Guia Aprendizaje 4 Rodas

REGIONAL CAUCA

I CENTRO DE TELEINFORMATICA Y PRODUCCIÒN INDUSTRIAL DISEÑO E INTEGRACION DE AUTOMATISMOS MECATRONICOS

Fecha: Mayo de 2009 Versión: 50

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MAQUINAS Y MECANISMOS :Rodamientos, Designación, Selección y calculo de la Duración

1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUÍA DE APRENDIZAJE Regional: Cauca Centro de formación: Centro de Teleinformática y Producción Industrial Estructura curricular o Programa Tecnólogo en Diseño e Integración de Automatismos de Formación: Mecatrónicos Competencia Laboral

Elemento de competencia

Resultados de Aprendizaje:

Realizar el desarrollo del automatismo del sistema Mecatrónico de acuerdo a las especificaciones técnicas. 1.Elaborar el prototipo o montaje definitivo del automatismo del sistema Mecatronico resolviendo Problemas de interpretación técnica, funcional y normativa. 2.Hacer los ajustes necesarios de acuerdo con los resultados obtenidos en los ensayos del automatismo del sistema Mecatronico. -Designar rodamientos -Seleccionar el mas adecuado de acuerdo a su duración - Utilizar el método de la Vida útil para calcular su funcionamiento adecuado.

Evidencias requeridas

-Realizar cálculos y ejercicios de selección y duración de un Rodamiento.

Criterios de evaluación

1. Identifica las partes de un rodamiento 2. Analiza e identifica los tipos de rodamiento 3. Realiza cálculos de selección de rodamientos y los escoge de acuerdo a conceptos aprendidos. 4. Maneja los recursos de selección tales como Catalogo general de Rodamiento SKF, Catalogo online para calculo y selección, gráficos de viscosidad vs temperatura. Entregar el día Viernes 19 de Junio de 2009 ( debe estar subido a su pagina totalmente diligenciada)

Tiempo:

NOMBRE DEL ESTUDIANTE:________________________________________ _____ NOMBRE DEL FORMADOR: ___________________________ No ORDEN: _________ CALIFICACIÓN: _____________________ OBSERVACIÓN: _____________________ INSTRUCTOR: ANA AMERICA RIOVALLES.

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2. INTRODUCCIÓN En las maquinas y mecanismos se utilizan con gran frecuencia órganos de transmisión del movimiento, y muy especialmente del movimiento de rotación, entre los que se pueden destacar Ejes y Soportes. El eje es el elemento dinámico de sección circular que transmite un par Motor mediante los órganos mecánicos que lleva montados solidariamente, girando apoyados en un soporte. El soporte es el elemento estático que sirve de apoyo a uno o mas órganos móviles que giran sobre el. El eje no gira directamente sobre el soporte sino que se sitúa entre ellos un elemento intermedio llamado Rodamiento. Los rodamientos son elementos normalizados en dimensiones y tolerancias lo cual facilita la intercambiabilidad, pudiendo disponer de repuestos de distintos fabricantes, asegurando un correcto montaje sin necesidad de un ajuste posterior a los mismos. Durante esta actividad se desarrollara esta guía completamente diligenciada como evidencia de aprendizaje que hace parte de esta estructura curricular. Este documento desarrollado debe colocarlo en su blog o pagina de Mecánica, para revisión por parte del instructor. 3. PLANTEAMIENTO DE LAS ACTIVIDADES. Esta guía se debe desarrollar en su totalidad y realizar las actividades indicadas como evidencia de aprendizaje de esta parte de los conocimientos adquiridos durante su formación. 3.1 según el tipo de carga los rodamientos se pueden clasificar en: a. Rodamientos para cargas radiales b. Rodamientos para cargas axiales c. Rodamientos para cargas mixtas

3.2 según el tipo de elementos Rodantes se pueden clasificar en: a. Rodamientos Bolas b. Rodamientos Rodillos INSTRUCTOR: ANA AMERICA RIOVALLES.

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c. Rodamientos de Rodillos cilíndricos d. Rodamientos de Rodillos cónicos e. Rodamientos de bolas a rotula Rodamientos de vibración.

Bolas: Son adecuados para altas velocidades, alta precisión, baja

Rodamientos de Rodillos cónicos: se caracterizan por tener gran capacidad de carga, asegurando una vida y resistencia a la fatiga prolongada 3.4 Relacione:

a. b. c. d. e. f. g.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Rodamientos Rígidos de bolas Rodamientos de bolas con contacto angular Rodamiento de rodillos cilíndricos Rodamientos Radiales de agujas Rodamientos de bolas a rotula Rodamiento de Rodillos cónicos Rodamiento de Rodillos a rotula

5 4 6 2 1 3 7

El anillo interior, rodillos y jaula pueden oscilar libremente sobre el anillo exterior adaptándose a des alineamientos del eje. Se utilizan para grandes cargas radiales, siendo adecuados para montajes en espacios reducidos y que requieran gran precisión en el centrado. A mayor Angulo de contacto, mayor capacidad de carga axial, tiene capacidad para soportar cargas radiales, axiales y combinadas en una sola dirección. Solo pueden soportar cargas axiales en un solo sentido, así que se colocan de dos en dos en forma simétrica para soportar cargas en ambos sentidos. Son de uso general pueden absorber cargas radiales y axiales en ambos sentidos, así como cargas combinadas, pero no son desmontables ni autoalineables. Son desmontables, lo cual facilita su montaje y desmontaje en su alojamiento, soportan grandes cargas radiales, pero baja capacidad de carga axial. Están constituidos por dos hileras rodantes en forma de tonel, la pista de rodadura del anillo exterior, forma una superficie esférica común para las dos hileras de elementos rodantes.

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4. DESIGNACION DE RODAMIENTOS La identificación de rodamientos hace referencia a su diseño, dimensiones y precisión, constitución interna etc. Esta identificación esta formada por el nombre del rodamiento, seguida de la denominación abreviada del mismo, la cual se compone de una serie de números, códigos y letras, agrupados en un código numérico básico, y un código suplementario. El código numérico básico se compone de una serie de cifras, cuyo significado es el siguiente: tipo de rodamiento, serie dimensional (serie de diámetro exterior, ancho y ángulo de contacto) y diámetro interior del rodamiento. Si las condiciones del servicio exigen una versión especial del rodamiento, se agrega unos signos adicionales a la denominación abreviada, constituyendo un código suplementario. Todos estos códigos se encuentran tabulados en los catálogos suministrados por los fabricantes de rodamientos. 4.1 Como se designan los rodamientos Todo Rodamiento Métrico Normalizado, tiene una designación especifica, estas designaciones constan de 3, 4 y 5 cifras o de una combinación de letras y cifras que se designan con el siguiente orden:

1

2

3

1

2

3

1

2

3

4

4

1

2

3

1

2

3

A

4

A

B

5

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Esta designación se encuentra en el borde lateral del anillo exterior. Identifica el tipo de rodamiento

Diámetro interior del rodamiento

Identifican las series de dimensiones (ancho)

Diámetro interior del rodamiento

Identifica el diámetro exterior del rodamiento

Identifique los siguientes Rodamientos (especifique todas sus características a través de la designación: tipo de rodamiento, ancho, diámetro interior, diámetro exterior, y características especiales si las tiene.) a. Designación: Modelo 6306 R/ Rodamientos rígidos de bolas, de una hilera D=62 d=30 B=16 b. Designación: Modelo UN 2208 R/Rodamientos de rodillos cilíndricos, de una hilera, no obturado D=80 d=40 B=16 c. Designación: Modelo 3305 R/ Rodamientos de bolas con contacto angular, de dos hileras, no obturados D=62 d=25 B=25,4 Utilice el catalogo general de SKF o el de FAG

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4.2 Calculo de la Duración de un rodamiento. El cálculo de la vida útil depende del rodamiento en particular, lo cual lo convierte en un cálculo reiterado en el cual se escoge un rodamiento y se comprueba su vida útil. Si el resultado es satisfactorio, la selección ha terminado, pero si la vida es menor o mucho mayor de lo recomendado, debe escogerse otro rodamiento y recalcular la vida. Las tablas siguientes entregan recomendaciones para la vida útil que debería tener un rodamiento, para las aplicaciones que se detallan, este es el punto de partida: Clases de máquinas

L10h horas de servicio

Electrodomésticos, máquinas agrícolas, instrumentos, aparatos para uso médico.

300 a 3 000

Máquinas usadas intermitente o por cortos períodos: Máquinas-herramienta portátiles, aparatos elevadores para talleres, máquinas para la construcción.

3 000 a 8 000

Máquinas para trabajar con alta fiabilidad de funcionamiento por cortos períodos o intermitentemente: Ascensores, grúas para mercancías embaladas.

8 000 a 12000

Máquinas para 8 horas de trabajo diario no totalmente utilizadas: Transmisiones por engranajes para uso general, motores eléctricos para uso industrial, machacadoras giratorias.

10 000 a 25 000

Máquinas para 8 horas de trabajo diario totalmente utilizadas: Máquinas-herramientas, máquinas para trabajar la madera, máquinas para la industria mecánica general, grúas para materiales a granel, ventiladores, cintas transportadoras, equipo de imprenta, separadores y centrífugas.

20000 a 30 000

Máquinas para trabajo continuo, 24 horas al día: Cajas de engranajes para laminadores, maquinaria eléctrica de tamaño medio, compresores, tornos de extracción para minas, bombas, maquinaria textil.

40 000 a 50 000

Maquinaria para abastecimiento de agua, hornos giratorios, máquinas cableadoras, maquinaria de propulsión para transatlánticos.

60 000 a 100 000

Maquinaria eléctrica de gran tamaño, centrales eléctricas, ventiladores y bombas para minas, rodamientos para la línea de eje de transatlánticos.

≈ 100 000

Fuente: Catálogo General SKF

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Una vez ubicada la vida sugerida, se procede a escoger un rodamiento del catálogo, considerando el tipo de carga a soportar y las limitaciones dimensionales del problema. Una vez ubicados algunos candidatos se extraen los valores de C, P, D y d. De las condiciones del problema se obtienen el tipo de aceite utilizado, la temperatura de operación, la velocidad del eje, la fiabilidad requerida y el grado de contaminación. Con estos valores se procede a realizar los cálculos que a continuación se detallan. En particular, la carga equivalente sobre el rodamiento se obtiene de fórmulas como la siguiente: P = X Fr + Y Fa Donde: Fr es la carga radial que se aplica sobre el rodamiento Fa es la carga axial que se aplica sobre el rodamiento X e Y son valores adimensionales que varían para cada tipo de rodamiento y que se obtienen en el catalogo general. Por ejemplo, en la tabla siguiente se muestran los valores de estas variables para el caso de rodamientos radiales de bolas con juego normal. Para el cálculo de otro tipo de rodamiento debe consultarse el catálogo de rodamientos en el capítulo correspondiente, para obtener los valores de: e, Y, X.

Factores para el cálculo de los rodamientos rígidos de una hilera de bolas Juego Normal Fa/C0

E

X

Y

0,025

0,22

0,56

2

0,04

0,24

0,56

1,8

0,07

0,27

0,56

1,6

0,13

0,31

0,56

1,4

0,25

0,37

0,56

1,2

0,5

0,44

0,56

1

Fuente: Catálogo General SKF

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Se desarrollaran tres fórmulas para la vida útil: Vida Nominal [L10]; Vida Nominal Ajustada [Lna] y Vida Nominal Ajustada SKF [Lnaa].

1. Vida Nominal: L10 = (C / P) p Donde: L10: es la vida estimada en millones de revoluciones C: es la capacidad de carga dinámica P: es la carga equivalente sobre el rodamiento, se calcula en función de las cargas radiales y axiales que afectan al rodamiento. Su fórmula depende del tipo de rodamiento a utilizar. p: es 3 para los rodamientos de bolas y 10/3 para los rodamientos de rodillos. La vida nominal puede expresarse en otras unidades más adecuadas al problema que se analiza. De esta forma se tiene: L10h = (1000000 / 60 n) L10 Donde: L10h es la vida estimada en horas de funcionamiento n es la velocidad del eje en r.p.m. L10s = ( p D / 1000 ) Donde: L10s es la vida estimada en millones de kilómetros recorridos D es el diámetro de las ruedas en metros

2. Vida Nominal Ajustada Lna = a1 a23 L10 Donde: a1 es el factor correspondiente a la fiabilidad del rodamiento. Este factor se obtiene de la tabla siguiente, en donde se puede observar que la fiabilidad mínima es de 90% y que es imposible asegurar un 100%.

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Valor del factor a1 Fiabilidad %

a1

90

1

95

0,62

96

0,53

97

0,44

98

0,33

99

0,21

Fuente: Catálogo General SKF

a23 es un factor que considera la calidad de la lubricación y su obtención requiere el uso de dos gráficos que a continuación se muestran. Se necesita conocer las dimensiones básicas del rodamiento: su diámetro exterior D y su diámetro interior d. Esto significa que es preciso darse un rodamiento y calcular su vida útil según las condiciones del problema. Con las dimensiones principales del rodamiento se calcula el promedio dm = ( D + d ) / 2 y se entra al gráfico por el eje horizontal. A continuación, se sube hasta tocar la línea inclinada correspondiente a la velocidad de giro del eje en r.p.m. Se sale horizontalmente hasta cortar el eje vertical del gráfico, obteniendo el valor de la viscosidad cinemática ν 1 requerida por el rodamiento.

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4.3 ejercicio de Aplicación:

Ejercicio 1. Calcular la vida útil en millones de ciclos de los rodamientos con una fiabilidad (a1) del 90% designación 6306, sobre el árbol actúa un fuerza axial igual a 1100N y en cada uno, una fuerza radial de 3400N, los rodamientos giran a 1000 rpm y están, lubricados con un aceite ISO VG 70, (la v1 viscosidad real para este lubricante es 21,5 mm2/s). la temperatura de trabajo es 70ºC. Utilice la formula de la vida nominal ajustada, Ver el esquema.

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Tenga en cuenta la siguiente sugerencia: El rodamiento A soporta la carga radial y toda la carga axial del árbol, ya que el rodamiento B es flotante como se puede observar en la figura. Vida para el rodamiento A = 230 L10

CARGAS EQUIVALENTES Y VIDA NOMINAL Rodamiento individual Juego normal Rodamiento C[KN] CO[KN] F0 FR[KN] FA[KN]

6306 29.6 16 13 1.1 3.4

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e x Y P[kN] L10[MREV ] X0 Y0 P0[KN]

.36 ,56 1,23 4,8 230 ,6 ,5 2,36

VISCOSIDAD 30 72 1000 70°C 40 21,5 16,6

d[mm] D[mm] N[r/min] T° FUNCIONAMIENTO T° [°C] VISCOSIDAD,mm2/s Viscosidad requerida para funcinamiento v1 Viscosidad requerida a la T°de referencia de un lubricante con VI=95 para obtener k=1 a la T° de func. Viscosidad de funcionamiento v[mm2/s] K(v/v1)

53,2

7,99 0,482

Vida para el rodamiento B = 19500 L10 Rodamiento C[KN] CO[KN] F0 FR[KN] FA[KN]

6306 29.6 16 13 1.1 3.4

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e x Y P[kN] L10[MREV ] X0 Y0 P0[KN]

,19 1 0 1,1 19500 ,6 ,5 1,1

L10 L10h K V1 Askf L10m130 L10mh

230 3910 0,482 16,6 O,535 130 2090

9.FORMA DE EVALUACION La guia desarrollada tiene un valor de 70% La evaluacion escrita tiene un valor de 30%

Nombre y apellidos: Juan Pablo González Medina Curso: Mecatrónica Fecha: ....................................................................

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