Polea para cuerdas

Este ejemplo muestra el proceso de selección de rodamientos aplicado a un caso de aplicación en el que se deben seleccionar los rodamientos de las poleas para cuerdas en una nueva máquina papelera.

Un fabricante de máquinas papeleras quiere construir una nueva máquina utilizando las poleas para cuerdas de su diseño estándar. El requisito del cliente final es que las poleas no necesiten mantenimiento durante cinco años.

Cada paso del ejemplo se describe en una sección ampliable/desplegable a continuación. Los pasos del ejemplo siguen la secuencia en el proceso de selección de rodamientos. Algunos pasos, como determinar el tamaño del rodamiento, requieren más de una iteración si el cálculo depende de una etapa posterior en el proceso. Esto se indica en el encabezado. Por ejemplo, "Tamaño del rodamiento (paso 2)". Consulte el proceso de selección de rodamientos para obtener una descripción completa de cada paso del proceso.

Rendimiento y condiciones de funcionamiento
Performance requirements and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Las poleas para cuerdas (fig. 1) están situadas entre los rodillos y los cilindros de la máquina papelera, y giran constantemente mientras la máquina se encuentra en funcionamiento. En esta aplicación, el aro exterior de la polea para cuerdas gira constantemente.

Las condiciones de funcionamiento son las siguientes:
  • velocidad de giro: 2 450 r. p. m.
  • carga radial: 1,1 kN generada por el peso de la polea y la tensión de la cuerda, compartida entre los rodamientos
  • carga axial: cero, debido a la orientación de las poleas, la cuerda no genera carga axial
  • entorno: calor y humedad, con temperatura ambiente de 80 °C (175 °F)
Tipo de rodamiento y disposición
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Dado que las cargas son bajas y lasvelocidades moderadas, las poleas para cuerdas utilizan dos rodamientos rígidos de bolas. Para lograr un período prolongado sin necesidad de mantenimiento, es necesario utilizar rodamientos sellados. Los rodamientos rígidos de bolas SKF están disponibles con varias versiones de sellos.

Se utiliza una disposición de rodamientos flotante, cada rodamiento fija la polea axialmente en un sentido y toda la disposición puede moverse axialmente una pequeña distancia entre los dos extremos.
Tamaño del rodamiento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

El diseño actual de la polea para cuerdas del fabricante utiliza dos rodamientos 6207-2RS1. SKF ha sustituido el sello RS1 con el sello RSH. En este ejemplo, se comprueba la idoneidad de los rodamientos 6207-2RSH (→ detalles del producto).

El paso siguiente en el proceso de selección es determinar el método en el que basar la selección del tamaño. Los rodamientos funcionan en condiciones de funcionamiento típicas; por lo tanto, el modo de falla probable es la fatiga por contacto de rodadura. La selección del tamaño se basa en la vida nominal.

Vida nominal básica




Como no hay carga axial, la carga dinámica equivalente, P, en cada rodamiento es igual a la carga radial dividida por dos.
  • P = 0,55 kN
  • relación de carga, C/P = 49
La vida nominal básica, L10h = 804 800 h. Esto es mucho más que los 5 años (43 800 h) sin mantenimiento requeridos.

Conclusión

  • Con una vida nominal básica tan alta a 2 450 r. p. m., se recomienda comprobar que el rodamiento esté suficientemente cargado para mantener las bolas girando y evitar el deslizamiento de las bolas. Esto se realizará después de comprobar la lubricación, porque la viscosidad del lubricante influye en la carga mínima requerida.
  • Debe comprobarse la vida útil de la grasa para ver si el rodamiento cumple el requisito del cliente final.

La vida nominal SKF, L10mh, se calculará después de comprobar la lubricación y controlar la velocidad y la temperatura de funcionamiento, porque la viscosidad del lubricante influye en el resultado. Esto se realizará en Tamaño del rodamiento (paso 2), a continuación.

Lubricación
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

El rodamiento 6207-2RSH está lleno de grasa MT33 (tabla 1).

La temperatura de funcionamiento debe definirse antes de continuar.
Temperatura y velocidad de funcionamiento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Si la relación de carga C/P > 10, la temperatura de funcionamiento es inferior a 100 °C (210 °F), la velocidad de funcionamiento es menor que el 50% de la velocidad límite y no hay una entrada importante de calor externo, no es necesario un análisis térmico detallado.

En este ejemplo:
  • relación de carga: C/P = 49 > 10
  • velocidad de funcionamiento: 2 450 r. p. m. < 0,5 x 6 300 (velocidad límite)
  • A partir de la experiencia con poleas para cuerdas que funcionan en condiciones similares, la temperatura de funcionamiento del rodamiento es de aproximadamente 90 °C (195 °F).
Por lo tanto, no es necesario un análisis térmico detallado.
Lubricación (paso 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

1. Vida útil de la grasa MT33

La vida útil de la grasa se puede calcular mediante el diagrama 1 en la sección Grasas para rodamientos tapados en Rodamientos rígidos de una hilera de bolas. Como el aro exterior del rodamiento gira, para los cálculos de la vida útil de la grasa, se utiliza nD en lugar de ndm (tabla 2).

Entonces, con los valores de entrada:
  • nD = 2 450 x 72 = 176 400
  • La grasa MT33 con un factor de rendimiento de la grasa, GPF = 1
  • la temperatura de funcionamiento de aproximadamente 90 °C (195 °F)
La vida útil de la grasa, L10h, es de aproximadamente 12 500 horas, que es menos que los 5 años sin mantenimiento requeridos.

2. Vida útil de la grasa WT

El rodamiento SKF 6207-2RSH está disponible con la grasa WT, que tiene un GPF=4. Se trata de una grasa de tipo poliurea con un aceite base de éster. (tabla 3)

A partir del diagrama 1, la vida útil de la grasa, L10h es de 50 000 horas, que es superior a 5 años.

Conclusión

El rodamiento SKF 6207-2RSH, con la grasa WT, cumple los requisitos en términos de vida útil de la grasa.
Tamaño del rodamiento (paso 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

A partir de las conclusiones obtenidas anteriormente en Tamaño del rodamiento, es necesario comprobar la carga mínima y, ahora que se ha seleccionado la lubricación, puede verificarse la vida nominal SKF.

Carga mínima


Utilizando la ecuación de carga mínima de Cargas, la carga mínima, Frm está dada por:
donde:
  • kr = 0.025
  • v = 210 mm2/s
    Al determinar la carga mínima, para cubrir todas las condiciones de funcionamiento críticas, utilizar la mayor viscosidad del aceite que pudiera presentarse. Esta debe corresponder a la temperatura más baja, que es de 20 °C (70 °F). La viscosidad del aceite base de la grasa WT a 40 °C (105 °F) es de 70 mm2/s ≈ ISO VG 68. Calculada a partir del diagrama 2, o calculada mediante SKF Bearing Calculator, para la grasa WT v = 210 mm2/s a 20°C (70 °F).
  • dm = (d+D)/2 = (35+72)/2 = 53,5 mm
Por lo tanto:
Frm = 0,44 kN < 0,55 kN, por lo tanto, el rodamiento 6207-2RSH/WT es adecuado.

Vida nominal SKF


 

Puesto que P < Pu, la fatiga no representa un factor (→ Carga límite de fatiga, Pu). No obstante, resulta útil verificar la condición de lubricación (relación de viscosidad) y el factor de modificación de la vida útil.

1. Condición de lubricación: la relación de viscosidad, κ

κ = ν/ν1

Se utilizan los siguientes:
  • ν1 se determina a partir del diagrama 3
  • con: dm = 53,5 y n = 2 450 r. p. m., ν1 es de aproximadamente 12 mm2/s
Para la grasa WT, la viscosidad del aceite base a 90°C (195 °F) puede calcularse a partir del diagrama 2, o calcularse mediante SKF Bearing Calculator, y es de 12 mm2/s.

Relación de viscosidad, κ = 12/12 = 1

2. Factor de modificación de la vida útil, aSKF

Para determinar el factor de modificación de la vida útil para los rodamientos radiales de bolas, se utiliza el diagrama 4, con:
  • P = 0,55 kN
  • κ = 1
  • Pu = 0,655 kN
  • ηc = 0,6
    El factor de contaminación se elige en función de la tabla 4. (→ Factor de contaminación, ηc)
  • SKF 6207-2RSH/WT es un rodamiento SKF Explorer.
Con ηc Pu/P = 0,7 y mediante el diagrama 4, la askf de aproximadamente 50 es mucho mayor que 1; por lo tanto, la vida nominal SKF es muy superior a la vida requerida.

Conclusión

El rodamiento SKF 6207-2RS1/WT es adecuado en términos de vida a fatiga.

Interfaces del rodamiento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Los aros interiores del rodamiento tienen una condición de carga fija y no hay distanciadores entre los aros interiores en la disposición con fijación cruzada. Se montan con un ajuste flojo para simplificar el montaje. El ajuste recomendado para condiciones estándares es g6Ⓔ (tabla 5).

Los aros exteriores tienen una condición de carga giratoria, por lo que se montan con un ajuste de interferencia. El ajuste recomendado para condiciones estándares es M7Ⓔ (tabla 6), que tiene un rango probable de interferencia de -25 a +8 (tabla 7).

Los rodamientos de las poleas para cuerdas de máquinas papeleras deben tener siempre una interferencia para el aro exterior (→ manual de aplicaciones Rodamientos para máquinas papeleras). Para lograrlo, seleccionar N6Ⓔ, que tiene un rango probable de interferencia de -29 a -5 (tabla 8). Para las tolerancias geométricas y la rugosidad superficial, se pueden aplicar las recomendaciones estándares.

Las tolerancias para los asientos de rodamientos son:
 Tolerancia
dimensional
Variación
radial
Variación
axial
Ra
Aro interiorg6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Aro exteriorN6ⒺIT6/2IT63,2 µm
Versión del rodamiento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Juego interno inicial

El diseño actual utiliza rodamientos con juego inicial Normal. El ajuste de interferencia en el aro exterior reduce el juego interno. Se determina el juego de funcionamiento para ambos, juego inicial Normal y C3, para seleccionar la versión más adecuada del rodamiento.

1. Juego interno inicial

NormalC3
mín./prom./máx.6 / 13 / 20 μm15 / 24 / 33 μm
 → Datos de los rodamientos. Valores obtenidos de la tabla 9


2. Reducción del juego causada por el ajuste de interferencia

No existe interferencia en el aro interior; por lo tanto, utilizar:

Δrajuste = Δ2 f2Reducción del juego causada por los ajustes de interferencia

Obtener valores para:
Resultados:
d/D
0,49 
f2

0,87 
Δ2mín./prom./máx.-29/-17/-5 μm 
Δrajustemín./prom./máx.-25-15-4 μm 


3. Juego interno después del montaje

NormalC3
mín./prom./máx.-19 / -2 / 6 μm-10 / 9 / 29 μm

Se requiere, al menos, un juego C3. El análisis con software de propiedad exclusiva de SKF, teniendo en cuenta los efectos del alisado de las superficies de contacto y la probabilidad de que la reducción máxima del ajuste coincida con el juego mínimo del rodamiento, proporciona los siguientes valores para un rodamiento con juego interno C3:
mín./prom./máx.
-2 / 16 / 32 μm


Un juego negativo pequeño no resulta crítico para los rodamientos de bolas. El juego C3 es adecuado para esta aplicación.

Sellos

En esta aplicación, no se recomienda utilizar placas de protección (sufijo 2Z) en lugar de sellos de fricción (sufijo 2RSH), porque existe riesgo de fugas de grasa con el giro del aro exterior. El diseño de sello 2RSH tiene la ventaja de ser más resistente al lavado con agua (limpieza a alta presión) que se realiza en las aplicaciones de las fábricas papeleras, por lo que aumentará la vida útil.

Considerar los rodamientos híbridos

Según la máquina papelera y la posición de la polea para cuerdas, la polea puede verse sometida a mayores temperaturas de funcionamiento, que reducirán la vida útil de la grasa. Para aumentar la vida útil de la grasa, la utilización de rodamientos híbridos (bolas cerámicas en lugar de acero) del mismo tamaño puede aumentar, al menos al doble, la vida útil de la grasa.

Considerar un cambio de diseño

Al cambiar el diseño del cubo de polea para cuerdas para que gire el aro interior del rodamiento en lugar del aro exterior, aumenta la vida útil de la grasa. 

El factor de velocidad será ndm = 131 000 en lugar de nD = 176 400.

La vida útil de la grasa, L10h, del rodamiento 6207-2RSH/C3WT aumentará de 50 000 h a 61 000 h.

SKF ha desarrollado un cubo de polea para cuerdas para tener en cuenta las consideraciones anteriores. Los rodamientos tienen bolas cerámicas y grasa WT, y sus aros interiores giran (fig. 2). Se ha creado un diseño mejorado utilizando rodamientos especiales. Para obtener más información, consulte el manual Rodamientos para máquinas papeleras.
Sellado, montaje y desmontaje
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

En algunos casos, se añaden sellos laberínticos para mayor protección de los sellos integrales de los rodamientos.

Son aplicables los métodos de montaje y desmontaje normales.
Conclusiones generales
El rodamiento que cumple los requisitos es un rodamiento 6207-2RSH/C3WT SKF Explorer, sellado y engrasado.

Para condiciones de funcionamiento más exigentes, o para alcanzar un intervalo incluso más prolongado sin mantenimiento, SKF puede ofrecer otras soluciones.
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