¿Por qué se calientan tanto los rodamientos de los motores y qué se puede hacer al respecto? Este artículo profundiza en las causas de la generación de calor en los rodamientos de los motores, desde las cargas excesivas y la lubricación deficiente hasta los factores ambientales. Aprenderá a identificar los signos de sobrecalentamiento y descubrirá soluciones prácticas para que su motor siga funcionando sin problemas. Si conoce estos mecanismos, podrá evitar costosas averías y prolongar la vida útil de su equipo.
Los rodamientos de motor se instalan en el interior del motor. De hecho, el propio cuerpo del motor constituye el entorno de trabajo del rodamiento. Por lo tanto, es beneficioso comprender y analizar el sobrecalentamiento del motor antes de profundizar en los detalles específicos del sobrecalentamiento de los rodamientos del motor.
Un motor, al ser un dispositivo de conversión electromecánica de energía, funciona principalmente mediante procesos electromagnéticos y mecánicos. Independientemente de si se trata de un proceso electromagnético o mecánico, se producen pérdidas que, en última instancia, se disipan en forma de calor. El resultado es un estado observable de sobrecalentamiento.
El método más intuitivo para analizar el sobrecalentamiento del motor es clasificarlo según los macrocomponentes externos del motor. En términos generales, el cuerpo estructural de un motor incluye el bastidor del estator, el rotor, el sistema de sellado, el sistema de rodamientos, etc.
Desde el punto de vista de las mediciones externas, puede clasificarse en sobrecalentamiento del bastidor, sobrecalentamiento del rotor, sobrecalentamiento de los rodamientos y sobrecalentamiento de las juntas, entre otros.
Entendemos que el calentamiento exterior de la base del motor está influido por el calor del bobinado.
A partir del fenómeno de calentamiento de la base, podemos distinguir entre el aumento global de la temperatura y los cambios en la distribución de la temperatura de la base.
Aumento local de la temperatura de la base del motor
Cuando el motor funciona en condiciones "normales", la temperatura interna de la base del motor presenta una determinada distribución. Esta distribución está relacionada con la distribución de la fuente de calor y la cantidad de calor dentro del motor durante el funcionamiento. Generalmente, existe una cierta conexión eléctrica y mecánica entre las diferentes fuentes de calor, por lo que sus relaciones de calentamiento también tienen una cierta correlación.
Por lo tanto, en condiciones normales de funcionamiento, la distribución de la temperatura en el interior del motor debe mostrar una cierta tendencia estable. Tenga en cuenta que lo que aquí se menciona es "distribución de la temperatura" y "tendencia", y no constancia absoluta.
El llamado calentamiento anormal del motor se refiere a incoherencias en la distribución de la temperatura en comparación con el estado "normal". ("Anormal" se refiere a estados que se desvían de lo "normal".) Esta "anormalidad" puede indicar un mal funcionamiento, o puede que no. Esto requiere nuestro posterior diagnóstico y análisis de fallos.
Cuando se detecta una temperatura local "anormal" de la base del motor, el enfoque básico para el diagnóstico de averías consiste en confirmar primero la presencia de fuentes de calor externas.
La determinación de la fuente de calor es la tercera capa de contenido de este diagrama. La confirmación de si hay una fuente de calor externa se utiliza en realidad para determinar si el calor se emite activamente desde el propio motor o es un cambio pasivo causado por influencias externas.
En el caso de sobrecalentamiento local debido a una fuente de calor externa, los ingenieros de motores deben determinar en primer lugar si la fuente de calor externa en sí es normal. Si la fuente de calor externa es normal y provoca dicho aumento de temperatura, es necesario confirmar el impacto de este aumento de temperatura causado por la fuente de calor externa en el cuerpo del motor.
Concretamente, en la parte del rodamiento analizada en este artículo, se trata de saber si este aumento local de la temperatura afectará al rodamiento. Si esta temperatura no supone una amenaza grave para el funcionamiento del rodamiento, y puesto que no hay ningún problema con la fuente de calor en sí, esta "anomalía" puede definirse como un "no fallo", y sólo es necesario supervisar sus cambios, sin necesidad de tomar medidas inmediatas.
En caso de sobrecalentamiento local sin fuente de calor externa, los técnicos de motores deben comprobar el propio motor. Confirmar si este sobrecalentamiento está causado por algún fallo interno. Entre las situaciones más comunes se incluyen las altas temperaturas locales de los bobinados y las altas temperaturas de la interfaz de movimiento relativo entre las piezas mecánicas.
Esta elevada temperatura local del propio motor es en realidad un estado de cambio térmico activo que se obtiene comparando con la distribución "normal" de la temperatura. Normalmente, es más probable que este estado sea una "avería".
Por ejemplo, problemas locales de aislamiento del bobinado, interferencia local de piezas mecánicas, fricción mutua, etc. Por lo tanto, para la situación en la que el cuerpo del motor se calienta localmente y no hay una fuente de calor externa, aumenta la posibilidad de que se produzcan fallos en la estructura y el aislamiento del cuerpo del motor.
Cuando decimos que la temperatura global de la base del motor ha aumentado, queremos decir que la temperatura actual del motor es superior a su temperatura de funcionamiento "normal". Además, esta distribución de la temperatura en toda la estructura del motor es básicamente coherente con el estado "normal".
Las posibles causas del calentamiento general de la base del motor incluyen: carga excesiva del motor; mala disipación del calor del motor; temperatura ambiente de funcionamiento del motor excesivamente alta; problemas con el bobinado general; problemas de cableado, entre muchos otros. Nos referiremos a ellos por separado.
En efecto, las variaciones de carga del par motor provocan fluctuaciones en la corriente del motor. Un aumento de la corriente provoca posteriormente un mayor calentamiento del cuerpo del motor.
Por otro lado, si aumentan las cargas axiales y radiales en el extremo del eje del motor, los cojinetes se calentarán más. Sin embargo, este aumento de temperatura inducido por la carga se manifiesta principalmente como un aumento de temperatura localizado en los cojinetes del motor, no como un aumento de la temperatura general del cuerpo del motor.
De ello se deduce que un aumento de la temperatura global del motor está relacionado con cargas externas "anormales". Como se ha mencionado anteriormente, una carga "normal", desde la perspectiva del equipo, es su valor de consigna de diseño o las condiciones de funcionamiento previstas antes del diseño.
Un motor cualificado debe funcionar de acuerdo con las expectativas de diseño cuando funciona en condiciones de diseño, lo que se verifica durante el diseño del motor y la inspección en fábrica. Sin embargo, si el estado de carga del motor supera las expectativas iniciales de diseño durante el funcionamiento, el estado de calentamiento del motor se convertirá en "anormal". Si esta temperatura excede las normas de control, debe abordarse con prontitud.
Un motor suele encontrarse con "cargas anormales" que no se corresponden con su ciclo de trabajo nominal o su carga de trabajo nominal.
Para hacer una analogía con las condiciones de carga que superan el ciclo de trabajo nominal, considere a un trabajador en un turno de 8 horas al que se le pide que trabaje horas extras continuamente, aumentando así su nivel de fatiga. Lo mismo ocurre con un motor.
Para condiciones de carga que superen la carga de trabajo nominal, es como pedir a un trabajador, que normalmente produce diez artículos en condiciones normales, que produzca veinte, lo que también aumentará su nivel de fatiga.
Por supuesto, se trata de comparaciones aproximadas. Cuando se diseña un motor, se considera una cierta capacidad de sobrecarga; éste es el margen de diseño. Si el motor funciona en condiciones de sobrecarga, podría provocar un aumento generalizado del calentamiento.
Además, algunos problemas de instalación también pueden provocar cambios en la carga interna del motor. Por ejemplo, zapatas sueltas o mala alineación del motor, etc. Estos fallos no sólo imponen una carga adicional sobre el sistema mecánico y los cojinetes del motor, generando más calor, sino que también dan lugar a un par adicional en el propio motor, provocando un mayor calentamiento.
Los cambios en el entorno de trabajo del motor incluyen cambios en sus condiciones de refrigeración y en la temperatura ambiente. Si consideramos las variaciones en el calentamiento global del motor causadas por los cambios de carga como la causa fundamental de los cambios de temperatura global, los cambios en el entorno de trabajo del motor afectan a las condiciones de refrigeración del motor.
El diseño del motor incluye temperaturas del entorno de trabajo y condiciones de refrigeración determinadas (o nominales). Cuando las condiciones de refrigeración del motor cambian o la temperatura ambiente cambia, el entorno de refrigeración correspondiente tras el calentamiento normal del motor también cambia en consecuencia.
El sellado del motor al que se hace referencia aquí denota principalmente el sellado entre el eje del motor y el estator del motor. Estas juntas se utilizan principalmente para aislar la cámara de rodamientos del motor del entorno, evitando la contaminación de los rodamientos. (Por supuesto, hay componentes de sellado correspondientes en aplicaciones reales, como las tuberías de refrigeración de fluidos, pero no entran en el ámbito de este debate).
Las obturaciones utilizadas para aislar la cámara del rodamiento del entorno exterior también pueden denominarse obturaciones del rodamiento. Normalmente, la obturación se fija por un lado, mientras que el otro lado tiene un labio responsable de la obturación.
Las causas principales del calentamiento de la obturación del rodamiento son las siguientes: desgaste del labio de obturación; daños en la parte del labio de obturación, etc.
En el caso de las juntas sin contacto, dado que el labio de estanquidad no entra en contacto con otros componentes, dicho movimiento relativo no generará fricción adicional ni provocará calentamiento. Una junta laberíntica común pertenece a esta categoría.
En el caso de las juntas de contacto, existe una fuerza de contacto mutua entre el labio de estanquidad y el componente sellado. Cuando el motor gira, se produce una fricción relativa entre las superficies de contacto, lo que puede provocar cierto calentamiento. Normalmente, esta generación de calor es estable dentro de un cierto rango. Si se produce un aumento adicional de la temperatura, es necesario investigar la causa.
Desgaste uniforme del labio de sellado
Si se genera calor adicional en la pieza sellada, se puede comprobar el estado de desgaste del labio de sellado. Si el labio de sellado muestra un desgaste uniforme, indica que se ha producido una fricción uniforme entre el labio y la pieza sellada.
Tolerancia dimensional superada en componentes relacionados
La causa principal del desgaste uniforme del labio del retén en los rodamientos se debe a la desviación de tamaño de los componentes relacionados.
En el caso de las juntas sin contacto, no debería producirse tal fricción. En caso de que aparezca desgaste en el labio de las juntas sin contacto, debe solucionarse.
Cuando el labio de la junta experimenta una fricción uniforme, si la fuerza de contacto sobre el labio de la junta es mayor que la diseñada, o si la velocidad relativa es mayor, el desgaste será más severo.
En este punto, deben comprobarse las dimensiones del eje. Si el tamaño del eje es demasiado grande, puede provocar una fuerza de contacto excesiva entre el labio del retén y el eje, lo que provocaría una fricción y un calor excesivos.
Además, el rugosidad superficial del eje. Si la superficie del eje es demasiado rugosa, el desgaste entre el labio y el eje será mayor, lo que generará más calor.
Si el redondez del eje del motor supera la tolerancia, también puede provocar una fuerza de contacto excesiva entre el eje y el labio del retén en determinadas zonas del eje. Esto puede provocar un desgaste uniforme del labio del retén, con un grado de desgaste superior a los niveles normales.
Selección inadecuada de la junta
Cuando la junta del motor muestre calor, inspeccione la junta. Si el labio de la junta está uniformemente desgastado, también es necesario comprobar la selección de la junta.
En primer lugar, si la velocidad de giro real del motor supera la velocidad máxima permitida por la junta, podría producirse un desgaste excesivo y uniforme del labio de la junta, lo que provocaría su calentamiento.
Si en las condiciones reales de trabajo hay sustancias que reaccionan químicamente con la obturación, esto podría causar la degradación de la obturación del rodamiento, lo que podría provocar cambios en el tamaño total de la obturación, con la consiguiente fuerza de contacto excesiva y calor adicional.
Si la temperatura real de funcionamiento supera el límite máximo de temperatura que puede soportar la junta, podría producirse un reblandecimiento del labio de la junta, aumentando así el desgaste y, potencialmente, el calentamiento.
El desgaste uniforme del labio de la junta también puede deberse a una instalación y mantenimiento inadecuados de la junta.
Instalación y mantenimiento inadecuados de las juntas
Al observar un desgaste uniforme en el labio de la junta durante su ciclo de calentamiento, no sólo hay que revisar el contenido del artículo anterior, sino también inspeccionar la instalación y el mantenimiento de la junta.
Si el retén del cojinete no se instala correctamente, lo que da lugar a que el labio del retén se coloque de forma inadecuada, puede provocar una fricción excesiva entre el labio y el eje, lo que genera calor.
Durante el mantenimiento rutinario del motor, es vital inspeccionar el estado de desgaste de la junta. En función del desgaste de la junta, se debe considerar la sustitución de la junta del cojinete del motor para evitar una fricción inadecuada y el calor resultante.
Desgaste no uniforme del labio de la junta
Si se detecta un calor significativo en la sección de la junta del cojinete del motor y al inspeccionar el labio de la junta, se puede encontrar no sólo un desgaste uniforme, sino también casos de desgaste no uniforme.
El desgaste no uniforme del labio de la junta está relacionado principalmente con los componentes de la junta y con su instalación y mantenimiento.
Problemas con los componentes relacionados con las juntas
El desgaste no uniforme implica que mientras algunas zonas alrededor del labio de la junta se han desgastado, otras no. Este desgaste desigual puede atribuirse a la forma, la tolerancia posicional o la posición relativa de los componentes relacionados con la junta.
Si el eje del motor está desalineado con la cámara de rodamientos, un lado del labio del retén puede experimentar una mayor presión de contacto, lo que produce un desgaste adicional y un aumento del calor. En consecuencia, al observar estas características de desgaste del labio del retén, se debe comprobar si existe una desalineación paralela entre el eje del motor y la cámara de rodamientos.
Cuando el eje del motor y la cámara del cojinete están desalineados angularmente, se produce una fricción excesiva entre el eje del motor y el labio del retén en la dirección de la desalineación y su opuesta. Los lugares situados a 90 grados de esta desalineación experimentarán un menor desgaste. Sin embargo, las zonas que se enfrentan a una fricción excesiva generarán calor adicional y presentarán un desgaste no uniforme alrededor del labio del retén.
Esta desalineación entre el eje del motor y la cámara de cojinetes puede deberse a la desalineación del eje o de la cámara de cojinetes (principalmente la parte de instalación de la junta). Cuando la cámara de rodamientos está desalineada, ya sea en paralelo o en ángulo, es probable que el labio de la junta presente un desgaste no uniforme en toda su circunferencia, generando así calor adicional.
Instalación incorrecta de las juntas
Cuando las juntas de los cojinetes del motor se calientan, el desgaste desigual en la circunferencia puede estar relacionado con la instalación y el mantenimiento de las propias juntas.
Si hubiera una desviación en la posición de instalación de los retenes de los cojinetes del motor, provocando que los retenes no estuvieran alineados con el eje, se produciría una desalineación entre el eje del retén y el eje de la base, incluyendo tanto la desalineación paralela como la angular.
Esto podría provocar un desgaste adicional de la junta y la correspondiente generación de calor, similar a los problemas de desalineación del eje del motor y el alojamiento del cojinete.
Además, si el labio del retén se dañara durante la instalación de los retenes del cojinete del motor, podría provocar la deformación del labio, lo que daría lugar a un contacto local deficiente. Esto podría provocar una fricción local excesiva y el consiguiente calentamiento.
Daños en las juntas de los cojinetes del motor
Cuando las juntas de los cojinetes del motor están dañadas o deformadas, la fricción de contacto de los labios puede aumentar, provocando la generación de calor.
Por lo tanto, si se produce un sobrecalentamiento local en la sección de la junta del cojinete del motor, sería aconsejable comprobar si las propias juntas están dañadas o deformadas.
Las causas de daños y deformaciones en las juntas de los rodamientos son las siguientes:
Instalación y mantenimiento inadecuados
Durante la instalación y el mantenimiento de las juntas de los cojinetes del motor, si se dañara el marco de la junta, podría producirse la deformación de toda la junta o de una parte de ella. Esta deformación alteraría el contacto del labio con la superficie sellada.
Un contacto demasiado escaso reduciría el efecto de sellado, mientras que un contacto excesivo aumentaría la fricción, lo que provocaría una generación extra de calor. Por lo tanto, cuando se produce un calentamiento extra causado por la fricción en parte de la junta, es importante inspeccionar el estado de la junta para eliminar cualquier error de instalación o mantenimiento y las discrepancias de posicionamiento durante la instalación de la junta.
Aparte de los problemas de instalación y mantenimiento, los daños en las juntas también pueden estar asociados a interferencias entre las juntas y los componentes circundantes.
Interferencias con los componentes circundantes
En el caso de las juntas sin contacto, cuando el motor está en marcha, las juntas no deben interferir con los componentes fijos. Si se producen interferencias, las piezas que interfieren se dañarán, generando calor y provocando el sobrecalentamiento de las juntas.
Por lo tanto, en este punto, debe comprobarse la relación dimensional entre las juntas y los componentes circundantes. Basándose en la ubicación de la interferencia de la junta, se puede encontrar la ubicación de las piezas correspondientes e inspeccionar los componentes relacionados con esa ubicación. Simultáneamente, se pueden encontrar las marcas de desgaste correspondientes en estas piezas para confirmar el desgaste y realizar correcciones.
En el caso de las juntas de contacto, además de los labios de la junta, las juntas no deben interferir con otros componentes móviles. El estado de desgaste de los labios de la junta de contacto puede juzgarse basándose en el desgaste uniforme y no uniforme introducido anteriormente. Además, las marcas de interferencia que aparezcan en las juntas deben compararse con las marcas correspondientes de otras piezas en el mismo lugar para confirmarlas y eliminarlas.
Rotación de la junta
En condiciones de trabajo, la junta debe fijarse como un todo al estator o al rotor del equipo. La fricción durante el funcionamiento debe producirse en los labios de la junta. Mientras tanto, la junta y su parte fija deben estar relativamente inmóviles. Si algunas partes de la junta presentan un calentamiento anormal y se produce un cambio de posición relativa en la parte fija de la junta, esto puede indicar un problema de rotación de la junta.
La rotación de la junta puede provocar un calentamiento localizado y disminuir la eficacia de la estanquidad. Esto debe corregirse inmediatamente. El problema puede deberse a un problema de tolerancia entre la junta y la pieza fija o a un exceso de tolerancia de la propia junta.
A veces, los cambios en la dureza del material debidos al calentamiento pueden alterar la estanqueidad de ajuste entre la junta y las piezas coincidentes, con el consiguiente riesgo de rotación. Cuando se produce la rotación de la junta, es posible identificar y eliminar la causa principal teniendo en cuenta las dimensiones y los efectos de la temperatura.
Hasta ahora, hemos introducido 77 nodos relacionados con el calentamiento del motor y 56 nodos relacionados con las juntas en el mapa mental del calentamiento del motor. En el futuro seguiremos explicando el contenido de más de cuatrocientos nodos más.
En la discusión anterior se abordaron las cuestiones relativas a la generación de calor en el motor, incluidas las condiciones térmicas relacionadas con el cuerpo y las juntas del motor. A partir de aquí, nos centraremos en los componentes del sobrecalentamiento del motor relacionados con los rodamientos.
Como se ha mencionado anteriormente, la temperatura de los cojinetes del motor no sólo debe evaluarse en función del valor absoluto, sino también teniendo en cuenta la distribución de la temperatura dentro de los componentes del cojinete.
En cuanto a los valores de advertencia de temperatura para el sobrecalentamiento de los cojinetes del motor, están documentados en muchas normas internacionales y nacionales, que no se reiterarán aquí.
A continuación se presenta un mapa mental que aborda los problemas de sobrecalentamiento de los motores. Este diagrama despliega el tema del calor relacionado con los cojinetes del motor en dos direcciones: en primer lugar, situaciones en las que no hay una diferencia de temperatura significativa entre los componentes del cojinete y la carcasa del motor, y en segundo lugar, escenarios en los que hay una disparidad de temperatura considerable entre los componentes del cojinete y la carcasa del motor.
La determinación de si el motor temperatura del rodamiento es superior o no a la temperatura de asiento es esencialmente una evaluación de la distribución de la temperatura. Esta determinación se realiza a partir de la identificación del estado de calentamiento esperado del propio rodamiento.
Durante el funcionamiento, el propio rodamiento genera calor, pero el calor generado por el propio rodamiento no debe ser la parte principal del calentamiento del motor. En materia de calentamiento, el rodamiento desempeña principalmente un papel de absorción pasiva.
Basándose en las conclusiones anteriores, conviene utilizar la distribución de temperatura entre el autocalentamiento del cojinete del motor y la temperatura global del asiento del motor como punto de partida para el análisis del diagnóstico de averías.
De la introducción anterior, se puede entender que cuando la temperatura del cojinete del motor no es superior a la temperatura de asiento, o ligeramente y de forma estable superior a la temperatura de asiento (nota, "no superior a" aquí se refiere a un pequeño gradiente que no aumenta continuamente), es un rendimiento normal del cojinete del motor.
En otras palabras, en este momento, el funcionamiento interno del cojinete del motor no debe diferir significativamente del estado normal. En general, la posibilidad de sospechar de un fallo interno en el rodamiento del motor se reduce en este momento.
Cuando la temperatura del cojinete del motor "no" es superior a la temperatura del asiento del motor, se dan dos situaciones: la temperatura del motor es superior a la temperatura de alarma; la temperatura del cojinete del motor es superior a la que puede soportar el cojinete.
La premisa de que la temperatura del motor sea superior a la temperatura de alarma de la que se habla aquí es que la temperatura del cojinete del motor "no" sea superior a la temperatura del asiento del motor. En este momento, se debe comprobar primero la situación de autocalentamiento del asiento del motor. Se debe realizar una investigación detallada basada en el contenido discutido en los cinco artículos anteriores.
Si durante la investigación del calentamiento global del motor se detecta algún problema que provoque el aumento de la temperatura global del motor, deberá eliminarse.
Si después de la investigación, no hay ningún fallo con el motor en su conjunto, o si estas condiciones de trabajo diferentes harían que la temperatura del motor supere la advertencia, puede que no sea un fallo del motor o del rodamiento, sino más bien la temperatura esperada del motor trabajando en condiciones diferentes. Cuando esta temperatura supera ciertos límites de alarma estándar, es necesario ajustar el límite de alarma.
El ajuste del valor de alarma de temperatura puede referirse a las normas pertinentes, pero lo más importante es que debe determinarse en función de las condiciones reales de trabajo. Normalmente, la temperatura de alarma para las condiciones de trabajo puede determinarse utilizando registros históricos o el calentamiento estimado bajo diferentes cargas. El ajuste de este límite de alarma es algo así como la norma de la empresa basada en la norma nacional.
Por otro lado, este ajuste del valor de alarma de temperatura del rodamiento del motor no debe superar el límite de temperatura que puede soportar el rodamiento.
La temperatura del cojinete del motor supera el límite de temperatura que puede soportar el cojinete del motor.
Los cambios en la temperatura del cojinete del motor pueden afectar al rendimiento de la lubricación del motor y de la jaula del cojinete del motor. Cuando la temperatura alcanza cierto límite, puede incluso afectar a propiedades como el rendimiento del acero para rodamientos.
En general, existe un límite básico para la temperatura a la que puede funcionar un cojinete de motor. Cuando la temperatura del rodamiento del motor supera este límite, el rodamiento no puede alcanzar el rendimiento esperado. (Tenga en cuenta que nuestro análisis actual se basa en la premisa de que la temperatura del cojinete del motor no supera la temperatura de la carcasa del motor, lo que implica que lo más probable es que el cojinete del motor no se encuentre en estado de fallo. Las discusiones sobre el rodamiento en estado de fallo se tratarán en el árbol de fallos posterior).
En las situaciones anteriores, la primera consideración es ajustar el motor. Si hay algún problema de generación de calor en el cuerpo del motor, puede solucionarse. Si el motor se está sobrecalentando debido a razones operativas, o si la temperatura ambiental en la que trabaja el motor está provocando el sobrecalentamiento del motor, entonces ajustar el motor no reducirá la temperatura.
La acción necesaria sería entonces ajustar el rodamiento. En otras palabras, tenemos que ajustar la selección del rodamiento para que el nuevo rodamiento pueda rendir como se espera a esta temperatura.
Hasta ahora, hemos analizado situaciones en las que la temperatura del rodamiento del motor "no" supera la temperatura de la carcasa del motor. Esta situación suele inducir a los ingenieros de campo a buscar fallos fuera del rodamiento.
De hecho, no es aconsejable que los ingenieros apliquen la conclusión anterior de forma excesivamente rígida. El juicio anterior de que no hay fallo es sólo una probabilidad y no descarta problemas con el aplicación del rodamiento en algunos casos. He aquí algunos escenarios posibles:
En primer lugar, la temperatura del cojinete del motor no supera la temperatura de la carcasa, pero es superior a la temperatura de otros cojinetes del mismo modelo. En este caso, puede haber diferencias en el estado de movimiento dentro del rodamiento del motor en comparación con otros rodamientos del mismo modelo y condiciones de trabajo. Esta anomalía identificada mediante comparación lateral también requiere atención.
Aunque la temperatura no supere la temperatura del alojamiento y, en ocasiones, se mantenga dentro del rango admisible para el funcionamiento de los rodamientos, podría tratarse de una fase inicial de un fallo. Por lo tanto, la situación in situ puede determinarse mediante el método de comparación lateral anterior.
En segundo lugar, considere la tendencia de la temperatura. En algunas averías, la temperatura del rodamiento del motor aumenta, pero al principio, la temperatura del rodamiento del motor es superior a la temperatura de la carcasa. A medida que avanza el fallo, la temperatura superará la temperatura de la carcasa, lo que indica que el rodamiento del motor está generando calor.
Por lo tanto, el anterior "no superior a la temperatura de la carcasa" es sólo una situación temporal. En este punto, el ingeniero del motor debe hacer una comparación longitudinal en la línea de tiempo. Si la temperatura del rodamiento del motor es estable, indica que la situación es normal. Sin embargo, si la situación se deteriora y la temperatura aumenta continuamente, indica que todavía puede haber algunos fallos potenciales.
En conclusión, a la hora de diagnosticar averías en los rodamientos de los motores, es necesario aplicar los conocimientos teóricos con flexibilidad y realizar comparaciones horizontales y verticales del estado de los equipos. De este modo, la precisión del diagnóstico de fallos será mucho mayor.
Cuando la temperatura del cojinete del motor no es significativamente superior a la temperatura base del motor, la generación total de calor del cojinete del motor no es un componente importante del calor del motor. La distribución de la temperatura en este momento se ajusta a la distribución normal esperada. Por lo tanto, desde la perspectiva de la distribución de la temperatura, la probabilidad de fallo del rodamiento puede ser algo menor.
Sin embargo, cuando la temperatura del cojinete del motor es significativamente superior a la temperatura circundante de la tapa y la base del motor, el cojinete, como fuente principal de calor, afecta significativamente a la distribución global de la temperatura del motor. Esta desviación de la distribución de temperatura esperada entre el cojinete del motor y la base hace sospechar de un posible fallo del cojinete.
Como se ha mencionado anteriormente, cuando la temperatura del cojinete del motor es notablemente superior a la temperatura de base, las fuentes de calor para el cojinete incluyen componentes internos y externos. El calor externo procede de componentes adyacentes como el eje y la cámara del cojinete. El calor interno se origina en diversas fricciones dentro del rodamiento.
Cuando la temperatura del cojinete supera la temperatura de base, implica que la fricción interna del cojinete del motor domina la generación de calor, convirtiéndose en un factor importante del aumento de temperatura.
Los principales factores causantes del calentamiento de los cojinetes del motor son
Analicémoslos uno por uno.
Carga sobre el motor
Una de las causas del calentamiento de los rodamientos del motor es un problema de carga. Al seleccionar los cojinetes del motor, se comprueba la vida útil del cojinete en función de las condiciones de funcionamiento establecidas. La esencia de esta comprobación es verificar la capacidad de carga del rodamiento del motor elegido. Cuando el cojinete del motor se calienta, las siguientes situaciones requieren una comprobación de la carga del cojinete del motor:
En este caso, si se produce un calentamiento en el rodamiento y no se aprecian otras anomalías, debe realizarse una comparación entre la conformidad de diseño y la carga real sobre el rodamiento del motor. Esto se hace para identificar cualquier discrepancia.
En primer lugar, al comparar la conformidad del diseño y la carga real del cojinete del motor, compruebe la carga real con la diferencia de vida útil. Y basándose en la carga real, vuelva a comprobar la carga del rodamiento del motor. Si la vida útil del rodamiento comprobada bajo la carga real es inferior al resultado de la comprobación de diseño o inferior al resultado de vida útil requerido por las condiciones de funcionamiento, entonces la selección del rodamiento es insuficiente.
Si este problema se produce durante la fase de prueba de diseño, la selección del rodamiento debe ajustarse en función de las condiciones de carga reales.
Si este problema se produce durante el uso del motor, significa que la carga en el extremo del eje del motor es superior al diseño dado, y es necesario ajustar la carga de funcionamiento del motor.
Aparte de dejar un margen de diseño para el rendimiento eléctrico del motor durante el diseño general del motor, a veces, si el escenario de aplicación del motor varía mucho, también puede ser necesario dejar un cierto margen de diseño para la selección de los rodamientos del motor. Normalmente, dentro de este margen de diseño, el calentamiento normal de los rodamientos del motor no debería ser un problema.
Tenga en cuenta que este margen de diseño debe ser razonable. Si el margen de diseño es pequeño, la carga sobre el rodamiento del motor será grande, lo que puede causar problemas como el calentamiento. Por otro lado, si el margen de diseño es demasiado grande, puede darse la situación de que la carga mínima sobre el rodamiento del motor sea insuficiente, lo que también provocará un calentamiento anormal del rodamiento. (El contenido relacionado se introducirá más adelante).
Además de comprobar si la carga debida sobre el rodamiento es demasiado grande para el problema de calentamiento causado por la carga del rodamiento del motor, también deben comprobarse otros aspectos de la carga sobre el rodamiento del motor. A veces, estos aspectos no se descubren a través de la comprobación de la vida útil del rodamiento del motor.
Cuando los rodamientos del motor se sobrecalientan, se debe comparar la carga que deben soportar los rodamientos del motor con la carga real soportada por el motor para determinar si la selección de los rodamientos del motor es inadecuada o la carga dada en el momento de la aplicación del motor es incorrecta. Simultáneamente, se debe proporcionar una descripción general de la cuestión del margen de selección de carga para los rodamientos del motor con el fin de evitar tales situaciones de sobrecalentamiento.
Además de comprobar la "carga prevista" soportada por los rodamientos del motor, a veces es necesario investigar otras situaciones.
Por ejemplo, si los rodamientos del motor han asumido componentes de carga que su capacidad de carga no posee.
A continuación se exponen varias situaciones habituales en los motores:
En primer lugar, los cojinetes de motor están equipados con estructuras de extremo flotante y extremo no flotante, así como con estructuras cruzadas. En los motores con estructuras de extremo flotante y extremo no flotante, la carga axial la soporta el rodamiento de extremo flotante, y el rodamiento de extremo no flotante no debe soportar carga axial. Por lo tanto, la carga axial no suele tenerse en cuenta a la hora de seleccionar los rodamientos.
En este momento, si el rodamiento del extremo flotante soporta una carga axial, puede causar problemas como el sobrecalentamiento del rodamiento. En tales casos, es necesario comprobar el estructura motriz para garantizar que el cojinete del extremo flotante es el adecuado.
En las situaciones anteriores, el objetivo de la investigación es identificar la fuente de la fuerza axial en el cojinete del extremo flotante y eliminarla.
En el extremo de posicionamiento o en la estructura transversal del sistema de rodamientos del motor, si la dirección de la carga soportada por el rodamiento supera las expectativas de diseño, también puede producirse un sobrecalentamiento del rodamiento. Un ejemplo típico es cuando el motor utiliza rodamientos con capacidad de carga en una sola dirección, como los rodamientos de bolas de contacto angular.
Si se produce una fuerza axial inversa, el cojinete puede desengancharse, provocando el sobrecalentamiento del cojinete del motor o incluso su combustión. En este momento, la fuente de la fuerza axial inversa debe ser identificada y eliminada. Si no se puede eliminar (o si la condición de funcionamiento es justa), es necesario ajustar la configuración del sistema de cojinetes del motor.
Algunos rodamientos tienen una cierta capacidad de carga, pero su capacidad de carga axial es limitada. Cuando la carga axial supera la capacidad de carga axial de este rodamiento, el rodamiento se sobrecalentará. Por ejemplo, los rodamientos rígidos a bolas, aunque tienen una cierta capacidad de carga axial, si la fuerza axial es demasiado grande, el rodamiento se sobrecalentará.
Sin embargo, en general, esta situación puede detectarse en los cálculos de vida útil. La solución a esta situación es cambiar la selección de los rodamientos del motor para que admitan grandes cargas axiales.
Otra situación es difícil de percibir en los cálculos convencionales de carga de rodamientos de motor. Por ejemplo, el rodamiento de rodillos autoalineables tiene una cierta capacidad de carga axial, pero bajo una determinada carga axial, es probable que la columna de rodillos sin carga tenga una carga mínima insuficiente o que se desenganche y deslice. En este caso, se manifestará como sobrecalentamiento del rodamiento.
En este momento, lo mejor es ajustar la selección de rodamientos. Si es imposible ajustarlo, hay algunas medidas para aliviarlo, pero no se puede curar. Por ejemplo, métodos como reducir la viscosidad de la grasa lubricante dentro de un rango razonable y apretar adecuadamente el anillo exterior del rodamiento pueden ayudar.
Nos referimos al problema del sobrecalentamiento de los rodamientos de motor causado por la carga real que soporta el rodamiento, que no coincide con la carga diseñada o esperada del rodamiento. De hecho, en el proceso de diagnóstico y análisis de los fallos de los rodamientos de motor, se pueden encontrar rastros correspondientes a estas situaciones en la superficie de los rodillos y pistas de rodadura de los rodamientos mediante el análisis de fallos de los rodamientos.
Los factores relacionados con la carga en el sobrecalentamiento del rodamiento del motor deben compararse no sólo con las especificaciones de diseño, sino también con la capacidad de carga del rodamiento.
Ya hemos hablado anteriormente de la discrepancia que existe entre la carga real que experimenta un cojinete de motor y su carga de diseño, que puede provocar el calentamiento del cojinete del motor. Básicamente, se trata de comparar la carga real del rodamiento con la carga prevista durante la fase de diseño.
Las cargas de los rodamientos de motor son principalmente radiales y axiales. Al diagnosticar problemas de calentamiento en los rodamientos de motores, es necesario comparar las diferentes cargas a las que está sometido el rodamiento para identificar el problema.
Con respecto a la carga radial sobre un rodamiento de motor, si el rodamiento está sometido a una carga radial superior a la que puede soportar, no podrá alcanzar su vida útil prevista. Esto puede deberse a que el rodamiento esté subdimensionado.
En los casos en que el rodamiento del motor seleccionado esté subdimensionado, la capacidad de carga del rodamiento podría ser insuficiente. Si esto se descubre durante la fase de pruebas de diseño, considere la posibilidad de ajustar la selección. Si el tamaño radial externo del rodamiento es limitado y no puede aumentarse, seleccione un tipo de rodamiento con mayor capacidad de carga de entre los que tengan el mismo diámetro externo.
Esto podría incluir:
Si, durante el proceso de pruebas de diseño, se descubre que la capacidad de carga del rodamiento del motor es insuficiente y se puede aumentar el tamaño radial del motor, considere la posibilidad de utilizar un rodamiento con un diámetro mayor.
Tanto si se cambia el tipo de rodamiento como si se aumenta el tamaño del mismo tipo para mejorar su capacidad de carga, es necesario volver a calcular la capacidad de carga del rodamiento antes de hacer una selección, para garantizar la corrección de la nueva selección.
En los casos en que el cojinete del motor esté mal configurado:
Si la carga radial sobre el rodamiento del motor es demasiado grande, podría deberse a un diseño incorrecto durante la configuración del rodamiento del sistema de ejes, provocando que el rodamiento soporte una carga que no debería. Para comprobarlo suele ser necesario comparar los planos y las mediciones reales.
Asegúrese de que la estructura de montaje real de la pieza es razonable y la configuración del rodamiento es adecuada. Si la configuración del rodamiento es razonable, debe ajustarse la estructura de soporte del sistema de ejes. Si esta configuración del rodamiento no se puede cambiar, se debe cambiar la selección del rodamiento para adaptarse al funcionamiento del rodamiento bajo esta carga estructural.
En los casos en que la carga en el extremo del eje del motor sea inadecuada:
Si el rodamiento del motor está sometido a una carga excesiva y, después de la inspección, no se encuentran problemas con la selección del rodamiento interno y la disposición estructural del motor, es necesario realizar una inspección adicional de la fuente de la carga radial sobre el rodamiento. Las causas más comunes incluyen una tensión excesiva de la polea de la correa y una fuerza radial excesiva debida al peso del acoplamiento.
De hecho, un acoplamiento generalmente no será demasiado pesado, pero la distancia entre el punto de acción del acoplamiento y los dos rodamientos puede afectar a la carga real del rodamiento. La misma fuerza radial da lugar a diferentes cargas radiales de los rodamientos a diferentes distancias del extremo del eje, lo que debe verificarse.
La discusión anterior se refiere a los factores de carga radial relacionados con el calentamiento del cojinete del motor en el contexto de la carga del cojinete. En condiciones de trabajo reales, las cargas de los cojinetes también incluyen cargas axiales, y las cargas axiales inadecuadas también pueden causar una producción de calor no deseada durante el funcionamiento del cojinete del motor.
Como se ha mencionado anteriormente, los rodamientos de los motores también pueden generar calor cuando están sometidos a cargas axiales excesivas. De forma similar a la situación en la que una sobrecarga radial provoca el sobrecalentamiento del rodamiento, cuando una carga axial es demasiado grande, se debe considerar si la selección del rodamiento es adecuada, si la disposición del rodamiento es correcta y si la carga real sobre el rodamiento es correcta.
En casos de selección de rodamientos subdimensionados:
El diseño de los rodamientos del motor tiene en cuenta las posibles cargas axiales que pueden tener que soportar. Sin embargo, si la carga axial real es mayor que la carga axial diseñada, esto hará que los rodamientos del motor generen calor adicional, lo que provocará un calentamiento inadecuado.
En esta situación, es necesario realizar ajustes en la selección de los rodamientos del motor. Los métodos de ajuste son similares a los de la capacidad de carga radial insuficiente, pero los ajustes del tipo de rodamiento son diferentes. Estos ajustes pueden incluir:
Además de utilizar diferentes tipos de rodamientos para soportar cargas axiales mayores, también se puede aumentar la capacidad de carga axial del rodamiento utilizando rodamientos más grandes.
Tanto si se cambia el tipo de rodamiento como si se elige un rodamiento más grande, una vez confirmada la selección, debe volver a calcularse la capacidad de carga del rodamiento para garantizar que la selección es correcta.
En caso de disposición incorrecta de los cojinetes del motor:
Debido a una disposición incorrecta del cojinete del motor, el cojinete puede soportar una carga axial que no debería soportar, o la carga axial que soporta puede ser demasiado grande, y ambas cosas pueden provocar el sobrecalentamiento del cojinete del motor.
En tales situaciones, si la disposición del sistema de rodamientos del motor puede ajustarse, deberá ajustarse la configuración del sistema de rodamientos. Si la disposición del sistema de rodamientos del motor no puede ajustarse, es necesario ajustar el tipo de rodamiento, y debe seleccionarse un tipo de rodamiento que pueda satisfacer las condiciones de carga en función de la carga soportada por el rodamiento.
En casos de carga externa inadecuada en el motor:
La carga externa del motor es la causa directa de la carga sobre el sistema de ejes del motor. Si aparece una carga axial en un sistema de ejes que no debería soportar una carga axial, es probable que se deba a una carga externa inadecuada.
En los motores conectados con poleas, como el método de transmisión es a través de las poleas, no debería haber carga axial en el sistema de ejes del motor. Sin embargo, si hay desalineación de las poleas, este tipo de conexión puede aportar cierta fuerza axial al sistema de ejes. Esto debe comprobarse durante el diagnóstico de averías.
Cuando el extremo del eje del motor está conectado con un acoplamiento, la desalineación del acoplamiento puede provocar una carga axial en el sistema del eje. Por lo tanto, cuando aparece una carga axial anormal en el sistema de eje del motor, también debe comprobarse la conexión del acoplamiento.
Hemos hablado de situaciones en las que las cargas radiales y axiales soportadas por los rodamientos del motor son superiores a las cargas que deberían soportar los rodamientos. En estos momentos, la principal dirección de diagnóstico es encontrar la fuente de la carga y desarrollar planes de ajuste razonables o medidas de eliminación basadas en la fuente.
Además de la sobrecarga habitual, puede haber situaciones en las que la carga dentro del cojinete del motor sea demasiado pequeña o la distribución de la carga sea anormal. Ambas situaciones también pueden provocar una generación adicional de calor en los cojinetes del motor.
Los cojinetes del motor pueden calentarse cuando se someten a una carga superior a la que deberían soportar idealmente. ¿Significa esto que la carga sobre el rodamiento del motor debe ser lo más pequeña posible? La respuesta es no.
Si la carga sobre un rodamiento de motor es inferior a la mínima necesaria para su funcionamiento, no se puede formar una rodadura pura dentro del rodamiento durante el funcionamiento. Esto provoca un deslizamiento relativo entre los elementos rodantes y la pista de rodadura en el interior del rodamiento, causando calor adicional, que puede provocar el sobrecalentamiento del rodamiento.
Cuando se produce un sobrecalentamiento en los rodamientos del motor, la relación entre la carga sobre el rodamiento y la carga mínima puede comprobarse utilizando el método de cálculo de la carga del rodamiento. También se pueden encontrar pruebas en las marcas de fallo del rodamiento averiado.
Si se puede ajustar la selección del rodamiento cuando se produce el sobrecalentamiento, se puede intentar sustituirlo por un rodamiento con menor capacidad de carga. Por ejemplo, los rodamientos de bolas pueden sustituir a los rodamientos de rodillos, los rodamientos de una hilera pueden sustituir a los rodamientos de dos hileras, o los rodamientos más pequeños pueden sustituir a los rodamientos más grandes.
Antes de tomar la decisión de sustituir el rodamiento debido a una carga mínima inadecuada que provoque calentamiento, debe realizarse un cálculo de verificación de la carga real del rodamiento, la carga mínima y la vida útil del rodamiento para garantizar el éxito y la eficacia de la sustitución del rodamiento.
Cuando un rodamiento de motor se sobrecalienta debido a una carga mínima insuficiente, y es imposible sustituirlo por un rodamiento con una capacidad de carga inferior, se puede reducir adecuadamente la viscosidad de la lubricación del rodamiento de motor. Este método puede ayudar a disminuir en cierta medida la carga mínima requerida para el funcionamiento del rodamiento, pero puede no funcionar para todos los fallos de calentamiento del rodamiento del motor causados por una carga mínima insuficiente.
Los fallos de calentamiento de los rodamientos del motor debidos a problemas de carga no sólo pueden deberse a cargas excesivas o insuficientes, sino también a una distribución incorrecta de la carga. Un ejemplo típico es el problema de excentricidad de la carga del rodamiento del motor.
El problema de excentricidad de la carga del rodamiento del motor se refiere a una situación en la que existe un desplazamiento o desalineación entre la carga soportada por el rodamiento del motor y el eje del agujero central del rodamiento. En este caso, los elementos rodantes del interior del rodamiento no pueden funcionar en el centro de la zona de carga, provocando a veces una carga local excesiva, mientras que son demasiado ligeros en otras zonas. Esto puede provocar un calentamiento adicional durante el funcionamiento del rodamiento del motor.
El problema de excentricidad del cojinete del motor puede deberse a una instalación incorrecta del cojinete del motor o a tolerancias inadecuadas de forma y posición de las piezas relevantes del cojinete del motor.
Cuando se produce una carga excéntrica en el rodamiento, se pueden encontrar pruebas a través del análisis de fallos del rodamiento del motor, y también aparecerán las características correspondientes en el espectro de vibraciones del cojinete del motor.
Normalmente, se comprueban las tolerancias de forma y posición del eje del motor y de la cámara del cojinete para descartar problemas de tamaño con las piezas relacionadas del cojinete del motor. También se examina el proceso de instalación del rodamiento del motor para eliminar las posibles causas de carga excéntrica en el rodamiento del motor.
Hasta ahora, hemos discutido los problemas de calentamiento de los rodamientos de motor causados por una carga incorrecta y sus contramedidas básicas. El calentamiento de los rodamientos de motor incluye muchos factores además de la carga, como la velocidad, la lubricación, el sellado, los daños en los rodamientos y otros.
Como se ha mencionado anteriormente, además del impacto de la carga del rodamiento en la generación de calor, muchos otros factores influyen en la producción de calor del rodamiento del motor, siendo la velocidad un factor importante que no puede pasarse por alto. Cuando se diseñan motores, los ingenieros deben asegurarse de que la velocidad real del rodamiento se encuentra dentro del rango tolerable del mismo. Tanto las velocidades excesivamente altas como las bajas pueden provocar un calentamiento anormal del rodamiento.
Antes de debatir las implicaciones de las velocidades demasiado altas y demasiado bajas, necesitamos una norma de referencia. En otras palabras, ¿qué se considera demasiado alto o demasiado bajo en relación con qué? Normalmente, un catálogo completo de rodamientos proporcionará un valor de velocidad nominal, incluyendo conceptos como velocidad nominal de lubricación por aceite, velocidad nominal de lubricación por grasa, velocidad de referencia térmica y velocidad final.
En primer lugar, cuando la velocidad del motor supera la velocidad de referencia térmica del rodamiento, éste tiende a calentarse. A veces, este calentamiento altera el equilibrio térmico del rodamiento, provocando su rotura. Otras veces, se forma un nuevo estado de equilibrio térmico, que puede no causar directamente la rotura del rodamiento, pero que puede afectar a factores como la lubricación, reduciendo así la vida útil del rodamiento.
Cuando la velocidad real de funcionamiento del motor supera la velocidad de referencia térmica del rodamiento, el primer paso es examinar y ajustar la selección del rodamiento, siempre que las condiciones lo permitan. Los principios para ajustar los rodamientos incluyen:
Elija rodamientos con mayor capacidad de velocidad para sustituir a los actuales que se sobrecalientan. Como se explica en los artículos que presentan el rendimiento de velocidad de los rodamientos, por lo general, los rodamientos de bolas del mismo diámetro interior y exterior tienen una capacidad de velocidad global superior a la de los rodamientos de rodillos; los rodamientos de una hilera tienen una capacidad de velocidad superior a la de los rodamientos de varias hileras. Por lo tanto, se pueden realizar ajustes según este principio al cambiar el tipo de rodamientos.
Dentro del mismo tipo de rodamiento, el tamaño del diámetro del rodamiento también está relacionado con su capacidad de velocidad. Por lo tanto, entre los rodamientos que pueden cumplir los requisitos de carga del motor, la falta de capacidad de velocidad puede mejorarse ajustando el tamaño del rodamiento.
Normalmente, los rodamientos de la serie ligera tienen mayor capacidad de velocidad que los rodamientos de la serie pesada, y los rodamientos de diámetro pequeño tienen mayor capacidad de velocidad que los rodamientos de diámetro grande. Sin embargo, tanto si se cambia la serie ligera/pesada de rodamientos como si se modifica el diámetro del rodamiento, siempre debe hacerse para cumplir los requisitos de capacidad de carga del rodamiento. Por lo tanto, además de comprobar la velocidad, también es necesario volver a comprobar la vida útil del rodamiento.
En rodamientos del mismo tamaño y tipo, los diferentes diseños internos también influyen en la capacidad de velocidad del rodamiento. Normalmente, los rodamientos con jaulas de nailon tienen velocidades más elevadas que los rodamientos con jaulas de acero y latón; los rodamientos con jaulas de acero tienen velocidades más elevadas que los rodamientos con jaulas de latón, y las jaulas de acero estampado tienen velocidades más elevadas que las jaulas mecanizadas. Esta regla también puede aplicarse a situaciones en las que la velocidad supera la velocidad límite mecánica.
Este artículo expone los principios y las medidas para ajustar el cojinete del motor cuando la velocidad de trabajo del cojinete del motor supera su velocidad de referencia térmica. De hecho, cuando la velocidad de funcionamiento real del cojinete del motor supera su velocidad de referencia térmica, también puede abordarse mejorando los métodos de lubricación y disipación del calor.
En el texto se ha comentado anteriormente que cuando la velocidad real de funcionamiento del cojinete del motor es superior a la velocidad de referencia térmica del cojinete del motor, los principios e ideas para su manejo se consiguen ajustando la selección y el tamaño del cojinete.
De hecho, no es difícil descubrirlo a partir de la definición de la velocidad de referencia térmica del rodamiento del motor: cuando la velocidad del rodamiento del motor supera la velocidad de referencia térmica pero es inferior a la velocidad límite mecánica, se pueden realizar ajustes mejorando la lubricación y aumentando la disipación del calor.
Esto evita que el rodamiento falle prematuramente. Los ajustes de la refrigeración y la disipación del calor se consiguen principalmente aumentando el caudal del medio refrigerante y reduciendo la temperatura del medio de refrigeración, como el flujo de aire del ventilador de refrigeración del motor, o mejorando la disipación de calor del medio de refrigeración para reducir su temperatura.
De este modo, un aumento de la temperatura del cojinete del motor se equilibra con una disminución de la temperatura del medio refrigerante, pasando de un estado de equilibrio térmico a otro.
Los ajustes en la lubricación para solucionar el problema de generación de calor causado por la alta velocidad de rotación del rodamiento del motor pueden realizarse de las siguientes maneras:
En primer lugar, se puede ajustar la viscosidad del lubricante. En el caso de la grasa de motor de uso común, se puede reducir el espesor de la grasa y del aceite base. Esto reduce la pérdida por arrastre causada por la alta velocidad, lo que es beneficioso para la lubricación a alta velocidad.
En segundo lugar, el problema del calentamiento del cojinete del motor debido a la alta velocidad puede aliviarse ajustando la cantidad de lubricante. En general, aunque se satisfacen las bases de la lubricación, reducir adecuadamente la cantidad de lubricante es beneficioso para las aplicaciones de alta velocidad.
Además de ajustar la viscosidad y la cantidad de lubricante, se puede cambiar el método de lubricación para satisfacer los requisitos de alta velocidad, si las condiciones lo permiten. Por ejemplo, utilizar lubricación por aceite en lugar de lubricación por grasa, utilizar lubricación por pulverización de aceite en lugar de lubricación por baño de aceite, utilizar lubricación por neblina de aceite en lugar de lubricación por pulverización de aceite, etc.
En resumen, aunque el ajuste de la lubricación para adaptarse al funcionamiento a alta velocidad del rodamiento del motor y reducir el calor del rodamiento tiene cierto efecto paliativo, a veces puede haber ciertas limitaciones.
Por ejemplo, suele ser difícil cambiar el método de lubricación en condiciones de trabajo reales. Además, el uso del método de ajuste de la viscosidad del lubricante sólo puede aliviar el problema hasta cierto punto, y este ajuste también presenta desafíos para el rendimiento de la lubricación.
A partir de la discusión anterior, entendemos algunos enfoques para manejar situaciones en las que la velocidad de funcionamiento real de los rodamientos del motor supera su velocidad de referencia térmica. El calor generado por los cojinetes del motor es una indicación muy evidente y directa de su velocidad de referencia térmica, lo que ofrece cierto margen para la mitigación.
Por otro lado, cuando la velocidad real de funcionamiento de los rodamientos del motor supera su velocidad límite mecánica, puede producirse un calentamiento antes o durante el fallo del rodamiento. En este punto, deben identificarse los signos característicos a partir de un análisis de fallos de los rodamientos averiados, y una comprobación de la velocidad de los rodamientos del motor revelará que supera la velocidad límite mecánica.
Aunque la velocidad límite mecánica de los rodamientos de motor no está indicada fundamentalmente por su generación de calor, sí tiene relación con el calentamiento. Además, los daños en los rodamientos causados por una velocidad superior al límite mecánico son esencialmente irreversibles una vez que se producen.
Por lo tanto, a través de la generación de calor del rodamiento, y comparando los parámetros del rodamiento o el análisis de fallos, cuando se llega a una conclusión relacionada con que la velocidad del rodamiento del motor supera la velocidad límite mecánica, se deben buscar medidas desde aspectos como la selección del rodamiento.
En el texto anterior se mencionaba que cuando la velocidad de funcionamiento real de un cojinete de motor supera la velocidad límite mecánica del cojinete, éste presenta un estado de generación de calor antes o durante el colapso del cojinete.
De la connotación de esta definición de velocidad, no es difícil deducir que una vez que la velocidad del cojinete del motor supera la velocidad límite mecánica, cada componente del cojinete se somete a una dura prueba bajo la influencia de una fuerza centrífuga considerable.
Si un componente concreto alcanza su límite de resistencia y falla, todo el rodamiento se enfrenta al riesgo de colapso. Para soportar velocidades tan elevadas, se pueden considerar las siguientes medidas:
Ajustar el tipo de rodamiento, optando por uno con una velocidad límite mecánica superior. Generalmente, los componentes con menor masa experimentan menos fuerza centrífuga durante la rotación a alta velocidad, de ahí los siguientes principios:
En la selección de jaulas, no se trata sólo del tamaño; para determinadas velocidades, puede ser necesario equilibrar resistencia y masa. Por ejemplo, una jaula de nailon es ligera pero poco resistente, mientras que una jaula de latón mecanizado es más resistente pero más pesada.
Por otra parte, no todos los rodamientos ofrecen todos los tipos de jaulas debido al material y a los procesos de fabricación, por lo que las opciones para un ingeniero eléctrico a veces pueden ser limitadas.
Además, la selección de una jaula no sólo tiene en cuenta la fuerza centrífuga, sino también su posición relativa y el método de guiado dentro del rodamiento, que pueden afectar a las condiciones de fricción interna del rodamiento y generar calor.
Una situación común es el rodamiento de rodillos cilíndricos guiado por el anillo del rodamiento (interior o exterior), que, cuando la velocidad ndm del rodamiento supera los 250.000, es adecuado para la lubricación con aceite, no con grasa. El uso de la lubricación con grasa puede provocar fácilmente el sobrecalentamiento y la producción de polvo de bronce.
Estas situaciones son frecuentes en las actividades de producción real de las fábricas de motores, por lo que debe prestarse la debida atención a la selección inicial de los rodamientos.
Hasta ahora, hemos hablado del sobrecalentamiento de los rodamientos debido a una velocidad de rotación excesiva. En realidad, los rodamientos también pueden calentarse cuando su velocidad de rotación es demasiado baja. Esto se debe a que la formación de una película de aceite entre los elementos rodantes y la pista de rodadura requiere una determinada velocidad relativa.
Cuando la velocidad de rotación del rodamiento es demasiado baja, resulta difícil formar esta película de aceite, por lo que no se puede establecer un mecanismo de lubricación adecuado, lo que puede provocar el sobrecalentamiento del rodamiento.
Cuando los cojinetes del motor giran a velocidades muy bajas, se pueden realizar los siguientes ajustes:
Ajustar la viscosidad de la lubricación: Aumentar el espesor de la grasa y la viscosidad del aceite base puede ayudar a formar una película lubricante a bajas velocidades.
Ajuste la cantidad de grasa añadida: En condiciones de baja velocidad, la pérdida de arrastre causada por el cojinete del motor al agitar la grasa es mínima. En este momento, el aumento de la cantidad de grasa añadida puede ayudar a formar una película de aceite sin añadir una pérdida por arrastre excesiva.
Ajustar los aditivos del lubricante: Cuando la velocidad del rodamiento es insuficiente para formar una película de aceite, se pueden utilizar determinados aditivos de extrema presión y aditivos antidesgaste. La adición de aditivos de extrema presión puede permitir que el rodamiento aún logre la separación de los elementos rodantes y la pista de rodadura a bajas velocidades de rotación. El uso de aditivos antidesgaste puede evitar el desgaste directo entre los elementos rodantes y la pista de rodadura.
Por supuesto, cuando la velocidad de rotación del rodamiento es demasiado baja, además de tener en cuenta la lubricación, también se debe prestar más atención al propio rodamiento durante la verificación. Además de la vida a fatiga del rodamiento, la verificación de la carga estática del rodamiento se convierte en clave, y deben realizarse ajustes en el rodamiento en función de los resultados de la verificación.
En el texto anterior se analizaron las posibles razones de la generación de calor en los rodamientos de motores a velocidades altas y bajas. De hecho, cuando los cojinetes de motor funcionan a velocidades variables, la fricción interna y las colisiones dentro del cojinete son relativamente graves, lo que provoca una generación de calor adicional.
Las velocidades variables del motor pueden deberse a arranques frecuentes, cambios de velocidad unidireccionales o cambios de dirección (lo que se conoce como movimiento alternativo).
Hay dos situaciones ligeramente diferentes. Para los cambios de velocidad unidireccionales (incluidos los arranques frecuentes), si se produce un sobrecalentamiento del rodamiento del motor, es aconsejable comprobar si el rodamiento seleccionado es adecuado para tales condiciones.
Para situaciones de velocidad variable, se recomienda elegir rodamientos con una jaula resistente y, si es posible, utilizar una jaula ligera de material blando. Esto puede reducir la colisión entre la jaula y los rodillos del rodamiento durante los cambios de velocidad, y disminuir los daños adicionales y la generación de calor resultantes.
Por otro lado, seleccionar una grasa con aditivos antidesgaste puede reducir la fricción, el calor y el desgaste causados por el deslizamiento entre los componentes individuales dentro del rodamiento durante los cambios de velocidad.
Para las condiciones de movimiento alternativo, es necesaria una verificación adicional del rodamiento seleccionado, como considerar el cálculo de la carga estática del rodamiento, y no sólo el cálculo de la vida nominal a fatiga del rodamiento.
Para los rodamientos en movimiento alternativo, es importante seleccionar una lubricación con aditivos de extrema presión para proteger las superficies de fricción durante los cambios de dirección a baja velocidad.
Hasta este punto, hemos profundizado en el contenido relacionado con la velocidad en el árbol de fallos de generación de calor del rodamiento del motor.
Aparte de las causas potenciales mencionadas anteriormente, otro factor importante para la generación de calor en los cojinetes de motor es la lubricación. Las condiciones de calor causadas por la lubricación a veces pueden progresar rápidamente, los fallos pueden desarrollarse rápidamente y, a veces, pueden aparecer síntomas como la generación de calor incluso cuando hay cambios mínimos en la vibración.
Tenga en cuenta los siguientes aspectos a la hora de diagnosticar un calentamiento excesivo en rodamientos de motor lubricados incorrectamente:
1. Selección inadecuada del lubricante,
2. Inadecuado métodos de lubricación,
3. Diseño defectuoso del recorrido del aceite de lubricación.
Estas son las tres áreas principales que hay que investigar.
El diseño de la lubricación de los rodamientos de motor abarca la elección del método de lubricación, la viscosidad del lubricante y la selección de los aditivos del lubricante.
La elección del método de lubricación de los cojinetes de motor debe hacerse en función de las necesidades reales de funcionamiento. Los distintos métodos de lubricación dan lugar a diferentes niveles de pérdida por arrastre interno en los rodamientos y, por tanto, a diferentes condiciones de calentamiento.
En orden ascendente de generación de calor, los métodos son: lubricación por aceite y gas, lubricación por pulverización de aceite, lubricación por baño de aceite y lubricación por grasa. La lubricación por aceite y gas tiene una posición de lubricación más precisa y, con un volumen de lubricación debidamente controlado, presenta la menor pérdida por arrastre interno en el rodamiento. Sin embargo, este sistema es relativamente complejo y requiere ciertas normas de control.
La lubricación por pulverización de aceite utiliza un mayor volumen de lubricante que la lubricación por aceite y gas, lo que provoca un calentamiento relativamente menor del rodamiento, y la pulverización de aceite tiene una cierta función de refrigeración. En consecuencia, la lubricación por pulverización de aceite requiere un diseño específico de la trayectoria del aceite y capacidades de control de la lubricación. Es relativamente compleja y tiene costes más elevados.
La estructura del recorrido del aceite y la estructura de control de la lubricación por baño de aceite son más sencillas que la lubricación por pulverización de aceite, pero el trabajo que implica la lubricación por agitación de piezas es relativamente elevado. El aceite lubricante tiene un cierto efecto refrigerante, de uso común en cajas de engranajes y motores de gran tamaño.
La lubricación con grasa es el método más utilizado para lubricar los rodamientos de los motores. Su diseño del recorrido del aceite es sencillo y rentable. Sin embargo, en comparación con los otros dos métodos, la pérdida por arrastre de la lubricación por agitación de los rodamientos es mayor.
Los diferentes métodos de lubricación tienen ciertos rangos aplicables, y dentro de estos rangos, el ajuste del medio de lubricación puede ayudar a reducir la fricción y el calentamiento correspondientes. Sin embargo, si las condiciones de funcionamiento superan este rango, es necesario cambiar el método de lubricación.
En la sección anterior se han tratado algunas inspecciones y consideraciones a la hora de elegir los métodos de lubricación de los rodamientos del motor durante el calentamiento. En consecuencia, la elección del lubricante del cojinete del motor tiene un impacto significativo en el calentamiento del cojinete.
Gracias a estos conocimientos, comprendemos que el objetivo principal a la hora de elegir un lubricante para cojinetes de motor es su viscosidad. Desde el punto de vista de la reducción de la generación de calor en la lubricación de cojinetes de motor, la disminución de la viscosidad del lubricante puede ayudar a reducir las pérdidas por arrastre durante el funcionamiento del cojinete. Por lo tanto, se puede seleccionar una grasa de baja viscosidad que cumpla los requisitos de lubricación, así como un lubricante de baja viscosidad de aceite base.
Cabe destacar aquí que la reducción de la viscosidad del lubricante debe seguir satisfaciendo las necesidades básicas de lubricación del cojinete del motor. Debe reducirse dentro de este rango de demanda. De lo contrario, el motor puede sufrir calentamiento y daños en el rodamiento debido a una lubricación deficiente.
Además, tras elegir la viscosidad adecuada para el lubricante, hay que considerar la selección de aditivos, sobre todo en situaciones especiales de velocidad. Para situaciones de baja velocidad, son necesarios aditivos de presión extrema. El disulfuro de molibdeno se utiliza habitualmente en motores generales como aditivo de extrema presión.
Sin embargo, en situaciones en las que la velocidad del cojinete del motor es elevada, el disulfuro de molibdeno no puede seguir utilizándose, ya que puede provocar un desgaste interno en el cojinete del motor y una lubricación deficiente. Esto se debe a que, a altas velocidades, el disulfuro de molibdeno puede actuar como una partícula abrasiva en el desgaste abrasivo.
Si el método de lubricación interna, la viscosidad del lubricante y los aditivos para el cojinete del motor se eligen adecuadamente, no se producirá el calentamiento del cojinete del motor. Sin embargo, además de esto, la aplicación de la lubricación influirá en el calentamiento del cojinete del motor.
La aplicación de la lubricación incluye la cantidad aplicada, el momento de la aplicación y el método de aplicación.
Si se añade demasiada grasa al cojinete del motor, la rotación del cojinete generará calor debido a la agitación de la grasa. Por lo tanto, cuando el cojinete del motor muestra calor, es necesario comprobar la cantidad de grasa.
Además de que un exceso de grasa provoque el calentamiento del rodamiento, una lubricación insuficiente también puede provocar el calentamiento de los pares de fricción internos del rodamiento por contacto. En este caso, en primer lugar, debe comprobarse la cantidad inicial de grasa para el cojinete del motor a fin de garantizar que se satisfacen las necesidades de lubricación.
Si la cantidad de grasa inicial es adecuada pero la grasa residual en el interior del rodamiento es insuficiente, puede haber una fuga de aceite durante el funcionamiento del motor. Debe investigarse la causa de la fuga. Si la fuga está causada por las juntas, éstas deben repararse.
En los motores verticales, el riesgo de fugas de aceite aumenta inevitablemente debido a la gravedad. Además de comprobar si hay fugas, también es necesario controlar y ajustar la lubricación suplementaria para garantizar que la grasa restante en el interior del rodamiento satisface las necesidades de lubricación.
Las cantidades de lubricación del motor deben controlarse no sólo para la lubricación inicial, sino también para la lubricación suplementaria. Una lubricación suplementaria insuficiente también puede provocar la falta de aceite en el interior del cojinete del motor.
Normalmente, los intervalos y las cantidades de lubricación suplementaria periódica deben ajustarse en función de los cálculos de validación de la lubricación. En el caso de los sistemas de lubricación continua, deberá ajustarse la cantidad de inyección de aceite de lubricación continua.
Como ya se ha mencionado, una de las causas del sobrecalentamiento de los cojinetes de motor es la cantidad de lubricación. Tanto la lubricación excesiva como la insuficiente pueden provocar el calentamiento de los rodamientos del motor.
De hecho, una reposición inadecuada de la lubricación acaba provocando una lubricación excesiva o insuficiente en los rodamientos. El debate sobre la lubricación excesiva o insuficiente se refiere principalmente a la cantidad de lubricación inadecuada durante la instalación inicial. Esta sección trata de la reposición de la lubricación.
En primer lugar, consideremos el momento de la reposición de la lubricación. Por lo general, los ingenieros calculan y seleccionan el momento de reposición de la lubricación del rodamiento del motor en función del tipo de rodamiento y de sus condiciones de funcionamiento.
El calendario de reposición debe satisfacer las necesidades de lubricación del funcionamiento del rodamiento del motor. Sin embargo, muchas condiciones especiales de funcionamiento requieren ajustes en el tiempo de reposición de la lubricación.
Por ejemplo, para los motores verticales, el intervalo de relubricación estándar suele reducirse a la mitad; en entornos con vibraciones, el intervalo de relubricación estándar también debe reducirse a la mitad. En la sección correspondiente de reposición de lubricación del manual se analizan muchas situaciones que requieren el ajuste del momento de relubricación.
Cuando se produce un sobrecalentamiento in situ de los rodamientos del motor que requiere una comprobación de los intervalos de lubricación, hay que prestar atención a estos factores.
Además de la cuestión del momento de reposición de la lubricación, también debe tenerse en cuenta la cantidad de reposición de la lubricación durante la inspección. En cuanto a la cantidad de reposición de lubricante, se puede consultar la fórmula de cálculo correspondiente en el manual, que no se repetirá aquí.
El personal de mantenimiento in situ debe respetar esta cantidad al reponer la lubricación de los cojinetes del motor. Debe evitarse una adición insuficiente.
Si se añade una cantidad excesiva de lubricante in situ, debe abrirse la válvula de drenaje de aceite para que salga la grasa sobrante, evitando así que el exceso de grasa en el interior del rodamiento provoque un sobrecalentamiento. Si se utiliza un sistema de lubricación continua para la lubricación del rodamiento del motor y se produce un sobrecalentamiento en las condiciones de lubricación actuales, se puede ajustar adecuadamente la cantidad de lubricación continua.
Al inspeccionar la reposición de lubricación de los rodamientos del motor, también debe comprobarse el método de reposición de lubricación.
En general, la lubricación debe añadirse, en la medida de lo posible, cuando el equipo funcione a baja velocidad. La compatibilidad de la grasa añadida debe garantizarse durante la adición. La compatibilidad de las grasas incompatibles debe comprobarse antes de mezclarlas para garantizar el rendimiento de la grasa.
Por otra parte, al reponer la lubricación de los cojinetes del motor, si la grasa nueva y la temperatura de los cojinetes del motor difieren significativamente, la grasa nueva debe calentarse adecuadamente, especialmente en el caso de los equipos que funcionan a alta velocidad.
Esto se debe a que la viscosidad de la grasa aumenta generalmente con la disminución de la temperatura, y las grasas con una diferencia de temperatura significativa tienen una gran disparidad de viscosidad. Esta mezcla de grasa fría que intenta alcanzar rápidamente el estado de funcionamiento puede provocar una lubricación deficiente.
Al reponer la lubricación del motor, intente hacerlo cuando el motor funcione a baja velocidad. Si no es posible reducir la velocidad del motor, la lubricación debe reponerse cuando el motor esté parado.
Si el motor no puede ralentizarse o pararse, la lubricación debe añadirse lentamente partiendo de la premisa de que la temperatura de la grasa es la misma. Este enfoque minimiza el impacto de la grasa recién añadida.
Anteriormente, hemos tratado algunas cuestiones relativas a la cantidad de lubricante en la parte de lubricación de los problemas de sobrecalentamiento de los rodamientos del motor. De hecho, el problema de sobrecalentamiento de los rodamientos de motor debido a una lubricación deficiente a veces puede estar relacionado con el circuito del aceite lubricante.
La mala lubricación de los cojinetes de motor relacionada con el circuito de aceite implica principalmente varios aspectos:
1. Los conductos de entrada de aceite no son lisos.
2. Los conductos de aceite de salida no están obstruidos.
3. El diseño del circuito de aceite no es razonable.
4. Problemas con el deflector de aceite.
Para los cojinetes de motor que necesitan reposición de lubricación, el diseño del motor debe incluir alguna aceite lubricante pasajes en la base. Por lo general, hay orificios de llenado de aceite en la carcasa del motor o en la cubierta final. El camino desde el orificio de llenado de aceite hasta el rodamiento es el circuito de aceite de reposición de lubricación del rodamiento del motor. A veces, estos circuitos de aceite se componen de la cubierta final y la carcasa juntos, y hay que asegurarse de que no están obstruidos después del montaje y el diseño.
Durante el uso, también debe garantizarse que la lubricación añadida desde la boquilla de aceite pueda entrar regularmente en el rodamiento. De lo contrario, toda la lubricación posterior no podrá aplicarse, lo que provocará la imposibilidad de reponer la lubricación del rodamiento del motor, lo que dará lugar a la degradación de la lubricación y a problemas de sobrecalentamiento del rodamiento.
Además de necesitar un paso de aceite de entrada liso cuando el rodamiento del motor está en funcionamiento, también se necesita un paso de aceite de salida liso. Cuando se diseña un motor que necesita reposición de lubricación, se diseñará una salida de aceite en la carcasa del motor o en la tapa del extremo.
La trayectoria del aceite desde el rodamiento hasta la salida de aceite es la trayectoria de drenaje de aceite del rodamiento del motor. Para que el rodamiento del motor pueda eliminar el exceso de grasa a través del conducto de drenaje de aceite, éste debe estar libre de obstrucciones.
No es infrecuente que, en situaciones reales de trabajo, los cojinetes de los motores se sobrecalienten debido a la incapacidad de eliminar el exceso de grasa causado por un diseño inadecuado de la salida de aceite y el bloqueo de la vía de drenaje de aceite.
El diseño racional del circuito de aceite del cojinete del motor también es clave para garantizar la lubricación del cojinete del motor. Si el diseño del circuito de aceite es inadecuado, puede causar el sobrecalentamiento del rodamiento debido a la incapacidad de la lubricación repuesta para entrar en el rodamiento.
Por lo tanto, al comprobar el sobrecalentamiento de los rodamientos en motores de nuevo diseño, también debe comprobarse la racionalidad del diseño del circuito de aceite del rodamiento del motor. El factor clave aquí es garantizar que el circuito de aceite lubricante pase a través del rodamiento, en lugar de ser una relación de "derivación" con el rodamiento.
En algunos motores medianos y grandes, a menudo se diseña un deflector de aceite cuando se utiliza grasa para la lubricación. En este caso, el deflector de aceite también forma parte del circuito de aceite de lubricación del cojinete del motor. Cuando se comprueba el circuito de aceite de lubricación de un cojinete de motor que se está sobrecalentando, también debe comprobarse esto.
Los diseños inadecuados más comunes del deflector de aceite incluyen el tamaño inadecuado del deflector de aceite, la distancia inadecuada entre el deflector de aceite y el cojinete del motor y el tamaño inadecuado de la salida del deflector de aceite. Todos estos factores de diseño afectan a la eficacia operativa del deflector de aceite.
En el texto anterior se analizó el impacto de la lubricación del cojinete del motor en la generación de calor del cojinete. Otro factor influyente es la junta del rodamiento. El objetivo principal de la junta es proteger el rodamiento, evitando fugas de lubricante y similares. Los sellos incluyen sellos sin contacto y sellos de contacto.
Cuanto mayor sea el contacto entre el labio de estanquidad y la superficie de contacto, mejor será el efecto de estanquidad.
Sin embargo, la fricción generada por la fuerza de contacto y el movimiento relativo será mayor, lo que dará lugar a una mayor generación de calor. Por el contrario, cuanto más débil sea el contacto, peor será el efecto de sellado y menor será la fricción y el calor generados debido a la fuerza de contacto y al movimiento relativo. La selección y aplicación de las juntas suele implicar un equilibrio entre la generación de calor y el efecto de sellado.
En las aplicaciones generales de rodamientos, las obturaciones incluyen tanto las de contacto como las de no contacto. Las obturaciones sin contacto garantizan la estanquidad gracias al diseño del labio. Al no haber fuerza de contacto, casi no se genera calor debido al contacto de los labios.
Las obturaciones de contacto ligero tienen un mejor rendimiento de obturación que las obturaciones sin contacto, pero debido a que el labio de la obturación entrará en contacto y rozará relativamente con la zona de obturación, se genera algo de calor cuando el rodamiento funciona.
Por lo tanto, si la temperatura del rodamiento se ve afectada significativamente por el retén durante el funcionamiento del motor, considere la posibilidad de reducir la fuerza de contacto al tiempo que garantiza el rendimiento del retén, reduciendo así el calor generado por el labio del retén.
En general, la estrategia consiste en utilizar guardapolvos (juntas sin contacto) en lugar de juntas de contacto ligeras, utilizar juntas de contacto ligeras en lugar de juntas de contacto pesadas o adoptar estructuras de junta especiales.
Además, la instalación de la junta puede afectar al contacto del labio, influyendo en el rendimiento de sellado y en la generación de calor de la junta. El mayor impacto sobre la junta procede de su excentricidad.
En los rodamientos con obturaciones, la excentricidad del rodamiento está limitada por la propia estructura del rodamiento. Cuando el rodamiento es excéntrico, el calor generado por la fricción interna del rodamiento suele ser elevado.
Sin embargo, en el caso de los rodamientos autoalineables, la propia estructura del rodamiento permite un cierto grado de excentricidad, y la excentricidad dentro de la tolerancia estructural del rodamiento puede provocar un estado excéntrico que la junta del rodamiento no pueda soportar. Esta situación se produce a menudo en aplicaciones de rodamientos de rodillos autoalineables con obturaciones.
Durante el diagnóstico de averías, si se detecta generación de calor en la parte de la junta del rodamiento, se puede comprobar el labio de la junta averiada para encontrar el lugar de desgaste. Basándose en la condición de desgaste, la información instalación de rodamientos se puede obtener la desviación, deduciendo así la causa del fallo y eliminándola.
La contaminación de los rodamientos es otro factor importante en la generación de calor en los rodamientos de los motores. Sabemos que las juntas de los rodamientos son componentes clave para protegerlos de la contaminación. Por lo tanto, al diagnosticar el calor de los rodamientos causado por la contaminación de los mismos, también debe comprobarse en primer lugar el estado de la junta del rodamiento.
La situación en la que el calor del rodamiento es causado por la contaminación que entra en el rodamiento debido a daños en la junta está estrechamente relacionada con la junta. Por lo tanto, en las siguientes introducciones se explicarán primero los métodos de diagnóstico del fallo térmico del rodamiento cuando la junta está dañada.
Los daños en la junta del cojinete incluyen el desgaste uniforme del labio de la junta del cojinete, el desgaste no uniforme del labio de la junta del cojinete y los daños en la parte no labial de la junta del cojinete.
En el texto se comentaba que los daños en las juntas de los rodamientos pueden exponer el interior del rodamiento a una posible contaminación. Estos daños incluyen el desgaste del labio del retén del rodamiento y de otras partes no deslizantes del retén del rodamiento.
El desgaste del labio de la junta incluye el desgaste uniforme y el no uniforme.
En primer lugar, el desgaste uniforme del labio de la junta del cojinete:
En el caso de las obturaciones de contacto, el labio de la obturación del rodamiento normalmente entra en contacto uniforme con la superficie de obturación, lo que provoca fricción y calor durante el funcionamiento del rodamiento. Un buen diseño de la obturación suele lograr un equilibrio entre la eficacia de la obturación y la generación de calor.
En circunstancias normales, el calor generado durante el funcionamiento de la junta no debe ser excesivo. Sin embargo, si se produce una fuerte generación de calor y un desgaste uniforme de la junta, puede deberse a las siguientes razones:
Desviación en las dimensiones de los componentes relacionados. Por ejemplo, el tamaño del eje o del anillo interior del rodamiento podría superar la tolerancia, provocando una fuerza de contacto excesiva en el labio de la junta. En este caso, deben ajustarse las dimensiones de los componentes respectivos.
Rugosidad excesiva de la superficie de los componentes relacionados, aumentando así la fricción y el desgaste en el labio de la junta, lo que conlleva una generación adicional de calor.
Desviaciones en la forma y el tamaño de la posición de los componentes relacionados. Por ejemplo, la falta de redondez del eje provoca el desgaste del labio de la junta.
Estos problemas requieren que el eje y los componentes relacionados sean procesados para eliminar los fallos.
Además, una selección inadecuada de la junta también puede provocar el desgaste del labio de la junta. Las causas potenciales de un desgaste uniforme incluyen: el rendimiento de la velocidad de rotación de la junta que no satisface los requisitos reales de la aplicación; la resistencia a la corrosión de la junta que no satisface las necesidades reales de la aplicación; el rendimiento de la temperatura de la junta que no satisface los requisitos reales de la aplicación.
Normalmente, las juntas tienen un requisito de velocidad de aplicación correspondiente basado en la relación de fricción entre sus labios y el eje. Si la velocidad del rodamiento supera este requisito, puede producirse un desgaste del labio del retén. Cuando otros factores del sellado del rodamiento son normales, este desgaste aparece como un desgaste uniforme del labio.
Las juntas de rodamiento comunes suelen estar hechas de material de caucho. Si el entorno de funcionamiento del retén contiene gases o líquidos corrosivos, puede provocar el deterioro del material de caucho, a veces ablandándose o agrietándose. Si se produce ablandamiento, pueden aparecer daños por fricción uniformes similares en el labio.
Por otro lado, las obturaciones de rodamientos tienen un rango de temperatura de funcionamiento específico. Cuando la temperatura real de aplicación supera este rango, la junta puede reblandecerse y pueden aparecer huellas de desgaste uniformes en el labio durante el movimiento relativo.
Aparte del impacto del entorno operativo de la junta, las prácticas inadecuadas durante la instalación y el uso también pueden causar un desgaste no deseado de la junta, lo que provoca el sobrecalentamiento de las piezas del rodamiento relacionadas.
Por ejemplo, si el mantenimiento de los rodamientos no se realiza a tiempo y la junta del rodamiento ya ha envejecido, los daños en la junta pueden provocar un desgaste adicional, calor y fugas de aceite. Una instalación incorrecta, que provoque un desgaste adicional de la junta, también puede provocar un exceso de generación de calor, entre otros problemas.
En la discusión anterior se trató el tema de la generación de calor en los cojinetes del motor derivada del desgaste uniforme de los retenes de los cojinetes del motor. Ahora, vamos a discutir la situación de desgaste no uniforme en los labios del sello.
El desgaste no uniforme de las juntas de los cojinetes del motor puede provocar fugas de lubricante y facilitar la entrada de contaminantes, lo que puede provocar el sobrecalentamiento del cojinete del motor. En consecuencia, las zonas de fricción desgastadas de forma desigual de los retenes del cojinete del motor también pueden generar calor adicional, contribuyendo al sobrecalentamiento del cojinete del motor.
El desgaste no uniforme de las juntas de los rodamientos del motor puede deberse principalmente a una instalación o mantenimiento inadecuados de las propias juntas o a problemas relacionados con las piezas asociadas.
En primer lugar, durante la instalación de la junta, si existe una excentricidad paralela o angular entre la propia junta y el eje del eje, el labio de la junta no se alineará correctamente con las zonas de contacto correspondientes. Esto provocará que una parte del labio ejerza una presión de contacto excesiva, mientras que otra parte ejerce muy poca. Las partes de alta presión del labio se desgastarán con la rotación del eje, generando un calor significativo en el proceso.
En estas circunstancias, la presión de contacto entre el labio y el componente giratorio es mayor de lo normal, lo que provoca una mayor generación de calor por fricción. Por otro lado, cuando la presión de contacto del labio de la junta es baja (en la dirección perpendicular a la desalineación), es posible que el labio de la junta no entre en contacto con el componente giratorio en absoluto, o que lo haga ligeramente.
En este caso, la presión de contacto es baja, lo que provoca una menor generación de calor por fricción y, en consecuencia, un menor desgaste. Por lo tanto, después de que el rodamiento haya funcionado durante un tiempo, el labio de la junta del rodamiento mostrará un desgaste no uniforme.
Otra posibilidad de desalineación de la junta con el eje del eje se debe a problemas en el proceso de producción de las piezas. Estos problemas se deben principalmente a tolerancias de forma y posición deficientes de las piezas correspondientes. (Obsérvese que esto difiere del caso de desgaste uniforme del labio comentado anteriormente, en el que los problemas de producción de las piezas se deben principalmente a tolerancias dimensionales).
Especialmente cuando estas tolerancias de forma y posición provocan excentricidad tras el montaje de las piezas, la relación causa-efecto es muy directa. En estas circunstancias, debe comprobarse la alineación del eje y del alojamiento del rodamiento después del montaje. Las dimensiones relevantes incluyen el resalte del rodamiento, el tope de la tapa, la concentricidad del alojamiento del rodamiento, etc.
Hasta ahora, hemos hablado de la inspección del desgaste del retén cuando las temperaturas de los cojinetes del motor son demasiado elevadas. De hecho, aparte del labio, los daños en el propio retén también pueden afectar a los rodamientos. Este daño puede producirse fuera de la superficie de contacto por fricción del labio, posiblemente en la zona del bastidor o del labio.
Estos daños pueden incluir: daños en la junta debidos a una instalación o mantenimiento inadecuados, daños causados por interferencias y daños causados por el giro de la junta.
En la sección anterior se trató el tema del desgaste irregular del labio de la junta del cojinete del motor, que puede provocar el calentamiento del cojinete del motor. En esta sección, profundizaremos en los daños en la junta del cojinete del motor.
Aparte del desgaste del labio de la junta del cojinete del motor (uniforme y no uniforme), el rendimiento de la junta puede verse afectado si se dañan otras partes de la junta. Esto también puede cambiar el contacto del labio del retén. Normalmente, una junta dañada, después de funcionar durante un tiempo, mostrará un desgaste anormal en su labio.
Por lo tanto, el desgaste del labio del retén del cojinete del motor y los daños en otras partes del retén pueden producirse simultáneamente. A pesar de que esto se menciona por separado en nuestra serie de artículos y mapas de pensamiento, los lectores no deben percibir estos casos como sucesos completamente aislados.
Los daños más comunes en la junta del cojinete del motor incluyen la deformación de la junta, la interferencia entre la junta y otros componentes y el giro de la junta.
En primer lugar, durante el almacenamiento, el envío, la instalación y otros procesos relacionados con el cojinete del motor, una manipulación inadecuada podría causar daños en la junta, provocando deformaciones o arañazos. Se sabe que la junta del cojinete del motor suele ser una junta esquelética, con un esqueleto de acero en el interior y material de caucho en el exterior.
El esqueleto de acero de una junta de rodamiento típica es una fina lámina de acero, que puede deformarse plásticamente bajo fuerzas externas. Una vez que el esqueleto del retén se deforma, afecta inevitablemente al contacto del labio del retén, lo que perjudica el rendimiento de sellado del rodamiento y puede provocar fugas de grasa o la entrada de contaminación.
Esto puede provocar un sobrecalentamiento del cojinete del motor durante el funcionamiento. Por otra parte, un mal contacto de los labios después de que se dañe la junta del cojinete del motor también puede causar fricción y calor indeseables, otra fuente de alta temperatura en los cojinetes del motor. Por último, si esta deformación provoca fricción por interferencia con los componentes circundantes del cojinete del motor, puede provocar calor adicional y temperaturas localmente elevadas.
En segundo lugar, si la relación posicional entre la junta y los componentes circundantes del rodamiento es inadecuada, puede producirse una interferencia potencial. Una vez que se produce la interferencia, puede dañar la junta o los demás componentes implicados en la interferencia.
En este caso, debe comprobarse la relación posicional entre el rodamiento y los componentes circundantes para eliminar la fuente de calor procedente de la fricción por interferencia.
El tercer tipo común de daño de la junta es el giro de la junta. La propia junta del rodamiento debería tener un movimiento relativo y fricción en la parte del labio con la parte giratoria. Sin embargo, si este movimiento relativo se produce en la parte de instalación de la junta, indica un giro entre la junta y la parte de instalación. La fricción y el calentamiento del labio de la junta se diseñan y optimizan durante el diseño de la junta y se permiten dentro de los rangos normales.
Sin embargo, la parte fija de la junta no debe tener movimiento relativo con los componentes fijos, por lo que el calor adicional causado por el movimiento relativo entre las partes fijas es significativo. En este punto, deben comprobarse las tolerancias de la parte fija de la junta de rodamiento y de la propia junta para garantizar una fijación fiable y evitar el calor adicional causado por el giro.
Anteriormente hablamos de varios factores no relacionados con el rodamiento del motor en sí que podrían contribuir a su sobrecalentamiento, junto con la lógica para determinar estos problemas.
Desde una perspectiva amplia, el estado de un rodamiento puede dividirse generalmente en observaciones externas e internas. Cuando un rodamiento de motor empieza a calentarse, si lo desmontamos para realizar una inspección interna y desciframos las condiciones de la superficie basándonos en las marcas encontradas en su interior, este es un método común de "análisis de fallos" utilizado por los ingenieros de aplicaciones de rodamientos.
De hecho, la mayoría de los fallos de los rodamientos provocan un calentamiento más o menos anormal. De ahí que el análisis de fallos sea un método habitual para diagnosticar el sobrecalentamiento de los rodamientos de motor. Por otro lado, la realización de un análisis de fallos en un rodamiento de motor suele requerir su desmontaje, que a veces es irreversible y provoca que el rodamiento quede inutilizable.
Por lo tanto, cuando se diagnostica el sobrecalentamiento de un rodamiento de motor, el análisis de fallos mediante desmontaje suele ser el último recurso después de evaluar otros factores externos.
De hecho, el análisis de fallos de los rodamientos tiene atributos muy directos. El uso correcto de los conocimientos del análisis de fallos para la localización de averías proporciona las pruebas más directas relacionadas con el estado de movimiento interno del rodamiento. Por lo tanto, este método es fundamental y básico. Algunas publicaciones se refieren a él como "análisis de fallos de causa raíz" o RCFA.
En el árbol de fallos de los problemas de sobrecalentamiento de los rodamientos de motor, el análisis del fallo interno de un rodamiento de motor es una rama importante. Las observaciones relacionadas con los elementos rodantes internos y las pistas de rodadura del rodamiento se incluyen en la rama de temperatura interna excesiva del rodamiento del motor.
En este caso, la temperatura interna excesiva se refiere a que el origen del sobrecalentamiento es interno al rodamiento. Cuando se evalúa la distribución del calor del rodamiento del motor en función del color, se puede observar que la temperatura interna es superior a la externa, y los cambios de color indican esta diferencia (consulte la tabla correspondiente del libro para interpretar los diferentes colores de los rodamientos).
En cambio, la distribución de la temperatura del cojinete del motor es de fuera hacia dentro. En otras palabras, el rodamiento del motor podría verse afectado por una fuente de calor externa; la temperatura externa podría ser superior a la interna durante el funcionamiento; el rodamiento podría estar funcionando con normalidad internamente pero presentar un estado externo anómalo.
En tales casos, es necesario identificar la fuente de calor externa. Si durante el funcionamiento del rodamiento del motor hay una fuente de calor externa que provoca que la temperatura de funcionamiento sea más alta de lo normal, la solución general es eliminar la fuente de calor externa o aislar el rodamiento de ella.
De este modo se evita que la temperatura interna del rodamiento aumente demasiado y afecte a la lubricación y al funcionamiento del rodamiento.
Otra posible fuente de calor externa podría ser la interferencia de componentes externos. Las marcas de interferencia y la decoloración de los componentes respectivos pueden ser indicios de ello. Al eliminar la interferencia, la fuente de calor puede resolverse, y la temperatura del rodamiento volverá a los niveles normales.
En la discusión anterior se abordó el diagnóstico del sobrecalentamiento de los rodamientos del motor debido a daños. Hemos tratado el proceso para descartar una temperatura interna excesiva del rodamiento o fuentes de calor externas.
Ahora nos centraremos en el problema de la generación de calor entre el rodamiento y los componentes relacionados durante el funcionamiento. Se trata de un problema común conocido como fluencia del rodamiento del motor.
Los cojinetes de motor son componentes mecánicos que conectan el estator y el rotor de un motor. Pensemos, por ejemplo, en un motor de inducción. El anillo interior del rodamiento suele estar conectado al rotor, manteniendo una posición relativa fija, mientras que el anillo exterior está conectado al estator, manteniendo también una posición fija.
Cuando el motor comienza a girar, la rotación relativa entre los anillos interior y exterior del rodamiento se ve facilitada por elementos rodantes dentro del rodamiento.
Por lo tanto, el anillo exterior de un rodamiento de motor y el estator, así como el anillo interior y el rotor, deben permanecer relativamente fijos. Si se produce un movimiento relativo, es lo que comúnmente denominamos fluencia del rodamiento del motor. Dependiendo de la localización de la fluencia en el rodamiento del motor, ésta se divide generalmente en fluencia del anillo interior y fluencia del anillo exterior.
En primer lugar, consideremos la fluencia del anillo interior del rodamiento del motor. En un motor de inducción, la tolerancia de ajuste entre el anillo interior del rodamiento del motor y el eje suele ser un ajuste apretado, que incluye un ajuste de interferencia parcial y un ajuste de transición.
Normalmente, la fluencia del anillo interior de un rodamiento de motor se produce cuando se produce un desplazamiento relativo entre el anillo interior del rodamiento de motor y el eje. Este cambio en la posición relativa no debería producirse en situaciones de ajuste de interferencia o de transición.
Por lo tanto, si se produce la fluencia del anillo interior de un rodamiento de motor, deben realizarse las siguientes comprobaciones:
En primer lugar, compruebe las dimensiones del eje. Suponiendo que el ajuste de tolerancia para la sección del rodamiento del motor se eligió correctamente, si se detecta fluencia del anillo interior, comience por comprobar las dimensiones del eje del motor.
Si el tamaño del eje está fuera de tolerancia (normalmente es demasiado pequeño), puede provocar que el ajuste entre el anillo interior del rodamiento del motor y el eje sea demasiado flojo, lo que puede dar lugar a la aparición de fluencia. (Generalmente, una vez que se produce la fluencia del rodamiento, el tamaño medido de la sección del eje será menor que el tamaño entre las fluencia, ya que el eje ya ha experimentado desgaste.
Comprobar los registros de medición antes de la instalación en este punto sería más fiable).
En segundo lugar, compruebe si el diseño del ajuste de tolerancia es adecuado.
En tercer lugar, inspeccione el material de los componentes correspondientes.
Como se ha mencionado anteriormente, cuando se producen problemas en la pista de rodadura interior de un rodamiento en un motor, es necesario inspeccionar las dimensiones de las piezas relevantes, como se ha mencionado en el primer punto anterior. En esta fase, se comprueba la calidad de los componentes dentro de un diseño razonable.
La premisa de la inspección de la calidad de los componentes es un diseño correcto. Por lo tanto, al diagnosticar fallos en los rodamientos de motor, a veces es necesario verificar la corrección del diseño relacionado junto con la calidad del componente. La tarea de abordar los problemas de las pistas de rodadura de los rodamientos de motor consiste en elegir los ajustes de tolerancia adecuados. Esta parte se centra en si la elección de los ajustes de tolerancia es razonable.
Sin embargo, los ingenieros pasan por alto fácilmente las condiciones especiales de funcionamiento que suelen influir en la elección de los ajustes de tolerancia. Por ejemplo, condiciones de vibración, rotación alterna, etc. En estas condiciones, es necesario ajustar los ajustes de tolerancia en lugar de confiar únicamente en las configuraciones convencionales. Esta parte suele ser objeto de inspección.
Aparte de la pista de rodadura interior, el problema más común de los rodamientos de motor es la pista de rodadura exterior. La dirección de la inspección de los fallos de la pista de rodadura exterior no difiere significativamente de la de la pista de rodadura interior. Sigue incluyendo la comprobación de las dimensiones de los componentes relacionados con el rodamiento (calidad del mecanizado) y el ajuste entre el rodamiento y las piezas relacionadas.
El punto de atención para los ingenieros aquí es considerar la selección del ajuste de tolerancia del rodamiento relacionado con los fallos de la pista de rodadura exterior.
En primer lugar, la cuestión del material. Algunas carcasas de rodamientos de motores están hechas de aluminio. Debido a los diferentes coeficientes de dilatación térmica, la carcasa del rodamiento se suelta de la pista de rodadura exterior cuando el motor se calienta, lo que provoca fallos en la pista de rodadura exterior.
Las soluciones habituales incluyen medidas para evitar problemas en las pistas de rodadura, como el uso de juntas tóricas, pegamento para rodamientos o incluso diseños de tope de movimiento. La solución más utilizada es el diseño de junta tórica.
En segundo lugar, además de la influencia del material, las diferentes condiciones de funcionamiento también tienen requisitos específicos que afectan al ajuste de la tolerancia de la pista de rodadura exterior. Por ejemplo, condiciones de vibración, funcionamiento alternativo, arranques frecuentes, instalaciones verticales, etc.
En estas condiciones es necesario ajustar las tolerancias. Si se utilizan los ajustes de tolerancia ordinarios para motores horizontales, es probable que se produzcan fallos en la pista de rodadura exterior.
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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