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Vida útil y cargas dinámicas de los rodamientos

La información general sobre el cálculo de la vida útil y la capacidad de carga de los rodamientos que se incluye enSelección del tamaño del rodamiento también es válida para los rodamientos de súper precisión. Cabe destacar que los cálculos para la vida útil basados en la normativa ISO 281:2007 sirven para velocidades normales. Para aplicaciones con un factor de velocidad A ≥ 500.000 mm/min., contacte con el departamento de ingeniería de aplicaciones de SKF.

A = n dm

donde
A=factor de velocidad [mm/min]
dm=diámetro medio del rodamiento [mm]
= 0,5 (d + D)
n=velocidad de giro [rpm]
La vida nominal del rodamiento se puede calcular para determinar las condiciones de fatiga en base a suposiciones estadísticas. Para más información, consulte Vida nominal.
Capacidad de carga dinámica

La capacidad de carga dinámica C se usa en los cálculos de la vida para los rodamientos sometidos a esfuerzos dinámicos, es decir, rodamientos que giran bajo carga. Expresa la carga del rodamiento que dará lugar a una vida nominal según la normativa ISO 281:2007 L10 de 1.000.000 revoluciones. Se supone que la carga es de magnitud y dirección constantes, y que es radial para los rodamientos radiales; y axial, actuando de forma centrada, para los rodamientos axiales.

Los valores para la capacidad de carga dinámica C se indican en las tablas de productos.

Carga dinámica equivalente

Para calcular la vida nominal de un rodamiento utilizando las capacidades de carga dinámica, es necesario convertir las cargas dinámicas reales en una carga dinámica equivalente. La carga dinámica equivalente P se define como una carga hipotética, constante en magnitud y dirección, que actúa radialmente sobre los rodamientos radiales, y axialmente y centrada sobre los rodamientos axiales. Esta carga hipotética, de aplicarse, tendría la misma influencia en la vida del rodamiento que las cargas reales a las que está sometido el rodamiento.

La información y los datos necesarios para calcular la carga dinámica equivalente se muestran en cada apartado de productos.

Vida nominal
La vida nominal de un rodamiento según la normativa ISO 281:2007 es


Realizar cálculo

Si la velocidad es constante, suele ser preferible calcular la vida expresada en horas de funcionamiento utilizando



donde
L10=vida nominal (con un 90% de fiabilidad) [millones de revoluciones]
L10h=vida nominal (con un 90% de fiabilidad) [horas de funcionamiento]
C=capacidad de carga dinámica [kN]
P=carga dinámica equivalente [kN]
n=velocidad de giro [rpm]
p=exponente de la ecuación de la vida
= 3 para los rodamientos de bolas
= 10/3 para los rodamientos de rodillos
Vida nominal para los rodamientos híbridos

Al calcular la vida nominal de los rodamientos híbridos, se pueden emplear los mismos valores de vida útil que para los rodamientos con elementos rodantes de acero. Los elementos rodantes de cerámica de los rodamientos híbridos son mucho más duros y rígidos que los elementos rodantes de acero. Aunque este mayor nivel de dureza y rigidez crea un mayor grado de tensión entre los elementos rodantes de cerámica y el camino de rodadura de acero, la experiencia práctica y las pruebas de laboratorio indican que se pueden utilizar las mismas vidas nominales para ambos tipos de rodamientos.

La realidad y las pruebas demuestran que, en las máquinas herramienta típicas, la vida útil de un rodamiento híbrido es significativamente más larga que la de un rodamiento con elementos rodantes de acero. Esta mayor vida útil de los rodamientos híbridos se debe a la dureza, baja densidad y acabado superficial de los elementos rodantes. La baja densidad minimiza la carga interna derivada de las fuerzas centrífugas y de inercia, mientras que la mayor dureza hace que los elementos rodantes sean menos susceptibles al desgaste. Su acabado superficial permite al rodamiento optimizar los efectos del lubricante.

Carga mínima requerida
En rodamientos que funcionan a altas velocidades o están sometidos a altas aceleraciones o cambios rápidos en la dirección de la carga, las fuerzas de inercia de los elementos rodantes y el rozamiento en el lubricante pueden perjudicar las condiciones de rodadura de la disposición de rodamientos y pueden causar deslizamientos dañinos entre los elementos rodantes y los caminos de rodadura. Con el fin de lograr un funcionamiento satisfactorio, los rodamientos deben estar siempre sometidos a una carga mínima determinada. Una regla general indica que los rodamientos de bolas se deben someter a cargas mínimas de 0,01 C y los de rodillos a cargas de 0,02 C.
Cálculo de la vida con condiciones de funcionamiento variables

En algunas aplicaciones las condiciones de funcionamiento, como la magnitud y la dirección de las cargas, velocidades, temperaturas y condiciones de lubricación, cambian continuamente. En este tipo de aplicaciones, la vida de los rodamientos no se puede calcular sin antes reducir el espectro de carga o el ciclo de servicio de la aplicación a un número limitado de casos de carga simplificados.

En el caso de las cargas que cambian continuamente, se puede aunar cada nivel de carga distinto y se puede reducir el espectro de carga a un histograma de intervalos de carga constante (diagrama 1). Cada bloque corresponde a un determinado porcentaje o fracción de tiempo durante el funcionamiento. Es importante saber que las cargas elevadas y normales consumen la vida del rodamiento a mayor velocidad que las cargas ligeras. Por eso, resulta fundamental que las cargas de choque y de pico estén bien representadas en el diagrama de cargas, incluso si son relativamente infrecuentes y están limitadas a unas pocas revoluciones.

La carga del rodamiento y las condiciones de funcionamiento se pueden promediar a un valor constante dentro de cada intervalo de trabajo. Se debe incluir también el número de horas de funcionamiento o revoluciones esperado en cada ciclo de trabajo, mostrando la fracción de vida asociada a esa condición de carga en particular. Así, por ejemplo, si denominamos N1 al número de revoluciones necesarias bajo las condiciones de carga P1, y N al número de revoluciones esperado para la finalización de todos los ciclos de carga variable, entonces la fracción del ciclo U1 = N1/N se utilizará con la condición de carga P1, que tiene una vida calculada de L10 1. Se puede calcular la vida del rodamiento en condiciones de carga variables usando la siguiente ecuación:


donde

L10=vida nominal (con un 90% de fiabilidad) [millones de revoluciones]
L10 1, L10 2, ...
 =vidas nominales (con un 90% de fiabilidad) en condiciones constantes 1, 2, ... [millones de revoluciones]
U1, U2, ...=fracción del ciclo de vida bajo las condiciones 1, 2, ...
Nota: U1 + U2 + ... + Un = 1

El uso de este método de cálculo depende, en gran medida, de la disponibilidad de diagramas de carga representativos para la aplicación. Este tipo de historial de carga se puede extraer también a partir de una aplicación similar.
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