Cojinete

Un cojinete o rodamiento es un elemento de 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 actúan sobre las partes móviles. La mayoría de los cojinetes facilitan el movimiento deseado al minimizar la fricción. Los rodamientos 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 la carga hasta 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 utiliza 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 del rodamiento. 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"; siendo un cojinete un elemento de máquina que permite que una parte soporte (es decir, soporte) otra. Los cojinetes más simples son superficies de apoyo, 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 rodamientos son dispositivos separados instalados en una máquina o parte de una máquina. Los rodamientos más sofisticados para las aplicaciones más exigentes son componentes muy precisos; su fabricación requiere algunos de los más altos estándares de la tecnología actual.

Historia

La invención de los rodamientos, en forma de rodillos de madera que sostienen o soportan un objeto que se mueve, es de gran antigüedad. Puede ser anterior a la invención de una rueda que gira sobre un cojinete liso.

Aunque a menudo se afirma que los egipcios usaban rodamientos de rodillos en forma de troncos de árboles debajo de los trineos, esta es una especulación moderna. Los propios dibujos de los egipcios en la tumba de Djehutihotep muestran el proceso de mover bloques de piedra macizos en trineos utilizando corredores lubricados con líquido que constituirían cojinetes lisos. También hay dibujos egipcios de cojinetes lisos utilizados con taladros manuales.

Los vehículos con ruedas que utilizan cojinetes lisos surgieron entre el 5000 a. C. y el 3000 a. C. aproximadamente.

El primer ejemplo recuperado de un rodamiento de elementos rodantes es un rodamiento de bolas de madera que sostiene una mesa giratoria de los restos de los barcos romanos Nemi en el lago Nemi, Italia. Los naufragios datan del 40 a.

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 de rodillos y de empuje. Un problema con los rodamientos de bolas y de rodillos es que las bolas o los rodillos se frotan entre sí, lo que provoca una fricción adicional. Esto se puede reducir encerrando cada bola o rodillo individual dentro de una jaula. El rodamiento de bolas capturado o enjaulado fue descrito originalmente por Galileo en el siglo XVII.

El primer rodamiento práctico de rodillos enjaulados fue inventado a mediados de la década de 1740 por el relojero John Harrison para su cronometrador marino H3. En este reloj, el cojinete enjaulado solo se usó para un movimiento oscilante muy limitado, pero más tarde Harrison aplicó un diseño de cojinete similar con un verdadero movimiento de rotación en un reloj regulador contemporáneo.

Era industrial

La primera patente sobre rodamientos de bolas fue otorgada a Philip Vaughan, un inventor británico y maestro del hierro 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.

Los rodamientos desempeñaron un papel fundamental en la naciente Revolución Industrial, lo que permitió que la nueva maquinaria industrial funcionara de manera eficiente. Por ejemplo, se utilizaron para sostener conjuntos de ruedas y ejes para reducir en gran medida la fricción en comparación con los diseños anteriores sin rodamientos.

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, como cerámica, zafiro, vidrio, acero, bronce y otros metales. Más recientemente, también se utilizan hoy en día cojinetes de plástico hechos de nailon, polioximetileno, politetrafluoroetileno y UHMWPE, entre otros materiales.

Los relojeros producen relojes "joyados" utilizando cojinetes lisos de zafiro para reducir la fricción, lo que permite un cronometraje más preciso.

Incluso los materiales básicos pueden tener una durabilidad impresionante. Los cojinetes de madera, por ejemplo, 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 de un cojinete de bolas de estilo radial se otorgó a Jules Suriray, un mecánico de bicicletas parisino, el 3 de agosto de 1869. Los cojinetes se instalaron luego en la bicicleta ganadora montada por James Moore en la primera carrera de bicicletas en carretera del mundo, París-Rouen, en noviembre de 1869.

En 1883, Friedrich Fischer, fundador de FAG, desarrolló un método para moler y moler bolas del mismo tamaño y redondez exacta por medio de una máquina de producción adecuada, que sentó las bases para la creación de una industria independiente de rodamientos. Su ciudad natal, Schweinfurt, se convirtió más tarde en un centro líder mundial en la producción de rodamientos de bolas.

El diseño moderno y autoalineable de los rodamientos de bolas se atribuye a Sven Wingquist, del fabricante de rodamientos de bolas SKF, en 1907, cuando se le otorgó la patente sueca n.º 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 rodamientos de acero especiales y una variedad de productos y servicios relacionados.

Erich Franke inventó y patentó el rodamiento de carrera de alambre en 1934. Su atención se centró en un diseño de rodamiento con una sección transversal lo más pequeña posible y que pudiera integrarse en el diseño de la carcasa. 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 bolas.

La extensa investigación de Richard Stribeck sobre aceros para cojinetes de bolas identificó la metalurgia del 100Cr6 (AISI 52100) de uso común, mostrando el coeficiente de fricción en función de la presión.

Diseñado en 1968 y luego patentado en 1972, el cofundador de Bishop-Wisecarver, Bud Wisecarver, creó ruedas guía con cojinetes de ranura en V, un tipo de cojinete de movimiento lineal que consta de un ángulo en V externo e interno de 90 grados.

A principios de la década de 1980, el fundador de Pacific Bearing, Robert Schroeder, inventó el primer cojinete bimaterial intercambiable con cojinetes lineales de bolas. Este rodamiento tenía una carcasa de metal (aluminio, acero o acero inoxidable) y una capa de material a base de teflón conectada por una fina capa adhesiva.

Los rodamientos de bolas y de rodillos de hoy en día se utilizan en muchas aplicaciones que incluyen un componente giratorio. Los ejemplos incluyen cojinetes de ultra alta velocidad en taladros dentales, cojinetes aeroespaciales en Mars Rover, cojinetes de ruedas y cajas de engranajes en automóviles, cojinetes de flexión en sistemas de alineación óptica y cojinetes de aire utilizados en máquinas de medición por coordenadas.

Común

Con mucho, el cojinete más común es el cojinete liso, un cojinete que usa 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 agujero 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 soporte fusionada con el sustrato (semi-discreto) o en forma de un manguito separable (discreto). Con la lubricación adecuada, los cojinetes lisos a menudo brindan una precisión, vida útil y fricción completamente aceptables a un costo mínimo. Por lo tanto, son muy utilizados.

Sin embargo, existen muchas aplicaciones en las que un rodamiento más adecuado puede mejorar la eficiencia, la precisión, los intervalos de servicio, la confiabilidad, la velocidad de operación, el tamaño, el peso y los costos de compra y operación de la maquinaria.

Por lo tanto, hay muchos tipos de cojinetes, con diferentes formas, materiales, lubricación, principio de funcionamiento, etc.

Tipos

Hay al menos 6 tipos comunes de rodamientos, cada uno de los cuales funciona según un principio diferente:

• Cojinete liso, que consiste en un eje que gira en un agujero. Hay varios estilos específicos: buje, cojinete liso, cojinete de manguito, cojinete de rifle, cojinete compuesto;
• Cojinetes de elementos rodantes, cuyo rendimiento no depende de evitar o reducir el rozamiento entre dos superficies, sino que emplean un principio diferente para lograr un rozamiento externo bajo: el movimiento de rodadura de un elemento intermedio entre las superficies que soporta la carga axial o radial. Clasificado como:
  • Cojinete de bolas, en el que los elementos rodantes son bolas esféricas;
  • Cojinete de rodillos, en el que los elementos rodantes son rodillos cilíndricos, rodillos cónicos lineales (cónicos) o rodillos con un cono curvo (los llamados rodillos esféricos);
• Cojinete de joya, un cojinete liso en el que una de las superficies de apoyo está hecha de un material de joya vítreo ultraduro como el zafiro para reducir la fricción y el desgaste;
• Cojinete 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 soportado por un elemento de carga que se dobla.

Las características notables de cada uno de estos tipos de rodamientos se resumen en la siguiente tabla.

Escribe	Descripción	Fricción	Rigidez	Velocidad	Vida	notas
cojinete liso	Frotar superficies, generalmente con lubricante; algunos cojinetes usan 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 a 0,35, según los rellenos agregados	Bueno, siempre que el desgaste sea bajo, pero normalmente hay algo de holgura	Bajo a muy alto	Baja a muy alta: depende de la aplicación y la lubricación	Ampliamente utilizado, fricción relativamente alta, sufre fricción estática en algunas aplicaciones. Dependiendo de la aplicación, la vida útil puede ser mayor o menor que la de los rodamientos.
Cojinete de elementos rodantes	La bola o los rodillos entran en contacto con superficies giratorias y estacionarias que giran en lugar de frotarse	El coeficiente de fricción de rodadura con el acero puede ser ≈0,005 (agregar resistencia debido a los sellos, la grasa empacada, la precarga y la desalineación puede aumentar la fricción hasta 0,125)	Bueno, 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 los asientos	Bajo	Bajo debido a la flexión	Bajo	Adecuado (requiere mantenimiento)	Se utiliza principalmente en trabajos de baja carga y alta precisión, como relojes. Los cojinetes de joyas pueden ser muy pequeños.
Cojinete fluido	El fluido es forzado entre dos caras y retenido por el sello del borde	Fricción cero a velocidad cero, baja	Muy alto	Muy alto (generalmente limitado a unos pocos cientos de pies por segundo en/por el sello)	Prácticamente infinito en algunas aplicaciones, puede desgastarse al encenderse o apagarse en algunos casos. Mantenimiento a menudo insignificante.	Puede fallar rápidamente debido a la arena, el polvo u otros contaminantes. Libre de mantenimiento en uso continuo. Puede manejar cargas muy grandes con baja fricción.
Cojinete magnético	Las caras del rodamiento se mantienen separadas por imanes (electroimanes o corrientes de Foucault)	Fricción cero a velocidad cero, pero potencia constante para la levitación, las corrientes de Foucault a menudo se inducen cuando se produce el 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 rodamientos electrodinámicos (EDB) no requieren alimentación externa.
Cojinete de flexión	El material se flexiona para dar y restringir el movimiento.	Muy bajo	Bajo	Muy alto.	Muy alto o bajo dependiendo de los materiales y la tensión en la aplicación. Generalmente libre de mantenimiento.	Rango de movimiento limitado, sin contragolpe, movimiento extremadamente suave
Rodamiento compuesto	Forma de cojinete liso con revestimiento de PTFE en la interfaz entre el cojinete y el eje con un respaldo de metal laminado. El 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	Bajo a muy alto	Muy alto; El PTFE y los rellenos garantizan la resistencia al desgaste y la corrosión.	Ampliamente utilizado, controla la fricción, reduce el stick slip, el PTFE reduce la fricción estática
La rigidez es la cantidad que varía el espacio cuando cambia la carga en el cojinete, es distinta de la fricción del cojinete.

Mociones

Los movimientos comunes permitidos por los rodamientos 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

La reducción de la fricción en los cojinetes suele ser importante para la eficiencia, para reducir el desgaste y para facilitar el uso prolongado a altas velocidades y para evitar el sobrecalentamiento y la falla prematura del cojinete. Esencialmente, un rodamiento puede reducir la fricción en virtud de su forma, de su material, o introduciendo y conteniendo un fluido entre superficies o separando las superficies con un campo electromagnético.

• Por forma, gana ventaja generalmente al usar esferas o rodillos, o al formar cojinetes de flexión.
• Por material, se aprovecha la naturaleza del material de apoyo utilizado. (Un ejemplo sería el uso de plásticos que tienen baja fricción en la superficie).
• Por fluido, se aprovecha la baja viscosidad de una capa de fluido, como 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, que reducen la fricción por su forma y acabado.

Cargas

El diseño de los rodamientos varía según el tamaño y las direcciones 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

Los diferentes tipos de rodamientos tienen diferentes límites de velocidad de funcionamiento. La velocidad generalmente se especifica como velocidades superficiales relativas máximas, a menudo especificadas en pies/s o m/s. Los rodamientos de rotación suelen describir el rendimiento en términos del producto DN, donde D es el diámetro medio (a menudo en mm) del rodamiento y N es la velocidad de rotación en revoluciones por minuto.

En general, existe una considerable superposición de rangos de velocidad entre los tipos de rodamientos. Los cojinetes lisos generalmente manejan solo velocidades más bajas, los cojinetes de elementos rodantes son más rápidos, seguidos por los cojinetes de fluidos y finalmente los cojinetes magnéticos que están limitados en última instancia por la fuerza centrípeta que supera la resistencia del material.

Tocar

Algunas aplicaciones aplican cargas de apoyo 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 "juegos" en el cojinete. 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. Como ejemplo, una rueda de carretilla soporta cargas radiales y axiales. Las cargas axiales pueden tener cientos de newtons de fuerza hacia la izquierda o hacia la derecha, y normalmente es aceptable que la rueda se tambalee hasta 10 mm bajo la carga variable. Por el contrario, un torno puede posicionar una herramienta de corte a ±0,002 mm utilizando un husillo de bolas sostenido por cojinetes giratorios. Los rodamientos 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

Una segunda fuente de movimiento es la elasticidad del rodamiento mismo. Por ejemplo, las bolas en un cojinete de bolas son como caucho rígido y bajo carga se deforman de redondas a una forma ligeramente aplanada. La pista también es elástica y desarrolla una ligera abolladura donde la pelota la presiona.

La rigidez de un rodamiento es cómo la distancia entre las partes que están separadas por el rodamiento varía con la carga aplicada. Con los rodamientos de elementos rodantes, esto se debe a la tensión de la bola y la carrera. Con los cojinetes de fluidos, se debe a cómo varía la presión del fluido con el espacio (cuando se cargan correctamente, los cojinetes de fluidos suelen ser más rígidos que los cojinetes de elementos rodantes).

Vida de servicio

Cojinetes de fluidos y magnéticos

Los rodamientos fluidos y magnéticos pueden tener una vida útil prácticamente indefinida. En la práctica, existen cojinetes de fluido que soportan cargas elevadas en plantas hidroeléctricas que han estado en servicio casi continuo desde alrededor de 1900 y que no muestran signos de desgaste.Cojinetes de elementos rodantes

La vida útil de los cojinetes de los elementos rodantes está determinada por la carga, la temperatura, el mantenimiento, la lubricación, los defectos del material, 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; el daño resultante es a menudo falso efecto Brinell. La vida útil del rodamiento es estadística: varias muestras de un rodamiento dado a menudo exhibirán una curva de campana de vida útil, y algunas muestras mostrarán 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

Los rodamientos a menudo se especifican para dar una vida "L10" (fuera de los EE. UU., se puede denominar vida "B10"). Esta es la vida en 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 cojinete es la vida teórica y puede no representar la vida útil del cojinete. Los rodamientos también se clasifican utilizando el valor C ₀ (carga estática). Esta es la clasificación de carga básica como referencia, y no un valor de carga real.Cojinetes lisos

Para los cojinetes lisos, algunos materiales dan una vida 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 posible desgaste.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 la flexión repetida, incluso con cargas bajas, pero la selección cuidadosa del material y el diseño de los cojinetes pueden hacer que la vida útil de los cojinetes de flexión sea indefinida.Cojinetes de corta vida

Aunque a menudo es deseable una larga vida útil de los rodamientos, a veces no es necesaria. Harris 2001 describe un cojinete para una bomba de oxígeno de motor cohete que dio varias horas de vida útil, muy por encima de las varias decenas de minutos de vida necesarias.

Rodamientos compuestos

Según las especificaciones personalizadas (material de respaldo y compuestos de PTFE), los cojinetes compuestos pueden funcionar hasta 30 años sin mantenimiento.

Cojinetes oscilantes

Para rodamientos que se utilizan en aplicaciones oscilantes, se utilizan enfoques personalizados para calcular L10.

Factores externos

La vida útil del rodamiento se ve afectada por muchos parámetros que no controlan los fabricantes de rodamientos. Por ejemplo, el montaje de los cojinetes, la temperatura, la exposición al entorno externo, la limpieza del lubricante y las corrientes eléctricas a través de los cojinetes, etc. Los inversores PWM de alta frecuencia pueden inducir corrientes en un cojinete, que pueden suprimirse mediante el uso de estranguladores de ferrita.

La temperatura y el terreno de la microsuperficie determinarán la cantidad de fricción al tocar las partes sólidas.

Ciertos elementos y campos reducen la fricción mientras aumentan las velocidades.

La fuerza y ​​la movilidad ayudan a determinar la cantidad de carga que puede soportar el tipo de rodamiento.

Los factores de alineación pueden desempeñar un papel perjudicial en el desgaste, pero se ven superados por la señalización de ayuda informática y los tipos de cojinetes que no rozan, como la levitación magnética o la presión del campo de aire.

Montaje

Existen muchos métodos de montaje de rodamientos, que generalmente involucran un ajuste de interferencia. Al ajustar a presión o ajustar por contracción un rodamiento en un orificio o en un eje, es importante mantener el diámetro interior del alojamiento y el diámetro exterior del eje dentro de límites muy estrechos, lo que puede implicar una o más operaciones de escariado, varias operaciones de refrentado y taladrado, roscado, y operaciones de enhebrado. Alternativamente, también se puede lograr un ajuste de interferencia con la adición de un anillo de tolerancia.

Mantenimiento y lubricación

Muchos rodamientos requieren 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 afuera y la grasa adentro. Funcionan exitosamente en muchas aplicaciones, brindando una operación libre de mantenimiento. Algunas aplicaciones no pueden usarlos de manera efectiva.

Los cojinetes no sellados a menudo tienen una grasera, para la lubricación periódica con una pistola de engrase, o una copa de aceite para el llenado periódico de aceite. Antes de la década de 1970, no se encontraban cojinetes sellados 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 los automóviles solían requerir "trabajos de lubricación" casi tan a menudo como los cambios de aceite del motor, pero los chasis de los automóviles de hoy en día en su mayoría están sellados de por vida. Desde finales de 1700 hasta mediados de 1900, la industria dependía de muchos trabajadores llamados engrasadores para lubricar la maquinaria con frecuencia con latas de aceite.

Hoy en día, las máquinas de fábrica suelen tener sistemas de lubricación, en los que una bomba central suministra cargas periódicas de aceite o grasa desde un depósito a través de líneas de lubricación hasta los diversos puntos de lubricación en las superficies de los cojinetes de la máquina, las chumaceras, las chumaceras, etc. La sincronización y el número de tales ciclos de lubricaciónestá controlado por el control computarizado de la máquina, como PLC o CNC, así como por funciones de anulación manual cuando se necesita ocasionalmente. Este proceso automatizado es la forma en que se lubrican todas las máquinas herramienta CNC modernas y muchas otras máquinas de fábrica modernas. También se utilizan sistemas de lubricación similares en máquinas no automatizadas, 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 solo 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 alemite o una lata de aceite en una docena de posiciones diferentes alrededor de la máquina.

El sistema de lubricación dentro de un motor moderno de automóvil o camión 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 los 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 hacia el sumidero.

Muchos rodamientos en operaciones industriales de alto ciclo necesitan lubricación y limpieza periódicas, y muchos requieren un ajuste ocasional, como un ajuste de precarga, para minimizar los efectos del desgaste.

La vida útil del rodamiento suele ser mucho mejor cuando se mantiene limpio y bien lubricado. Sin embargo, muchas aplicaciones dificultan un buen mantenimiento. Un ejemplo son los rodamientos en el transportador de una trituradora de rocas que están continuamente expuestos a partículas abrasivas duras. La limpieza es de poca utilidad porque la limpieza es costosa y, sin embargo, el rodamiento se contamina nuevamente tan pronto como el transportador reanuda la operación. Por lo tanto, un buen programa de mantenimiento podría lubricar los cojinetes con frecuencia pero no incluir ningún desmontaje para la limpieza. La lubricación frecuente, por su naturaleza, proporciona un tipo limitado de acción de limpieza, al desplazar el aceite o la grasa más antiguos (llenos de arena) con una carga nueva, que a su vez acumula arena antes de ser desplazada por el siguiente ciclo. Otro ejemplo son los cojinetes de las turbinas eólicas, lo que dificulta el mantenimiento ya que la góndola se coloca muy arriba en el aire en áreas de viento fuerte. Además, la turbina no siempre funciona y está sujeta a un comportamiento operativo diferente en diferentes condiciones climáticas, lo que hace que la lubricación adecuada sea un desafío.

Embalaje

Algunos rodamientos utilizan una grasa espesa para la lubricación, que se introduce en los espacios entre las superficies de los rodamientos, también conocidos como empaquetaduras. 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 la grasa se escape.

Los rodamientos también se pueden empaquetar con otros materiales. Históricamente, las ruedas de los vagones de ferrocarril usaban cojinetes de manguito llenos de desechos o trozos sueltos de algodón o fibra de lana empapados en aceite, y luego usaban almohadillas sólidas de algodón.

Engrasador de anillos

Los rodamientos se pueden lubricar con un anillo de metal que se desplaza libremente sobre el eje giratorio central del rodamiento. El anillo cuelga dentro de una cámara que contiene aceite lubricante. A medida que el cojinete gira, la adhesión viscosa sube el aceite por el anillo y lo deposita en el eje, donde el aceite migra al cojinete para lubricarlo. El exceso de aceite se expulsa y vuelve a acumularse en la piscina.

Lubricación por salpicadura

Una forma rudimentaria de lubricación es la lubricación por salpicadura. Algunas máquinas contienen una piscina de lubricante en la parte inferior, con engranajes parcialmente sumergidos en el líquido o bielas que pueden girar 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 y lo salpican al azar en las superficies interiores del motor. Algunos motores de combustión interna pequeños contienen específicamente ruedas deflectoras de plástico especiales que esparcen aceite al azar alrededor del interior del mecanismo.

Lubricación a presión

Para máquinas de alta velocidad y alta potencia, la pérdida de lubricante puede resultar en un rápido calentamiento de los rodamientos y daños debido a la fricción. También en ambientes sucios, el aceite puede contaminarse con polvo o desechos que aumentan la fricción. En estas aplicaciones, se puede suministrar continuamente un nuevo suministro de lubricante al rodamiento y a todas las demás superficies de contacto, y el exceso se puede recolectar para filtrarlo, enfriarlo y posiblemente reutilizarlo. La lubricación a presión se usa comúnmente en motores de combustión interna grandes y complejos en partes del motor donde el aceite salpicado directamente no puede llegar, como en los conjuntos de válvulas superiores. 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.

Rodamientos compuestos

Los cojinetes compuestos están diseñados con un revestimiento de politetrafluoretileno (PTFE) autolubricante con un respaldo de metal laminado. El revestimiento de PTFE ofrece una fricción constante y controlada, además de durabilidad, mientras que el respaldo de metal garantiza que el cojinete compuesto sea robusto y capaz de soportar altas cargas y tensiones durante su larga vida útil. Su diseño también lo hace liviano: una décima parte del peso de un rodamiento tradicional.

Detección de fallas en la pista exterior del cojinete de elementos rodantes

Los rodamientos de elementos rodantes se utilizan ampliamente en las industrias actuales y, por lo tanto, el mantenimiento de estos rodamientos se convierte en una tarea importante para los profesionales de mantenimiento. Los cojinetes 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 bajo condiciones de alta carga y alta velocidad de funcionamiento. El diagnóstico regular de las fallas de los rodamientos es fundamental para la seguridad industrial y las operaciones de las máquinas, además de reducir los costos de mantenimiento o evitar el tiempo de parada. 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 la discusión sobre si el elemento rodante excita las frecuencias naturales del componente del rodamiento cuando pasa por 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 quedan 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 naturales de un cojinete 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 datos obtenidos durante un período prolongado. Una frecuencia característica de falla solo se puede identificar cuando la extensión de la falla es severa, como la presencia de un agujero en la pista exterior. Los armónicos de la frecuencia de la falla son un indicador más sensible de una falla en la pista exterior del rodamiento. Para una detección más seria de fallas en rodamientos defectuosos, las técnicas de forma de onda, espectro y envolvente ayudarán a revelar estas fallas. Sin embargo, si se utiliza una demodulación de alta frecuencia en el análisis de la envolvente para detectar las frecuencias características de las fallas de los rodamientos, los profesionales de mantenimiento deben ser más cuidadosos en el análisis debido a la resonancia.

El uso del análisis espectral como herramienta para identificar las fallas en los rodamientos enfrenta desafíos debido a problemas como baja energía, borrosidad de la señal, cicloestacionariedad, etc. A menudo se desea una alta resolución para diferenciar los componentes de frecuencia de falla de otras frecuencias adyacentes de gran amplitud. Por lo tanto, cuando se muestrea la señal para el análisis FFT, la longitud de la muestra debe ser lo suficientemente grande para brindar una resolución de frecuencia adecuada en el espectro. Además, puede ser exigente mantener el tiempo de cálculo y la memoria dentro de los límites y evitar el alias no deseado. Sin embargo, se puede obtener una resolución de frecuencia mínima requerida al estimar las frecuencias de falla del cojinete y otros componentes de frecuencia de vibración y sus armónicos debido a la velocidad del eje, desalineación, frecuencia de línea, caja de engranajes, etc.