Universidad Nacional de Mar del PlataFacultad de ingeniera

Clculo y elementos de mquinas

Trabajo Prctico N11

Ttulo del T.P: Seleccin de Rodamientos

Fecha de entrega: 31/10/2013

Profesor a cargo: Fernndez Roberto

Integrantes de la Comisin:

Apellido y nombreMatriculaPlan de estudioCarrera

Bornatici Juan Pablo109322003electromecnica

Campolieto Sergio115302003electromecnica

Louge Ignacio110402003electromecnica

Miranda Julin110712003electromecnica

Piccorella Facundo114292003electromecnica

Ruedaz Luciano104502003electromecnica

Sullivan Karina117582003electromecnica

Objetivo

Seleccionar los rodamientos para un rbol que posee dos engranajes en voladizo, uno cnico y otro recto como se muestra en la siguiente figura:

Para la seleccin de rodamientos:

Los pasos para disear una disposicin de rodamientos generalmente siguen el mismo orden.

Primero debe efectuarse un exacto reconocimiento de todos los factores de influencia.

Luego, se elige el tipo, la disposicin y el tamao de los rodamientos y se revisan las alternativas.

Finalmente se determina la disposicin completa de rodamientos en el plano de diseo donde se definen los datos de los rodamientos, (dimensiones principales, tolerancias, juego del rodamiento, jaula) las partes adyacentes (tolerancias de ajuste, fijaciones, obturaciones) y la lubricacin.

Clculo de fuerzas

Rodamiento A:

Rodamiento B:

Clculo del dimetro del eje aproximado

Como no conocemos el valor del dimetro del eje en donde van alojados los rodamientos, aplicamos la siguiente ecuacin para obtener un valor aproximado:Para la construccin del eje consideramos acero IRAM 1045, Siendo:

Consideramos tomar un coeficiente de seguridad de 5, entonces, las tensiones admisibles son:

Torsin

Siendo:

Flexin

Consideramos, el efecto de tener slo un momento torsor, aproximamos el dimetro del eje sabiendo que el mnimo son 32 [mm], entonces se selecciona un dimetro interno diferente para cada rodamiento:

Puede observarse que el estado de cargas es combinado en un rodamiento.

Influencias

Deben conocerse los siguientes datos:

Mquina / dispositivo y lugar de montaje de los rodamientos (croquis) Condiciones de servicio (carga, velocidad, espacio de montaje, temperatura, condiciones ambientales, disposicin del eje, rigidez de las partes adyacentes) Exigencias (duracin, precisin, ruido, rozamiento y temperatura de servicio, lubricacin y mantenimiento, montaje y desmontaje) Datos comerciales (plazos, cantidad de piezas)

Antes de disear la disposicin de los rodamientos, deben evaluarse los siguientes factores de influencia:

Carga y velocidadQu cargas radiales y axiales existen? Cambia la direccin? Cul es la velocidad de giro? Cambia el sentido de giro? Pueden producirse cargas de choque? Debe considerarse la relacin entre carga y velocidad y sus porcentajes de tiempo en el dimensionado?

Existen cargas radiales y axiales. No hay cambios en el sentido de giro. La velocidad de giro es de 50 [rpm].

Espacio de montajeHay una zona de montaje especificada? Es posible cambiar las dimensiones sin perjudicar el funcionamiento de la mquina?

La zona de montaje es amplia, pudiendo ser montado de diversas formas.

TemperaturaQu temperatura ambiente hay? Hay que contar con un calentamiento o refrigeracin externo (gradiente trmico entre los aros de los rodamientos)? Qu variaciones longitudinales por dilatacin trmica cabe esperar (rodamiento libre)?

Para las condiciones de nuestra mquina, no consideramos a la temperatura como un factor a tener en cuenta ya que tenemos una temperatura ambiente normal.

Condiciones ambientalesExiste elevada humedad ambiental? Conviene proteger los rodamientos contra suciedad? Existen medios agresivos? Se transmiten vibraciones sobre los rodamientos?

Solamente tendremos en cuenta protegerlos contra la suciedad

Disposicin del ejeEn cul de las tres disposiciones horizontal, vertical o inclinada se encuentran los ejes?

Horizontal.

Rigidez de las partes adyacentesDeben considerarse deformaciones del soporte? Cabe esperar desalineaciones de los rodamientos originadas por flexin del eje?

No van a existir deformaciones considerables en el eje, por lo tanto no ocasionarn inconvenientes.

VidaQu vida se exige? Es posible comparar la presente disposicin de rodamientos con otra ya probada (vida nominal Lh, factor de esfuerzos dinmicos fL)? Debe efectuarse un clculo de vida ampliado (que siempre ser preferible por sus resultados ms parecidos a las condiciones de servicio reales)?

Consideramos una vida mnima de 6000 horas.

PrecisinHay grandes exigencias en precisin de giro, por ejemplo, en apoyos para mquinas-herramienta?

No existen exigencias considerables para la precisin del giro.

RuidoSe exige un funcionamiento muy silencioso, por ejemplo, en motores elctricos de aparatos electrodomsticos?

Al ser una mquina que se encuentra en un taller, no consideramos que el ruido que pueden generar los rodamientos influya en el ambiente.

Rozamiento y temperatura de servicioSe exige una prdida de energa reducida? Conviene limitar el aumento de temperatura para no perjudicar la precisin?

No hay grandes restricciones en cuanto al rendimiento.

Lubricacin y mantenimientoExisten especificaciones sobre el tipo de lubricacin del rodamiento, por ejemplo, lubricacin por bao o circulacin de aceite? Es necesario evitar la fuga de lubricante para que la calidad del producto no se perjudique, por ejemplo, en la industria alimenticia? Se ha previsto un sistema central de lubricacin? Los rodamientos deben ser sin mantenimiento?

Se considera utilizar un rodamiento que posee lubricacin de por vida.

Montaje y desmontajeSe necesitan dispositivos de montaje especiales? El aro interior se monta sobre un eje cnico o cilndrico? Los rodamientos deben montarse directamente sobre el eje o fijarlos con manguitos de montaje o desmontaje? Hay frecuentes desmontajes, por ejemplo, en los apoyos de laminadores?

El eje de montaje es cilndrico. Los rodamientos se montan directamente sobre el eje, no se prevn realizar desmontajes, slo se desmontarn en caso de reemplazo.

Datos comercialesQu demanda existe? Cundo se necesitan los rodamientos? Es posible utilizar las ejecuciones bsicas (ver lista de precios FAG) suministrables a corto plazo? Se necesitan variantes del diseo bsico del rodamiento o nuevos diseos para condiciones de servicio especiales? La oficina de FAG le indicar precio y plazo de estos rodamientos.

Estas influencias son tenidas en cuenta para cada uno de los siguientes pasos de diseo de una disposicin de rodamientos

Eleccin del tipo de rodamiento Eleccin de la disposicin del rodamiento Determinacin del tamao del rodamiento (vida, factor de seguridad esttica) Definicin de datos del rodamiento Diseo de las partes adyacentes Lubricacin y mantenimiento Montaje y desmontaje

Seleccin del tipo de rodamientoPara la seleccin se utiliza el Catlogo Marca Catlogo WL 41 520/3 SB (ao 2000). Se deben elegir dos rodamientos con un dimetro interno de 45 [mm]. Se seleccionan con tapas de obturacin para evitar el posible ingreso de partculas dada las caractersticas de la mquina.

Seleccionamos y vamos a realizar el clculo para rodamientos de tipo cnicos.

En las pginas 22 y 23 se tiene un cuadro para hacer una preseleccin de los rodamientos.Dados nuestros requerimientos, prestaremos atencin a las siguientes columnas:

1era: carga radial2da: carga axial14ta: rodamientos fijos

Habiendo elegido el tipo de rodamiento se procede a realizar el clculo del mismo.

Cabe aclarar que una solicitacin esttica tiene lugar si el movimiento relativo entre los aros de los rodamientos es nulo o muy lento (n < 10 [rpm]), catlogo pgina 30. Por lo tanto en nuestro caso, al tener una velocidad mayor, no verificaremos el rodamiento para carga esttica.

Seleccin de los rodamientos

Capacidad de carga dinmica C para una pareja de rodamientos de rodillos cnicos

Rodamiento A

Se escoge el ms chico (denominacin FAG 32008XA) (denominacin ISO355 T3CD040) de las pginas 330-331 del catlogo cuyas dimensiones se pueden observar en la siguiente figura:

Siendo

Este rodamiento tiene una capacidad de carga dinmica, una capacidad de carga esttica, un factor, un factor y un factor.

Rodamiento B

Se escoge el ms chico (denominacin FAG 32007X) (denominacin ISO355 T4CC035) de las pginas 330-331 del catlogo cuyas dimensiones se pueden observar en la siguiente figura:

Siendo

Este rodamiento tiene una capacidad de carga dinmica, una capacidad de carga esttica, un factor, un factor y un factor.

En nuestro caso, elegimos una disposicin en O

Para rodamientos de rodillos cnicos de una hilera deben tenerse en cuenta las fuerzas axiales de reaccin (segn la tabla de la pgina 326). Los valores de Y, y e se muestran en las tablas de rodamientos.

En funcin de las fuerzas calculadas anteriormente, tenemos:

Por lo tanto entramos en la tabla anterior en la primera ecuacin para el Rodamiento A:

Siendo:Ka: Fuerza axial (RA)

Para disposicin de rodamiento individual, la carga equivalente es la siguiente:

Rodamiento A

Como la relacin es mayor que e, tenemos:

Rodamiento B

Como la relacin es menor que e, tenemos:

Clculo de la vida de los rodamientos

Luego se calcula la duracin nominal expresada en millones de revoluciones:

L10 = L vida nominal [106 revoluciones]C= capacidad de carga dinmica [kN]P= carga dinmica equivalente [kN]p= exponente de vida

En nuestro caso por tener rodamiento de rodillos, p= 10/3

Rodamiento A

Convirtiendo este valor a horas:

Rodamiento B

Convirtiendo este valor a horas:

Eleccin del sistema de lubricacin y lubricante a utilizar

Para la seleccin del sistema de lubricacin tenemos en cuenta que la lubricacin debe asegurar el buen funcionamiento de los rodamientos para cumplir con la vida til requerida de 6000 horas. Considerando que se trabaja con temperatura relativamente baja y no hay que evacuar calor y teniendo en cuenta las siguientes ventajas de la lubricacin por grasa, se decide trabajar con una grasa como lubricante. construcciones muy sencillas; mayor eficacia de la obturacin debido a la grasa; elevada duracin de servicio mediante una lubricacin sin mantenimiento y sin aparatos de lubricacin; periodo ms largo hasta el fallo en el caso de fallar la lubricacin despus de alcanzarse la duracin de servicio de la grasa si los factores de velocidad son moderados; par de rozamiento bajo.

Determinamos tipo de grasa segn las solicitaciones y las caractersticas del rodamiento basndonos en la publicacin N WL 81 115/4 SB-Lubricacin de rodamientos de la empresa FAG.Para la seleccin, debemos ingresar a un grfico, con la relacin de la carga dinmica equivalente sobre la capacidad de carga dinmica, P/C:

Tomamos el valor ka igual a 2 ya que se trata de rodamientos cnicos:

Con estas relaciones ingresamos al siguiente nos basamos en el siguiente grfico:

Rodamiento A

Rodamiento B

En ambos casos, cuando ingresamos al cuadro con la relacin de ka.n.dm, el valor es demasiado bajo, entonces lo aproximamos al mnimo del grfico, que sera el caso si tuviramos una velocidad mayor.Para la relacin P/C, consideramos ingresar en el lado izquierdo, para rodamientos solicitados axialmente, debido a que en nuestro caso la carga axial es mayor que la radial.

Por lo tanto, estamos dentro del sector de solicitacin, HL, en la misma, se encuentran aplicaciones de rodamientos altamente solicitadas a carga. Aqu debern elegirse grasas con un aceite bsico de mayor viscosidad, con aditivos EP y eventualmente con aditivos de lubricantes slidos. En rodamientos altamente solicitados a carga y a baja velocidad de giro, estos aditivos se encargan de que en lugar de la lubricacin hidrodinmica, que a veces falta (lubricacin parcial) acte la lubricacin qumica y la lubricacin seca.

Ajuste y asiento de los rodamientos

Para la eleccin de los ajustes se tienen en cuenta los siguientes criterios:

Los aros de los rodamientos deben asentarse bien a lo largo de toda su periferia para aprovechar totalmente la capacidad de carga del rodamiento. Los aros no deben tener movimientos relativos de giro con las partes adyacentes, para que los asientos no se deterioren. Uno de los aros del rodamiento libre debe adaptarse a las variaciones longitudinales de eje y alojamiento, es decir debe ser desplazable en direccin axial. Solamente con los rodamientos de rodillos cilndricos N y NU este desplazamiento tiene lugar dentro del rodamiento. El montaje y el desmontaje de los rodamientos debe ser fcil.

Para poder cumplir las primeras dos exigencias, los aros interior y exterior de los rodamientos radiales bsicamente deben recibir un ajuste fijo. Esto, sin embargo, no puede realizarse al menos en un aro - si el rodamiento libre debe poderse desplazar en sentido axial o si se quieren montar o desmontar rodamientos no despiezables. Entonces es decisivo cul de los aros recibe carga puntual o carga circunferencial. Se permite un ajuste holgado (eje segn g y alojamiento segn G, H, o J) para el aro cuya carga est constantemente dirigida al mismo punto (carga puntual). El otro aro, que gira con relacin a la direccin de la carga (carga circunferencial), generalmente debe recibir un ajuste fijo.

De la siguiente tabla, se determina la condicin en la que se encuentran los rodamientos en nuestra mquina:

En el caso de nuestros rodamientos tenemos la primera condicin, con carga circunferencial para el aro interior y carga puntual para el aro exterior. Una vez establecida la misma, se seleccionan los ajustes con los cuadros que siguen:

Entonces, tenemos:

Rodamiento A

Solicitado con carga combinada: ajuste holgado

Rodamiento B

Solicitado con carga radial: ajuste fijo