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Cálculo de rodamientos: estudio de la carga estática y dinámica

La función de los rodamientos es sencilla: soportar cargas radiales, axiales o combinadas para mejorar el funcionamiento de sistemas de transmisión mecánicos… En el caso de los reductores de velocidad, los rodamientos contrarrestan esas cargas estáticas y dinámicas, contribuyendo a garantizar la estabilidad del sistema, su fiabilidad y la durabilidad del producto. Ahora quizás te preguntes, ¿qué son y cómo calculamos esas cargas? ¿Qué pasos debemos seguir para un correcto cálculo de rodamientos?

 

Tipos de cargas

Los rodamientos tienen múltiples funciones en todo tipo de soluciones mecánicas. Por esta razón se requiere unos estándares que definan dimensiones o límites de fatiga o falla. Gracias a ello se favorece la intercambiabilidad de este componente entre diferentes fabricantes y proveedores. Siguiendo estos criterios de selección normalizados, los datos sobre las cargas del sistema son importantes, ya que nos darán una información clara sobre qué rodamiento es el más adecuado para cada proyecto o reductor de velocidad. Aquí definimos las principales cargas que debes controlar:

 

  • Carga dinámica 

La capacidad de carga C es la magnitud mecánica que nos permite calcular la vida útil de cualquier rodamientos que gira con cargas; ya sean axiales o radiales. La carga dinámica varía con el tiempo, pero su conocimiento  ayuda a especificar una vida nominal para el rodamiento. El dato principal para registrar en tu resumen de proyecto. En la norma ISO 281:2007 se especifican los estándares para vida nominal.

 

  • Carga dinámica equivalente 

Se trata de la medida estándar que calcularía y definiría el nivel de carga invariable y constante de la operación. Tiene en cuenta todas las fuerzas a las que está sometido el rodamiento. En este caso, la carga P se define como Pr (radial) o Pa (axial).

Cuando el rodamiento recibe cargas combinadas podemos calcular la carga equivalente radial con esta fórmula:

Pr = X.Fr + Y.Fa [kN]

 

  • Carga estática

¿Sabes qué es carga estática exactamente? Se trata de una carga invariable en el tiempo. Como definición básica podríamos decir que se trata del nivel de carga invariable que sufre el rodamiento en movimiento o en reposo. Este tipo de carga puede ser radial o axial.

 ¿Cómo definiríamos de forma ampliada este elemento? En un análisis en profundidad podríamos decir lo siguiente: Una carga estática es una acción estacionaria de una fuerza o un momento que actúan sobre cierto objeto. Para que una fuerza o momento sean estacionarios o estáticos deben poseer magnitud, dirección y punto (o puntos) de aplicación que no varíen con el tiempo.

 

  • Carga estática equivalente

Se trata de la medida estándar que calcularía y definiría el nivel de carga hipotética que, de ser aplicada, causaría en el rodamiento la misma carga máxima en los elementos rodantes que las cargas reales a las que está sometido el rodamiento. Tiene en cuenta todas las fuerzas a las que está sometido el rodamiento. Esta carga P se define como Fr (radial) o Fa (axial).

Cuando el rodamiento recibe cargas combinadas podemos calcular la carga equivalente radial con esta fórmula:

P0 = X0.Fr + Y0.Fa [kN]

 

Otros cálculos del rodamiento que debes atender

 

1. El cálculo de vida útil

Pese a que nuestros rodamientos trabajen con la carga y el montaje adecuado, el esfuerzo y las cargas a las que están sometidos deteriora su material. La vida útil de un rodamiento se relaciona habitualmente con la teoría de la fatiga. Una vez que el rodamiento se deteriora y sus materiales ofrecen menores prestaciones, el rodamiento ha llegado a su máximo de vita útil. La norma ISO 281 es la que regula estos datos. Que elementos afectan según la norma a la vida útil de un rodamiento:

  • Los límites de fatiga de los materiales.
  • La dimensión de la carga del rodamiento
  • La velocidad de rotación
  • La distribución interior de las cargas dinámicas (radiales y axiales).
  • Las condiciones de fricción del rodamiento o el tipo de rodamiento.

 

“La vida útil efectiva básica de un rodamiento o índice L10 de resistencia básica a la fatiga, se define por el número total de revoluciones que alcanza el 90% de rodamientos de un grupo, durante un tiempo específico y sin fallar”.

Imagen probabilidad de fallo y vida del rodamiento | Fuente: Lublearn

 

2. Tamaño del rodamiento

El tamaño es fundamental para la correcta operación del componente. Siempre dependerá de factores como:

  • La duración de vida útil estimada.
  • La carga máxima que debe soportar según la aplicación.
  • El nivel de seguridad de la operación o funcionamiento.

 

3. La tipología del rodamiento

Otro factor capital para el cálculo de rodamientos. Como ya hemos comentado, cada uno de los rodamientos están diseñados para contrarrestar las diferentes cargas radiales y axiales según cada aplicación.

Compartimos un interesante artículo de nuestro blog sobre los principales tipos de rodamientos que existen.

Por otro lado, una clasificación habitual es según su elemento rodante, ya sea a bolas, rodillos y barriletes. Esta clasificación se relaciona con la carga, ya que el primero, a diferencia de los otros dos, se usa más en cargas bajas.

Para terminar, también podemos encontrar una clasificación relacionada con la rigidez de la pieza: rodamientos rígidos y rodamientos rotulados. Esto es habitual por ejemplo en maquinaria pesada.

 

4. Horas de trabajo y velocidad de la operación

Al margen de las cargas soportadas. También habría que tener muy en cuenta las horas de servicio y el número de revoluciones. Existen tablas estandarizadas que recogen estos datos para marcar unas vidas nominales según sectores o maquinarias.

 

El último paso en el cálculo de rodamientos: los factores de ajuste

Cuando hablamos de componentes mecánicos es imposible predecir una vida útil exacta para el material. Por esta razón se deben establecer factores de ajuste que relacionen los datos de vida útil según la capacidad de carga con otros elementos que condicionan el sistema. Diferenciamos:

  • Factor de ajuste de la vida según viabilidad
  • Factores de ajuste según material del rodamiento
  • Factor de ajuste según condiciones de trabajo…

Como conclusión es importante establecer estos valores dentro del cálculo de rodamientos para aproximarnos más al dato de vida nominal. Gracias a ello podemos predecir nuestras necesidades de mantenimiento y recambio.

Rodamientos y reductores

Como puedes imaginar, los rodamientos son unas piezas de gran transcendencia en el correcto funcionamiento de nuestros reductores de velocidad.

¿Estás desarrollando un proyecto mecánico y te gustaría recibir asesoramiento sobre qué rodamiento es el más idóneo para tu aplicación? Contacta con nuestros ingenieros. Recuerda que CLR fabrica reductores llave en mano según tus necesidades. ¡Te esperamos de nuevo en nuestra web y en el blog de CLR!

 

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