado de por vida . Estos contienen sellos para mantener la suciedad fuera y la grasa adentro. Funcionan exitosamente en muchas aplicaciones, proporcionando un funcionamiento sin mantenimiento. Algunas aplicaciones no pueden utilizarlas de forma eficaz.
Los cojinetes no sellados a menudo tienen un engrasador , para lubricación periódica con una pistola de engrase , o una taza de aceite para llenado periódico con aceite. Antes de la década de 1970, los cojinetes sellados no se encontraban en la mayoría de las máquinas, y el engrase y el engrase eran una actividad más común que en la actualidad. Por ejemplo, los chasis de automóviles solían requerir "trabajos de lubricación" casi con tanta frecuencia como los cambios de aceite del motor, pero los chasis de los automóviles de hoy en día están sellados en su mayoría de por vida. Desde finales del siglo XVIII hasta mediados del siglo XX, la industria se basó en muchos trabajadores llamados engrasadores para lubricar la maquinaria con frecuencia con latas de aceite .
Máquinas de la fábrica hoy tienen generalmente sistemas de lubricación , en el que una bomba central sirve cargos periódicos de aceite o grasa de un depósito a través de líneas de lubricantes a los diversos puntos de lubricación en de la máquina superficies de apoyo , cojinetes radiales, bloques de soporte , y así sucesivamente. La sincronización y el número de dichos ciclos de lubricación se controlan mediante el control computarizado de la máquina, como PLC o CNC , así como mediante funciones de anulación manual cuando se necesitan ocasionalmente. Este proceso automatizado es la forma en que todas las máquinas herramienta CNC modernasy muchas otras máquinas de fábrica modernas están lubricadas. También se utilizan sistemas de lubricación similares en máquinas no automáticas, en cuyo caso hay una bomba manual que se supone que el operador de la máquina debe bombear una vez al día (para máquinas en uso constante) o una vez a la semana. Estos se denominan sistemas de un disparo por su principal punto de venta: un tirón de una manija para lubricar toda la máquina, en lugar de una docena de bombas de una pistola de alemita o una lata de aceite en una docena de posiciones diferentes alrededor de la máquina.
El sistema de lubricación dentro de un motor de automóvil o camión moderno es similar en concepto a los sistemas de lubricación mencionados anteriormente, excepto que el aceite se bombea continuamente. Gran parte de este aceite fluye a través de pasajes perforados o fundidos en el bloque del motor y las culatas de cilindros , escapando a través de los puertos directamente a los cojinetes y chorreando en otros lugares para proporcionar un baño de aceite. La bomba de aceite simplemente bombea constantemente, y cualquier exceso de aceite bombeado escapa continuamente a través de una válvula de alivio al cárter.
Muchos rodamientos en operaciones industriales de ciclo alto necesitan lubricación y limpieza periódicas, y muchos requieren ajustes ocasionales, como el ajuste de precarga, para minimizar los efectos del desgaste.
La vida útil de los rodamientos suele ser mucho mejor cuando se mantiene limpio y bien lubricado. Sin embargo, muchas aplicaciones dificultan un buen mantenimiento. Un ejemplo son los cojinetes del transportador de una trituradora de rocas.están expuestos continuamente a partículas abrasivas duras. La limpieza es de poca utilidad porque la limpieza es cara, pero el rodamiento se contamina de nuevo tan pronto como el transportador reanuda su funcionamiento. Por lo tanto, un buen programa de mantenimiento podría lubricar los cojinetes con frecuencia, pero no incluir ningún desmontaje para su limpieza. La lubricación frecuente, por su naturaleza, proporciona un tipo limitado de acción de limpieza, al desplazar el aceite o la grasa más viejos (llenos de arena) con una carga nueva, que a su vez recoge la arena antes de ser desplazada por el siguiente ciclo. Otro ejemplo son los cojinetes de las turbinas eólicas, que dificultan el mantenimiento ya que la góndola se coloca en el aire en zonas de viento fuerte. Además, la turbina no siempre funciona y está sujeta a diferentes comportamientos operativos en diferentes condiciones climáticas, lo que hace que la lubricación adecuada sea un desafío.[19]
Detección de fallas en la pista exterior del rodamiento del elemento rodante [ editar ]
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Los rodamientos de elementos rodantes se utilizan ampliamente en la industria actual y, por lo tanto, el mantenimiento de estos rodamientos se convierte en una tarea importante para los profesionales del mantenimiento. Los rodamientos de elementos rodantes se desgastan fácilmente debido al contacto de metal con metal, lo que crea fallas en la pista exterior, la pista interior y la bola. También es el componente más vulnerable de una máquina porque a menudo se encuentra en condiciones de alta carga y alta velocidad de funcionamiento. El diagnóstico regular de las fallas de los rodamientos de los elementos rodantes es fundamental para la seguridad industrial y el funcionamiento de las máquinas, además de reducir los costos de mantenimiento o evitar el tiempo de inactividad. Entre la pista exterior, la pista interior y la bola, la pista exterior tiende a ser más vulnerable a fallas y defectos.
Todavía hay espacio para discutir si el elemento rodante excita las frecuencias naturales del componente del rodamiento cuando pasa la falla en la pista exterior. Por lo tanto, necesitamos identificar la frecuencia natural de la pista exterior del rodamiento y sus armónicos . Las fallas de los cojinetes crean impulsos y dan como resultado fuertes armónicos de las frecuencias de falla en el espectro de señales de vibración. Estas frecuencias de falla a veces están enmascaradas por frecuencias adyacentes en los espectros debido a su poca energía. Por lo tanto, a menudo se necesita una resolución espectral muy alta para identificar estas frecuencias durante un análisis FFT . Las frecuencias naturalesde un rodamiento de elemento rodante con las condiciones de contorno libre son 3 kHz. Por lo tanto, para utilizar el método del ancho de banda de resonancia del componente del rodamiento para detectar la falla del rodamiento en una etapa inicial, se debe adoptar un acelerómetro de rango de alta frecuencia y se deben adquirir los datos obtenidos de una larga duración. Una frecuencia característica de falla solo puede identificarse cuando la extensión de la falla es severa, como la presencia de un agujero en la pista exterior. Los armónicos de la frecuencia de falla es un indicador más sensible de una falla en la pista exterior del rodamiento. Para una detección más seria de fallas de cojinetes defectuosos , las técnicas de forma de onda , espectro y envolvente ayudarán a revelar estas fallas. Sin embargo, si una alta frecuenciaLa demodulación se utiliza en el análisis de envolvente para detectar frecuencias características de falla de los rodamientos, los profesionales de mantenimiento deben ser más cuidadosos en el análisis debido a la resonancia , ya que puede contener o no componentes de frecuencia de falla.
El uso del análisis espectral como herramienta para identificar las fallas en los cojinetes enfrenta desafíos debido a problemas como baja energía, mancha de señal, ciclostacionalidad , etc. A menudo se desea alta resolución para diferenciar los componentes de frecuencia de falla de otras frecuencias adyacentes de alta amplitud. Por lo tanto, cuando se muestrea la señal para el análisis FFT , la longitud de la muestra debe ser lo suficientemente grande para dar una resolución de frecuencia adecuada en el espectro. Además, mantener el tiempo de cálculo y la memoria dentro de los límites y evitar el alias no deseadopuede ser exigente. Sin embargo, se puede obtener una resolución de frecuencia mínima requerida estimando las frecuencias de falla del rodamiento y otros componentes de frecuencia de vibración y sus armónicos debido a la velocidad del eje, desalineación, frecuencia de línea, caja de cambios, etc.
Embalaje [ editar ]
Algunos rodamientos utilizan una grasa espesa para lubricar, que se introduce en los espacios entre las superficies de los rodamientos, también conocida como empaquetadura . La grasa se mantiene en su lugar mediante una junta de plástico, cuero o goma (también llamada prensaestopas ) que cubre los bordes interior y exterior de la pista del rodamiento para evitar que se escape la grasa.
Los rodamientos también pueden estar empaquetados con otros materiales. Históricamente, las ruedas de los vagones de ferrocarril usaban cojinetes de manguito llenos de desechos o trozos sueltos de fibra de algodón o lana empapados en aceite, y luego usaban almohadillas sólidas de algodón. [20]
Engrasador de anillos [ editar ]
Los cojinetes se pueden lubricar mediante un anillo de metal que se desliza libremente sobre el eje giratorio central del cojinete. El anillo cuelga en una cámara que contiene aceite lubricante. A medida que el rodamiento gira, la adherencia viscosa atrae aceite hacia arriba del anillo y hacia el eje, donde el aceite migra hacia el rodamiento para lubricarlo. El exceso de aceite se expulsa y se acumula en la piscina nuevamente. [21]
Lubricación por salpicadura [ editar ]
Una forma rudimentaria de lubricación es la lubricación por salpicadura . Algunas máquinas contienen un charco de lubricante en el fondo, con engranajes parcialmente sumergidos en el líquido, o bielas que pueden balancearse hacia abajo en la piscina mientras funciona el dispositivo. Las ruedas giratorias arrojan aceite al aire a su alrededor, mientras que las bielas golpean la superficie del aceite, salpicándolo al azar en las superficies interiores del motor. Algunos motores pequeños de combustión interna contienen específicamente ruedas deflectoras de plástico especiales que esparcen aceite al azar alrededor del interior del mecanismo. [22]
Lubricación a presión [ editar ]
Para máquinas de alta velocidad y alta potencia, una pérdida de lubricante puede resultar en un rápido calentamiento del cojinete y daños debido a la fricción. También en ambientes sucios, el aceite puede contaminarse con polvo o escombros que aumentan la fricción. En estas aplicaciones, se puede suministrar continuamente un nuevo suministro de lubricante al rodamiento y todas las demás superficies de contacto, y el exceso se puede recolectar para filtrar, enfriar y posiblemente reutilizar. La lubricación a presión se usa comúnmente en motores de combustión interna grandes y complejos en partes del motor donde el aceite directamente salpicado no puede llegar, como en los conjuntos de válvulas superiores. [23] Los turbocompresores de alta velocidad también suelen requerir un sistema de aceite presurizado para enfriar los cojinetes y evitar que se quemen debido al calor de la turbina.
Cojinetes compuestos [ editar ]
Los cojinetes compuestos están diseñados con un revestimiento de politetrafluoroetileno (PTFE) autolubricante con un respaldo de metal laminado. El revestimiento de PTFE ofrece una fricción constante y controlada, así como durabilidad, mientras que el respaldo de metal asegura que el rodamiento compuesto sea robusto y capaz de soportar altas cargas y tensiones a lo largo de su larga vida. Su diseño también lo hace liviano, una décima parte del peso de un rodamiento de elemento rodante tradicional. [24]
Tipos [ editar ]
Hay muchos tipos diferentes de cojinetes. Se están probando versiones más nuevas de diseños más habilitantes, que reducirán la fricción, aumentarán la carga del rodamiento, aumentarán la acumulación de impulso y la velocidad.
| Tipo | Descripción | Fricción | Rigidez † | Velocidad | La vida | Notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cojinete liso | Frotar superficies, generalmente con lubricante; algunos cojinetes utilizan lubricación por bombeo y se comportan de manera similar a los cojinetes fluidos. | Depende de los materiales y la construcción, el PTFE tiene un coeficiente de fricción de ~ 0.05–0.35, dependiendo de los rellenos agregados | Bien, siempre que el desgaste sea bajo, pero normalmente hay algo de holgura | De baja a muy alta | De bajo a muy alto: depende de la aplicación y la lubricación. | Ampliamente utilizado, fricción relativamente alta, sufre de adherencia en algunas aplicaciones. Dependiendo de la aplicación, la vida útil puede ser mayor o menor que la de los rodamientos. |
| Rodamiento de elemento rodante | Se utilizan bolas o rodillos para prevenir o minimizar el roce | El coeficiente de fricción de rodadura con acero puede ser de ~ 0.005 (agregar resistencia debido a los sellos, la grasa empaquetada, la precarga y la desalineación puede aumentar la fricción hasta 0.125) | Bien, pero suele haber algo de holgura | Moderado a alto (a menudo requiere enfriamiento) | Moderado a alto (depende de la lubricación, a menudo requiere mantenimiento) | Se utiliza para cargas de momento más altas que los cojinetes lisos con menor fricción. |
| Cojinete de joya | Rodillos de cojinetes descentrados en el asiento | Bajo | Baja debido a la flexión | Bajo | Adecuado (requiere mantenimiento) | Se utiliza principalmente en trabajos de baja carga y alta precisión, como relojes. Los cojinetes joya pueden ser muy pequeños. |
| Cojinete de fluido | El fluido es forzado entre dos caras y retenido por un sello de borde | Fricción cero a velocidad cero, baja | Muy alto | Muy alto (generalmente limitado a unos pocos cientos de pies por segundo en / por sello) | Prácticamente infinito en algunas aplicaciones, puede desgastarse al inicio / apagado en algunos casos. Mantenimiento a menudo insignificante. | Puede fallar rápidamente debido a la arena, el polvo u otros contaminantes. Sin mantenimiento en uso continuo. Puede manejar cargas muy grandes con baja fricción. |
| Cojinete magnético | Las caras de los cojinetes se mantienen separadas por imanes ( electroimanes o corrientes parásitas ) | Fricción cero a velocidad cero, pero potencia constante para la levitación, las corrientes parásitas a menudo se inducen cuando se produce un movimiento, pero pueden ser insignificantes si el campo magnético es casi estático | Bajo | Sin límite práctico | Indefinido. Libre de mantenimiento. (con electroimanes ) | Los cojinetes magnéticos activos (AMB) necesitan una potencia considerable. Los cojinetes electrodinámicos (EDB) no requieren alimentación externa. |
| Cojinete de flexión | El material se flexiona para ceder y restringir el movimiento. | Muy bajo | Bajo | Muy alto. | Muy alto o bajo dependiendo de los materiales y la tensión en la aplicación. Por lo general, no requiere mantenimiento. | Rango de movimiento limitado, sin holgura, movimiento extremadamente suave |
| Cojinete compuesto | Forma de cojinete liso con revestimiento de PTFE en la interfaz entre el cojinete y el eje con un respaldo de metal laminado. PTFE actúa como lubricante. | PTFE y uso de filtros para marcar la fricción según sea necesario para el control de la fricción. | Bueno dependiendo del respaldo de metal laminado | De baja a muy alta | Muy alto; El PTFE y los rellenos garantizan la resistencia al desgaste y a la corrosión | Ampliamente utilizado, controla la fricción, reduce el deslizamiento del palillo, PTFE reduce la fricción estática |
| † La rigidez es la cantidad que varía el espacio cuando cambia la carga en el rodamiento, es distinta de la fricción del rodamiento. | ||||||
Ver también [ editar ]
- Caja de grasa
- Cojinete de bolas : tipo de cojinete de elemento rodante que utiliza bolas para mantener la separación entre las pistas del cojinete.
- Estrías de bolas : tipo de rodamiento de movimiento lineal que puede transmitir el par
- Mecánica de contacto - Estudio de la deformación de sólidos que se tocan entre sí
- Cojinete liso: el tipo de cojinete más simple, que comprende solo una superficie de apoyo y sin elementos rodantes
- Bisagra : cojinete mecánico que conecta dos objetos sólidos, por lo general solo permite un ángulo de rotación limitado entre ellos.
- Cojinete principal
- Rodamiento de agujas
- Cojinete de chumacera
- Cojinete de paso : componente que conecta una pala de turbina al cubo que permite la variación de paso
- Cojinete liso: el tipo de cojinete más simple, que comprende solo una superficie de apoyo y sin elementos rodantes
- Carrera (rodamiento) : pista en un rodamiento a lo largo del cual viajan los elementos rodantes
- Rolamite : tecnología de rodamientos de baja fricción
- Rodamiento de elementos rodantes
- Rueda de desplazamiento
- Método de pulso de choque
- Cojinete de giro: elemento de soporte giratorio para alineación direccional
- Cojinete liso esférico : un cojinete que permite una rotación angular limitada ortogonal al eje del eje
- Cojinete de rodillos esféricos: cojinete de elemento rodante que tolera la desalineación angular
- Cojinete de ranura en espiral: cojinetes hidrodinámicos que utilizan ranuras en espiral para desarrollar la presión del lubricante
Referencias [ editar ]
- ^ Merriam-Webster , "headwords" Bearing "y" bear " " , Merriam-Webster's Collegiate Dictionary, versión de suscripción en línea
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Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Rodamientos . |
- Sistema de dimensiones ISO y números de rodamientos
- Revisión completa sobre rodamientos, Universidad de Cambridge
- Un glosario de términos relacionados con los rodamientos
- Cómo funcionan los rodamientos
- Biblioteca digital de modelos cinemáticos para el diseño (KMODDL) : películas y fotos de cientos de modelos de sistemas mecánicos en funcionamiento en la Universidad de Cornell. También incluye una biblioteca de libros electrónicos de textos clásicos sobre diseño e ingeniería mecánica.
- Tipos de rodamientos, Universidad de Cambridge
