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Rodamientos de agujas: 60 años y todavía en evolución
- Oct 29, 2018 -

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Si bien el diseño básico de un rodamiento de agujas no ha cambiado mucho en los últimos 60 años, los desarrollos continuos han dado como resultado nuevos diseños de jaula que proporcionan cinco veces la vida útil y duplican la capacidad de carga estática de sus contrapartes originales.

La mayoría de los ingenieros de diseño ya estarán familiarizados con las ventajas técnicas que ofrece un rodamiento de agujas: la capacidad de manejar cargas relativamente altas en un sobre de diseño compacto. Esta ventaja técnica ha hecho que el rodamiento de agujas sea la elección preferida de rodamientos en una amplia variedad de aplicaciones de transmisión de potencia industrial y automotriz a lo largo de los años.

Un rodamiento de agujas es un rodamiento que utiliza pequeños rodillos cilíndricos. Estos rodillos se utilizan para reducir la fricción de una superficie giratoria. En comparación con los rodamientos de bolas, los rodamientos de agujas tienen una gran área de superficie que está en contacto con las guías de rodamiento del rodamiento.

La estructura típica de un rodamiento de rodillos de aguja comprende una pista interna (o, a veces, solo un eje), una jaula de agujas que orienta y contiene los rodillos de agujas, los propios rodillos de agujas y una pista de rodadura exterior. Hay muchos diseños diferentes de rodamientos de agujas, entre los que se incluyen la copa estirada, la carrera de precisión, el rodillo enjaulado y el rodillo de empuje. Aquí, consideramos el tipo de rodillo enjaulado.

La función de un rodamiento de rodillos de aguja enjaulado es soportar cargas radiales y velocidades de rotación. Aquí, una jaula guía y retiene los rodillos. Los diseños enjaulados normalmente vienen en diseños de hilera simple o doble, con una amplia variedad de materiales de jaula disponibles, incluyendo acero, plástico (PA66) y aluminio. Los diseños de cojinetes de varias filas aumentan la capacidad de carga.

Las jaulas, ya sean de acero o de plástico, pueden fabricarse en una variedad de construcciones diferentes, incluidas las jaulas macizas, las mitades individuales y las mitades partidas (de dos piezas). Estas jaulas también pueden incorporar pasajes de lubricación y otras características personalizadas.

Las aplicaciones típicas de los rodamientos de rodillos de aguja enjaulados son cajas de engranajes, sistemas de transmisión de potencia automotriz, motores de dos y cuatro tiempos, conjuntos de engranajes planetarios y compresores de aire.

Independientemente de qué tipo de los cuatro tipos principales de rodamientos de agujas se seleccionan para una aplicación, los ingenieros deben considerar una variedad de factores antes de tomar su decisión tan pronto como sea posible en la fase de diseño: el tamaño del sobre / diseño, el tipo de carga, la carga Capacidad, velocidad, temperatura, desalineación, especificaciones de la carcasa y del eje, vida útil y requisitos de lubricación.



Para el cliente, estas mejoras significan menos tensión del lubricante, menor fricción y menores temperaturas de los cojinetes, lo que a su vez se traduce en un cojinete más eficiente energéticamente. Además, el aumento en la capacidad de rendimiento permite reducir el tamaño del rodamiento para la aplicación, con las correspondientes reducciones en el peso del rodamiento y sus requisitos de espacio.

En el improbable caso de que los requisitos de la aplicación superen incluso los rodamientos X-life, se pueden obtener mejoras técnicas adicionales en el rendimiento mediante el uso de nuevos recubrimientos y materiales para rodamientos.

Un proyecto que se está llevando a cabo actualmente en la División de Automoción de Schaeffler implica el rediseño de un conjunto de engranajes planetarios de alta velocidad para una transmisión automática de la caja de cambios en un nuevo vehículo híbrido eléctrico para pasajeros.

En la actualidad, la industria automotriz se encuentra bajo una presión cada vez mayor para producir vehículos con menor consumo de combustible y menores emisiones de CO2. Un método para lograr esto es mejorar el consumo de combustible del vehículo al reducir la fricción en todo el tren de transmisión. Esto significa reducir el peso del vehículo en general al reducir el peso de los componentes individuales ".

"Los fabricantes de automóviles ahora requieren rodamientos y otros componentes del motor que brindan mejores características de fricción, por lo que es aquí donde entran en juego las ventajas del rodamiento de rodillos de aguja enjaulado".

Davies dice que un diseño especial de jaula para el rodamiento de agujas y características mejoradas que mejoran las características de flujo de lubricación del rodamiento, han dado como resultado un diseño de rodamiento de menor fricción, que ha permitido que el conjunto de engranajes planetarios del cliente para reducir las diferencias eléctricas Tamaño, que pesa un 17 por ciento menos que el sistema original. Los cojinetes, en combinación con el flujo de aceite optimizado a través del transportador, han permitido velocidades de funcionamiento 20 por ciento más altas (hasta 8,000 rpm).

“La jaula fue diseñada a medida para la aplicación. Debido a un sobre de diseño restringido, la jaula tenía que ser más pequeña para acomodar el eje y el orificio de la carcasa del engranaje está terminado para soportar una pista de rodadura. Si no, se hubiera requerido un anillo externo o interno ”, explica Davies.

Los rodamientos de rodillos de aguja enjaulados se pueden ensamblar en muchas variedades para el cliente. Estos incluyen diseños de división simple, tipos de media concha y división simple con conexiones de barra de resorte diagonal.

Desde fines de los años 80 hasta principios de los 90, las mejoras en el diseño de las jaulas se centraron en diseños más delgados con masa reducida. Otras mejoras incluyeron nuevas características de diseño que ayudaron a mover el lubricante de manera más efectiva alrededor de todas las áreas del rodamiento, lo que llevó a un mejor flujo de aceite.

Originalmente, las jaulas fueron diseñadas simplemente para guiar los elementos rodantes. Sin embargo, más recientemente, a los rodamientos de agujas se les proporcionan diseños de jaulas muy mejorados, que incluyen, por ejemplo, jaulas especiales para precesos.

La precesión no solo ayuda a extender el desgaste entre todos los rodillos, sino que también distribuye lubricante alrededor del rodamiento. El "falso brinelling" es un modo de falla típico para los rodamientos de rodillos de aguja enjaulados, particularmente en aplicaciones de transmisión de potencia. Estos modos de falla son comúnmente causados por micro vibraciones y movimientos entre los elementos rodantes y las guías de las pistas de rodadura, creando condiciones de contacto de metal a metal.

El resultado de mejoras como las descritas, ha llevado a que los últimos diseños de rodillos con jaula de cojinetes puedan ofrecer capacidades de carga estática hasta un 25% más altas para un cojinete de tamaño similar, lo que equivale a más del doble de la capacidad de carga dinámica. Para aplicaciones con múltiples movimientos pequeños, la vida útil de los rodamientos generalmente aumenta de tres a cinco veces.