Capacidad de carga frente a rendimiento en rodamientos de rodillos cónicos

Capacidad de carga frente a rendimiento en rodamientos de rodillos cónicos

Los valores de la capacidad de carga dinámica en los rodamientos de rodillos cónicos que se presentan en los catálogos pueden ser poco claros y no comparables debido a que los fabricantes emplean diferentes estándares en sus cálculos. En este artículo, examinaremos parámetros importantes. Ahora SKF ha presentado una gama muy amplia de rodamientos de rodillos cónicos SKF Explorer de larga vida útil.

Autores:
Sebastian Krug, desarrollo de rodamientos de rodillos cónicos, SKF Schweinfurt, Alemania
Udo Krug, jefe de desarrollo de rodamientos de rodillos cónicos, SKF Schweinfurt, Alemania
Jochen Lorenscheit, gestión de rodamientos de rodillos cónicos, SKF Schweinfurt, Alemania
Michael Reugels, centro de desarrollo de rodamientos de gran tamaño, SKF Schweinfurt, Alemania.

Investigación y teoría Rodamientos de rodillos cónicos

El entorno natural de los rodamientos de rodillos cónicos

Los rodamientos de rodillos cónicos son muy comunes en las aplicaciones industriales y automotrices potentes. Su uso se encuentra, por lo general, en transmisiones de automóvil/camión y en extremos de rueda, en industrias metalúrgicas y eólicas, y en la manipulación de materiales, minería y transmisiones industriales.

Los requisitos típicos en estas aplicaciones son capacidad para soportar cargas radiales y axiales pesadas combinadas, y sistemas con gran rigidez. Otros criterios importantes son confiabilidad, durabilidad y poder soportar condiciones extremas.

Además, frecuentemente, los rodamientos de rodillos cónicos trabajan en condiciones duras y de contaminación, donde garantizar el funcionamiento es prioritario.

Normalmente las cajas de engranajes industriales y de camiones están equipadas con rodamientos de rodillos cónicos.

Normalmente las cajas de engranajes industriales y de camiones están equipadas con rodamientos de rodillos cónicos.

CAPACIDAD DE CARGA

Relevancia de la capacidad de carga

Al comparar rodamientos de diferentes fabricantes, a menudo los ingenieros ven la capacidad de carga como el parámetro sustancial de rendimiento [1]. La capacidad de carga dinámica también es decisiva para calcular la capacidad de carga básica del rodamiento. La explicación más sencilla es con la ecuación de la vida nominal.

Cálculo según el estándar ISO

Según ISO 281, la vida nominal básica de un rodamiento de rodillos radial se calcula mediante:

Según ISO 281, la vida nominal básica de un rodamiento de rodillos radial se calcula mediante

donde
L10 = vida nominal básica (con una confiabilidad del 90%)
Cr = capacidad de carga radial dinámica básica
Pr = carga radial equivalente dinámica.

Según ISO 281, la capacidad de carga radial dinámica básica de los rodamientos de rodillos radiales se calcula mediante:

Según ISO 281, la capacidad de carga radial dinámica básica de los rodamientos de rodillos radiales se calcula mediante

donde
Cr = capacidad de carga radial dinámica básica
bm = factor de capacidad del tipo de rodamiento (valor 1,1 para rodamientos de rodillos cónicos)
fc = factor de material/geometría/dimensión
i = número de hileras
Lwe = longitud de rodillo efectiva
ángulo de contacto= ángulo de contacto
Z = número de rodillos por hilera
Dwe = diámetro medio de rodillo.

La relevancia de fc como factor de rendimiento es muy obvia, por ejemplo, un factor de rendimiento de 1,23 da como resultado una vida nominal básica L10 doble.

Cálculo según los estándares estadounidenses

A veces, y especialmente en el mercado norteamericano, pueden encontrarse capacidades de carga C90. Estos valores se basan en una vida nominal de 90×106 revoluciones:

capacidades de carga C90

donde
C90 = capacidad de carga dinámica básica con 90×106 revoluciones.
M = factor de material, definido por el fabricante del rodamiento
H = factor dependiente de la geometría, definido por el fabricante del rodamiento
i = número de hileras
leff = longitud de contacto efectiva
ángulo de contacto= ángulo de contacto
Z = número de rodillos por hilera
Dwo = diámetro medio de rodillo.

Capacidad de carga radial dinámica C1 para una vida nominal de 1×106 revoluciones:

Capacidad de carga radial dinámica C1 para una vida nominal de 1×106 revoluciones

Comparación entre capacidades de carga

A partir de lo expuesto, queda claro que las capacidades de carga Cr según ISO no pueden compararse directamente con las capacidades de carga C1 estadounidenses. Los valores C1 se convierten de capacidades de carga C90 y, a pesar de que tienen una estructura básica similar, las ecuaciones de Cr y C90 utilizan diferentes factores y exponentes [6]. El resultado es una ponderación diferente de los parámetros geométricos individuales.

Pruebas de referencia

Se han realizado extensas pruebas de referencia con diferentes tipos de rodamientos de rodillos cónicos. Los resultados con el tipo de rodamiento probado 32011 X se comentan a continuación.

Tabla 1: Referencia: condiciones de la prueba con tipo de rodamiento 32011 X.

Tabla 1: Referencia: condiciones de la prueba con tipo de rodamiento 32011 X.

Resumen

Para el usuario de rodamientos, es importante saber que puede haber una enorme diferencia entre los valores de catálogo y el rendimiento del rodamiento en una aplicación. Al optar por un rodamiento específico, siempre es aconsejable examinar cuidadosamente en qué se fundamentan los cálculos de capacidad de carga usados por un fabricante.

Las capacidades de carga C90 y C1 no pueden compararse directamente con los métodos de cálculo de ISO.

Es de una importancia vital que los fabricantes de rodamientos respalden sus datos de capacidad de carga con resultados de las pruebas.

Se recomienda a los ingenieros que examinen con una mirada crítica los valores C impresos en los catálogos de rodamientos y controlen su coherencia con ISO 281 o con prácticas de prueba de fabricante de rodamientos establecidas. Los valores C se pueden controlar fácilmente midiendo las dimensiones del rodamiento con métodos simples; ver [7].

Asimismo, cuanto más sólidos y confiables sean los datos de capacidad de carga, mayor podrá ser la densidad de potencia en la aplicación [8].

El reto futuro de los fabricantes de rodamientos es concebir soluciones que representen mejor el rendimiento en campo del rodamiento, en beneficio de los clientes.

Se han realizado pruebas de referencia para dos casos: condiciones de funcionamiento limpias y contaminadas. Las pruebas en condiciones limpias se realizaron con un rodamiento y aceite de fabricación recientes. En las pruebas con contaminación, se añadieron partículas de impurezas al aceite, y el rodamiento se hizo funcionar primero en estas condiciones. Después de esta prueba, se retiró el aceite contaminado y los rodamientos se hicieron funcionar con aceite limpio hasta que se averiaron. Las condiciones de la prueba se describen en la tabla 1.

La fig. 1 muestra una comparación entre capacidades de carga del catálogo de SKF y de otros dos fabricantes de rodamientos. El valor de referencia 100 es SKF. En comparación con SKF, las otras dos empresas presentan capacidades de carga relativamente superiores a las de SKF entre el 17% y el 19%.

Fig. 1: Capacidades de carga radial dinámica, tipo de rodamiento 32011 X, valores de catálogo Cr relativos.

Fig. 1: Capacidades de carga radial dinámica, tipo de rodamiento 32011 X, valores de catálogo Cr relativos.

Resultados de las pruebas

La fig. 2 muestra los resultados de la prueba de referencia con funcionamiento en condiciones limpias.

La fig. 3 muestra los resultados de la prueba de referencia con funcionamiento en condiciones contaminadas.

Fig. 2: Resultados de las pruebas L10 [h], tipo de rodamiento 32011 X, de referencia en condiciones de funcionamiento limpias.

Fig. 2: Resultados de las pruebas L10 [h], tipo de rodamiento 32011 X, de referencia en condiciones de funcionamiento limpias.

Resultado: a pesar de la evaluación más baja de las cifras de capacidad, el rendimiento de los rodamientos de rodillos cónicos SKF fue significativamente superior al de los competidores tanto en las pruebas en condiciones limpias como contaminadas.

Fig. 3: Resultados de las pruebas L10 [h], tipo de rodamiento 32011 X, de referencia en condiciones de funcionamiento contaminadas.

Fig. 3: Resultados de las pruebas L10 [h], tipo de rodamiento 32011 X, de referencia en condiciones de funcionamiento contaminadas.

Capacidad de velocidad en pruebas de temperatura

Además de las pruebas de vida nominal de referencia, también se realizaron pruebas de velocidad con el tipo de rodamiento 32011 X. Se aplicó una carga puramente axial de 2,3 kN al rodamiento probado antes de iniciarse la rotación. Luego, se aplicaron diferentes etapas de velocidad, desde 2 000 r. p. m. hasta 9 000 r. p. m., en pasos de 1 000 r. p. m. (fig. 4).

Fig. 4: Capacidad de velocidad en pruebas de temperatura – Temperaturas medias de funcionamiento [°C]: azul: SKF, gris: CC 1, negro: CC 2; rojo: velocidad [r. p. m.].

Fig. 4: Capacidad de velocidad en pruebas de temperatura – Temperaturas medias de funcionamiento [°C]: azul: SKF, gris: CC 1, negro: CC 2; rojo: velocidad [r. p. m.].

Resultados de las pruebas

  • Los rodamientos de SKF funcionaron a los niveles de temperatura más bajos en todas las velocidades. Las diferencias de temperatura aumentaron a niveles de velocidad más altos. En el límite de velocidad máximo, la temperatura media de los rodamientos de SKF fue 11,5 °C inferior a la temperatura media del rodamiento del competidor más cercano (CC 2).
  • A niveles de velocidad a partir de 4 000 r. p. m., los rodamientos de los competidores funcionaban progresivamente a temperaturas medias más elevadas en comparación con los de SKF.
Tabla 2: Capacidad de velocidad en pruebas de temperatura

Tabla 2: Capacidad de velocidad en pruebas de temperatura

RODAMIENTOS DE RODILLOS CÓNICOS SKF, NUEVA GAMA UNIFICADA y SKF EXPLORER

Para representar mejor el rendimiento real de los rodamientos de rodillos cónicos SKF, se ha lanzado un catálogo con una nueva gama unificada de productos.

Los aspectos principales son:

  • una amplia gama de SKF Explorer (fig. 5); todos los tamaños pequeños y casi todos los medianos son SKF Explorer; la gama se está ampliando constantemente
  • por el momento, los rodamientos del catálogo de tamaños grandes siguen siendo el diseño SKF Basic
  • en el catálogo, se ha ampliado la gama de rodamientos de tamaños en pulgadas
  • permanecen las gamas y productos personalizados preferidos por la industria (como el CL7C), pero no formarán parte de la gama del catálogo estándar.
Fig. 5: Gama de rodamientos de rodillos cónicos en tamaños métricos en el nuevo catálogo de rodamientos de SKF (Publ. 17.000 de SKF); azul oscuro = SKF Explorer; celeste = SKF Basic

Fig. 5: Gama de rodamientos de rodillos cónicos en tamaños métricos en el nuevo catálogo de rodamientos de SKF (Publ. 17.000 de SKF); azul oscuro = SKF Explorer; celeste = SKF Basic

Contacto de venta

evolution@skf.com

Una gama ampliada de rodamientos de rodillos cónicos SKF Explorer: mayores capacidades de carga

Las continuas mejoras en la fabricación han hecho posible que se dé a la mayor parte de la gama de rodamientos de rodillos cónicos del catálogo estándar de rodamientos la calificación de la clase de rendimiento SKF Explorer. Esto incluye todos los artículos anteriores de la línea TQ y un gran número de artículos adicionales, gracias principalmente a que los nuevos rodillos cumplen con la clase de rendimiento SKF Explorer.

Los resultados de las pruebas de referencia de los rodamientos de rodillos cónicos SKF constatan una vida de servicio, un momento de fricción, y niveles de ruido, vibración y velocidad altamente competitivos.

Al igual que antes, todos los rodamientos de rodillos SKF Explorer se han mejorado, con un incremento del 15% en la capacidad de carga dinámica. Obviamente, esto también rige en la gama del catálogo de los rodamientos de rodillos cónicos SKF Explorer.

Beneficios para el cliente

Entre las principales ventajas para el cliente de los rodamientos de rodillos cónicos SKF Explorer, pueden citarse:

  • confiabilidad mejorada
  • mayor productividad
  • menos averías prematuras
  • menores niveles de ruidos y vibración
  • posibilidad de reducir el tamaño
  • menor consumo de lubricante y energía.

SKF Explorer es una marca registrada del Grupo SKF.

Referencias
[1] Parker, N., Desktop Engineering – How to Calculate Dynamic and Static Load Ratings, Power Transmission Engineering, febrero 2015, pág. 40
[2] International Standard ISO 281:2007(E): Rolling bearings – Dynamic load ratings and rating life, 2007, pág. 16, fórmula (16)
[3] International Standard ISO 281:2007(E): Rolling bearings – Dynamic load ratings and rating life, 2007, pág. 13, fórmula (13)
[4] SAE – Society of Automotive Engineers, Rating and Life Formulas for Tapered Roller Bearings, SAE Paper 841121, 1984, pág. 3
[5] SAE – Society of Automotive Engineers, Rating and Life Formulas for Tapered Roller Bearings, SAE Paper 841121, 1984, pág. 4
[6] SAE – Society of Automotive Engineers, Rating and Life Formulas for Tapered Roller Bearings, SAE Paper 841121, 1984, pág. 13
[7] Parker, N., Desktop Engineering – How to Calculate Dynamic and Static Load Ratings, Power Transmission Engineering, febrero 2015, pág.41
[8] Gabelli, A., Doyer, A., Morales-Espejel, G.E., The Modified Life Rating of Rolling Bearings – A Criterion for Gearbox Design and Reliability Optimization, AGMA Technical Paper 14FTM16, 2014, pág.14

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