¿Alguna vez se ha preguntado cuánto puede durar un rodamiento? En esta entrada del blog, exploraremos el concepto de vida útil de los rodamientos y los factores que influyen en ella. Nuestro experimentado ingeniero mecánico desglosará las complejidades y proporcionará información para maximizar la longevidad de los rodamientos. Descubra consejos prácticos y estrategias para que sus rodamientos funcionen sin problemas y de forma eficiente.
Anteriormente, hemos tratado cómo calcular la vida útil de un rodamiento. En esos artículos, presentamos principalmente los aspectos teóricos de la vida útil de los rodamientos y la fórmula de cálculo.
Hoy, nuestro objetivo es aplicar esa teoría a escenarios prácticos. Al fin y al cabo, el objetivo último de adquirir conocimientos teóricos es servir a las necesidades prácticas de la ingeniería. Algunos ingenieros han pedido ejemplos de cálculos reales, así que vamos a profundizar en el ejemplo de nuestro artículo anterior.
Volvamos al ejemplo del motor vertical. Aquí están los detalles pertinentes de rodamiento:
Proporcionemos también algunos parámetros adicionales para este rodamiento:
Velocidad del rodamiento: n=1500rpm
Utilizando la fórmula de la vida útil del rodamiento
obtenemos la vida útil del rodamiento:
Aquí, p es el coeficiente de cálculo del rodamiento. Cuando el elemento rodante del rodamiento es una bola, p es 3, y cuando el elemento rodante es un rodillo, p es 10/3. La duración de vida del rodamiento resultante es 123,08, en millones de revoluciones. Convertido a una unidad de tiempo más común, obtenemos:
La vida útil calculada de los rodamientos es de aproximadamente 1368 horas.
En este ejemplo, hemos utilizado un escenario en el que el rodamiento está sometido a una carga elevada. El resultado calculado sugiere que el rodamiento no es adecuado para esta aplicación debido a su corta vida útil. Si el motor funciona de forma continua, la vida nominal básica solo puede garantizar menos de dos meses de funcionamiento del rodamiento.
Es decir, si elegimos este rodamiento, sólo podemos garantizar que 90% de los rodamientos puede funcionar continuamente durante dos meses en estas condiciones.
Este es el valor de la vida útil del rodamiento obtenido utilizando la teoría básica de la vida útil del rodamiento.
Sin embargo, como habrá observado, al igual que en nuestros artículos anteriores, todo el proceso de cálculo sólo tiene en cuenta la carga sobre el rodamiento. En otras palabras, la llamada vida nominal del rodamiento sólo tiene en cuenta el impacto de la carga. Como hemos comentado en nuestros artículos anteriores, tras muchos años de desarrollo de la teoría moderna de la vida útil de los rodamientos, este cálculo ya no satisface nuestras necesidades. Por lo tanto, necesitamos ajustar más este valor.
Es decir, necesitamos calcular el valor de la vida útil modificada del rodamiento. En la mayoría de los cálculos posteriores no se utilizan métodos basados en fórmulas porque estos cálculos pueden ser complejos, muchos de los procesos o teorías de referencia proceden de experimentos y, en tercer lugar, varios proveedores de rodamientos y normas internacionales sobre rodamientos nos han proporcionado una herramienta de referencia mejor: los gráficos. Entonces, ¿cómo utilizamos estos gráficos? Explorémoslo con nuestro ejemplo.
Como hemos indicado en nuestros artículos anteriores, la fórmula de la vida ajustada es la siguiente:
Para determinar el valor final L10mh necesitamos definir a1 y aiso.
01 En primer lugar, definimos a1.
Como hemos comentado anteriormente, a1 se conoce como el coeficiente de fiabilidad de la vida ajustada. Cuando la fiabilidad es de 90%, el valor de a1 es 1. Para la maquinaria de uso general utilizada en la industria, a menos que se requiera específicamente, la vida útil del rodamiento siempre se basa en una fiabilidad de 90%. Por lo tanto, en este ejemplo, podemos tomar directamente a1.
02 En segundo lugar, encontramos uniso.
El método estándar para calcular el coeficiente de vida ajustado aiso de un rodamiento tiene en cuenta los siguientes factores:
En resumeniso es función de los siguientes parámetros:
Dónde:
En primer lugar, seleccionamos el factor de contaminación ηc del rodamiento. En la norma ISO281 y en todas las fabricante de rodamientos catálogos, existe la siguiente tabla de referencia para los criterios de selección:
| Contaminación | Coeficiente ec | |
| dm<100mm1) | dm≥100mm1) | |
| Extremadamente limpio -Tamaño de las partículas inferior al espesor de la película de aceite. -Condiciones de laboratorio | 1 | 1 |
| Muy limpio -Aceite filtrado por filtros ultrafinos -Rodamientos lubricados con grasa sellada | 0.8-0.6 | 0.9-0.8 |
| Limpieza estándar -Aceite filtrado por filtros de malla fina | 0.6-0.5 | 0.8-0.6 |
| Contaminación lumínica -Ligera contaminación del aceite lubricante | 0.5-0.3 | 0.6-0.4 |
| Contaminación general -Contaminación de los rodamientos por partículas abrasivas en otras piezas mecánicas. | 0.3-0.1 | 0.4-0.2 |
| Contaminación grave -El entorno en el que se utiliza el rodamiento está muy contaminado. -Mala estanqueidad del rodamiento | 0.1-0 | 0.1-0 |
| Contaminación extrema | 0 | 0 |
En la aplicación de motores verticales, basándonos en nuestra experiencia anterior, el factor de contaminación de los rodamientos debe seleccionarse entre la contaminación lumínica y la limpieza general. En este caso, elegimos un factor de contaminación de 0,6, que es ligeramente superior a la limpieza general.
Permítanme añadir,
La selección del factor de contaminación no tiene una fórmula matemática específica a la que referirse. Generalmente se basa en años de aplicación del rodamiento experiencia. Cuantas más aplicaciones encontremos, más conocimientos obtendremos en esta selección.
Dado que el rodamiento seleccionado es el 6208, el límite de carga de fatiga Cu de este rodamiento se puede encontrar en el catálogo de rodamientos como: 1.05kN
El valor de la carga dinámica equivalente del rodamiento se calculó en el capítulo anterior en P=5,83kN
Por lo tanto, podemos obtener un valor aproximado:
A continuación, tenemos que hacer una elección algo más compleja de la relación de viscosidad k. Debido al espacio limitado de este capítulo, no nos extenderemos en el significado específico de k ni en cómo elegir este valor. Escribiremos otro artículo para detallarlo más adelante. Por ahora, sólo queremos destacar que, para los rodamientos, elegir la lubricación adecuada es muy importante. Esto no sólo se refiere a la calidad de la grasa en sí, sino también al impacto de la lubricación en los rodamientos.
En cuanto a la relación de viscosidad,
En general, esperamos que el valor final de lubricación elegido de k pueda seleccionarse entre 1 y 4, con varias consideraciones.
Si el valor k calculado del valor de lubricación seleccionado es:
Por lo tanto, hemos seleccionado un valor de lubricación adecuado, y el valor k final es 1,5.
Con estos dos parámetros, podemos encontrar la siguiente tabla en la norma ISO281 o en el catálogo del fabricante del rodamiento.
¡Atención!
Existen varios diagramas similares, cada uno para distintos tipos de rodamientos. Nosotros hemos elegido el rodamiento rígido de bolas, que es un tipo de rodamiento radial de bolas. Por lo tanto, seleccione el diagrama adecuado en función del tipo específico de rodamiento.
A partir del diagrama elegido, podemos determinar que, en esta aplicación, aiso=12.
En este ejemplo, la vida nominal final corregida del rodamiento 6208 es:
L10mh = a1×aiso×L10h = 1×12×1367.6 = 16411.2
En este motor vertical, en condiciones de lubricación adecuadas, el rodamiento puede llegar a funcionar 16.410 horas.
Dado que el resultado del cálculo de la vida útil del rodamiento no puede reflejar con exactitud la vida útil real del rodamiento, ¿cuál es la finalidad de este cálculo?
De hecho, muchos ingenieros malinterpretan el cálculo de la vida útil como "adivinación", probablemente debido a su nombre. Originalmente, el objetivo del estudio de la vida a fatiga de los rodamientos era establecer un valor de referencia, una referencia de vida útil. Con el tiempo, este valor de referencia se ha convertido en un parámetro para comparar y verificar lo razonable de la selección de rodamientos.
De hecho, el cálculo de la vida útil de un rodamiento es una comprobación de la capacidad de carga del rodamiento elegido. En otras palabras, se trata de elegir el rodamiento más pequeño que pueda cumplir el requisito de vida útil. En este sentido, el cálculo de la vida útil del rodamiento es un requisito para el límite inferior de la capacidad de carga del rodamiento.
¿Cómo podemos entenderlo? Empecemos por el proceso de comprobación de la vida:
Cuando los ingenieros verifican la vida útil de los rodamientos, los manuales de diseño mecánico y los materiales de los equipos siempre proporcionan algunos valores mínimos para los requisitos de vida útil. El siguiente es un ejemplo:
| Condiciones operativas: | Tipos de máquinas | Vida útil requerida (tiempo, h) |
| Funcionamiento a corto plazo o intermitente | Electrodomésticos y herramientas eléctricas, maquinaria agrícola, cabrestantes. | 4000~8000 |
| Se requiere un uso poco frecuente pero fiable | Aparatos de aire acondicionado domésticos, maquinaria de construcción, cintas transportadoras, ascensores. | 8000~12000 |
| Funcionamiento no continuo pero prolongado | Cuellos de rodillos de laminadores, pequeños motores eléctricos, grúas. | 8000~12 000 |
| Motores eléctricos en general, engranajes en general. | 12 000~20 000 | |
| Máquinas herramienta, cribas vibratorias, trituradoras. | 20000~30 000 | |
| Compresores, bombas, dispositivos de engranajes cruciales. | 40000~60 000 | |
| Funcionamiento constante superior a 8 horas diarias o funcionamiento continuo a largo plazo | Escaleras mecánicas. | 12 000~20 000 |
| Separadores centrífugos, equipos de aire acondicionado, sopladores, máquinas para trabajar la madera, ejes de vehículos ferroviarios. | 20000~30 000 | |
| Grandes motores eléctricos, elevadores de minas, motores eléctricos principales para vehículos ferroviarios, ejes de locomotoras. | 40000~60 000 | |
| Maquinaria de fabricación de papel. | 100000~200000 | |
| Funcionamiento ininterrumpido y sin fallos durante 24 horas | Equipos de abastecimiento de agua, equipos para centrales eléctricas, equipos de drenaje para minería. | 100000~200000 |
Ciertamente, algunos fabricantes de equipos establecen diferentes requisitos de vida útil. A menudo, estos valores de vida útil se cumplen con los rodamientos de los diseños tradicionales.
Por lo tanto, a la hora de diseñar nuevos equipos y verificar la vida útil de los rodamientos, se puede utilizar el siguiente enfoque:
La elección de un valor demasiado pequeño o demasiado grande debe estar dentro de un rango razonable, y no debe perseguirse la igualdad absoluta. Por tanto, al observar la "duración de vida requerida", uno se daría cuenta de que este valor es un rango, no un absoluto.
Por lo tanto, el cálculo implícito de la vida útil del rodamiento implica verificar la capacidad de carga del rodamiento bajo requisitos de vida útil razonables. En otras palabras, elegir un rodamiento de tamaño razonable en unas condiciones de trabajo determinadas.
En la vida real, debido a malentendidos de los conceptos anteriores, se producen muchas "operaciones erróneas":
(1) La vida útil calculada de un rodamiento debe coincidir con el período de garantía del equipo.
Esta práctica confunde la comprobación de la carga del rodamiento con la vida útil del equipo. De hecho, la comprobación de la vida útil de un rodamiento no equivale a "adivinar el futuro", como se explica en el artículo anterior.
Las condiciones reales de los rodamientos son variadas, y los ingenieros no pueden calcular cada máquina individualmente. Se trata de un malentendido de los fabricantes de equipos sobre el "cálculo de la vida útil del rodamiento".
El concepto de periodo de garantía hace recaer toda la responsabilidad en el fabricante del equipo, un concepto de "garantía" mucho más amplio que el concepto cubierto por el "cálculo de la vida útil del rodamiento", lo que hace inadecuada una aplicación tan directa.
Por supuesto, algunos ingenieros, debido a la presión del cliente, se ven obligados a cumplir un requisito de vida útil de "20 años". En virtud de tal mandato, los rodamientos elegidos suelen estar sobredimensionados, lo que no solo se traduce en ineficacia económica, sino que además se malinterpreta que los cálculos de mayor tamaño o vida útil no siempre son mejores para los rodamientos.
(2) Cuanto mayor sea la vida útil calculada de un rodamiento, mejor sonará.
De hecho, esto también induce a error a la hora de seleccionar los rodamientos. Como he mencionado antes, el cálculo de comprobación de la vida útil de los rodamientos es una comprobación de la capacidad de carga mínima de los rodamientos en condiciones de trabajo.
Por otro lado, también debe existir un límite para la capacidad de carga máxima de los rodamientos, que es el límite superior de la capacidad de carga de los rodamientos en condiciones de trabajo. Si el resultado del cálculo supera este valor, se producirán problemas con el rodamiento.
Es lo que solemos llamar "carga mínima del rodamiento". Si el rodamiento elegido es demasiado grande, y la vida útil calculada del rodamiento en condiciones de trabajo es larga, lo que significa que la capacidad de carga del rodamiento es muy elevada, es posible que no cumpla el requisito de carga mínima del rodamiento.
Si la carga soportada por el rodamiento es inferior a la carga mínima requerida, pueden producirse problemas como el deslizamiento de los elementos rodantes en el interior del rodamiento, haciéndolo más propenso a quemarse.
De hecho, comprender el concepto de vida útil de los rodamientos puede conducir a numerosas optimizaciones en el diseño. Entre ellas se incluyen:
Evaluar si es posible reducir el tamaño del rodamiento cumpliendo los requisitos de vida útil;
Llevar un registro de la vida útil de numerosos rodamientos y considerar la posibilidad de reducir más el tamaño si queda algo de vida residual.
En resumen, en la práctica de la ingeniería, el cálculo de la vida útil del rodamiento se utiliza para verificar su capacidad de carga, no para maximizarla. Además, esta vida calculada no refleja la "verdadera" vida útil del rodamiento.
Una comprensión precisa de los conceptos de vida útil de los rodamientos ayuda a seleccionar correctamente el tamaño de los mismos.
Lamentablemente, en el trabajo real a veces tenemos que someternos a las exigencias de nuestros clientes, aunque creamos que sus peticiones son técnicamente poco razonables. Por tanto, no dude en compartir este artículo con ellos.
Puede que este sea el artículo más difícil de entender de la web hasta ahora, sobre todo para los ingenieros eléctricos. Si alguien tiene alguna pregunta, no dude en dejar un comentario para debatirla.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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