Diseño e ingeniería
En el corazón de Aubearing está nuestra capacidad de trabajar con los clientes para buscar diseños y aplicaciones únicos y brindar soluciones innovadoras y rentables. Basándose en años de conocimiento de aplicaciones e instrumentación de precisión, nuestro personal de ingeniería tiene décadas de experiencia práctica que cubre cientos de aplicaciones e industrias diferentes, incluidas servicios, robótica, Equipo de minería, equipamiento agrícola, automotor, motocicletas, bicicletas, Maquinaria de ingeniería, equipos de movimiento de tierras, silvicultura, embalaje, equipos de tratamiento de agua, equipos de impresión y, lo que les permite adaptar el diseño óptimo de rodamientos y soluciones de ingeniería para aplicaciones específicas.
Juntos podemos fabricar el mejor rodamiento para sus especificaciones exactas, a menudo con tolerancias medidas en millonésimas de pulgada. Lo invitamos a visitar nuestras instalaciones y agradecemos la oportunidad de visitar las suyas en un esfuerzo por brindar soluciones para todas sus necesidades.
El laboratorio tecnológico interno de Aubearing
Nuestro laboratorio técnico está equipado con instrumentos de precisión avanzados y software de evaluación avanzado (que no se limita a su uso, incluidos Solid Works y AutoCAD), que pueden evaluar de forma rápida y eficaz las aplicaciones de rodamientos. El exclusivo "Sistema de análisis de rodamientos" evalúa los rodamientos desde múltiples perspectivas. Nuestros ingenieros de diseño optimizan cuidadosamente los perfiles de las pistas de rodadura para maximizar las capacidades de carga, las limitaciones de velocidad y la vida útil ante la fatiga. Se ha prestado especial atención al "diseño para la fabricación" para garantizar una tensión residual óptima en la pista de rodadura para un rendimiento superior. Al mismo tiempo, muchas aplicaciones se realizan en condiciones de polvo y contaminación, por lo que también se consideran los sellos de los rodamientos para evitar la contaminación.
Ahorre costo de fabricación
Alrededor del 70% de los costos de fabricación de rodamientos (costos de materiales, costos de herramientas y costos de ensamblaje) están determinados por decisiones de diseño, mientras que el 30% restante de los costos constituyen decisiones de producción como la planificación de procesos o la selección de máquinas herramienta. Nuestro objetivo es optimizar los rodamientos personalizados para que sean rentables en producción, montaje y mantenimiento manteniendo al mismo tiempo una alta calidad. Aubearing puede recomendar tamaños de rodamientos, elementos rodantes, dureza, configuración de engranajes, etc., y fabrica tamaños de rodamientos que van desde 200 mm de diámetro interior hasta 6,000 mm de diámetro exterior para satisfacer sus requisitos de carga, tamaño, rotación y ciclo de vida.
Términos y cálculos de rodamientos que todo ingeniero de diseño debe conocer
Los rodamientos se encuentran en prácticamente todos los conjuntos giratorios en equipos y aplicaciones de transmisión de potencia. Producen un movimiento giratorio suave y reducen la fricción y el desgaste. Cuando se dimensionan y usan correctamente, la mayoría de los cojinetes funcionarán durante muchos años sin necesidad de reemplazo.
Cojinete giratorio es un término amplio que incluye cojinetes lisos, cojinetes hidrostáticos e hidrodinámicos, cojinetes magnéticos y cojinetes de elementos rodantes. Los rodamientos de elementos rodantes se pueden desglosar aún más por tipo de elemento rodante: bolas, rodillos y rodillos de agujas. Todo ingeniero de diseño mecánico que incorpore rodamientos de bolas o de rodillos en su ensamblaje debe estar familiarizado con los cálculos de la vida útil y la carga del rodamiento. El conocimiento de estas fórmulas básicas ayudará a garantizar un diseño robusto optimizado para una larga vida útil.
Teniendo vida
La vida útil del rodamiento (L) se define como el número de horas que el rodamiento puede funcionar a una velocidad constante dada antes de mostrar los primeros signos de fatiga en el material del aro del rodamiento o en cualquiera de los elementos rodantes.
La vida nominal del rodamiento (L10) es la vida en horas a una velocidad constante específica que el 90 % de un grupo de rodamientos aparentemente idénticos completará o superará. La vida nominal también se refiere a la vida útil de un solo rodamiento asociada con un 90 % de confiabilidad. La vida útil nominal de los cojinetes que funcionan a una velocidad constante también se puede expresar en horas y se denomina L10h. Las unidades para la vida nominal están en millones de revoluciones (106rev).
Capacidades de carga de los rodamientos
La carga del rodamiento se expresa con diferentes términos, cada uno con una definición única. Las cargas estáticas se refieren a las cargas sobre un cojinete no giratorio.
La capacidad de carga básica (CB) es una carga constante calculada para rodamientos de contacto radial y angular. Es la carga que un grupo de rodamientos aparentemente idénticos puede soportar durante un millón de revoluciones del aro interior mientras el aro exterior se mantiene estacionario. Las unidades para la clasificación de carga básica son libras (lb) o Newtons (N).
La capacidad de carga estática básica (Co) es la carga radial sobre un rodamiento no giratorio correspondiente a una tensión de contacto calculada en el punto de contacto con la mayor carga entre el elemento rodante y la pista de rodadura que produce una deformación permanente total del elemento rodante y la pista de rodadura. de 0.0001 del diámetro del elemento rodante. Las unidades para la clasificación de carga estática básica son libras (lb) o Newtons (N).
La carga estática equivalente (Po) es una carga radial estática calculada. Se define como la carga que causaría la misma deformación permanente total en el contacto entre el elemento rodante y la pista de rodadura con mayor tensión que la que se produce en la condición de carga real. Las unidades para la clasificación de carga estática equivalente son libras (lb) o Newtons (N).
La clasificación de carga dinámica básica (C) es la carga radial constante calculada que un grupo de rodamientos aparentemente idénticos con un aro exterior estacionario puede soportar estadísticamente un millón de revoluciones del aro interior. Las unidades para la clasificación de carga dinámica básica son libras (lb) o Newtons (N).
La carga dinámica equivalente (P) es uno de los factores utilizados en las ecuaciones de vida útil de los rodamientos. Es una carga radial constante e hipotética, que tiene el mismo impacto en la vida útil del rodamiento que la que ocurre bajo la condición de carga real. Las unidades para la clasificación de carga dinámica equivalente son libras (lb) o Newtons (N).
Cálculos
La vida útil del rodamiento (L10) se puede calcular con la siguiente fórmula. Las variables requeridas son la clasificación de carga dinámica básica (C) y la carga dinámica equivalente del rodamiento (P).
L10 = (C/P)3
L10 = vida nominal (106Rdo); C = capacidad de carga dinámica básica (lb o N); P = carga dinámica equivalente (lb o N)
Para convertir de revoluciones a horas, divida por la velocidad (rpm).
L10hrs = (C/P)3 X [(106rev) / (N rpm x 60 min/h)] = 16667/N x (C/P)3
N = velocidad (rpm)
1. P = FVr
2. P = XVFr +YFa
P = carga dinámica equivalente; V = factor de rotación; X = factor radial; Y = factor de empuje; Fr = carga radial; Fa = carga axial
Cuando el diámetro exterior (OD) del rodamiento es igual o inferior a 0.625 pulgadas, se pueden utilizar los siguientes valores: X = 0.56, Y = 2.10 y e = 0.16. Para cojinetes de más de 0.625 pulgadas de diámetro, consulte la tabla a continuación. El factor “e”, que se muestra en la última columna de la siguiente tabla, representa la relación de Fa/VFr. Si Fa /VFr < e, entonces se utiliza la fórmula (1); si Fa/VFr > e, entonces se utiliza la fórmula (2).
Si bien estas fórmulas ofrecen un buen punto de partida, otros factores también pueden influir en la vida útil efectiva de los cojinetes y las capacidades nominales de carga.
En algunas aplicaciones, las cargas y la velocidad pueden variar durante el funcionamiento. Esto se puede tener en cuenta en los cálculos de carga de los rodamientos si las variaciones de carga y velocidad son variables conocidas.
La lubricación es otro factor que puede tener un impacto significativo en la vida útil del rodamiento. Para rodamientos sellados, la vida útil del lubricante a menudo determina la vida útil del rodamiento.
Las condiciones ambientales y la contaminación también pueden afectar negativamente la vida útil del rodamiento.
El material del cojinete también puede influir en el rendimiento. Por ejemplo, las capacidades de carga para el acero inoxidable 440C deben reducirse aproximadamente un 20 % en comparación con el acero para cojinetes 52100. La vida útil de los rodamientos no es una ciencia exacta debido a estos factores y otros; sin embargo, el uso de estas fórmulas ayudará a los ingenieros a desarrollar un diseño seguro y confiable para sus ensamblajes.
Diseño de rodamiento de bolas
Los rodamientos de bolas de características sobresalientes son el resultado de características de calidad técnicamente exigentes que alcanzan los límites máximos de rendimiento. Varias medidas en el diseño, como la precarga o arreglos múltiples de cojinetes, contrarrestan las limitaciones de rendimiento y aumentan las capacidades de rendimiento de los cojinetes.
COJINETES DE PRECARGA
La precarga se define como una fuerza axial que actúa constantemente sobre un rodamiento de bolas que crea una deformación elástica en el área de contacto de las bolas y las pistas de rodadura.
OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE PRECARGA
La instalación de rodamientos de bolas con precarga rígida o de resorte optimiza muchas características de rendimiento para el funcionamiento de los rodamientos.
El resorte reducido asegura la generación de una rigidez radial y axial definible (ver diagrama)
Alta precisión de funcionamiento y trabajabilidad incluso con cargas cambiantes
Vibración y ruido reducidos
Evite el deslizamiento y la fricción en el contacto de los elementos rodantes a altas velocidades y altas aceleraciones
Piezas de fricción deslizante reducida a altas velocidades (cambio de ángulo de contacto reducido entre el anillo interior y exterior)
Mayor capacidad de carga (debido a cargas externas y velocidades de rotación) con una larga vida útil
RIGIDEZ
La rigidez define la cantidad de efecto de la fuerza axial [N] en el rodamiento de bolas, lo que provoca un desplazamiento en el anillo del rodamiento de 1 μm.
La precarga adecuada aumenta la rigidez del rodamiento y respalda la capacidad de carga del rodamiento frente a las fuerzas operativas.
FUERZA DE ELEVACIÓN
La fuerza de elevación es la fuerza a la que el rodamiento queda libre de carga a través de una carga axial central en un juego de rodamientos.
Si la carga axial externa excede la fuerza de elevación,...
… las bolas y los caminos de rodadura del rodamiento de bolas descargado ya no están en contacto constante.
… el desgaste aumenta al aumentar la fricción por deslizamiento.
PRECARGA DEL MUELLE
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO:
El cojinete 1 (lado de trabajo) está fijo axialmente en la carcasa, el cojinete 2 está dispuesto de forma axialmente móvil (asiento fijo de los anillos interiores en el eje)
La fuerza del resorte en el aro exterior del rodamiento 2 asegura una precarga constante para ambos rodamientos
La precarga del resorte requerida se ajusta mediante el recorrido del resorte (función de fuerza de trayectoria según la curva característica del resorte)
Para obtener resultados de precarga perfectos, se requiere una movilidad axial suficiente del aro exterior ajustado en el rodamiento flotante.
El ajuste del resorte de ajuste tiene lugar en la dirección de acción de la carga axial externa
Cuando se utilizan rodamientos individuales: <~>, se pueden utilizar rodamientos no ajustados
Cuando se utilizan rodamientos en tándem (<< ~ >>), los rodamientos del mismo tipo (L, M o S) garantizan una distribución uniforme de la carga
CARACTERÍSTICAS:
La precarga, independientemente de la velocidad y la temperatura, resulta exclusivamente de la fuerza del resorte
La fuerza del resorte da como resultado una precarga igual del cojinete y del cojinete de empuje.
La dilatación térmica del eje y la carcasa no influye en la precarga
Los sistemas de cojinetes cargados por resorte pueden tener las velocidades más altas
JUEGOS DE COJINETES RÍGIDOS DE PRECARGA
La disposición de varios rodamientos en los llamados conjuntos de rodamientos aumenta la capacidad de carga, la rigidez y la fuerza de elevación.
Así, la rigidez radial para todos los arreglos es:
en α = 15°: Crad ~ 6 · Cax
en α = 25°: Crad ~ 2 · Cax
Ejemplo: juego de rodamientos con 3 rodamientos en disposición TBT
* Valores de referencia para pares de rodamientos en disposición O o X (ver datos de rodamientos).
No se tienen en cuenta las influencias relacionadas con el funcionamiento (como RPM, carga).
DISPOSICIÓN MÚLTIPLE CON 2 RODAMIENTOS (PAR DE RODAMIENTOS)
Con la precarga rígida de los rodamientos, los pares de rodamientos especificados en O, X o en tándem ofrecen una solución técnica, rentable y efectiva para muchas aplicaciones.
O ARREGLO (DB)
>Las líneas de presión divergen en la dirección del eje del rodamiento
>Gran base de apoyo (H) y alta rigidez frente a momentos de vuelco
Absorción de fuerza axial en ambas direcciones
Par de rodamientos en disposición en O
ARREGLO X (DF)
Las líneas de presión convergen en la dirección del eje del rodamiento
>Insensible a errores de escape
>Tamaño reducido de la base de apoyo y rigidez de inclinación
>Absorción de fuerza axial en ambas direcciones
Par de rodamientos en disposición X
DISPOSICIÓN TÁNDEM (DT)
Disposición paralela a la dirección de la carga
>Mayor capacidad de carga axial (factor 2) que un solo rodamiento
>Ambos rodamientos tienen el mismo ángulo de contacto y se colocan contra un tercer rodamiento
Pares de rodamientos en tándem
DISPOSICIÓN MÚLTIPLE CON 3 O RODAMIENTOS (JUEGO DE RODAMIENTOS)
Con requisitos máximos de rigidez del sistema o cargas altas, las disposiciones en X, O o en tándem con 3 rodamientos o rodamientos proporcionan características de rendimiento sobresalientes.
ARREGLOS CON 3 RODAMIENTOS
ARREGLO CON 4 RODAMIENTOS
ANILLOS INTERMEDIOS
OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE ANILLOS INTERMEDIOS
Se puede lograr una optimización diferenciada de las características de calidad individuales de los rodamientos emparejados mediante la instalación de anillos intermedios (anillos de distancia). El ancho de un anillo intermedio es al menos el ancho de un rodamiento individual.
CARACTERÍSTICAS:
>Aumentando la base de apoyo (H) y aumentando la rigidez radial
>Optimización de la disipación de calor
>Mejora de la lubricación de los rodamientos gracias a la alimentación y descarga de aceite optimizadas
Ancho del aro intermedio ≥ Ancho del rodamiento individual
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO:
>Material: 100 Cr6 o similar, endurecido (al menos 45 HRC)
>Se debe tener cuidado para asegurar un buen paralelismo plano entre los anillos intermedios (ver también la precisión de los componentes).
>El paralelismo requerido del anillo intermedio exterior e interior se garantiza mediante el rectificado plano de ambos anillos en una sola operación de sujeción.
>En el caso de juegos de rodamientos con anillos intermedios (por ejemplo, <||<||>||>), el anillo distanciador entre los rodamientos se rectifica con diferentes trayectorias de línea de presión y, por lo tanto, se coordina el pretensado.
Anillo de distancia entre diferentes trayectorias de líneas de presión
CAMBIO DE PRECARGA MEDIANTE ANILLOS INTERMEDIOS
Los anillos intermedios proporcionan un cambio en el pretensado de los rodamientos de bolas ya coordinados.
Si el ancho del anillo intermedio del eje es menor que el ancho de la carcasa...
… aumenta la precarga en la disposición en O
… la precarga en la matriz X se reduce
ÁNGULO DE CONTACTO Y PRECISIÓN DE COORDINACIÓN
ÁNGULO DE CONTACTO ⍺0
El ángulo de las líneas rectas entre los puntos de contacto: camino de rodadura del anillo interior – bola – camino de rodadura del anillo exterior y el nivel radial define el ángulo de contacto.
El ángulo de contacto se determina según la holgura radial del cojinete (juego del cojinete) y la osculación de las pistas de rodadura.
Las transferencias de carga entre ambos anillos del rodamiento se realizan sobre los puntos de contacto de los caminos de rodadura con las bolas.
La distribución uniforme de la carga en los rodamientos individuales en disposiciones de rodamientos establece el mismo ángulo de contacto en todos los rodamientos cargados.
Ángulo de contacto estándar C (15°) y E (25°) )
EL ÁNGULO DE CONTACTO SE CAMBIA DEPENDIENDO DEL FUNCIONAMIENTO A TRAVÉS DE...
… Fuerzas externas
… fuerzas internas
(Fuerza centrífuga del aro interior y las bolas a altas velocidades)
… calza el aro interior
… diferencias de temperatura entre el anillo interior y el exterior.
Las desviaciones del ángulo de contacto provocan cambios en las características del rodamiento,
que influyen en el funcionamiento del rodamiento.
Otros ángulos de contacto están disponibles bajo pedido.
PRECISIÓN DE LAS PIEZAS DE CONVERSIÓN
Valores orientativos para ajustes de ejes y tolerancias de forma y posición (DIN EN ISO 1101)
OPTIMIZACIÓN DEL AJUSTE CON ALTAS RPM
Con RPM crecientes (desde aproximadamente n · Dm = 1.5. 106 mm / min.), la fuerza centrífuga que aumenta progresivamente puede provocar un ensanchamiento del anillo interno y conducir a impactos funcionales. Por ejemplo:
>Deslizamiento del aro interior en el contacto con el eje y en las superficies de contacto
>Corrosión friccional
>Vibraciones
Para contrarrestar el levantamiento del aro interior, se recomienda un ajuste más fuerte.
Factores de corrección para un diseño de rodamiento sobredimensionado y una serie de rodamientos:
SM 60...: 1
SM 619...: 1.10
KH 60..: 1.05
KH 619..: 1.15
Válido para ejes macizos. Para ejes huecos (50%): factor de corrección = 0.8
JUEGOS DE COJINETES DE TENSIÓN JUNTOS
OPTIMIZACIÓN DEL RENDIMIENTO MEDIANTE TUERCAS DE PRECISIÓN
El uso de tuercas de precisión para sujetar rodamientos (juegos) respalda una utilización óptima de la capacidad de rendimiento de los rodamientos de bolas de alta precisión GMN.
DISEÑO:
La instalación cuidadosa con tuercas de precisión evita (interrupción, posiblemente seguimiento con un guión: micromovimientos);
los micromovimientos provocan corrosión por contacto.
>Esmerile los lados de la tuerca en ángulo recto con la rosca de la tuerca y el eje para evitar la inclinación del rodamiento o la flexión del eje (tolerancia máxima de desviación de 2 μm)
>Fijar la tuerca de precisión en el eje (para que no se afloje)
>Las arandelas intermedias y los casquillos deben hacerse paralelos a los planos (máx. 2 μm)
Una fuerza de sujeción axial suficientemente alta fija los rodamientos en la posición deseada y asegura la precarga, precisión y rigidez requeridas del rodamiento.
INSTALACIÓN:
>Lubricar ligeramente la rosca
>Atornille las tuercas de precisión con 2 o 3 veces el par de apriete OBJETIVO, luego suéltelas de nuevo y apriételas con el par deseado (compensación de cambios dimensionales en función de la temperatura de los anillos interiores y asientos)
>La banda de presión requerida de varios rodamientos (axial) y la necesaria superación de la resistencia a la fricción cuando los rodamientos se presionan contra el eje (radial) están aseguradas por el par de apriete primario (de arranque) de 2 a 3 veces
Los valores de las fuerzas de sujeción y los pares de apriete son valores indicativos basados en la experiencia y pueden diferir según la aplicación.