Conceptos básicos de fricción de rodamientos: un cebador

- Dec 31, 2019-

Conceptos básicos de fricción de rodamientos: una imprimación

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Rodamientos de rodillos americanos
Editado por Mike Santora

Los rodamientos de elementos rodantes, como los rodamientos de bolas y los rodamientos de rodillos, se usan principalmente en equipos porque soportan las cargas inherentes a la función de la máquina a un nivel de fricción mucho más bajo que los rodamientos de película de aceite como el bronce o Babbitt. Esto reduce la potencia requerida para conducir el equipo, disminuyendo el costo inicial del motor principal y la energía para operarlo.

Si bien a veces se hace referencia genéricamente a los rodamientos "antifricción", hay una pequeña cantidad de fricción o resistencia a la rotación en cada rodamiento de bolas y rodillos. Las fuentes de esta fricción son: ligera deformación de los elementos rodantes y pistas de rodadura bajo carga, fricción deslizante de los elementos rodantes contra la jaula y las superficies de guía. Los diferentes tipos de rodamientos, debido a sus diseños internos, dan como resultado cantidades ligeramente diferentes de fricción interna.

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Lubricación

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En esta imagen vemos un American Roller BearingsTS. Es un rodamiento de rodillos cónicos de una hilera con un diseño de jaula tipo pasador.

Un contribuyente a la fricción interna del rodamiento es el lubricante, la grasa o el aceite que se empuja continuamente a un lado a medida que los elementos rodantes circulan por las pistas de rodadura. Un lubricante adecuado reducirá la fricción entre las superficies deslizantes internas de los componentes de los rodamientos y reducirá o evitará el contacto de metal a metal de los elementos rodantes con sus pistas de rodadura. La lubricación adecuada reduce el desgaste y evita la corrosión, asegurando una larga vida útil de los rodamientos.

La lubricación, especialmente el aceite circulante, también eliminará el calor del rodamiento. Hay dos tipos básicos de lubricantes para rodamientos disponibles: aceite y grasa. El primero es bastante simple de entender como un líquido que fluye libremente, mientras que el segundo es un poco más complejo. Para ser un lubricante, todas las grasas tienen aceite que se retiene en una base espesa. Esta base da la impresión de que la grasa es un tipo de aceite más viscoso; sin embargo, es el aceite en la grasa el que lubrica realmente. Cada tipo de lubricante tiene sus propias ventajas y desventajas y se selecciona en función de la naturaleza de la aplicación.

Cada fabricante de un lubricante puede suministrar una hoja de especificaciones para cada uno de sus productos, y cada hoja tendrá una lista de aproximadamente 20 propiedades y valores relacionados con el lubricante. La propiedad más importante de cualquier lubricante para rodamientos de elementos rodantes es la viscosidad del aceite. Si la hoja de especificaciones es para un aceite, los valores de viscosidad serán para el aceite. Si se trata de una grasa, debe referirse a "Viscosidad del aceite base" u otro término similar, según el fabricante. Por lo general, cuatro valores de viscosidad se muestran de la siguiente manera:

cSt @ 40 ° C (104 ° F) unidades SI
cSt @ 100 ° C (212 ° F) unidades SI
SUS @ 100 ° F (38 ° C) Unidades imperiales
SUS @ 210 ° F (99 ° C) Unidades imperiales

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Aquí, vemos un rodamiento de rodillos esféricos de dos filas.

Es importante seleccionar un lubricante que proporcione una viscosidad mínima aceptable a la temperatura de funcionamiento del rodamiento, que generalmente estará entre las temperaturas de referencia más bajas y más altas que se muestran arriba. Típicamente, los números de viscosidad del aceite disminuyen rápidamente al aumentar la temperatura. A menudo, la experiencia previa con una máquina similar existente indicará un lubricante aceptable. Las pruebas internas de un prototipo o la primera máquina pueden indicar temperaturas de funcionamiento. La mayoría de las máquinas usan un lubricante seleccionado para satisfacer la demanda más severa de un componente en la máquina, como un cojinete, un engranaje, etc.

Los coeficientes de fricción para los distintos tipos de rodamientos se basan en un valor de referencia de viscosidad del lubricante de 20 cSt / 100SUS a la temperatura de funcionamiento del rodamiento. Los coeficientes de fricción para diferentes tipos de rodamientos se muestran en la Tabla I.

Si se requiere un cálculo más preciso de la fricción del rodamiento teniendo en cuenta los efectos de la velocidad y la lubricación para una aplicación, se debe contactar al fabricante. Más importante para el diseñador del equipo que la fuerza de fricción es la cantidad de par de fricción que debe superarse. Este parámetro se puede calcular fácilmente usando la fórmula a continuación:

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dónde:
P = carga equivalente en el rodamiento
μ = coeficiente de fricción
dm = diámetro de paso del rodamiento

Por último, la cantidad de energía consumida por la fricción de los rodamientos se puede calcular fácilmente utilizando la fórmula SI o Imperial adecuada, conociendo el par de resistencia y las RPM.

Factores de frecuencia de vibración

Cada vez más fabricantes y usuarios finales utilizan el análisis vibracional para monitorear el funcionamiento de sus equipos para detectar la aparición de fallas en los componentes. Los principales sospechosos son rodamientos y engranajes, dos componentes que están sujetos a los mayores esfuerzos en funcionamiento. Sin embargo, otros componentes de la máquina sometidos a tensiones cíclicas también pueden deteriorarse y eventualmente fallar. A menudo hay una ventana de oportunidad entre el deterioro y la falla completa cuando el componente de la máquina anunciará su condición por un mayor nivel de vibración o ruido. Un aumento en el nivel de vibración puede afectar la calidad del producto producido, pero el mayor valor del monitoreo vibratorio es la advertencia temprana de una falla inminente. Esto permite a los operadores de la planta programar un tiempo de apagado conveniente y trabajadores de mantenimiento para planificar eficientemente el procedimiento de extracción y reemplazo. Otra ventaja de tener conocimiento previo de la falla inminente del componente es poder eliminar el componente antes de la falla total, evitando así que partes del componente fallado entren y dañen otros componentes.

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Las fuentes de fricción de los rodamientos son: ligeras deformaciones de los elementos rodantes y pistas de rodadura bajo carga, fricción deslizante de los elementos rodantes contra la jaula y las superficies de guía. En esta imagen, vemos una vista en despiece de un rodamiento TDI y su diseño de jaula tipo pasador de dos hileras, doble cono, rodillo cónico.

Un rodamiento, como un engranaje u otro componente de la máquina, puede generar previsiblemente un impulso cuya frecuencia está directamente relacionada con las RPM de entrada de la máquina. Cuando el espectro de un monitoreo de vibración indica una amplitud superior a la normal a una frecuencia determinada, el análisis procede a hacer coincidir esta frecuencia con el componente de la máquina que podría producir esta frecuencia, identificando así la causa y eliminando otros componentes de la consideración.

Cada rodamiento típico tiene cuatro componentes principales y, si está dañado, puede producir un impulso a diferentes frecuencias proporcionales a las RPM de funcionamiento del rodamiento. Estos componentes de los rodamientos son: jaula, pista exterior, pista interior y elementos rodantes. Cuando se multiplica por las RPM del rodamiento, cada factor indicaría la frecuencia esperada o el armónico que se recogería mediante análisis vibracional. Esto supone que se puede producir un defecto en cada componente del rodamiento, lo que podría ser el comienzo de una rotura por fatiga, daño por abolladura de la pieza de otro componente o algún otro tipo de desgaste o daño. Los cuatro factores de frecuencia fundamentales son:
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Los fabricantes y usuarios de equipos deben conocer las frecuencias fundamentales que cada componente de la máquina puede producir y mantener archivados todos estos valores con fines de referencia.

El Factor de jaula, Fcage, está relacionado con el número de revoluciones que hace la jaula en comparación con la carrera interna de un rodamiento radial y la carrera giratoria de un rodamiento de empuje. Para los rodamientos axiales de 90 grados, es de .500, mientras que para la mayoría de los rodamientos radiales es ligeramente inferior a .500. Un valor típico podría ser .410, y lo que esto significa es que la jaula hará 41 revoluciones por cada cien que haga la raza interior.

La carrera interna y los factores de la carrera externa se relacionan con la frecuencia con la que un rodillo pasa sobre un defecto, como una pequeña hendidura en la trayectoria del rodillo. Con una carrera interior giratoria, el valor de la carrera Finner siempre es mayor que la carrera de la Cuarta. El factor del elemento rodante, Froller o Fball, se relaciona con las RPM del elemento y el defecto en contacto con la carrera interior y la carrera exterior durante cada revolución.

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