Las tolerancias en los rodamientos se refieren a las dimensiones y medidas específicas que deben cumplir los componentes de un rodamiento para asegurar un funcionamiento preciso y eficiente.
El principal objetivo de contar con un buen ajuste y tolerancia en rodamientos es el óptimo funcionamiento del mismo, lo que traerá consigo una vida prolongada de la máquina y del rodamiento así como una disminución en la probabilidad de daños en el componente. Además de poder tener una mejor distribución de carga y reducir las vibraciones y ruido.
Las tolerancias de los rodamientos o su precisión dimensional y precisión de giro, son reguladas por los estándares ISO199 para rodamientos axiales y 492 para rodamientos radiales. Para obtener una precisión dimensional, estos estándares prescriben las tolerancias necesarias cuando se instalen rodamientos en ejes o alojamientos.
¿Qué hay que tener en cuenta para el ajuste y tolerancia de un rodamiento?
Para empezar, el tipo de carga, ya sea axial o radial, puesto que de esta carga dependerá si el rodamiento contará con elementos que lo ayuden en la fijación, como retenes o seguros en caso de ser una carga axial, o tolerancias en caso de ser una carga radial.
Otros factores a considerar para el ajuste son la magnitud de la carga, el tipo de rodamiento y el tamaño del mismo, pues de estos factores determinaremos que tipo de ajuste es más adecuado para el rodamiento que tengamos.
Dentro del tipo de carga del rodamiento tenemos el tipo de giro que tiene, recordemos que un rodamiento está compuesto por un anillo interior y un anillo exterior, el rodamiento puede tener tres tipos de giro;
- El primero es un giro rotativo que es cuando la carga es fija y ya sea el anillo exterior o el anillo interior están girando, para este tipo de giro el anillo que está girando lleva un ajuste de interferencia.
- El segundo tipo de giro, es el fijo, que es cuando la carga gira junto con el anillo, para este tipo el anillo que gira lleva un ajuste holgado.
- El tercer tipo es una condición de carga indeterminada, hace referencia a las cargas variables, los picos de carga repentinos, las vibraciones o las cargas desequilibradas en aplicaciones a alta velocidad. Estas provocan cambios en la dirección de la carga que no se pueden describir con precisión, es necesario usar un ajuste de interferencia en ambos aros.
Tomaremos como ejemplo el siguiente mecanismo de porta cuchillas de una cepilladora, la cual cuenta con dos rodamientos, el rodamiento A y el B.
Si tenemos una carga estacionaria, que quiere decir que el eje gira para el rodamiento A , el anillo interior es el que gira, por lo tanto, para este rodamiento el ajuste en el anillo interior será de interferencia.
Por el contrario, para el anillo interior del rodamiento B el ajuste será holgado dado que el rodamiento se encuentra libre.
Como ejemplo de condición de carga indeterminada tenemos un cigüeñal, al tener cargas indefinidas ambos anillos requieren un ajuste de interferencia para poder soportar esas cargas indefinidas. La magnitud de carga interfiere con el ajuste del rodamiento, el aro de un rodamiento se deforma de manera proporcional a la carga. Para las cargas sobre el aro interior giratorio, esta deformación puede aflojar el ajuste de interferencia entre el aro interior y el eje, y hacer que el aro se deslice sobre el asiento del eje. Cuanto más pesada sea la carga, más apretado debe ser el ajuste de interferencia. La interferencia requerida se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
El juego interno del rodamiento es otro factor que interviene para el ajuste del rodamiento. El ajuste de interferencia de un rodamiento en el eje o en el alojamiento, implica la deformación elástica, que es la expansión o compresión, del anillo y la reducción del juego interno del rodamiento. No obstante, debe mantenerse un cierto juego mínimo. El juego inicial y la reducción permisible dependen del tipo y tamaño del rodamiento. La disminución del juego debido al ajuste de interferencia puede ser tan grande que se necesiten rodamientos con un juego radial mayor que el normal, con el fin de evitar una precarga en el rodamiento.
En muchas aplicaciones, el anillo exterior tiene una temperatura de funcionamiento menor a la del anillo interior, esto puede causar una reducción del juego interno. Durante el funcionamiento, los anillos del rodamiento suelen alcanzar una temperatura superior a los ejes y alojamientos correspondientes, esto puede provocar que el anillo interior se afloje sobre su asiento, mientras que el anillo exterior se expande impidiendo el desplazamiento axial deseado del anillo en su alojamiento. Por lo tanto, deben tenerse muy presentes los gradientes de temperatura y la dirección del flujo de calor al seleccionar el ajuste.
Por ejemplo, en el esquema mostrado nos muestra las distintas temperaturas que tendrá el eje y el rodamiento al arranque de un motor, podemos ver que al inicio del arranque el eje y el rodamiento están a la misma temperatura, sin embargo, el eje aumenta su temperatura más rápido que la transferencia de calor en el rodamiento, lo que genera que el juego interno disminuya hasta tener una holgura mínima, posteriormente ambos elementos llegan a una condición estable lo que permite que exista de nueva cuenta un juego radial. Si al elegir el rodamiento este no cuenta con un juego radial adecuado, al momento de llegar al punto de holgura mínima habrá un roce entre el elemento rodante y los anillos, lo que podría generar fallas prematuras.
Otro de los factores que influye en la selección de ajuste para un rodamiento es la precisión, con el fin de reducir la vibración y ruido, como regla general no se deben utilizar ajustes deslizantes, cuando se requieren una gran precisión de funcionamiento los asientos de los rodamientos sobre el eje y en el alojamiento deben producirse con una tolerancia dimensionales muy estrechas, que correspondan como mínimo a IT5 para el eje e IT6 para el alojamiento.
Para el diseño y material de los ejes y soportes el ajuste del anillo en el asiento no debe causar una deformación en el anillo del rodamiento, los alojamientos de aleaciones ligeras o ejes huecos requieren ajustes más fuertes y una mayor precisión para evitar que se deformen.
Para ayudar a la facilidad en el montaje y desmontaje, los rodamientos con ajustes flojos suelen ser más fáciles de montar o desmontar que los que tienen ajuste de interferencia. Cuando las condiciones de funcionamiento requieran ajustes de interferencia y se necesite un fácil montaje y desmontaje, es recomendable usar rodamientos desarmables o con agujero cónico, estos últimos requerirán de un manguito en caso de que el eje sea cilíndrico liso.
A continuación se muestra una tabla con los valores IT, según la norma ISO, que corresponden a los diámetros de eje que se tengan, dichos valores IT están dados en micras.
Para la precisión dimensional de forma y giro de los asientos tenemos varios conceptos como la cilindricidad, que nos dice que la tolerancia para la forma cilíndrica, debe ser uno o dos grados IT , mejor que la tolerancia dimensional recomendada, por ejemplo, si el eje tiene tolerancia m6 que es igual aI t6, la precisión de la forma cilíndrica debe ser IT5 o IT4.
La perpendicularidad nos dice que los apoyos laterales para los aros de los rodamientos deben tener una tolerancia de perpendicularidad un grado IT más preciso que la tolerancia del diámetro del asiento cilíndrico.
La rugosidad de las superficies nos dice que cuanto más lisa sea la superficie de apoyo mayor precisión se obtendrá en el ajuste de interferencia deseado. La tabla que se anexa presenta los valores recomendados para asientos rectificados dependiendo del diámetro del asiento.
¿Cómo se puede identificar un ajuste por su nomenclatura?
Los ajustes se identifican con una letra que define el tipo de ajuste y un número que define el grado IT de tolerancia. Si los ajustes comienzan con una letra minúscula, hacen referencia al ajuste en el eje, si los ajustes comienzan con una mayúscula, hacen referencia al alojamiento. A mayor avance alfabético de la letra, mayor será la interferencia del ajuste. Por ejemplo, un M6 es más apretado que un K5 y a su vez es más holgado que un N6 . Y entre más pequeño sea el número después de la letra, menor será el rango de la tolerancia.
Se podrían clasificar de la siguiente manera, con verde los ajustes holgados, con amarillo los ajustes de transferencia y con rojo los ajustes de interferencia.
Autor: Predyc
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