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Carga dinámica equivalente del rodamiento, P

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

Al calcular la vida nominal de un rodamiento, es necesario el valor de la carga dinámica equivalente del rodamiento tanto para la ecuación de vida útil básica del rodamiento como para la de vida útil SKF del rodamiento.
Las cargas que actúan sobre un rodamiento se calculan según las leyes de la mecánica mediante las fuerzas externas, como las fuerzas producidas por la transmisión de potencia, las fuerzas de trabajo, las fuerzas gravitacionales o de inercia, conocidas o que se puedan calcular.
En circunstancias reales, las cargas que actúan sobre un rodamiento pueden no ser constantes, pueden actuar tanto radial como axialmente, y están sujetas a otros factores que requieren la modificación o, en algunos casos, la simplificación de los cálculos de carga.

Cálculo de la carga dinámica equivalente del rodamiento
El valor de carga, P, utilizado en las ecuaciones de vida nominal del rodamiento, es la carga dinámica equivalente del rodamiento. La carga dinámica equivalente del rodamiento se define como: una carga hipotética, constante en magnitud y sentido, que actúa radialmente sobre los rodamientos radiales, y axialmente y centrada sobre los rodamientos axiales.

Esta carga hipotética, al ser aplicada, tendría la misma influencia en la vida útil del rodamiento que las cargas reales a las que está sometido el rodamiento (fig. 1).

Cuando un rodamiento se somete simultáneamente a una carga radial Fr y una carga axial Fa que son constantes en magnitud y sentido, la carga dinámica equivalente P del rodamiento se puede calcular a partir de la ecuación general

Equivalent dynamic bearing load
Realizar cálculo

donde
Pcarga dinámica equivalente del rodamiento [kN]
Frcarga radial real del rodamiento [kN]
Facarga axial real del rodamiento [kN]
Xfactor de carga radial del rodamiento
Yfactor de carga axial del rodamiento


En el caso de los rodamientos radiales de una hilera, una carga axial solo influye en la carga dinámica equivalente P si la relación Fa/Fr excede un determinado factor límite e. Para los rodamientos de dos hileras, incluso las pequeñas cargas axiales influyen en la carga equivalente y deben ser consideradas.

Esta misma ecuación general también se puede aplicar a los rodamientos axiales de rodillos a rótula, capaces de soportar cargas tanto axiales como radiales.

Algunos rodamientos axiales, como los rodamientos axiales de bolas, los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y de agujas, pueden soportar únicamente cargas axiales puras. Para estos rodamientos, siempre que la carga esté centrada, la ecuación se simplifica de la siguiente manera

P = Fa

La información y los datos requeridos para calcular la carga dinámica equivalente del rodamiento para los diferentes tipos de rodamiento se ofrecen en las secciones de los productos correspondientes.

Carga media equivalente
Otra cargas pueden variar en función del tiempo. Para estas situaciones, se debe calcular una carga media equivalente.

Carga media dentro de un intervalo de trabajo

Dentro de cada intervalo de carga, las condiciones de funcionamiento pueden variar ligeramente respecto del valor nominal. Si se asume que las condiciones de funcionamiento, como la velocidad y el sentido de la carga, son bastante constantes y que la magnitud de la carga varía constantemente entre un valor mínimo Fmín. y un valor máximo Fmáx. (diagrama 1), la carga media se puede calcular de la siguiente manera:

Fm Mean load

Carga giratoria

Si, como se muestra en el diagrama 2, la carga en el rodamiento consta de una carga F1, que es constante en magnitud y sentido, como el peso de un rotor, y una carga giratoria constante F2, como una carga desequilibrada, la carga media se puede calcular de la siguiente manera

Fm = fm (F1 + F2)

Los valores para el factor fm se ofrecen en el diagrama 3.

Pico de carga

Las cargas elevadas que actúan durante poco tiempo (diagrama 4) pueden no tener influencia en la carga media utilizada en el cálculo de la vida a fatiga. Evalúe tales picos de carga frente a la capacidad de carga estática C0del rodamiento, mediante un factor de seguridad estática s0adecuado. → Selección del tamaño basada en la carga estática 

Consideraciones al calcular la carga dinámica equivalente del rodamiento
Para simplificar, cuando se calculan los componentes de carga para rodamientos que soportan un eje, el eje se considera como una viga determinada estáticamente que descansa sobre soportes rígidos y no sometidos a momentos. Tampoco se tienen en cuenta las deformaciones elásticas en el rodamiento, el soporte ni el bastidor de la máquina, ni los momentos producidos en el rodamiento como resultado de la flexión del eje. Estas simplificaciones son necesarias cuando se realizan los cálculos de una disposición de rodamientos sin ayuda del programa informático correspondiente. Los métodos estandarizados empleados para el cálculo de las capacidades de carga básica y las cargas equivalentes del rodamiento se basan en suposiciones similares.

Es posible calcular las cargas que actúan sobre un rodamiento en función de la teoría de la elasticidad, sin las suposiciones mencionadas anteriormente, pero esto requiere el uso de complejos programas informáticos (→ SKF SimPro Quick y SKF SimPro Expert). En estos programas, los rodamientos, el eje y el soporte se consideran como componentes resilientes de un sistema.

Si no se conocen las fuerzas y las cargas externas, como las fuerzas de inercia o las cargas debidas al peso de un eje y sus componentes, se pueden calcular. Sin embargo, cuando se determinan las fuerzas de trabajo y las cargas, como las fuerzas de laminación, las cargas de momento, las cargas de desequilibrio y las cargas de impacto, es posible que se deba confiar en las estimaciones basadas en la experiencia obtenida con máquinas o disposiciones de rodamientos similares.

Transmisiones por engranajes

En el caso de las transmisiones por engranajes, las fuerzas teóricas que actúan sobre los dientes se pueden calcular mediante la potencia transmitida y las características del diseño de los dientes del engranaje. No obstante, existen fuerzas dinámicas adicionales producidas por el engranaje o el eje de entrada o salida. Las fuerzas dinámicas adicionales de los engranajes pueden ser el resultado de errores de paso o de forma de los dientes y del desequilibrio de los componentes giratorios. Los engranajes producidos con un alto nivel de precisión presentan fuerzas adicionales insignificantes. Para los engranajes de menor precisión, utilice los siguientes factores de carga del engranaje:

  • errores de paso y de forma < 0,02 mm: de 1,05 a 1,1
  • errores de paso y de forma de 0,02 a 0,1 mm: de 1,1 a 1,3
Las fuerzas adicionales originadas por el tipo y modo de funcionamiento de las máquinas acopladas a la transmisión solo se pueden determinar cuando se conocen las condiciones de funcionamiento, la inercia de la línea de transmisión y el comportamiento de los acoplamientos u otros conectores. Su influencia en la vida nominal de los rodamientos se incluye al utilizar un factor de “funcionamiento” que tiene en cuenta los efectos dinámicos del sistema.

Transmisiones por correa

Cuando se calculan las cargas del rodamiento para aplicaciones de transmisión por correa, se debe tener en cuenta la “tracción de la correa”. La tracción de la correa, que es una carga circunferencial, depende de la cantidad de par que se está transmitiendo. La tracción de la correa se deberá multiplicar por un factor cuyo valor depende del tipo de correa, de su tensión y de las fuerzas dinámicas adicionales. Los valores de este factor normalmente son publicados por los fabricantes de correas. No obstante, si no hubiese información disponible, se pueden utilizar los siguientes valores:

  • correas dentadas = de 1,1 a 1,3
  • correas en V = de 1,2 a 2,5
  • correas planas = de 1,5 a 4,5

Los valores más elevados se aplican:

  • en los casos en que la distancia entre los ejes es corta
  • para ciclos del tipo carga elevada o pico de carga
  • en los casos en que la tensión de la correa es elevada 

Carga mínima requerida

En aplicaciones en las que el tamaño del rodamiento se determina por factores diferentes de la carga, por ejemplo, el diámetro del eje con restricciones por la velocidad crítica, el rodamiento se puede cargar ligeramente en relación con su tamaño y capacidad de carga. En los casos en que hay cargas muy ligeras, a menudo prevalecen los mecanismos de falla diferentes de la fatiga, como los daños de la jaula o los caminos de rodadura por adherencias y deslizamientos. Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos deben estar siempre sometidos a una carga mínima determinada. Como regla general, los rodamientos de bolas se deben someter a cargas mínimas de 0,01 C y, los de rodillos, a cargas de 0,02 C. Los requisitos de cargas mínimas más precisos se ofrecen en las secciones de productos.

La importancia de aplicar una carga mínima es mayor en aplicaciones sometidas a grandes aceleraciones, o arranques y paradas rápidos, y en las que las velocidades superan el 50% del límite de velocidad que figura en las tablas de productos (→ Límites de velocidad). Si no se pueden cumplir los requisitos de carga mínima, las mejoras posibles son:

  • Utilizar un rodamiento con una serie de dimensiones menor.
  • Considerar el uso de procedimientos especiales de lubricación o rodaje.
  • Considerar el uso de rodamientos con recubrimiento NoWear.
  • Considerar la aplicación de una precarga.
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