Cojinete (mecánico)

Rodamiento de bolas

Un cojinete 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 bien, 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 sujetan componentes giratorios, como ejes o ejes, dentro de sistemas mecánicos y transfieren cargas axiales y radiales desde el origen 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. Los lubricantes vienen en diferentes formas, incluidos líquidos, sólidos y gases. La elección del lubricante depende de la aplicación específica y de factores como la temperatura, la carga y la velocidad. En los rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos, para reducir la fricción por deslizamiento, se colocan elementos rodantes como rodillos o bolas de sección circular entre las pistas o muñones del rodamiento. asamblea. 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 "cojinete" se deriva del verbo "to bear"; un cojinete es 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

Rodamiento de rodillos ajustados

Dibujo de Leonardo da Vinci (1452–1519) Estudio de un rodamiento de bolas

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 egipcios' Los propios dibujos 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 se otorgó a Philip Vaughan, un inventor y maestro del hierro británico 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 jugaron un papel fundamental en la incipiente Revolución Industrial, lo que permitió que la nueva maquinaria industrial funcionara de manera eficiente. Por ejemplo, se usaron 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 "joyería" relojes que utilizan 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.

Rodamiento de rodillos cónicos Timken temprano con rodillos grabados

La primera patente de un rodamiento de bolas de estilo radial se otorgó a Jules Suriray, un mecánico de bicicletas parisino, el 3 de agosto de 1869. Los rodamientos se instalaron luego en la bicicleta ganadora montada por James Moore en la primera bicicleta del mundo. carrera en ruta, 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 con una redondez exacta por medio de una máquina de producción adecuada, lo que sentó las bases para la creación de una industria de rodamientos independiente. Su ciudad natal, Schweinfurt, se convirtió más tarde en un centro líder mundial en la producción de rodamientos de bolas.

Wingquist patente original de rodamientos de bolas autoalineables

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. 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 carreras de alambre.

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

Diseñadas en 1968 y luego patentadas en 1972, el cofundador de Bishop-Wisecarver, Bud Wisecarver, creó las 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 liso de dos materiales 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 diferencia, 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

Animación de cojinete de bolas (figura ideal sin jaula). El anillo interior gira y el anillo exterior es estacionario.

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

• Rodamiento de la cola, que consiste en un eje giratorio en un agujero. Hay varios estilos específicos: buje, cojinete de revistas, cojinete de mangas, cojinete de rifles, cojinete compuesto;
• Rodamientos de elevación, cuyo rendimiento no depende de evitar o reducir la fricción entre dos superficies, sino emplear un principio diferente para lograr una baja fricción externa: el movimiento de rodadura de un elemento intermedio entre las superficies que llevan la carga axial o radial. Clasificado como cualquiera:
  • Rodamiento de bolas, en el que los elementos rodantes son bolas esféricas;
  • Rodamiento de rodillos, en los que los elementos de rodadura son rodillos cilíndricos, rodillos de cinta lineal (conicales) o rodillos con un tapiz curvado (los denominados rodillos esféricos);
• Cojinete de joyas, un cojinete plano en el que una de las superficies de cojinete está hecha de un material de vidrio ultra duro como 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 aéreo);
• Rodamiento magnético, en el que la carga es soportada por un campo magnético;
• Rodamiento de flexibilidad, en el que el movimiento es apoyado 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.

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, bola y enchufe;
• movimiento de bisagra, por ejemplo puerta, codo, rodilla.

Fricción

Reducir la fricción en los cojinetes suele ser 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 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 utilizando esferas o rodillos, o formando rodamientos de flexión.
• Por material, explota la naturaleza del material de rodamiento utilizado. (Un ejemplo sería el uso de plásticos que tienen baja fricción superficial.)
• Por fluido, explota 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, explota campos electromagnéticos, como campos magnéticos, para evitar que se toquen partes sólidas.
• Presión aérea explota la presión del aire para evitar que las partes sólidas se toquen.

Incluso se pueden emplear 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

Diferentes tipos de rodamientos tienen diferentes límites de velocidad de operación. 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 el velocidad de rotación en revoluciones por minuto.

Por lo 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.

Jugar

Algunas aplicaciones aplican cargas de apoyo desde diferentes direcciones y aceptan solo juego limitado o "inclinación" a medida que cambia la carga aplicada. Una fuente de movimiento son los espacios o "play" 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 una fuerza de cientos de newtons hacia la izquierda o hacia la derecha y, por lo general, 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 útil

Rodamientos 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.

Rodamientos de elementos de rodamiento

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 un efecto Brinell falso. 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 se especifican a menudo para dar un "L10" (EE. UU.) o "B10" (en otros lugares), la duración por la cual se puede esperar que el diez por ciento de los rodamientos en esa aplicación hayan fallado debido a una falla por fatiga clásica (y no a ningún otro modo de falla, como falta de lubricación, montaje incorrecto, etc.), o, alternativamente, la duración en la que el noventa por ciento seguirá funcionando. La vida útil L10/B10 del rodamiento es teórica y puede no representar la vida útil del rodamiento. Los rodamientos también se clasifican utilizando el valor C₀ (carga estática). Esta es la clasificación de carga básica como referencia, y no un valor de carga real.

Rodamientos planos

Para los cojinetes lisos, algunos materiales brindan una vida útil mucho más prolongada 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.

Rodamientos de flexibilidad

Los cojinetes de flexión dependen de 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.

Rodamientos de corta duración

Aunque a menudo se desea una larga vida útil de los rodamientos, a veces no es necesario. Harris 2001 describe un cojinete para una bomba de oxígeno con motor de cohete que dio varias horas de vida, mucho más de las varias decenas de minutos necesarias.

Cojinetes 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 los rodamientos que se utilizan en aplicaciones oscilantes, se utilizan enfoques personalizados para calcular L10/B10.

Factores externos

La vida útil del rodamiento se ve afectada por muchos factores que los fabricantes de rodamientos no controlan. 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. Los inversores PWM de alta frecuencia pueden inducir corrientes eléctricas en un rodamiento, 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 asistida por computadora 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 operaciones de taladrado, roscado y roscado. 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 rodamientos 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, el chasis de un automóvil solía 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 están mayormente sellados de por vida. Desde finales de 1700 hasta mediados de 1900, la industria dependía de muchos trabajadores llamados engrasadores para lubricar la maquinaria frecuentemente con latas de aceite.

Actualmente, 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 a los distintos lubricantes. puntos en las superficies de apoyo de la máquina, los muñones de apoyo, los soportes, etc. La sincronización y el número de dichos ciclos de lubricación están controlados por el control computarizado de la máquina, como PLC o CNC, así como por funciones de anulación manual cuando se necesitan 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 disparo debido a su punto de venta principal: 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. 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 próximo ciclo. Otro ejemplo son los cojinetes de las turbinas eólicas, que dificultan el mantenimiento ya que la góndola se coloca en el aire en las zonas 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 usan una grasa espesa para la lubricación, que se introduce en los espacios entre las superficies del rodamiento, también conocido como empaquetadura. La grasa se mantiene en su lugar mediante una junta de plástico, cuero o goma (también llamada glándula) 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 fibra de algodón o 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 un charco de lubricante en el fondo, con engranajes parcialmente sumergidos en el líquido o bielas que pueden girar hacia el charco mientras el dispositivo funciona. 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 giratorias de plástico especial 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 provocar 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.

Cojinetes 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 la industria. A menudo son los componentes más vulnerables de una máquina, especialmente cuando están sujetos a cargas y velocidades de funcionamiento elevadas y, por lo tanto, los diagnósticos regulares de fallas pueden ser críticos para la seguridad y para reducir los costos de mantenimiento y el tiempo de inactividad.

Por lo general, un rodamiento se desgastará debido al contacto de metal con metal, lo que crea fallas en la pista exterior, la pista interior y la bola. Entre estos, la pista exterior tiende a ser la más vulnerable a fallas y defectos. Para determinar si el elemento rodante, cuando pasa por una falla en la pista exterior, excita las frecuencias naturales de los componentes del rodamiento, es necesario identificar la frecuencia natural de la pista exterior y sus armónicos. Las fallas crean impulsos en la frecuencia de falla fundamental y dan como resultado armónicos de la fundamental, pero debido a su baja energía, estas frecuencias de falla a veces quedan enmascaradas por frecuencias adyacentes en los espectros. En consecuencia, cuando se detectan estas frecuencias a través del análisis FFT, a menudo se necesita una alta resolución espectral.

Las frecuencias naturales de un rodamiento de elementos rodantes con las condiciones de contorno libres son 3 kHz. Por lo tanto, para usar el método del ancho de banda de resonancia del componente del rodamiento para detectar la falla del rodamiento en una etapa inicial, generalmente se usa un acelerómetro de amplio rango de frecuencia, con datos de muestra obtenidos durante un largo intervalo. La frecuencia característica de una falla solo se puede identificar cuando la falla es grave (por ejemplo, un agujero en la pista exterior). Los armónicos de la frecuencia de falla son un indicador más sensible de una falla en la pista exterior. 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 usa demodulación de alta frecuencia en el análisis de envolvente para detectar las frecuencias de falla características, debido a la resonancia, es posible que no contenga las frecuencias de falla reales.

El análisis espectral de las fallas de los rodamientos puede ser difícil debido a problemas como la baja energía, la borrosidad de la señal y la cicloestacionariedad. A menudo se necesita una alta resolución para diferenciar las frecuencias de falla de otras frecuencias adyacentes de gran amplitud. Por lo tanto, cuando se muestrea la señal para el análisis FFT, el conteo de la muestra debe ser lo suficientemente grande para brindar una resolución de frecuencia adecuada en el espectro. 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.

Fabricantes

• Timken
• SKF
• Schaeffler Group
• NSK
• NTN
• Koyo Seiko
• MinebeaMitsumi
• ZWZ Wafangdian Bearing Co., Ltd
• LYC Luoyang Bearing Corp.
• C " U Renben Group Co., Ltd.