INDICE.
- INTRODUCCION
- TIPOS Y CONSTITUCIÓN
2.1 Guías
2.2 Cojinetes de fricción
2.3 Cojinetes de rodamientos
- REPRESENTACIÓN GRÁFICA
- CRITERIOS DE SELECCIÓN
4.1 Cojinetes de fricción o rodamientos
4.2 Selección del tipo de rodamiento
- CÁLCULO
5.1 Capacidad de carga estática
5.2 Capacidad de carga dinámica
- TÉCNICAS DE MONTAJE
- MANTENIMIENTO.
- CONCLUSIÓN
1. INTRODUCCIÓN
En todas las máquinas existen elementos con movimiento relativo entre sus partes, como son ejes, árboles de transmisión, carros, bielas…etc. Todos estos elementos necesitan de puntos para someter su peso, para guiarlos en sus movimientos (ya sean rotatorios o lineales) y para mantener su posición (puntual o lineal) según su diseño. Con este fin, se usarán las guías, los cojinetes y los rodamientos. Además de los objetivos mencionados, dichos elementos tendrán el fin de disminuir al mínimo el rozamiento de las partes móviles puestas en contacto.
2. TIPOS Y CONSTITUCIÓN
2.1 Guías
Mediante las guías se desplazan las partes móviles y piezas de las máquinas. Han de poseer gran precisión pues de ellas depende en gran medida la calidad final de las operaciones.
Como guías rectas podemos nombrar las de cola de milano, las planas, las prismáticas, redondas…etc. También existen guías rectas con cuerpos rodantes interpuestos (bolos, rodillos…etc.)
Por su mayor complejidad y variedad de tipos, nos centraremos en los elementos rotatorios, esto es, cojinetes de fricción y rodamientos.
2.2 Cojinetes de fricción
A diferencia de los rodamientos, los cojinetes de fricción o simplemente cojinetes implican el deslizamiento directo (que no contacto) de la parte que transporta la carga a su apoyo. Según su forma de actuación podemos distinguir dos tipos:
Los cojinetes lisos o de manguito, que son cilíndricos y soportan cargas radiales (es decir cargas perpendiculares al eje de la flecha).
Cojinetes axiales, los cuales por lo general tienen forma semiesférica y soportan cargas en la dirección del eje de la flecha (generalmente vertical). También existen cojinetes mixtos (empuje axial y radial) de formas troncocónicas.
Al material de fabricación se le exige que posea bajo módulo elástico, baja resistencia al cortante y buena conductividad térmica, por ello se usan aleaciones antifricción y bronces.
Especialmente importante en los cojinetes es su lubricación, pues esta impedirá el contacto directo entre los muñones (parte del eje) y el cojinete. Lo ideal es alcanzar una lubricación hidrodinámica pues implica una separación completa de las superficies por lo que no existe desgaste y los coeficientes de fricción f son muy bajos (0.002-0.010). Para lograr la lubricación hidrodinámica son necesarios tres requisitos:
1. Movimiento relativo de las superficies (muñón y cojinete).
2. Acción de cuña, como la que provoca la excentricidad de la flecha.
3. Presencia de lubricante. De forma general se puede decir que cuanto mayor sea la viscosidad del lubricante más baja será la velocidad de rotación necesaria para hacer “flotar” el muñón para una carga dada.
2.3 Rodamientos
En los cojinetes de rodamiento, el eje está separado del elemento exterior por elementos rodantes, sustituyéndose la fricción por deslizamiento por fricción de rodadura. Están constituidos por un anillo interior unido solidariamente al árbol o eje (pudiendo, en consecuencia, ser giratorio o no), otro anillo exterior unido al soporte del cojinete (que también puede ser fijo o giratorio) y un conjunto de elementos rodantes colocados entre ambos y separados generalmente por una jaula.
Según el elemento rodante los podemos clasificar en:
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Al igual que los cojinetes, según las cargas que soportan se pueden clasificar en radiales, axiales (de empuje) y mixtos.
Finalmente si atendemos a su capacidad para soportar inclinaciones en las flechas estos pueden ser rígidos (no permiten oscilaciones) o pivotantes (rotulados) que permiten ciertas oscilaciones del rodamiento respecto del árbol en un plano perpendicular al giro. Esta característica se logra con una pista de rodadura esférica que permite a las bolas o rodillos desplazarse para acomodarse al desalineamiento del eje.
En cuanto al material de fabricación, tanto los anillos como los elementos rodantes son fabricados de acero de media aleación y generalmente sometidos a tratamientos termoquímicos para aumentar su dureza superficial. En ocasiones se usan metales no férricos e incluso plásticos.
3. REPRESENTACIÓN
Los cojinetes y rodamientos se representan según su sección debiendo respetarse las medidas esenciales, como son, el Dext , Dint , la anchura, el tipo de rodamiento, número de hileras, tipo de contacto…así como los datos que puedan aportar los catálogos. Por ejemplo la siguiente figura representa un rodamiento de bolas de doble hilera oscilante.
Si no es indispensable representar de forma completa el rodamiento o el cojinete se puede seguir la representación convencional según normas DIN. Para ello se dibuja a escala el dibujo aparente en espesor grueso, donde se inscriben los signos correspondientes normalizados según el tipo de rodamiento a utilizar. También es conveniente el uso de una leyenda clara para evitar errores de interpretación.
4. SELECCIÓN DEL ELEMENTO.
4.1 ¿Cojinetes de fricción o cojinetes de elementos rodantes?
De forma general podemos decir:
La mayor ventaja de los cojinetes de rodamientos es su baja fricción al iniciar la operación. Los cojinetes deslizantes pueden tener comparablemente baja fricción sólo con lubricación por película completa, lo cual requiere lubricación hidrostática (con la consiguiente adaptación costosa del sistema auxiliar de suministro externo de fluido) o lubricación hidrodinámica, la cual no puede lograrse siempre durante la puesta en marcha. Por tanto los rodamientos son ideales cuando se aplican altas cargas de arranque. Sin embargo los cojinetes son más adecuados para altas velocidades de giro con sobrecargas momentáneas y de impacto (debido a la alta sensibilidad de los rodamientos a golpes y desalineaciones).
Por otra parte los rodamientos ocupan más espacio radial mientras que los cojinetes requieren mayor longitud axial, dicho criterio dependerá por supuesto del espacio disponible.
Lo cojinetes de rodamiento generan y transmiten cierta cantidad de ruido, en tanto que los cojinetes con película de fluido no hacen ruido y pueden amortiguar el de otros orígenes. Además se ha de mencionar que los cojinetes son económicamente más competitivos en aquellas aplicaciones simples (donde se requieren mínimas medidas de lubricación).
4.2 Selección del elemento rodante
Por su mayor complejidad, nos centraremos ahora en la selección del tipo de rodamiento en caso de que nos hayamos decidido por esta opción. Las tres variables de mayor influencia serán:
1. Espacio disponible: Cuando el espacio radial disponible es limitado, deberán seleccionarse rodamientos de pequeña sección, particularmente los de baja altura de sección. Cabe mencionar las coronas de agujas y los casquillos de agujas con o sin aro interior. Si la limitación de espacio es en sentido axial, para cargas radiales y combinadas, pueden usarse algunas series de rodamientos de una hilera de rodillos cilíndricos y rodamientos rígidos de bolas mientras que para cargas estrictamente axiales se usarán coronas de agujas, rodamientos axiales de bolas o rodillos cilíndricos.
2. Carga: La carga es normalmente el factor más importante para determinar el tamaño del rodamiento a utilizar. En general, se cumple que a mayores solicitaciones mayores deberán ser las dimensiones principales y que a igualdad de dimensiones los rodamientos de rodillos pueden soportar mayores cargas que los rodamientos de bolas. Además los rodamientos llenos de elementos rodantes soportan mayores cargas que los rodamientos con jaula o separadores.
3. Velocidad: La máxima velocidad a la cual puede funcionar un rodamiento vendrá limitada por la máxima temperatura en funcionamiento. Esta dependerá del tipo de lubricación (mejor por rocío o dispersión fina de aceite) así como del tipo de rodamiento. Las máximas velocidades se obtienen con los de bolas rodantes de alta precisión, pudiendo aumentar la misma con el uso de jaulas especiales.
Otros factores a tener en cuenta en la elección del tipo rodamiento serán el nivel de ruido deseado, la desalineación tolerable, su rigidez (deformación elástica bajo carga), el grado de precisión, tipo de lubricación, cierre (abierto, blindado o sellado)…etc.
5. CÁLCULO
5.1 Cálculo de cojinetes
El cálculo de los cojinetes por deslizamiento se basa principalmente en el diseño de su relación L/d, su coeficiente de fricción f y el espesor de película mínimo h0.
Datos experimentales demuestran que una relación longitud/diámetro optima varía entre 0.25 a 0.75. Razones más grandes (cojinetes más largos) generan fugas en los extremos y por lo tanto temperaturas de aceite más altas.
En cuanto a el espesor mínimo de película de aceite se pueden seguir las recomendaciones de Trumpler donde 
Y por último el coeficiente de fricción puede ser obtenido a partir de la ecuación de Petroff
5.2 Cálculo de rodamientos
El estudio y cálculo de un rodamiento supone conocer la capacidad estática y dinámica del elemento, en función de unas variables de entrada como son: cargas, dimensiones, tipo de rodamiento, confiabilidad requerida…etc.
5.2.1 Capacidad de carga estática
Se define como la “carga máxima en Kg (C0) que soporta un rodamiento en reposo (o en movimiento pendular lento), sin que aparezcan deformaciones en cualquier de los elementos rodantes o camino de rodadura superiores a 
Para combinaciones de cargas radiales (Fr) y axiales (Fa) se suele considerar una carga estática equivalente definida por 
5.2.2 Capacidad de carga dinámica
Se define esta como la “carga máxima que puede soportar un rodamiento en movimiento, sin que aparezcan signos de fatiga en ninguno de sus elementos durante un determinado número de revoluciones, generalmente 106 giros”.
Los ensayos realizados para establecer esta carga determinaron que la vida media de los rodamientos es cerca de cinco veces la vida estándar del 10% que ha fallado por fatiga. Por eso de define la vida L10 como la vida en la cual el 90% por ciento de los elementos no ha fallado, es decir, una confiabilidad del 90%.
De esta manera, la carga dinámica puede ser calculada de la siguiente manera:
6. TÉCNICAS DE MONTAJE
De forma previa al montaje de cojinetes o rodamientos es fundamental limpiar las superficies de futuro contacto y asegurarnos de que no se pueden introducir partículas abrasivas que acortarían drásticamente la vida del acople.
La unión, del anillo interior o exterior, se puede ejecutar por medio de presión (ajuste por interferencia) por collarines y/o por tuercas de sujeción. El tipo de ajuste depende del tipo de carga (radial o axial) y si ésta se aplica sobre el anillo interior o exterior. En todo caso, los fabricantes dan instrucciones al respecto.
Con rodamientos no desarmables se monta primero el aro que tiene el apriete máximo, siendo conveniente lubricar primero las superficies. Los rodamientos pequeños pueden colocarse en posición aplicando ligeros golpes de martillo sobre un manguito para distribuir uniformemente el esfuerzo sobre todo el perímetro. Para grandes ajustes o mayores diámetros será necesario el uso de prensas. Los ajustes recomendados dependen del tipo de rodamiento, tamaño y grado de tolerancia; un ajuste demasiado apretado ocasionará aprietes internos de los elementos rodantes con las pistas y jaulas que acortan la vida del rodamiento.
En caso de que existan cargas axiales, se habrá de tener siempre presente que sobre una misma flecha nunca se coloca más de un rodamiento fijo (sin posibilidad de desplazamiento lateral del anillo interior o del exterior) para permitir la libre dilatación del eje sin sobrecargar los rodamientos.
7. LUBRICACIÓN Y MANTENIMIENTO
La base fundamental del buen funcionamiento de los cojinetes de fricción y rodadura es su lubricación. Existen multitud de grasas y aceites (minerales) para llevar a cabo sus funciones, que serán:
- Conseguir la lubricación hidrodinámica (flotación) en los cojinetes y lubricación elastohidrodinámica en los rodamientos.
- Eliminar el calor producido en el proceso.
- Proteger los elementos del polvo, corrosión, etc.
- Extraer los residuos generados en los desgastes, muñones, rodamientos, pistas…etc.
La mayor viscosidad de las grasas les permite una óptima acción obturadora pero presentan el inconveniente de que originan un mayor rozamiento y por tanto calentamiento, por lo que sólo pueden usarse para velocidades bajas. Mientras las grasas son introducidas por orificios, el aceite permite distintos procedimientos como son: baño o inmersión, goteo o salpicadura, circulación forzada y niebla de aceite.
Además de la lubricación, dichos elementos deberán estar sometidos a una acción periódica de reconocimiento donde se escuche el eventual ruido producido, se mida la temperatura y se examine el lubricante.
8. CONCLUSIÓN
Al analizar cualquier máquina veremos que sus partes móviles deberán someter su peso en elementos cuya función principal sea conservar la posición de la parte móvil y disminuir el rozamiento del acople. Como hemos visto, esto se puede realizar bien impidiendo el contacto directo por deslizamiento o interponiendo elementos rodantes. En ambos casos será necesario y fundamental el uso de lubricantes así como un montaje adecuado que evite problemas futuros y acorte la vida para la que el cojinete fue diseñado.