INICIO DEL RODAMIENTO
Si bien la importancia de la rodadura en el progreso de la técnica ya fue reconocida mucho antes, el rodamiento es un elemento de máquinas propio del s.xx.
A pesar de existir varias referencias del uso de la rodadura desde la antigüedad (Siria, Roma, Leonardo da Vinci), las primeras patentes sobre rodamientos no tienen lugar hasta finales del s.XVll (fueron concedidas al inglés P. Vaughan, en 1794, por un rodamiento radial de bolas, y al francés M. Cardinet, en 1802, por unos rodamientos axiales de bolas y de rodillos).
A partir de aquellas fechas se sucedieron innumerables progresos y mejoras. Sin embargo, fueron el desarrollo de la bicicleta, primero, y el del automóvil, después, los que impulsaron las técnicas de fabricación precisa y de temple adecuadas para los anillos y elementos rodantes del rodamiento, a fin de asegurar un funcionamiento suave sin desgastes prematuros. Con el s. xx se inició su fabricación en serie.
GUIADO
Una de las funciones básicas de las máquinas es el guiado de pie¬zas móviles, especialmente de las que han de tener un movimiento de rotación (ejes, árboles, manive¬las, balancines) o un movimiento lineal de traslación (correderas, mesas, émbolos).
En el guiado (y más adelante también en las transmisiones), las zonas con movimiento relativo entre las piezas (articulaciones y enlaces) constituyen puntos críti¬cos de las máquinas en los que pueden producirse fenómenos no deseables, como por ejemplo aga¬rrotamientos, desgastes, vibra-ciones y ruidos.
El movimiento relativo entre piezas puede realizarse por des¬lizamiento (por ejemplo, arrastre de un libro sobre una mesa) o por rodadura (por ejemplo) arrastre de un libro sobre dos o más lápi¬ces cilíndricos). El segundo proce¬dimiento, ya utilizado en la anti¬güedad para trasladar grandes bloques de piedra, exige menor esfuerzo que el primero. En efec¬to, inclinando la mesa, antes se moverá el libro dispuesto sobre lápices que el libro que está direc¬tamente apoyado sobre ella.
En la mayor parte de las articu¬laciones y enlaces, tanto por desli¬zamiento como por rodadura, es necesaria la lubricación (interpo¬sición de una grasa, un aceite u otro lubricante entre las superfi¬cies en movimiento). Los objetivos principales de la lubricación son:
1) disminuir el rozamiento y el desgaste;
2) disipar el calor genera¬do por el movimiento;
3) proteger las superficies de la corrosión.
Como consecuencia de todo lo anterior) se han ido especializando elementos de máquinas para el guiado (y también para las trans¬misiones), que resuelven con efi¬cacia la disminución del roza¬miento y del desgaste (introdu¬ciendo cada vez más la rodadura)) así como los correspondientes problemas de lubricación.
Para el movimiento de rotación existen en el mercado los cojinetes de fricción y los rodamientos, mientras que para el movimiento de traslación existen diversos ti¬pos de guías de deslizamiento, así como guías lineales basadas en la rodadura.
SOPORTES
Es una pieza o dispositivo destinado a sostener o apoyar algún otro elemento fijo o móvil de la máquina.
Todo elemento móvil necesita uno o varios puntos de apoyo sobre una superficie fija, éstos le permiten desplazarse o girar en la dirección requerida para cumplir su misión, pero se lo impiden en las demás.
En el caso de los ejes que transmiten movimiento, es preciso que los soportes le permitan el movimiento de giro y le impidan el movimiento axial (en la direc¬ción del eje). En algunos casos disponen de un pequeño desplazamiento axial, pero con el fin de cumplir un objetivo previsto.
Para conseguir lo anterior y que las pérdidas por rozamiento entre eje y sopor¬te sean mínimas, se colocan entre ambos unas piezas denominadas cojinetes.
Un eje por norma general está apoyado en dos soportes como mínimo, en los que se colocan los cojinetes que permiten el giro y evitan el desplaza¬miento axial y radial del mismo.
COJINETES Y RODAMIENTOS
Son elementos de máquinas cuya función es el guiado de rota¬ción de una pieza.
En los cojinetes de fricción, el guiado se consigue por medio del deslizamiento directo entre dos superficies cilíndricas, mientras que en los rodamientos dicha fun¬ción se logra por interposición de diversos elementos rodantes entre dichas superficies.
Los cojinetes de fricción son anillos fabricados generalmente de bronce o un material plástico (poliamida, FA; polietileno, FE), que se deslizan (normalmente en presencia de un lubricante, aceite en el bronce o agua en los plásti¬cos) sobre una superficie de acero de dureza suficiente. Existen coji-netes de fricción sin manteni¬miento (no hay que engrasados) que confían las propiedades anti-deslizantes a la presencia de mate¬riales como el PTFE (o teflón).
Los rodamientos o cojinetes de rodadura están formados por una o más hileras de elementos rodan¬tes (bolas, rodillos, agujas), gene¬ralmente distanciados entre sí por una jaula, los cuales ruedan entre el anillo interior, que se fija al eje, y el anillo exterior, que se puede sujetar a una rueda o bien a la car¬casa de la máquina.
Hay que advertir que en los ro¬damientos el rozamiento es mu¬cho menor que en los cojinetes de fricción.
Según la dirección de las princi¬pales fuerzas que son capaces de soportar, los rodamientos se clasi-fican en radiales (fuerzas en direc¬ción perpendicular al eje), axiales (fuerzas en la dirección del eje) y oblicuos (fuerzas a la vez radiales y axiales).
En función el tipo de elementos rodantes, se clasifican en rodamien¬tos de bolas (elementos rodantes de forma esférica), rodamientos de ro¬dillos (elementos rodantes de for¬ma cilíndrica o ligeramente abom¬bada) y rodamiento s de agujas (elementos rodantes en forma de rodillos de gran longitud y poco diámetro); los primeros soportan fuerzas moderadas, mientras que los dos últimos resisten fuerzas más elevadas.
Finalmente, en función de la posibilidad de oscilación del plano del rodamiento respecto a la alineación del eje, se clasifican en rodamientos rígidos y rodamientos oscilantes. Este último anillo exterior tiene forma esférica, se aplican en montajes que los apoyos de los ejes resultan poco precisos o pueden deformarse con facilidad.
COJINETE
Es una pieza o conjunto de piezas donde se apoya y gira el eje de una máquina. Los cojinetes son piezas fácilmente desmontables que se adaptan entre el eje y el sopor¬te, y cuya colocación es necesaria en todo tipo de maquinaria por dos razones:
• Si una pieza se mueve con respecto a otra, se produce rozamiento que trae consigo el desgaste de las mismas. Esto provoca holgura entre las piezas y en el giro de un eje, vibraciones en el mismo. Si esto ocurre se debe cambiar el soporte (en muchos casos al estar en la propia bancada de la máquina esto supondría cambiar la máquina) y el eje, es decir, la máquina dejaría de ser útil.
• Habitualmente soporte y eje suelen ser del mismo material, y en concre¬to de acero o fundición, materiales no adecuados para una larga dura¬ción del mecanismo si las piezas rozan entre sí.
Son piezas de material más blando y/o con un coeficiente de fricción bajo, para evitar en gran medida el desgaste; pero si esto ocurre, el cojinete desgastado sería cambiado y el problema quedaría solventado. También se pueden colocar elementos que rueden entre ambos, evitando el roza¬miento.
Los cojinetes están colocados de forma que puedan ser fácilmente desmon¬tables para ayudar en la tarea de mantenimiento y reparación de la maquinaria.
Las medidas de la mayoría de ellos están normalizadas y se encuentran fácil¬mente en el mercado.
Los cojinetes, durante su trabajo, deben soportar los esfuerzos radiales y axiales a que los ejes están sometidos. Para ello, y dependiendo de la magnitud de las cargas y el tamaño del cojinete se pueden utilizar uno u otro tipo de los dos siguientes:
• Cojinete de fricción.
• Rodamiento.
COJINETE DE FRICCIÓN
Son aquellos que permanecen fijos al soporte y durante el giro del eje rozan con éste, es decir, trabajan a fricción. Son piezas de revolución de manera que el diámetro, interior donde se aloja el eje es superior al del propio eje, para facilitar su giro. A la diferencia entre ambas medidas se le denomina juego de montaje.
La forma del cojinete viene determinada por el soporte y el eje, y los materiales con que se fabrican son:
• Plástico o nylon para soportar esfuerzos pequeños.
• Bronce para esfuerzos medios. Estos cojinetes se fabrican por sinterizado y se caracterizan por ser porosos, cualidad que se aprovecha para hacer¬los autolubricantes, sumergiéndolos en aceite unas horas antes de mon¬tarlos. Una aplicación de este tipo de cojinetes se encuentra en todo tipo de motores eléctricos pequeños.
• Acero con una capa de metal antifricción. En la parte donde roza con el eje este tipo de cojinetes lleva una capa de un metal de bajo coeficiente de rozamiento, normalmente estaño y plomo. Estos cojinetes se utilizan en automación, como componente del motor, colocados entre biela y cigüeñal (como cojinete radial) y entre cigüeñal y apoyos (como cojinetes radiales y axiales). Este tipo de cojinetes necesita un engrase constante para su buena y perfecta conservación, por lo que se necesita un sistema de engrase a presión para tenerlo en todo momento bien lubri¬cado. Una buena lubricación es la forma más idónea de aguantar el efecto de martilleo producido por la biela al transmitir el esfuerzo de giro al cigüeñal.
Los cojinetes de reducido espesor no admiten reparación algu¬na, por lo que entonces si se notaran rayaduras o señales de atas¬camientos o exceso de juego entre ellos y los codos del cigüeñal, será necesario reemplazarlos por nuevos.
Para comprobar el juego entre cojinetes de biela y codos del cigüeñal, se limpiarán en primer término las superficies, elimi¬nando todo vestigio de lubricante.
EN LA ACTUALIDAD es inconcebible el funcionamiento de las máquinas y de los vehículos sin los rodamientos. Incluso los chicos saben distinguir perfectamente unos patines con buenos elementos de rodadura para correr con el mínimo esfuerzo. Los rodamientos se han ido especializando en función del tipo de las cargas que soportan (radiales, axiales u oblicuas) y de su intensidad (bolas para cargas más livianas, y rodillos o agujas para las más elevadas). Los rodamientos se deterioran con el tiempo. Puesto que pueden desmontarse, es posible sustituirlos por otros nuevos.
RODAMIENTO
Es un cojinete formado por dos cilindros concéntricos, uno fijo al soporte y otro al eje, entre los que se intercala una corona de bolas o rodillos que pue¬den girar entre ambos, la cual proporciona una menor pérdida de energía que la fricción.
Las piezas soportes (normalmente cilíndricas) se denominan pistas y sue¬len fijarse por simple ajuste al eje y al agujero del soporte. Son de acero y sus dimensiones están normalizadas para poder encontrar fácilmente otro cojinete idéntico en el caso de tener que cambiarlo o que los fabricantes puedan disponer de ellos con facilidad. Las pistas sobre las que ruedan las bolas o rodillos deben tener un acabado muy fino y mantenerse engrasadas para facilitar la rodadura y aminorar el desgaste. Para ello podemos encon¬trar:
• Rodamientos sellados: Por ambas caras se tapan las pistas y bolas, no pudiendo acceder a las mismas, y evitando así que entren impurezas. Son engrasados de por vida en la fábrica.
• Rodamientos semisellados: Una de las caras se precinta y la otra deja al descubierto las bolas y pistas. En este caso es posible su lubrica¬ción.
• Rodamientos abiertos: Se puede acceder a las bolas por ambas caras.
No se coloca ningún tipo de sellado.
Se utiliza uno u otro tipo dependiendo de las condiciones de trabajo del rodamiento.
Los rodamientos según la forma del elemento que rueda pueden ser:
a) Rodamiento de bolas: Entre las pistas se interponen bolas separadas por una jaula metálica normalmente, para evitar el contacto entre ellas.
b) Rodamiento de rodillos: Consiste en interponer entre las pistas unos cilindros denominados rodillos si la longitud y el diámetro están en una rela¬ción inferior de 10/1 .
Se separan por medio de una jaula porta-rodillos.
c) Rodamiento de agujas: El elemento que rueda está constituido por cilin¬dros cuya relación longitud-diámetro es superior a 10/1. Por lo general no dis¬ponen de pistas (ruedan sobre el soporte y eje) y pueden ir sujetas por una jau¬la, o disponen de la pista exterior.
En su manipulación, debido a su tamaño es preciso tener sumo cuidado con no perder ninguna de las agujas.
Atendiendo al tipo de esfuerzo que pueden soportar los rodamientos se pue¬den clasifícar en tres tipos:
• Radiales: Soportan muy bien los esfuerzos radiales (en sentido del radio).
• Axiales: Soportan muy bien esfuerzos en sentido longitudinal del eje.
• Mixtos: Tienen propiedades de los dos anteriores.
Rodamientos radiales
Los rodamientos rígidos de bolas sop¬ortan fuerzas radiales mo¬deradas y, en menor medida, axia¬les. Son, a la vez, los más baratos más empleados (máquinas ligeras, como pequeños motores eléctricos, lavadoras, ventiladores y otros).
Los rodamientos de rodillos so¬portan bien grandes fuerzas radiales, pero no así fuerzas axiales. Re-sultan bastante más caros y son menos utilizados que los roda¬mientos rígidos de bolas (maqui¬naria pesada).
Los rodamientos de agujas (va¬riante de los rodamientos de rodi¬llos) tienen un precio muy elevado y su empleo solamente se justifica cuando el espacio disponible entre eje y la rueda o carcasa es muy pequeño (por ejemplo, en maqui¬naria textil, cambios de marchas motocicletas).
Rodamientos axiales y oblicuos
Los rodamientos axiales (de bolas de rodillos o de agujas, según la importancia de las fuerzas axiales) no soportan fuerzas en dirección radial, por lo que, en general, se montan en combinación con rodam-ientos radiales. Un ejemplo de aplicación es la articulación de un gancho giratorio de grúa.
Los rodamientos oblicuos (de bolas de contacto angular; de rodi¬llos cónicos, según la importancia de la carga) soportan fuerzas tanto radiales como axiales. Tanto su compra como su montaje son ca¬ros, ya que deben ajustar su posi¬ción axial sobre el eje. Un ejemplo de aplicación es la articulación de las ruedas de vehículos, que so¬portan fuerzas tanto radiales (peso del vehículo) como axiales y de vuelco ( acción de la fuerza centrífuga en las curvas).
Trabajo Práctico realizado en 2006 p el prof. Fierro Jorge
