Posibilidades de investigación en FAG

En la mayor parte de los daños de ro-damientos que se dan en la práctica, lascausas de estos se esclarecen a partir de unexamen de las características del deterio-ro, unido al conocimiento de las condi-ciones de servicio. De los casos que que-dan en principio sin explicación, la causade los daños de una gran parte de ellos sepuede esclarecer con ayuda de un estere-omicroscopio. Sólo una parte muy pe-queña de los fallos en rodamientos re-quiere una investigación más profundade las características del deterioro y unanálisis intensivo de las condiciones deempleo. Para ello, en FAG se cuenta conuna gran diversidad de posibilidades deinvestigación de gran perfeccionamientotécnico, en parte muy específicas, que seaplican en el marco de la investigación ydesarrollo. Como estas investigacionestambién pueden requerir un gran coste,antes de su aplicación se ha de considerarcuidadosamente si el beneficio obtenidocompensa los costes.

En las siguientes secciones se presen-tan las principales áreas de investigacióncon ayuda de algunos ejemplos.

FAG 60

Posibilidades de investigación en FAGMedición geométrica

4 Posibilidades de investigación en FAG

1 mm

10 µm

Arco decircunferenciarectificado(r = 4,053 mm)

4.1 Medición geométrica de rodamientos o piezas de rodamientos

FAG se esfuerza continuamente poraumentar la calidad de fabricación de losrodamientos. Para ello, con objeto de ase-gurar la calidad tanto in situ como en unlaboratorio propio, disponemos de un ex-celente equipamiento con los instrumen-tos de medición más diversos para el con-trol de medidas y de formas:– Medición de longitudes y diámetros

con precisión micrométrica– Verificación de contornos de forma y

de radio con una ampliación de hasta100 000 aumentos, figuras 69, 100 y101

100: Forma del perfil del camino de rodadura de un rodamiento rígido de bolas conestrías de desgaste (curvatura del camino de rodadura compensada por el apa-rato de medición)

101: Aparato de medición de forma Talysurf

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

61 FAG


– Control de la redondez con una am-pliación de hasta 100000 aumentos,incluyendo análisis de la frecuencia deonda, figuras 102 y 103

102: Registro de la medida de redondezcon análisis de la frecuencia deonda

103: Sistema de medición de forma

FOURIER ANALYSE

Meßort : IRR501. Harm. : 7.3129 µm

PROFIL

Meßtakt : 0.090 °Filter : 0-500 uprDarst. : LSC softzentriert

20000 fach : 0.25

2.5

0.25

0.025

0.0025

R

0 2. Harmonische 0.5043 µm 150

0° 90° C 270° 360°


– Mediciones de la rugosidad hasta lacentésima de micrómetro, figura 104

– Control de tolerancias de forma y deposición en sistemas de medición deforma (FMS) y máquinas de mediciónde coordenadas, incluso en piezasconstructivas de forma muy irregular,como p. ej. alojamientos de fundición,figura 105

– Verificación de valores de juego inter-no de rodamientos y precisiones degiro en piezas individuales

FAG 62

104: Registro de la medida de rugosidadcon valores característicos

105: Máquina de medición de coorde-nadas



4.2 Análisis y ensayos delubricantes

Para la investigación de la calidad y laaptitud de los lubricantes para el empleoen rodamientos, FAG mantiene laborato-rios y un campo de ensayos. Análisis de la-boratorio de lubricantes procedentes derodamientos averiados proporcionan amenudo las informaciones decisivas parael esclarecimiento de la causa del fallo.Entre las posibilidades de investigaciónmás importantes se cuentan las siguientes:– Cantidad y clase de impurezas

• sólidas, figura 106 a• líquidas (humedad)

– Utilización de antioxidante - Envejecimiento, figura 106 b- Variación de la viscosidad- Contenido de aditivos (disminución/

degradación)- Relación aceite/jabón en grasas- En muchos casos, también determina-

ción del tipo y clase de lubricante, p. ej.,para la identificación de mezclas de lu-bricantes en el reengrase, figura 106 b

Sin embargo, para obtener informacionesfiables en base al estudio de lubricantes,el principal requisito es una toma demuestras adecuada (véase sección 2.2). Apartir de los resultados de los análisis deimpurezas se puede deducir casi siempresu origen. Así, por ejemplo, se obtienendatos indicativos directos sobre posiblesmedidas contra el desgaste. Asimismo, apartir del conocimiento del estado gene-ral de un aceite o una grasa tras un deter-minado tiempo de servicio se puede lle-gar a conclusiones sobre los plazosadecuados de cambio de aceite o de reen-grase.

63 FAG

Amplias posibilidades de investigación en FAGAnálisis y ensayos de lubricantes

106 a: Investigación de contaminantes, análisis ICP-AES

106 b: Análisis de lubricante FT-IR

Element Wellen- Faktor Offset Tiefprobe Hochprobelänge min max min max

Kobalt 228,616 1,673 268 962 415 179515 107157Mangan 257,610 1,318 -76 -121 -34 67816 51496Chrom 267,716 1,476 381 669 195 76696 51688Kupfer 324,754 0,834 -471 80 660 2297 3316Molybdän 281,615 1,073 -17 89 99 47781 44543Nickel 231,604 1,778 4 114 62 38487 21640Vanadium 311,071 0,937 -37 5 45 64228 68560Wolfram 400,875 0,742 -16 4 26 14129 19053Silicium 251,611 2,173 310 509 92 2385 955

Probe: Verunreinigungen in Schmierstoffen Methode: Stahl 1 M(3)

Co Mn Cr Cu Mo Ni V W Si

x .0107 0.636 1.412 0.185 0.797 0.271 .327 .002 0.359 %

s .0004 .0002 .011 .0002 .0032 .0063 .0007 .0099 .0006

sr 4.11 0.67 0.03 1.18 0.40 2.31 0.22 57.44 0.06

FAG OEM und Handel AG Forschung und EntwicklungOHT-L-1/Schmierfette und

DIN ISO 9001 zertifiziert Org. Analytik, W. Wolz

Produkt: Konservierungsöl, frisch (oben, grün) lfd. IR-Nr.: 901495/901496Konservierungsöl, gebraucht (unten, rot) Prüfdatum: 03.05.1990

WE/Charge: Muster vom 26.04.1990/- / dito n. Oxbombe 31.05.1990Eingangsdatum: 26.04.1990 Scan-Anzahl: 4Schichtdicke: 67.98 µm / 68.04 µm Auflösung: 2 cm–1Gerät: Perkin Elmer FT-IR 1725 X Prüfer: Ch. Hassiotis

Frischöl

gebrauchtes Öl

4000.03500 3000 2500 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

400.02000.0


De vez en cuando, en casos especialesde aplicación se emplean también nuevoslubricantes, desconociendo su aptitudpara la lubricación de rodamientos. Paracomprobar las propiedades de tales grasasy aceites se han desarrollado en FAG ban-cos de pruebas, que se han ido normali-zando y se emplean también en la indus-tria de los lubricantes para el estudio denuevos productos, figura 107.

FAG 64

107: Banco de pruebas para la determinación de la calidad de los lubricantes

Posibilidades de investigación en FAGAnálisis y ensayos de lubricantes


4.3 Control del estado del material

El estado del material de todas las pie-zas de un rodamiento es de importanciadecisiva si se desea que el rodamiento al-cance su máximo rendimiento. Si bienson muy poco frecuentes en los roda-mientos los deterioros debidos a defectosdel material o de fabricación, véase figura11, sin embargo, en casos de duda, un en-sayo de material puede proporcionar in-formación al respecto. En una serie de ca-sos se producen también variaciones delestado del material debido a condicionesde servicio del rodamiento imprevistas.

Las principales inspecciones en estaárea son:– Ensayo de la dureza, con menos fre-

cuencia, también la resistencia a latracción o resiliencia

– Valoración metalográfica de la estruc-tura

– Visualización de zonas de calentamien-to inadmisible de las superficies decontacto mediante ácido

– Comprobación de fisuras por mediode ultrasonidos o corriente parasitaria

– Medición radiográfica del contenidode austenita residual

– Inspección del grado de pureza del ma-terial

– Análisis de materialAdemás de la detección de defectos dematerial, con estos estudios se pueden en-contrar, p. ej., datos indicativos de esta-dos de deslizamiento inadmisibles (zonasde calentamiento por deslizamiento, fi-gura 108) o temperaturas de servicioinesperadamente elevadas (variación de laestructura de los componentes durante elservicio y, a consecuencia de ello, varia-ciones dimensionales).

65 FAG

Posibilidades de investigación en FAGControl del estado del material

108: Sección de la zona de influencia del calor


4.4 Análisis radiográfico de lamicroestructura

La determinación radiográfica de la es-tructura reticular (véase medición del conte-nido residual de austenita, en la sección 4.3),proporciona también importantes informa-ciones sobre las tensiones propias “congela-das” en el material y sobre las solicitacionesdebidas a ellas. De esta forma, en casos dedeterioro especialmente críticos, cuando lasituación de carga efectiva no es registrablepor cálculo, se puede determinar con buenaaproximación la carga efectiva en rodamien-tos gastados por el servicio. Sin embargo, escondición indispensable para ello que las solicitaciones específicas del camino de ro-dadura alcancen un nivel de aproximada-mente 2.500 N/mm2 durante un tiempo re-lativamente largo, pues sólo por encima deeste nivel de carga se producen deformacio-nes plásticas del retículo del material que sepuedan detectar o cuantificar por medio dedifracción de rayos X, figura 109. Una explicación detallada del modo de funciona-miento de esta determinación de las tensio-nes propias y de la determinación de la soli-citación se encuentra, p. ej., en el artículo“Schadensuntersuchung durch Röntgen-feinstrukturanalyse” (Investigación de dañospor análisis radiográfico de la estructura), en“Schadenskunde im Maschinenbau”, Ex-pert Verlag 1990. Veamos a continuaciónun breve resumen.

A partir de los dilatamientos de retículosmedidos por difracción de rayos X se pue-den deducir las tensiones residuales puntua-les (en una superficie del orden de un milí-metro cuadrado, y una profundidad delorden de 1/100 de milímetro) existentes.Mediante erosión electroquímica de la su-perficie, la medición se realiza por capas paradistintas profundidades por debajo del ca-mino de rodadura de un aro de rodamiento.Se obtiene una evolución del mismo tipoque la representada en la figura 110. A par-tir de la profundidad total de la deformacióny de la profundidad en la que aparece el má-ximo de tensión se puede deducir, por unaparte, la carga máxima externa, y, por otra,el porcentaje de una posible solicitación pordeslizamiento en el camino de rodadura. Aveces, estos son importantes datos indicati-vos de las causas del deterioro, sobre todo silos valores medidos se desvían notablemen-te de los esperados mediante cálculo.

FAG 66

Posibilidades de investigación en FAGAnálisis radiográfico de la microestructura

109: Dispositivo para el análisis radiográfico de la microestructura

110: Curva de la tensión residual, determinada con ayuda del análisis radiográfico dela microestructura; elevado componente tangencial de fuerza en el aro exterior6207E; ningún aumento de solicitación en el rodamiento de referencia 6303E

0

AR 6306E

AR 6207E

Profundidad por debajo de la superficie, en mm

Ten

sió

n r

esid

ual

, en

N/m

m2

200

0

-200

-400

-600

-800

-1 000

-1 2000,2 0,4 0,6 0,8 1


4.5 Investigaciones pormicroscopía electrónica debarrido (MEB)

Por lo general para la investigación dedaños se emplea en principio, demás dela observación a simple vista, un estereo-microscopio, a fin de poder reconocer lasdistintas características de los fallos. Sinembargo, en algunos casos, los detallesque son importantes para el deterioro sonmuy pequeños. Debido a la longitud deonda relativamente grande de la luz visi-

ble, la definición en profundidad está li-mitada por las representaciones ópticas.Por lo tanto, en las condiciones de irre-gularidad superficial habituales de los ca-minos de rodadura de rodamientos daña-dos, se obtienen imágenes nítidas sólohasta una ampliación de aproximada-mente 50 aumentos. Este obstáculo en laobservación óptica de superficies se salvacon la obtención de imágenes por mediode haces electrónicos de longitud de ondamuy corta en el microscopio electrónicode barrido (MEB). Gracias a ello, la ca-

pacidad de reconocer detalles aumenta enmuchos miles, figura 111.

Así pues, el microscopio electrónicode barrido es con frecuencia un impor-tante instrumento auxiliar para la investi-gación visual precisa de caminos de roda-dura desgastados o dañados por el pasode corriente, superficies de rotura, impre-siones de cuerpos extraños o inclusionesde material, figuras 112a b y c.

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Posibilidades de investigación en FAGInvestigaciones por microscopía electrónica de barrido

112: Fotografías de estructurasuperficial obtenidas con el MEBa diferentes aumentos.a: camino de rodadura intacto;b: impresiones de cuerposextraños duros

c: Daños por fatiga en su fase inicial

111: Microscopio electrónico de barrido

a

b

c


Además, si se usan también espectro-fotómetros en combinación con el MEBexiste la posibilidad de realizar lo que sedenomina un microanálisis por haz elec-trónico. Con este procedimiento se pue-de investigar la composición del materialen una zona de volumen de aproximada-mente 1 micra3. Esto resulta útil, p. ej.,cuando todavía están introducidos restosde cuerpos extraños en los alvéolos de lajaula de un rodamiento, y es preciso es-clarecer su origen, figuras 113a y b. Otrasposibilidades de empleo son la compro-bación de revestimientos o de capas reac-tivas sobre las superficies de contacto, o elcontrol de la composición del material enla zona microscópica.

FAG 68

Posibilidades de investigación en FAGInvestigación por microscopía electrónica de barrido

113b: Composición del material de los cuerpos extraños

113: Microanálisis de cuerpos extraños.a: cuerpos extraños en el puente de la jaula

oscuro = hierro

claro = oxido de aluminio


4.6 Ensayos de componentesEn el área de desarrollo de FAG se em-

plean un gran número de bancos depruebas para la verificación de la capaci-dad de rendimiento de productos de nue-vo proyecto. En algunos casos, ensayos deeste tipo pueden ser también aprovecha-dos para el esclarecimiento de la causa deldeterioro de un rodamiento. Se puedenmencionar aquí, por una parte, ensayosdirectos en grupos de los clientes, p. ej.mediciones de la deformación o de la vi-bración en máquinas, pero por otra par-te, también ensayos de estanqueidad, me-diciones del momento de fricción oensayos de duración en bancos de prue-bas, figuras 114 y 115. Los ensayos se re-alizan en condiciones definidas, en lasque los resultados esperados son previsi-bles con un alto grado de fiabilidad. Si losrodamientos satisfacen las exigencias enel experimento, la investigación debeconcentrarse a partir de entonces en lacomprobación de las condiciones de ser-vicio efectivas (cargas adicionales inespe-radas, esfuerzos de montaje, etc.). Encaso de que los rodamientos fallen trastiempos de marcha inesperadamente cor-tos, los bancos de pruebas, gracias a susdispositivos técnicos de vigilancia, ofre-cen la posibilidad de reconocer daños enla primera fase de formación, lo que en lapráctica representa con frecuencia unproblema, pero que a menudo resulta de-cisivo para la localización de las causas.

69 FAG

Posibilidades de investigación en FAGEnsayos de componentes

114: Banco de pruebas para el ensayo de la eficacia de obturaciones en rodamientos


FAG 70

Posibilidades de investigación en FAGEnsayos de componentes

115: Banco de pruebas para la simulación de las solicitaciones de servicio en roda-mientos de ruedas de automóviles


4.7 Comprobación por cálculo delas condiciones de carga

En muchos casos, en construccionesnuevas, debido a experiencias con grupossimilares más antiguos se prevén roda-mientos cuya situación de carga no se co-noce en detalle. Si más tarde se producendaños en los rodamientos, a menudo re-sulta útil una comprobación más exactapor cálculo de las condiciones de monta-je para la localización de la causa. En estesentido es especialmente importante unacomparación de la duración esperada porcálculo con la conseguida efectivamente,así como el control por cálculo de lascondiciones de lubricación. Para ello sedispone en FAG de una amplia gama deprogramas de cálculo, con los cuales sepueden determinar, también en el caso derodamientos sofisticados, los valores parala carga externa del rodamiento,el ladeoentre los aros en el montaje, las solicita-ciones internas, procesos cinemáticos de-sarrollados en el interior de un rodamien-to, deformaciones de las piezas delentorno, curvas de temperatura y otrosvalores similares. La complejidad de losprogramas abarca desde la simple valora-ción de fórmulas analíticas, pasando porla realización de una gran diversidad deiteraciones numéricas para solucionesaproximadas no lineales, hasta extensoscálculos tridimensionales de resistenciamediante el método de elementos finitos,figura 116.

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Posibilidades de investigación en FAGComprobación por cálculo de las condiciones de carga

116: Determinación de tensiones en una caja de grasa con ayuda del método de loselementos finitos (FEM)


Notas



Todos los datos han sido elaborados y

comprobados cuidadosamente.

No podemos asumir responsabilidad alguna

por eventuales errores o faltas.

Nos reservamos el derecho de cambios

en interés del desarrollo técnico.

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