Rueda de apoyo

Este ejemplo muestra el proceso de selección de rodamientos aplicado a un caso de aplicación en el que se confirma la solución de rodamientos para una rueda de apoyo de una grúa nueva.

Un fabricante de grúas ha diseñado una nueva grúa de taller y desea confirmar que se puede utilizar un diseño de rueda de apoyo existente (fig. 1). La rueda de apoyo cuenta con dos pestañas para guiar la grúa en el riel. Los rodamientos se montan en un manguito intermedio, que se apoya en un eje fijo. Un ajuste flojo entre el manguito intermedio y el eje fijo resulta beneficioso para un fácil montaje del conjunto de la rueda en la estructura de la grúa.

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. Consulte el proceso de selección de rodamientos para obtener una descripción completa de cada paso del proceso.

Rendimiento y condiciones de funcionamiento

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

Los rodamientos comparten la carga radial de la rueda. Además, cuando la rueda entra en contacto con el riel, la fuerza de guiado axial provoca una carga de momento en la disposición de rodamientos (fig. 1), que se equilibra con las cargas radiales opuestas adicionales en los rodamientos. Como la disposición de rodamientos flotante está diseñada con los resaltes del manguito ubicados axialmente entre los dos aros interiores, el rodamiento que tiene la carga radial inferior de la rueda soportará la carga axial de la rueda.

Los datos de la aplicación y las condiciones de funcionamiento son los siguientes:

  • Carga radial de la rueda: Kr = 130 kN
  • Carga axial de la rueda: 0,1 Kr  o pico de carga 0,3 Kr
  • Diámetro de la rueda: D = 315 mm
  • Velocidad de desplazamiento: v = 25 m/min → velocidad de giro n = 25,3 r. p. m.
  • Distancia del rodamiento: l = 160 mm
  • Diámetro del eje fijo: d1 = 60 mm
  • Diámetro del manguito: d = 90 mm
  • Temperatura ambiente promedio: T = 20 °C (70 °F)
  • Rodamientos: 2 × 22218 E (rodamientos de rodillos a rótula)
  • Vida nominal básica requerida: 12 500 h (2 h/día en funcionamiento)
  • Factor de seguridad estática requerido: > 2
Tipo de rodamiento y disposición
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

La distancia entre los dos rodamientos es muy corta y, por lo tanto, la dilatación térmica del eje es pequeña. Se puede usar una disposición de rodamientos flotante.
Las cargas radiales son altas y también se deben soportar las cargas axiales. Los rodamientos de rodillos a rótula son una opción adecuada.
Tamaño del rodamiento
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Deben aplicarse los dos criterios principales utilizados para determinar el tamaño del rodamiento:

  1. Vida nominal
    Cada rodamiento soporta una carga radial únicamente (aumentada por el momento provocado por la carga axial) o una carga axial más una carga radial (reducida por el momento provocado por la carga axial). La carga dinámica equivalente del rodamiento aplicable es el valor medio de los dos casos de carga.

  2. Carga estática
    Se debe considerar la carga estática equivalente máxima del rodamiento para la seguridad estática.

Cargas y factores de cálculo → Detalles del producto 22218 E

Cargas del rodamiento: carga radial únicamente

Fr1 = Kr/2 + 0,1Kr D/2l = 130/2 + (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 77,8 kN
Fr1 pico = 130/2 + (0,3 × 130 × 315) / (2 × 160) = 103,4 kN
Fa1 = 0 

Cargas equivalentes del rodamiento (→ Cargas)
Fa1 = 0 ≤ e
P1 = Fr1 = 77,8 kN
P01 = Fr1 pico = 103,4 kN

Cargas del rodamiento: carga radial y axial

Fr2 = Kr/2 – 0,1Kr D/2l = 130/2 – (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 52,2 kN
Fa2 = 0,1Kr = 13 kN
Fr2 pico = Kr/2 – 0,3Kr D/2l = 26,6 kN
Fa2 pico = 0,3Kr = 39 kN

Cargas equivalentes del rodamiento (→ Cargas)
Fa2/Fr2 = 0,25 > e
P2 = 0,67 Fr2 + Y2 Fa2 = 0,67 × 52,2 + 4,2 × 13 = 89,6 kN
P02 = Fr2 pico + Y0Fa2 pico = 26,6 + 2,8 × 39 = 136 kN

Vida nominal básica

Basada en la carga media de los dos casos de carga (→ Carga media equivalente)

Pm = (P1 + 2 P2) / 3 = (77,8 + 2 × 89,6) / 3 = 85,7 kN



L10h = 106 / (60 × 25,3) × (331 / 85,7)10/3 = 59 550 h > 12 500 h

Factor de seguridad estática

Basado en el pico de carga máximo P0 = 136 kN:

s0 = C0/P0 = 375 / 136 = 2,76 > 2

Conclusión

El rodamiento 22218 E es de un tamaño adecuado para la aplicación.

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

Por la baja velocidad de funcionamiento y para excluir la contaminación, se utiliza lubricación con grasa, por lo que los rodamientos y las cavidades del cubo están completamente llenos de grasa. La grasa se suministra a través de conductos en el eje fijo y el manguito.

Selección de la grasa

  • Temperatura: 20 °C (70 °F) → baja (L)
  • Velocidad: nD = 25,3 × 160 ≈ 4 050 → muy baja (VL)
  • Carga: C/P = 3,8 → alta (H)
  • Picos de carga
  • Se requieren buenas propiedades antioxidantes

Tabla de selección de grasas para los rodamientos SKF [PDF] 

SKF LGEP2 es una elección adecuada. Sin embargo, deben tenerse en cuenta las grasas alternativas LGEV2 y LGEM2 para las ruedas de apoyo, debido a las frecuentes paradas.

Intervalo de relubricación

La velocidad de funcionamiento es demasiado baja para aplicar el diagrama para determinar el intervalo de relubricación. Además, el intervalo de relubricación está determinado por la necesidad de excluir la contaminación. 

Para esta grúa de taller, el fabricante recomienda comenzar con una relubricación mensual. Si la grasa expulsada se mantiene como nueva después del funcionamiento durante este período, el intervalo de relubricación se puede ampliar.

Cantidad de relubricación

Gp = 0,005 D B = 0,005 x 160 x 40 = 32 g

Temperatura y velocidad de funcionamiento

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

Para las condiciones dadas de la aplicación (particularmente la velocidad muy baja y la temperatura ambiente baja), no hay necesidad de realizar un análisis térmico más detallado.

Interfaces del rodamiento

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Las condiciones de giro son las siguientes:

  • carga fija en el aro interior → es posible un ajuste flojo (y se recomienda para facilitar el montaje)
  • carga giratoria en el aro exterior → se requiere un ajuste de interferencia
Las tolerancias de los asientos para condiciones estándares son (obtenidas de la tabla 2 y tabla 4):

Tolerancia
dimensional
Tolerancia de variación
radial total
Tolerancia de variación
axial total
Ra
Aro interior
g6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Aro exterior
P7ⒺIT6/2IT63,2 µm

Para facilitar el montaje, resulta aceptable una tolerancia N7Ⓔ, debido a la velocidad de funcionamiento muy baja con la que gira el aro exterior. Como alternativa para el aro interior, una tolerancia h6Ⓔ proporcionará un ajuste de transición, lo que minimizará los movimientos relativos entre el aro interior y el eje/manguito.

La disposición de rodamientos flotante requiere un pequeño juego axial entre los rodamientos y sus resaltes. Debido al ajuste flojo de los aros interiores, el juego debe formarse entre los aros interiores y los resaltes del manguito.

Versión del rodamiento
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Clase de huelgo

El diseño actual utiliza rodamientos con juego inicial interno normal. El ajuste de interferencia en los aros exteriores reduce el juego interno. No hay diferencia de temperatura entre los aros interior y exterior. Determinamos el juego de funcionamiento.



1. Juego interno inicial
mín./prom./máx.60 / 80 / 100 μm
→ Datos de los rodamientos. Valores obtenidos de la tabla 5.


2. Reducción del juego causada por un 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
0,56
f2
0,88
Δ2mín./prom./máx.-60/-36/-11 μm
Δrajustemín./prom./máx.-53-31-10 μm


3. Juego interno después del montaje
mín./prom./máx.7 / 49 / 90 μm

El resultado indica que el juego interno normal es adecuado.



Otras características de diseño

La versión estándar (jaula de acero, tolerancias dimensionales normales, tolerancias geométricas P5) cumple los requisitos de la aplicación.

Designación final: 22218 E

Sellado, montaje y desmontaje
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Sellado

El diseño actual utiliza sellos simples de tipo intersticio. Estos sellos son suficientes porque las cavidades en el cubo están completamente llenas de grasa y la velocidad de funcionamiento es muy baja, pero requerirán una relubricación para purgar cualquier contaminante. El consumo total de grasa durante la vida útil de la aplicación puede reducirse mediante el uso de sellos radiales del eje, p. ej., 90x10x10 HMS5 RG.

Conclusiones generales

Los rodamientos 22218 E SKF Explorer son una selección adecuada para la aplicación. La lubricación con SKF LGEP 2, LGEM 2 o LGEV 2 proporcionará un alto rendimiento. Un sello radial del eje puede ayudar a reducir el consumo de grasa. Como alternativa, se puede usar un rodamiento sellado (BS2-2218-2RS/VT143).

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