Diseño de disposiciones de rodamientos Rodamientos de bolas/FAG 02... · 15 FAG Tipos de rodamientos Carga axial Carga axial Los rodamientos que principalmente han de soportar cargas

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Diseño de disposiciones de rodamientosInfluencias

Diseño de disposiciones de rodamientosLas exigencias más importantes del diseño de roda-mientos son: larga duración de servicio, alta fiabili-dad y rentabilidad. Para alcanzar estas metas, losingenieros de diseño recopilan en especificacioneslas condiciones que influyen en el rodamiento y lasexigencias que deben alcanzarse. No sólo debenseleccionarse el tipo, diseño y disposición de roda-mientos adecuada; también las partes adyacentes, esdecir el eje, alojamientos y piezas de fijación, obtu-ración y sobre todo la lubricación, deben estaradaptados a los parámetros indicados en las especi-ficaciones.Los pasos para diseñar una disposición de roda-mientos generalmente siguen el mismo orden.Primero debe efectuarse un exacto reconocimientode todos los factores de influencia. Luego, se elige eltipo, la disposición y el tamaño de los rodamientosy se revisan las alternativas. Finalmente se determi-na la disposición completa de rodamientos en elplano de diseño donde se definen los datos de losrodamientos (dimensiones principales, tolerancias,juego del rodamiento, jaula, denominaciones abre-viadas) las partes adyacentes (tolerancias de ajuste,fijaciones, obturaciones) y la lubricación. Tambiénse considera el montaje y el mantenimiento. Paraelegir la disposición de rodamientos más económi-ca, debe compararse el grado en que cada soluciónalternativa soporta los factores de influencia asícomo los costes totales.

Influencias

Deben conocerse los siguientes datos:

– Máquina / dispositivo y lugar de montaje delos rodamientos (croquis)

– Condiciones de servicio (carga, velocidad,espacio de montaje, temperatura, condicionesambientales, disposición del eje, rigidez de laspartes adyacentes)

– Exigencias (duración, precisión, ruido, roza-miento y temperatura de servicio, lubricacióny mantenimiento, montaje y desmontaje)

– Datos comerciales (plazos, cantidad de piezas)

Antes de diseñar la disposición de los rodamien-tos, deben evaluarse los siguientes factores deinfluencia:

– Carga y velocidad ¿Qué cargas radiales y axiales existen? ¿Cambiala dirección? ¿Cuál es la velocidad de giro?¿Cambia el sentido de giro? ¿Pueden producir-se cargas de choque?¿ Debe considerarse larelación entre carga y velocidad y sus porcen-tajes de tiempo en el dimensionado?

– Espacio de montaje ¿Hay una zona de montaje especificada? ¿Esposible cambiar las dimensiones sin perjudicarel funcionamiento de la máquina?

– Temperatura¿Qué temperatura ambiente hay? ¿Hay quecontar con un calentamiento o refrigeraciónexterno (gradiente térmico entre los aros delos rodamientos)? ¿Qué variaciones longitudi-nales por dilatación térmica cabe esperar(rodamiento libre)?

– Condiciones ambientales ¿Existe elevada humedad ambiental?¿Conviene proteger los rodamientos contrasuciedad?¿Existen medios agresivos? ¿Se trans-miten vibraciones sobre los rodamientos?

– Disposición del eje ¿En cuál de las tres disposiciones – horizontal,vertical o inclinada – se encuentran los ejes?

– Rigidez de las partes adyacentes ¿Deben considerarse deformaciones del sopor-te? ¿Cabe esperar desalineaciones de los roda-mientos originadas por flexión del eje?

– Vida ¿Qué vida se exige? ¿Es posible comparar lapresente disposición de rodamientos con otraya probada (vida nominal Lh, factor de esfuer-zos dinámicos fL)? ¿Debe efectuarse un cálculode vida ampliado (que siempre será preferiblepor sus resultados más parecidos a las condi-ciones de servicio reales) ?

– Precisión ¿Hay grandes exigencias en precisión de giro,p.e. en apoyos para máquinas-herramienta?

– Ruido ¿Se exige un funcionamiento muy silencioso,p.e. en motores eléctricos de aparatos electro-domésticos?

– Rozamiento y temperatura de servicio ¿Se exige una pérdida de energía reducida?¿Conviene limitar el aumento de temperaturapara no perjudicar la precisión?

Polígono Indutrial O Rebullón s/n. 36416 - Mos - España - [email protected]

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Diseño de disposiciones de rodamientosInfluencias · Programas para PC

– Lubricación y mantenimiento ¿Existen especificaciones sobre el tipo de lubri-cación del rodamiento, p.e. lubricación porbaño o circulación de aceite? ¿Es necesario evi-tar la fuga de lubricante para que la calidaddel producto no se perjudique, p.e. en laindustria alimenticia? ¿Se ha previsto un siste-ma central de lubricación? ¿Los rodamientosdeben ser sin mantenimiento?

– Montaje y desmontaje ¿Se necesitan dispositivos de montaje especiales? ¿El aro interior se monta sobre un eje cónico ocilíndrico? ¿Los rodamientos deben montarsedirectamente sobre el eje o fijarlos con manguitosde montaje o desmontaje? ¿Hay frecuentes des-montajes, p.e. en los apoyos de laminadores?

– Datos comerciales ¿Qué demanda existe? ¿Cuándo se necesitanlos rodamientos? ¿Es posible utilizar las ejecu-ciones básicas(ver lista de precios FAG) sumi-nistrables a corto plazo? ¿Se necesitan variantesdel diseño básico del rodamiento o nuevosdiseños para condiciones de servicio especia-les? La oficina de FAG le indicará precio yplazo de estos rodamientos.

Estas influencias son tenidas en cuenta para cadauno de los siguientes pasos de diseño de una dis-posición de rodamientos

– Elección del tipo de rodamiento

– Elección de la disposición del rodamiento

– Determinación del tamaño del rodamiento(vida, factor de seguridad estática)

– Definición de datos del rodamiento

– Diseño de las partes adyacentes

– Lubricación y mantenimiento

– Montaje y desmontaje

En la mayoría de los casos los costes ocasionadospor el diseño del rodamiento son relativamentebajos porque se aprovechan las experiencias adqui-ridas con disposiciones parecidas. Las indicacionesdel catálogo se refieren a estas aplicaciones.

Nuevos diseños o condiciones extremas muchasveces suponen cálculos o medidas constructivas másamplias que no pueden presentarse en este catálogo.En tales casos deben solicitarse los servicios deFAG. También están disponibles publicacionesespecializadas para muchos campos de aplicación.Están indicadas en varios lugares del catálogo.

Programas para PCLa versión 1.1 del catálogo electrónico de roda-mientos FAG está basado en este catálogo impre-so. El programa en CD-ROM, además, es máseficiente y ventajoso para el usuario. El usuario esllevado a la mejor solución segura y rápidamentea través de diálogos y ahorra trabajo y tiempo deotro modo necesario en buscar, seleccionar y cal-cular rodamientos.

Código de pedido: CD41520/3D-E.

Bajo demanda, estará disponible un CD-ROMpara selección y cálculo de rodamientos para unapoyo, un eje o un sistema de ejes.

Detalles de los programas para PC pueden encon-trarse en la sección “Programa de servicios FAG”,página 689 y siguientes.


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Tipos de rodamientosRodamientos de bolas

Selección del tipo de rodamientoEl programa de suministro FAG contiene unamultitud de tipos de rodamientos que permite alproyectista seleccionar el tipo más apropiado parasus necesidades. Rodamientos de bolas y roda-mientos de rodillos se distinguen por el tipo deelementos rodantes. Las siguientes tablas mues-tran algunos ejemplos

Rodamiento rígido de bolas Rodamiento de una hilera Rodamiento de bolas de contacto bolas de contacto angular, angular de doble hilera

Rodamiento con cuatro caminos Rodamiento oscilante de bolasde rodadura

Rodamiento axial de bolas, de simple Rodamiento axial de bolas, Rodamiento axial de bolasefecto de doble efecto de contacto angular, de doble efecto

▼ Rodamientos de bolas


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Tipos de rodamientosRodamientos de rodillos

Rodamiento de rodillos cilíndricos, Rodamiento de rodillos cilíndricos, Rodamiento de rodillos cilíndricos, de una hilera de doble hilera lleno de rodillos

Rodamiento de rodillos cónicos Rodamiento oscilante de rodillos, Rodamiento oscilante tipo E de una hilera

Rodamiento axial de rodillos Rodamiento axial oscilantecilíndricos de rodillos

▼ Rodamientos de rodillos


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Tipos de rodamientosCarga radial

En los cuadros sinópticos de las páginas 20 a 23están recopiladas las características más importan-tes de cada tipo de rodamiento. Antes de decidir-se por un cierto tipo deberán sopesarse muchoscriterios. Por ejemplo, muchas exigencias puedenalcanzarse con rodamientos rígidos de bolas.Pueden soportar cargas radiales y axiales medias,son apropiados para muy elevadas velocidades ygiran silenciosamente. También están disponiblesrodamientos rígidos de bolas con tapas de protec-ción y tapas de obturación.

Debido a su favorable precio, son más utilizadosque otros rodamientos.Informaciones más detalladas sobre las propieda-des de los tipos de rodamientos y sobre las posi-bles ejecuciones se dan en los textos preliminaresal principio de cada sección de tablas.

Carga radialLos rodamientos que principalmente han desoportar cargas radiales, se llaman rodamientosradiales. Tienen un ángulo de contacto nominalde α0 % 45°. Los rodamientos de rodillos sopor-tan mayores cargas radiales que los rodamientosde bolas de igual tamaño.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos tipo N yNU únicamente resisten cargas radiales. Los otrostipos de rodamientos radiales soportan cargasradiales y axiales.

▼ Rodamientos radiales con un ángulo de contacto nominal α0 % 45° principalmente para cargas radiales a = rodamientorígido de bolas, b = rodamiento de bolas de contacto angular, c = rodamiento de rodillos cilíndricos NU, d = rodamientode rodillos cónicos, e = rodamiento oscilante de rodillos

α0=0° α0 45°=< α0=0° α0

45°=< α0 45°=<

a b c d e


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Tipos de rodamientosCarga axial

Carga axialLos rodamientos que principalmente han desoportar cargas axiales (rodamientos axiales), tie-nen un ángulo de contacto nominal α0 . 45°.Según su diseño, los rodamientos axiales de bolasy los rodamientos axiales de bolas de contactoangular son capaces de absorber fuerzas axiales ensentido único o en ambos sentidos. Cuando exis-ten fuerzas axiales muy elevadas, se prefierenrodamientos axiales de rodillos cilíndricos o roda-mientos axiales oscilantes de rodillos.

Los rodamientos axiales oscilantes de rodillos ylos rodamientos axiales de bolas de contactoangular, de simple efecto, absorben cargas com-binadas axiales y radiales. Los demás tipos derodamientos axiales solamente absorben cargasaxiales.

▼ Rodamientos axiales con un ángulo de contacto nominal de α0 . 45° principalmente para cargas axiales a= rodamientoaxial de bolas, b = rodamiento axial de bolas de contacto angular, c = rodamiento axial de rodillos cilíndricos, d = roda-miento axial oscilante de rodillos.

α0 =90°

α0 >45°

α0 =90°

α0 >45°

a b c d


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Tipos de rodamientosCompensación de las variaciones longitudinales

Compensación de las variaciones longitudinales dentro del rodamiento

Por regla general un eje tiene un apoyo fijo y otrolibre. El apoyo libre compensa las tolerancias lon-gitudinales y las dilataciones térmicas

Los rodamientos libres ideales son los rodamien-tos de rodillos cilíndricos tipo N y NU. En estosrodamientos, las variaciones longitudinales secompensan en el propio rodamiento. Los arospueden fijarse firmemente.

Compensación de las variaciones longitudinales mediante ajuste deslizante

También los rodamientos no despiezables, talescomo los rodamientos rígidos de bolas y los roda-mientos oscilantes de rodillos, se utilizan comorodamientos libres. En tal caso, uno de los arostiene un ajuste deslizante y no necesita ningúnapoyo axial, por lo que el aro exterior puede des-plazarse en el agujero del soporte o el aro interiorsobre el eje.

s

▼ El rodamiento de rodillos cilíndricos posibilita el despla-zamiento (s) en el rodamiento

▼ El ajuste deslizante en el agujero del soporte posibilitael desplazamiento (s) del rodamiento rígido de bolas (a)o del rodamiento oscilante de rodillos (b)

a b

▼ El ajuste deslizante en el eje posibilita el desplazamien-to (s) del rodamiento rígido de bolas (a) o del rodamien-to oscilante de rodillos (b)

a b

s s

s s


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Tipos de rodamientosRodamientos despiezables · Precisión

Precisión

Para la mayoría de aplicaciones, es suficiente conrodamientos de precisión dimensional y de gironormales (clase de tolerancias PN). Cuando haymayores exigencias, por ejemplo en husillos demáquinas-herramienta, los rodamientos debentener una precisión mayor. Las clases de toleran-cias P6, P6X, P5, P4 y P2 están normalizadas.Para algunos tipos rodamientos existen las clasesde tolerancias P4S, SP y UP normalizadas en lasfábricas de FAG.

FAG suministra los siguientes rodamientos conmayor precisión: rodamientos para husillos, roda-mientos de rodillos cilíndricos y rodamientosaxiales de bolas de contacto angular (ver publica-ción no. AC 41 130 “Super Precision Bearings”).En los textos precedentes a las tablas se indicanlas diferentes clases de tolerancias a disposición.

▼ Rodamiento despiezable de rodillos cilíndricos (a), rodamiento de rodillos cónicos (b) y rodamiento axial de bolas (c)

a b c

▼ Rodamiento no despiezable rígido de bolas (a), rodamiento oscilante de bolas (b) y rodamiento oscilante de rodillos (c)

a b c

Rodamientos despiezables

Se habla de rodamientos despiezables cuando losaros pueden montarse por separado. Esto es ven-tajoso cuando ambos aros tienen ajuste fijo.

Ejemplos: rodamientos con cuatro caminos derodadura, rodamientos de bolas de contactoangular de doble hilera con aro interior partido,rodamientos de rodillos cilíndricos, rodamientosde rodillos cónicos, rodamientos axiales de bolas,rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y roda-mientos axiales oscilantes de rodillos.

Rodamientos no despiezables: rodamientos rígi-dos de bolas, rodamientos de bolas de contactoangular de una hilera, rodamientos oscilantes debolas y rodamientos oscilantes de rodillos, de unay doble hilera.


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Tipos de rodamientosCompensación de errores de alineación · Velocidades · Funcionamiento silencioso

Compensación de errores de alineación

En la mecanización de los asientos de un eje o unsoporte pueden producirse errores de alineación,particularmente si los asientos no se han mecaniza-do en una sujeción. Hay que contar con desalinea-ciones sobre todo cuando se usan soportes indivi-duales, como p.e. soportes brida o soportes parti-dos. Los ladeos entre los aros del rodamiento causa-dos por las flexiones del eje como resultado de lacarga de servicio también producen desalineaciones.

Los rodamientos auto-alineables, como los roda-mientos oscilantes de bolas, rodamientos oscilan-tes de una hilera de rodillos y los rodamientosaxiales y radiales oscilantes de rodillos puedencompensar desalineaciones y ladeos. Estos roda-mientos tienen un camino de rodadura cóncavo-esférico en el aro exterior que permite oscular alaro interior junto con los elementos rodantes. Elángulo de adaptación de estos rodamientosdepende del tipo, del tamaño y de la carga.

Los rodamientos con anillo de sujeción y roda-mientos axiales de bolas con contraplaca tienenuna superficie exterior esférica que les permiteadaptarse durante el montaje en el agujero cónca-vo-esférico del soporte.

Los valores permisibles del ángulo de adaptacióndeben tomarse de los textos precedentes para losdiferentes tipos de rodamientos.

Velocidades

Las velocidades de referencia y límite mencionadasen las tablas, indican si los rodamientos son apro-piados para elevadas revoluciones. Las mayoresvelocidades se alcanzan con rodamientos de unahilera con muy poco rozamiento. Bajo una solicita-ción a carga puramente radial son los rodamientosrígidos de bolas y bajo solicitación a carga combina-da los rodamientos de bolas de contacto angular.

Los siguientes factores ejercen una influenciapositiva sobre la aptitud para elevadas velocidadesde los rodamientos: elevada precisión dimensionaly de giro de los rodamientos y sus partes adyacen-tes, lubricación por refrigeración y tipos y mate-riales especiales de las jaulas.

Las velocidades permisibles para rodamientosaxiales son menores que las de los rodamientosradiales. Ver capítulo “Aptitud para altas velocida-des” en la página 87 para más información.

Funcionamiento silencioso

En máquinas eléctricas pequeñas, máquinas de ofici-na, aparatos electrodomésticos etc., frecuentementese exige un nivel de ruido muy bajo. Estas exigenciasse satisfacen sobre todo con los rodamientos rígidosde bolas FAG. Como estos rodamientos de por sítienen un funcionamiento silencioso, no es necesa-rio prever una ejecución especial para cumplir conlas exigencias. Es ventajoso prever un ajuste axial delos rodamientos con muelles.

▼ Rodamientos autoalineables:rodamiento oscilante de una hilera de rodillos, (a); rodamiento oscilante de rodillos (b), rodamiento axial oscilante de rodi-llos (c);rodamiento con anillo de sujeción (d) y rodamiento axial de bolas con contraplaca (e) con superficie exterior esférica

a b c

d e


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Tipos de rodamientosAgujero cónico · Rodamientos obturados · Rigidez · Rozamiento

Agujero cónicoLos rodamientos con agujero cónico puedenmontarse directamente sobre un eje cónico, p. e.los rodamiento de rodillos cilíndricos de una ydoble hilera en ejecución de precisión.

Durante el montaje de estos rodamientos, puedeajustarse un juego radial definido.

un llenado de grasa por el fabricante están lista-dos en la página 130 bajo “Lubricación de roda-mientos con grasa”.Los ejemplos más comunes son los rodamientosrígidos de bolas de las ejecuciones .2RSR (tapasde obturación a ambos lados) y .2ZR (tapas deprotección a ambos lados).

Bajo moderadas exigencias de precisión de girolos rodamientos oscilantes de bolas, los roda-mientos oscilantes con una o doble hilera derodillos con agujero cónico se montan sobre uneje cilíndrico con ayuda de manguitos de monta-je o de desmontaje. El montaje y el desmontajede estos rodamientos es muy fácil.

Rodamientos obturados

FAG suministra rodamientos con obturaiones auno o ambos lados. Los rodamientos con tapasde obturación (ver también página 125) o contapas de protección (ver también página 124)permiten diseñar construcciones sencillas. Losrodamientos obturados que están provistos con

Rigidez

Por rigidez se entiende la deformación plástica enel rodamiento bajo carga. Sobre todo los apoyospara los husillos principales de las máquinas-herramienta y los apoyos para piñones requierenuna rigidez muy elevada. Debido a las condicio-nes de contacto entre cuerpos rodantes y cami-nos de rodadura, la rigidez de los rodamientos derodillos es mayor que la de los rodamientos debolas. Para aumentar la rigidez se precargan losrodamientos, p. e. en el caso de rodamientos parahusillos (ver también publ. FAG no. AC 41130).

Rozamiento

Además de la aportación y la disipación de calor,el rozamiento es un factor particularmente deci-sivo en la temperatura de servicio de los roda-mientos. Ejemplos de rodamientos de bajo roza-miento son: los rodamientos rígidos de bolas, losrodamientos de bolas de contacto angular de unahilera y los rodamientos de rodillos cilíndricoscon jaula bajo carga radial. En los rodamientoscon obturación rozante, los rodamientos de rodi-llos cilíndricos llenos de rodillos y los rodamien-tos axiales de rodillos hay que contar con unrozamiento relativamente elevado.

▼ Rodamientos con agujero cónico: a = rodamiento de rodillos cilíndricos, de doble hilera; b = rodamiento osci-lante de bolas con manguito de montaje; c = rodamiento oscilante de rodillos con manguito de desmontaje

a b c

▼ Rodamiento rígido de bolas obturado por ambos ladoscon tapas de obturación (a) y tapas de protección (b)

a b


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Tipos de rodamientosCuadro sinóptico: Tipos de rodamientos y sus características

Aptitud

muy buena

buena

normal / aceptable

Tipo de rodamiento

Rodamientos rígidos de bolas

Rodamientos de bolas de contacto angular

Rodamientos de bolas de contacto angular, de doble hilera

Rodamientos para husillos

Rodamientos con cuatrocaminos de rodadura

Rodamientos oscilantesde bolas

Rodamientos de rodilloscilíndricos NU, N

NJ

NUP, NJ + HJ

NN

NCF, NJ23VH

NNC, NNF

limitada

no adecuada / no aplicable

Características:

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desliz

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Rodamientos individuales y rodamientos en tandem en un sentido a) para montaje por parejas b) para baja carga axial

a

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21 FAG

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c) aptitud limitada para montaje por parejas d) también con manguitos de montaje o desmontaje e) solo carga axialf) muy bien en series estrechas


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Tipos de rodamientosCuadro sinóptico: Tipos de rodamientos y sus características

a

limitada

no adecuada / no aplicable

Tipo de rodamiento

Rodamientos de rodillos cónicos

Rodamientos oscilantesde rodillos, de una hilera

Rodamientos oscilantesde rodillos

Rodamientos axiales debolas

Rodamientos axiales debolas de contacto angular

Rodamientos axiales derodillos cilíndricos

Rodamientos axiales osci-lantes de rodillos

Rodamientos con anillode sujeción

Aptitud

muy buena

buena

normal / aceptable

Características:

Rodamientos individuales y rodamientos en tandem en un sentido a) para montaje por parejas

c) limitada aptitud para montaje por parejas

d) también con manguitos de montaje o desmontaje

Carg

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Carg

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23 FAG

g) rodamientos con anillos de sujeción y axiales de bolas con contraplaca compensan desalineaciones durante el montaje

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