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Expandir el rendimiento de los rodamientos de rodillos cilíndricos

Rutgerus Heemskerk, Gerente del Centro de Desarrollo,
SKF GmbH, Schweinfurt, Alemania
15/11/2004
Los rodamientos de rodillos cilíndricos se utilizan siempre que las cargas radiales elevadas y las velocidades elevadas compiten con una baja pérdida de carga por fricción. La creciente demanda en este campo ofrece un potencial de desarrollo continuo. Entre esos desarrollos se encuentran una durabilidad mayor, una mayor densidad de potencia y unos mayores intervalos de mantenimiento.

La generación de rodamientos más actual representa un gran paso adelante en la tecnología de rodamientos, que no puede ser descrito con los métodos de cálculo estandarizados. Aún más, unos materiales extremadamente limpios y homogéneos, un tratamiento térmico optimizado, unos procesos de fabricación optimizados así como una geometría interna optimizada y una topografía superficial, son sólo unas pocas de las características que crean una nueva clase de rendimiento. Este aumento del rendimiento se puede calcular con la ayuda de una carga dinámica mayor y del factor de la modificación de la duración aSKF. Las dimensiones de los límites de esta generación de rodamientos son intercambiables con rodamientos existentes.

Rodamientos de rodillos cilíndricos en funcionamiento

Los rodamientos de rodillos cilíndricos son la elección correcta siempre que se contengan elevadas cargas radiales, velocidades elevadas de rotación y pérdidas de carga mínimas por fricción (Fig. 1). Los rodamientos de rodillos cilíndricos son muy buenos rodamientos flotantes. Se utilizan donde las expansiones termales de ejes y carcasas deben compensarse suavemente dentro del rodamiento giratorio. Los aros del rodamiento se pueden montar por separado. Esto simplifica el montado, especialmente si es necesario ajustar a presión los aros de rodamientos para reducir el riesgo de corrosión por fricción cuando las direcciones de carga están cambiando.

Los rodamientos de rodillos cilíndricos con bridas integradas en el aro libre o con junta de brida libre o aros angulares también pueden transportar cargas axiales y ser utilizados como rodamientos fijos. Los rodamientos de rodillos cilíndricos de la generación de "EC" tienen una sección transversal utilizada de forma óptima, y las dimensiones principales corresponden a DIN 5412-1:2000 resp. DIN 616:2000 o ISO 15:1998.

Basados en la exitosa generación de EC, los científicos y los ingenieros de SKF han desarrollado aún más los rodamientos de rodillos cilíndricos. Éstas son algunas de las mejoras:

  • Limpieza del material
  • Tratamiento térmico
  • Dureza del material
  • Perfil de contacto logarítmico
  • Extremos de rodillos/geometría de brida
  • Topografía superficial
  • Calidad de fabricación
  • Diseño de caja
  • Partes de rodamientos intercambiables
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Fig. 1: rodamiento de rodillos cilíndricos con geometría interna optimizada y topografía superficial

Material y tratamiento térmico

Un factor clave para una mayor durabilidad en un contacto rodante es la limpieza del acero del rodamiento. El progreso en la producción de aceros, como por ejemplo la desgasificación al vacío, podría reducir el contenido de oxígeno de los aceros para rodamientos hasta una media de 5 ppm y por lo tanto, también reduciría la cantidad de inclusiones no-metálicas.

Se escogió el tratamiento térmico de los componentes de los rodamientos para alcanzar un punto óptimo entre la dureza del material y la estabilidad dimensional. Los rodamientos de rodillos cilíndricos SKF son dimensionalmente estables en temperaturas de funcionamiento de hasta 150ºC. Las temperaturas permanentes de hasta 125°C no tienen ningún efecto negativo sobre la holgura del rodamiento, sobre su dureza ni sobre su ajuste.

El tratamiento térmico ajustado de rodillos y aros hace que los rodamientos de rodillos cilíndricos SFK Explorer sean considerablemente menos sensibles a la contaminación y al contacto metálico por sus películas lubricantes.

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Fig. 2: el factor de modificación de la duración aSKF para rodamientos de rodillos radiales como función de viscosidad (_) y carga P de rodamiento equivalente

Geometría interna y calidad de fabricación

La topografía superficial de rodillos y aros fue mejorada y por consiguiente proporciona unas condiciones de lubricación mejores especialmente con finas películas lubricantes. El perfil logarítmico, desarrollado por SKF, optimiza la presión del contacto entre la superficie de los rodillos y los aros y reduce el riesgo de presión extrema al mínimo. El perfil de la superficie de los rodamientos de rodillos cilíndricos SFK Explorer se podría mejorar aún más para que fuera menos sensible a la desalineación.

Las bridas "abiertas" y un perfil especial y un final superficial de los extremos de rodillos mejoran las condiciones de lubricación y reducen la fricción en el contacto entre bridas. Las ventajas resultantes son una temperatura de funcionamiento más baja y una mayor capacidad de transporte axial de rodamientos de rodillos cilíndricos.

Los nuevos y mejorados procesos de fabricación han hecho posible una mayor reducción de las tolerancias. La producción se podría mantener en el centro de la extensión de la tolerancia con la menor variación posible en cada paso de fabricación. Con este método es posible mantener una reducida tolerancia a una precisión dimensional sin ninguna influencia negativa sobre los ajustes. También la precisión de rotación podría mejorarse considerablemente. En consecuencia, no es necesario designar especialmente unas tolerancias reducidas.

Las partes de los rodamientos que son producidas con este método de fabricación son totalmente intercambiables, también para limpiezas radiales reducidas. Por lo tanto, no es necesario mantener juntas las partes de los rodamientos durante el proceso de montaje. Los resultados de las tolerancias reducidas no son visibles ni perceptibles a través del oído, ya que los rodamientos de rodillos cilíndricos SKF Explorer rotan de forma mucho más silenciosa y con menos vibración.

Diseño de caja y variantes

Dadas las numerosas aplicaciones posibles de los rodamientos de rodillos cilíndricos, SKF ha desarrollado distintas variantes de cajas de modo que se pueda escoger una caja óptima para cada aplicación (Fig.3). La recomendación estándar sigue siendo la caja de poliamida estilo ventana, que ha demostrado fiabilidad en muchos millones de aplicaciones. Cuando las altas temperaturas o los lubricantes agresivos pueden atacar la caja de poliamida, se pueden conseguir cajas de acero prensado (estilo ventana) para muchos tamaños de rodamientos. Para condiciones especiales de aplicación, se puede elegir entre distintas variantes de cajas de bronce sólido, por ejemplo la caja ML de forma vuelta desarrollada por SKF.

La caja ML es adecuada para las mayores velocidades y aceleraciones de rotación. Las cajas de dos partes de bronce labrado remachadas como ejecución guiada por rodillos son especialmente adecuadas para la lubricación por grasa. Las barras de cajas duras con remaches con forma trapezoidal integrados permiten altas temperaturas y vibraciones con poco riesgo de aflojamiento de remaches.

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Fig. 3: diseños y variantes de cajas para rodamientos de rodillos cilíndricos

La durabilidad de los rodamientos y las influencias

Las influencias, que pueden prolongar la duración de los rodamientos se consideran matemáticamente en una ecuación de vida. El método desarrollado por Harris y Ioannides fue introducido por SKF en 1989 y más tarde se estandarizó en ISO 281:1990/Amd.2:2000. El "índice avanzado de vida" para los rodamientos de rodillos es el resultado de: L10m = aSKF (C/P)10/3

L10m es el "índice avanzado de vida" (en millones de revoluciones). El factor de modificación de la duración aSKF está influenciado por varios factores, entre los que se encuentran las condiciones de lubricación y la contaminación en el lubricante. Para los rodamientos SKF Explorer, el aSKF podría estar aumentado. Un diagrama muestra el aSKF como función de proporción de viscosidad _ de factor de contaminación _c, el límite Pu de la carga de fatiga y carga P de rodamientos equivalente. Para los rodamientos de rodillos cilíndricos SKF Explorer, la proporción _c (Pu/P) ha aumentado en un 40% en comparación con los rodamientos estándar previos.

Además, el índice de la carga dinámica básica C ha aumentado en un 15% en comparación con los rodamientos estándar previos.

La capacidad aumentada de los rodamientos de rodillos cilíndricos se puede mostrar con un rodamiento NU 207 ECP como ejemplo (Fig.2). Con una carga de rodamiento equivalente de P = 4,8 kN, un índice de carga dinámica básica de C = 48,4 kN para los rodamientos estándar o C = 56 kN para el rodamiento SKF Explorer, un límite de fatiga Pu = 6,1 kN, una proporción de viscosidad _ = 2 y un factor de contaminación _c = 0,4, se puede calcular que el "índice de vida" del rodamiento estándar previo es de L10m = 6 700 millones de revoluciones y en el caso del rodamiento SKF Explorer es de L10m = 20 300 millones de revoluciones, lo que significa un índice de vida calculado 3 veces mayor.

Más eficiente o más compacto

La capacidad aumentada de estos rodamientos es de un interés importante tanto para las máquinas ya existentes como para las nuevas máquinas, por ejemplo para

  • Alargar la duración de las máquinas ya existentes
  • Aumentar la densidad de potencia de las máquinas ya existentes
  • Crear nuevas máquinas más pequeñas con la misma potencia
  • Aumentar la densidad de potencia de las nuevas máquinas

En todos los casos las vibraciones y el ruido pueden ser reducidas, el intervalo de mantenimiento puede ser extendido y el calor causado por la fricción puede ser reducido.

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