10. PRECARGA
Los rodamientos normalmente retienen algo de juego interno durante el
funcionamiento. No obstante,
en algunos casos se desea proporcionar un juego negativo para mantener
un stress interno. Esto se llama “precargar”. Normalmente se aplica
precarga a los rodamientos a los cuales se les puede ajustar el juego
durante el montaje, tales como los rodamientos de bolas de contacto
angular o los rodamientos de rodillos
cónicos. Normalmente se montan dos rodamientos cara-a-cara o espaldaa-espalda para formar un conjunto duplex con precarga.
10.1 Finalidad de la Precarga
La finalidad principal de algunas aplicaciones típicas de rodamientos
precargados son las siguientes:
(1) Para mantener los rodamientos en la posición exacta tanto radial
como axialmente y mantener la precisión de funcionamiento del eje.
...Ejes principales de máquina herramienta, instrumentos de
precisión, etc.
(2) Para incrementar la rigidez del rodamiento.
...Ejes principales de máquina-herramienta, ejes de piñones o
engranajes finales de trasmisión de automóviles, etc.
(3) Para minimizar el ruido debido a vibración axial y resonancia.
...Motores eléctricos pequeños, etc.
(4) Para prevenir deslizamiento entre los elementos de rodadura y los
caminos de rodadura debido a momentos giroscópicos.
...Aplicaciones de alta velocidad o aceleración de rodamientos de
bolas de contacto angular o de bolas de empuje.
(5) Para mantener los elementos de rodadura en su posición correcta
con los aros del rodamiento.
...Rodamientos de bolas de empuje o de rodillos esféricos de
empuje montados en un eje horizontal.
10.2 Métodos de Precarga
10.2.2 Precarga de Presión Constante
Se obtiene una precarga de presión constante mediante el uso de un
muelle espiral o de lámina que imponga una precarga constante. Incluso
si la posición relativa de los rodamientos varía durante el funcionamiento
la magnitud de la precarga permanece relativamente constante (Ver Fig.
10.2).
Fig. 10.1 Precarga de Posición
Fig. 10.2 Precarga de Presión Constante
10.3 Precarga y Rigidez
10.3.1 Precarga de Posición y Rigidez
Cuando los aros interiores de los rodamientos duplex mostrados en la Fig.
10.3 son fijados axialmente, los rodamientos A y B son desplazados ao y
el espacio axial 2 ao entre los aros interiores es eliminado. Con esta
condición, se impone una precarga Fao sobre cada rodamiento. En la Fig.
10.4 se muestra un diagrama de precarga que muestra la rigidez del
rodamiento, que es la relación entre carga y desplazamiento con una
determinada carga axial Fa impuesta sobre un conjunto duplex.
10.2.1 Precarga de Posición
Se obtiene una precarga de posición fijando dos rodamientos opuestos
axialmente para imponer una precarga
y su posición relativa no varía durante el funcionamiento.
En la práctica los siguientes tres métodos son utilizados generalmente
para obtener una precarga de posición.
(1)
(2)
(3)
Mediante la instalación de un conjunto duplex de rodamientos con
dimensiones “stand-out” y juego axial previamente ajustados
(Ver Pág. A7, Fig. 1.1).
Mediante el uso de un espaciador o lámina del tamaño adecuado
para obtener el espaciado requerido y la precarga (Ver Fig. 10.1).
Mediante el uso de tornillos o tuercas que permiten el ajuste de la
precarga axial. En este caso, se debe medir el par inicial para
verificar que la precarga es correcta.
A 96
Rodamiento A
Rodamiento B
Fa Fao
Fao
ao
ao
Fig. 10.3 Precarga de Rodamiento Duplex Espalda-a-Espalda
10.3.2 Precarga de Presión Constante y Rigidez
En la Fig. 10.5 se muestra un diagrama de precarga para rodamientos
duplex bajo una precarga de presión constante. La curva de deflexión del
muelle es casi paralela al eje horizontal debido a la baja rigidez de
los muelles comparada con la del rodamiento. Como resultado, la rigidez
bajo un precarga de presión constante es aproximadamente igual a la de
un rodamiento simple con una precarga Fao aplicada al mismo.
La Fig. 10.6 presenta una comparación de rigidez entre un rodamiento
con precarga de posición y uno con una precarga de presión constante.
En el caso de precarga de presión constante, es posible minimizar
cualquier cambio en la precarga puesto que la variación de carga sobre el
muelle debida a contracción o dilatación del eje es despreciable. De esta
explicación, se deduce que las precargas de posición son generalmente
preferidas para incrementar la rigidez y que las precargas de presión
constante son más aconsejables para aplicaciones de alta velocidad,
para prevenir vibraciones axiales, para utilizar con rodamientos de empuje
en ejes horizontales etc.
10.4 Selección del Método de Precarga y Cantidad de
Precarga
10.4.1 Comparación de los Métodos de Precarga
En la Fig. 10.6 se muestra una comparación de rigidez utilizando ambos
métodos de precarga.
La precarga de presión constante y la precarga de posición se pueden
comparar de la siguiente manera:
Carga Axial
(1) Cuando ambas precargas son iguales, la precarga de posición
proporciona una mayor rigidez al rodamiento, en otras palabras, la
deflexión debida a cargas externas es menor para los rodamientos
con precarga de posición.
(2) En el caso de precarga de posición, la precarga varía dependiendo
de factores tales como la diferencia de expansión axial debida a
diferencias de temperatura entre eje y alojamiento, la diferencia en
expansión radial debida a diferencias de temperatura entre los aros
interior y exterior, deflexión debida a la carga, etc.
Rodamiento A
a
Fa
Fao
Desplazamiento Axial
ao
Rodamiento A
Fig. 10.5 Desplazamiento Axial con Precarga de Presión Constante
FaB
aA
ao
aB
Desplazamiento Axai l
ga
Pre
car
si n
a
ao
Fa Carga axial aplicada desde el exterior
FaA Carga axial impuesta sobre el rodamiento A
FaA Carga axial impuesta sobre el rodamiento B
a
ieto
FaA
dam
Fa
Fao
Rod
de P amieto
resic con
P
ión
Con recarg
stan a
te
Ro
a
Roda
m
Preca iento con
rga de
Posic
ión
Rodamiento B
Carga Axial
Carga Axial
aA
a
aB
aB
Desplazamiento de un conjunto de
rodamientos duplex
Desplazamiento del rodamiento A
Desplazamiento del rodamiento B
Fig. 10.4 Desplazamiento Axial con Precarga de Posición
a
Fa
Desplazamiento Axial
Fig. 10.6 Comparación de Rigidez y Método de Precarga
97
PRECARGA
10.4.2 Cantidad de Precarga
Si la precarga es mayor de la necesaria, se puede ocasionar generación
anormal de calor, incremento de par friccional, reducción de vida de fatiga
etc. La cantidad de precarga debe ser cuidadosamente determinada
considerando las condiciones de funcionamiento y el propósito de la
precarga.
Tabla 10.1 Ajuste Recomendado para
Rodamientos de Bolas de
Contacto Angular Duplex de
Alta Precisión con Precarga
Unid: µm
Diámetro Interior
Nominal
d (mm)
(1) Precarga de Rodamientos de Bolas de Contacto Angular
Duplex
En la Tabla 10.2 están listadas las precargas medias para rodamientos de
0
bolas de contacto angular duplex (ángulo de contacto 15 ) con precisión
mayor que la Clase P5, normalmente utilizados en el eje principal de
máquinas-herramienta. Los ajustes recomendados entre eje y aro interior,
y alojamiento y aro exterior, van listados en la Tabla 10.1. En el caso de
ajustes con los alojamientos, el límite menor de rango ajuste debe ser el
seleccionado para rodamientos de extremo fijo y el límite mayor para los
de extremo libre.
Cada norma general, se debe seleccionar una precarga media o ligera
para cabezales de rectificadoras y ejes principales de centros de
mecanizado y una precarga media o alta para ejes principales de tornos
de alta velocidad y máquinas fresadoras.
Cuando la velocidad da como resultado un valor de dpwxn (valor dnn)
superior a 500.000, la precarga ha de ser cuidadosamente estudiada y
seleccionada. En estos casos se aconseja consultar con
más de
hasta
18
30
18
30
50
50
80
120
80
120
150
150
180
180
250
Interferencia
Óptima
del Eje
Diámetro Exterior
Nominal
D (mm)
más de
hasta
18
30
18
30
50
2~ 6
2~ 6
50
80
120
80
120
150
3~ 8
3~ 9
4~12
150
180
180
250
4~12
5~15
0~2
0~2.5
0~2.5
0~3
0~4
Juego
Óptimo
del Alojamiento
Tabla 10.2 Precarga para Rodamientos
Tabla 10.2.1 Rodamientos Duplex Series 79
Tabla 10.2.2 Rodamientos
Unid: N {kgf}
Número de
Rodamiento
Precarga
Muy ligera C2
Ligera C7
Media C8
Alta C9
Número de
Rodamiento Muy ligera C2
Ligera C27
7900 C
7901 C
7902 C
2.55 (0.26)
5.40 (0.55)
5.40 (0.55)
16.7
19.6
24.5
(1.7)
(2.0)
(2.5)
29.4
41.0
54.0
(3.0)
(4.2)
(5.5)
63.5
78.5
118
(6.5)
(8.0)
(12)
7000 C
7001 C
7002 C
5.40 (0.55)
5.90 (0.60)
6.35 (0.65)
28.4
31.5
34.5
(2.9)
(3.2)
(3.5)
7903 C
7904 C
7905 C
5.40 (0.55)
7.35 (0.75)
8.85 (0.90)
29.4
42.0
44.0
(3.0)
(4.3)
(4.5)
54.0 (5.5)
88.5 (9.0)
98.0 (10)
127
177
216
(13)
(18)
(22)
7003 C 6.85 (0.70)
7004 C 12.7 (1.3)
7005 C 13.7 (1.4)
37.5
68.5
73.5
(3.8)
(7.0)
(7.5)
7906 C
7907 C
7908 C
8.85 (0.90)
14.7
(1.5)
19.6
(2.0)
7909 C
7910 C
7911 C
23.5
23.5
23.5
(2.4)
(2.4)
(2.4)
127
137
137
7912 C
7913 C
7914 C
29.4
29.4
49.0
(3.0)
(3.0)
(5.0)
7915 C
7916 C
7917 C
49.0
49.0
73.5
7918 C
7919 C
7920 C
83.5
83.5
98.0
A 98
118
177
226
(12)
(18)
(23)
235
365
480
(24)
(37)
(49)
7006 C 18.6 (1.9)
7007 C 24.5 (2.5)
7008 C 28.4 (2.9)
98.0 (10)
127 (13)
147 (15)
(13)
(14)
(14)
265
284
294
(27)
(29)
(30)
540
590
635
(55)
(60)
(65)
7009 C 34.5 (3.5)
7010 C 38.0 (3.9)
7011 C 49.0 (5.0)
177
196
265
(18)
(20)
(27)
167
167
226
(17)
(17)
(23)
335
335
540
(34)
(35)
(55)
735
785
1080
(75)
(80)
(110)
7012 C 54.0 (5.5)
7013 C 59.0 (6.0)
7014 C 73.5 (7.5)
275
305
390
(28)
(31)
(40)
(5.0)
(5.0)
(7.5)
255
255
365
(26)
(26)
(37)
540
540
735
(55)
(55)
(75)
1080
1080
1570
(110)
(110)
(160)
7015 C 78.5 (8.0)
7016 C 93.0 (9.5)
7017 C 98.0 (10)
410
490
540
(42)
(50)
(55)
(8.5)
(8.5)
(10)
400
410
470
(41)
(42)
(48)
835
835
980
(85)
(85)
(100)
1670
1860
2060
(170)
(190)
(210)
7018 C 118
7019 C 127
7020 C 127
635
635
685
(65)
(65)
(70)
54.0 (5.5)
88.5 (9.0)
98.0 (10)
(12)
(13)
(13)
(2)
Precarga de Rodamientos de Bolas de Empuje
(3)
Cuando las bolas de rodamientos de bolas de empuje rotan a velocidades
relativamente altas, se puede producir deslizamiento debido a momentos
giroscópicos sobre las bolas.
El mayor de los dos valores obtenidos en las ecuaciones (10.1) y (10.2)
que aparecen a continuación deben ser adoptados como la carga axial
mínima con el fin de prevenir tal deslizamiento.
Coa
n
100 N max
Coa
1000
Fa min
Fa min
donde
Precarga de Rodamientos de Rodillos Esféricos de Empuje
Cuando se utilizan rodamientos de rodillos esféricos de empuje, se
pueden producir daños tales como estrías debido al deslizamiento de los
rodillos sobre el camino de rodadura del aro exterior. La carga axial mínima
Famin necesaria para prevenir tal deslizamiento se obtiene de la siguiente
ecuación:
Fa min
2
(10.1)
Coa
1000
(10.3)
(10.2)
Fa min : Carga Axial Mínima (N), {kgf}
n : Velocidad (rpm)
Coa : Clasificación de Carga Estática Básica (N), {kgf}
N max : Velocidad límite (lubricación aceite) (rpm)
de Bolas de Contacto Angular
Duplex Series 70
Precarga
Media C8
Tabla 10.2.3 Rodamientos Duplex Series 72
Unid: N, {kgf}
Alta C9
Número de
Rodamiento
Unid: N, {kgf}
Precarga
Muy ligera C2
59.0
63.5
73.5
(6.0)
(6.5)
(7.5)
127
137
157
(13)
(14)
(16)
7200 C
7201 C
7202 C
5.40 (0.55)
8.35 (0.85)
9.30 (0.95)
78.5
137
147
(8.0)
(14)
(15)
167
294
325
(17)
(30)
(33)
7203 C
7204 C
7205 C
11.8
16.7
19.6
206
275
305
(21)
(28)
(31)
430
590
635
(44)
(60)
(65)
7206 C
7207 C
7208 C
375
410
540
(38)
(42)
(55)
785 (80)
885 (90)
1180 (120)
7209 C
7210 C
7211 C
590
635
835
(60)
(65)
(85)
835
1030
1080
1320
1370
1420
Ligera C7
Media C8
28.4
44.0
49.0
(2.9)
(4.5)
(5.0)
59.0 (6.0)
93.0 (9.5)
98.0 (10)
(1.2)
(1.7)
(2.0)
63.5
88.5
108
(6.5)
(9.0)
(11)
127
177
216
29.4
39.0
49.0
(3.0)
(4.0)
(5.0)
147
206
255
(15)
(21)
(26)
54.0
59.0
73.5
(5.5)
(6.0)
(7.5)
284
315
390
1230 (125)
1370 (140)
1720 (175)
7212 C 93.0
(9.5)
7213 C 108
(11)
7214 C 118
(12)
(85)
(105)
(110)
1810 (185)
2260 (230)
2350 (240)
7215 C 127
7216 C 147
7217 C 167
(135)
(140)
(145)
2750 (280)
2940 (300)
3050 (310)
7218 C 196
7219 C 206
7220 C 235
Alta C9
127
196
216
(13)
(20)
(22)
(13)
(18)
(22)
275
380
460
(28)
(39)
(47)
315
420
540
(32)
(43)
(55)
685
885
1130
(70)
(90)
(115)
(29)
(32)
(40)
590
635
835
(60)
(65)
(85)
1270
1370
1770
(130)
(140)
(180)
490
590
635
(50)
(60)
(65)
1030
1180
1320
(105)
(120)
(135)
2160
2550
2750
(220)
(260)
(280)
(13)
(15)
(17)
685
735
885
(70)
(75)
(90)
1420
1570
1810
(145)
(160)
(185)
2940
3350
3900
(300)
(340)
(400)
(20)
(21)
(24)
1030
1080
1230
(105)
(110)
(125)
2160
2260
2550
(220)
(230)
(260)
4500
4800
5500
(460)
(490)
(560)
99