ES2929372T3 - Cojinete de rodillos - Google Patents

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Abstract

Un rodamiento, en el que los elementos rodantes están cargados, equipado con una jaula que separa los elementos rodantes, en el que al menos una ranura está situada en la pista de rodamiento sobre la que se desplazan los elementos rodantes, caracterizado porque los bordes de la ranura (4) están posicionados en un ángulo a de 4,5° a 80° en relación con la dirección de movimiento de los elementos rodantes (3), y en la jaula (7), los agujeros para los elementos rodantes están hechos oblicuamente de manera que el ángulo β entre una línea recta que conecta el centro de la jaula (7) con el centro del orificio del elemento rodante (3) y una tangente al elemento rodante (3) en el punto de contacto de este elemento con la jaula (7) tiene un valor β > arctg μ, donde μ es el coeficiente de fricción por deslizamiento del acoplamiento del material del elemento rodante (3) con el material de la jaula (7). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Cojinete de rodillos
La invención se refiere a un cojinete de rodillos, en donde los elementos rodantes que tienen la forma de bolas se mueven entre dos pistas para cojinetes.
Son conocidos los cojinetes de rodillos usados como componentes estructurales de las piezas de una máquina. Los diseños de cojinetes de rodillos son diversos, sin embargo, en cada caso, contienen elementos rodantes, que se mueven entre dos pistas para cojinetes. Los componentes adicionales de un cojinete de rodillos pueden incluir: separadores (jaulas) que mantienen los elementos rodantes en una distancia mutua constante, elementos de sellado, etc.
Los cojinetes de rodillos proporcionan un movimiento giratorio de un árbol y mantienen una posición constante de su eje de rotación, también transmiten cargas, por lo que deben caracterizarse por una baja resistencia al movimiento, funcionamiento estable, fiabilidad de funcionamiento y resistencia al desgaste, o alta durabilidad. Para obtener las menores pérdidas de energía posibles debido a la fricción y a la reducción del ruido resultante de las vibraciones de los componentes de acoplamiento, las pistas para cojinetes de los componentes estructurales que se acoplan con los elementos rodantes se rectifican y luego se superacaban. Sin embargo, las pequeñas diferencias de dimensiones de los elementos rodantes plantean un importante problema. Los elementos rodantes producidos en masa se clasifican en función de sus tamaños, pero, en la práctica, es imposible conseguir una uniformidad dimensional absoluta de los elementos rodantes. Por ejemplo, las bolas con diámetros que difieren en hasta 2 pm se insertan en un cojinete de bolas. En un cojinete así ensamblado, que gira, por ejemplo, con una velocidad de 1000 rpm, las bolas individuales que se mueven en las pistas pueden recorrer distancias que difieren incluso en 20 mm durante 1 minuto de funcionamiento. Las cargas desiguales de los elementos rodantes del cojinete provocan diferencias adicionales en la distancia recorrida por un elemento rodante. En los cojinetes de rodillos que transmiten únicamente cargas transversales, los elementos rodantes que no transmiten ninguna carga se mueven, lo cual iguala la distancia recorrida. En los cojinetes, donde todos los elementos rodantes están cargados, la igualación de la distancia recorrida por los elementos rodantes tiene lugar debido a un giro del elemento rodante en relación con las pistas para cojinetes. Para que se produzca el giro, las fuerzas de una bola que actúan sobre una jaula o una bola vecina deben aumentar a valores que exceden las fuerzas de fricción por deslizamiento. Cuanto mayor sea la carga del cojinete, más altas son las fuerzas de fricción por deslizamiento. En tal caso, una grasa usada para el engrase de cojinetes de rodillos es un factor necesario que asegura un correcto acoplamiento. La falta de un engrase adecuado es el principal factor del desgaste del cojinete. Los cojinetes de rodillos que transmiten solo cargas transversales, que tienen jaulas hechas de materiales con un bajo coeficiente de fricción, pueden funcionar sin engrase.
La descripción de una solicitud de patente internacional n.° WO2011105919 desvela un cojinete que consiste en dos anillos equipados con pistas para cojinetes, en los que se desplazan elementos rodantes cargados, en donde al menos una ranura o rebaje colocado transversalmente hacia la dirección de movimiento de los elementos rodantes está situado en una de las pistas para cojinetes. La ranura o rebaje transversal permite que el elemento rodante sea desacoplado momentáneamente con una de las pistas para cojinetes, y se mueva, bajo la influencia de la fuerza de jaula o de una fuerza de elemento rodante vecino, debido a diferentes diámetros de los elementos rodantes y una carga desigual de los elementos rodantes del cojinete. La falta de deslizamiento entre el elemento rodante y las pistas, que es resultado del uso de un cojinete según la invención con una ranura o rebaje transversal sin rellenar, permite el funcionamiento del cojinete sin engrase.
Los cojinetes con ranuras, particularmente ranuras transversales, o con indentaciones o rebajes en las pistas para cojinetes, se presentan también en las siguientes descripciones de patente: EP375938, US20080285903, US1334027, JPH07197937.
Un cojinete de rodillos, en donde los elementos rodantes están cargados, equipado con una jaula que separa los elementos rodantes, en donde al menos una ranura está situada en la pista para cojinetes sobre la cual los elementos rodantes se desplazan, según la invención, se caracteriza porque los bordes de la ranura están colocados en un ángulo a de 4,5° a 80° con respecto a la dirección de movimiento de los elementos rodantes. En la jaula, los orificios para los elementos rodantes se realizan oblicuamente de modo que el ángulo p entre una línea recta que conecta el centro de jaula con el centro del orificio para el elemento rodante y una tangente que se extiende radialmente al elemento rodante en el punto de contacto de este elemento con una de las paredes del orificio de la jaula que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial tiene un valor p > arctg p, donde p es el coeficiente de fricción por deslizamiento del acoplamiento del material de elemento rodante con el material de jaula.
Para los cojinetes que giran en una dirección específica, las tangentes que se extienden radialmente al elemento rodante en el punto de contacto de este elemento con una de las paredes del orificio de la jaula que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial son paralelas. Para los cojinetes que giran en ambas direcciones, las tangentes son convergentes.
Preferiblemente, la ranura está colocada de manera que el elemento rodante se mueva hacia el diámetro mayor de la pista para cojinetes.
Preferiblemente, una de las pistas para cojinetes tiene una forma de un sector de un casquete esférico con un radio en función del eje del cojinete.
En el cojinete según la invención, la ranura colocada de forma oblicua en relación con el movimiento de los elementos rodantes en una de las pistas para cojinetes permite al elemento rodante un desacoplamiento momentáneo fuera de las pistas y un desplazamiento, debido al ahusamiento de la ranura, hacia el diámetro mayor o menor de la pistas para cojinetes. Debido a este hecho, las fuerzas ejercidas por la pista para cojinetes sobre el elemento rodante al salir de la ranura disminuyen. La falta de fuerzas ejercidas por la pista para cojinetes sobre el elemento rodante ofrece la posibilidad de eliminar las fuerzas entre el elemento rodante y la jaula, resultante de la diferencia de distancias recorridas por los elementos rodantes. Es preferible que el deslizamiento ocurra hacia el diámetro mayor de la pista para cojinetes, lo cual facilita la salida de la ranura del elemento rodante. A continuación, se obtiene un aumento de la durabilidad del cojinete en aproximadamente un 20 %.
El posicionamiento oblicuo de la ranura, en comparación con una ranura transversal, disminuye significativamente las fuerzas ejercidas por la pista para cojinetes sobre el elemento rodante. El par de resistencia al movimiento de un cojinete con una ranura transversal es aproximadamente dos veces mayor que el de un cojinete con una ranura oblicua.
A su vez, las fuerzas que surgen entre los elementos rodantes y la jaula con superficies ahusadas de los orificios para los elementos rodantes, provocan una reducción de las fuerzas ejercidas por la jaula sobre el anillo del cojinete que guía la jaula, lo que disminuye de forma significativa el par de resistencia al movimiento del cojinete. Con un anillo interno giratorio, la velocidad de la jaula es más lenta que la velocidad del anillo interno. Al ponerse en contacto con la pista interna del cojinete, la jaula que separa los elementos rodantes experimenta una aceleración y presiona el elemento rodante. A continuación, el elemento rodante entra en contacto con la parte trasera del orificio de jaula. Dependiendo del ángulo entre la dirección de acción de la fuerza ejercida por la jaula sobre el elemento rodante y la tangente al elemento rodante en el punto de contacto del elemento rodante con la jaula, la distribución de fuerzas puede ser favorable o desfavorable para el funcionamiento del cojinete. Se producen dos fuerzas: la primera aleja la jaula del anillo interno, y la segunda es la fuerza de fricción por deslizamiento entre la jaula y el elemento rodante, que presiona la jaula contra el anillo interno. Si la fuerza que aleja la jaula del anillo interno es mayor que la fuerza de fricción entre el elemento rodante y la jaula, entonces la distribución de fuerzas es favorable para el funcionamiento del cojinete. Esta situación ocurre cuando se cumple la condición de p > arctg p, donde p es el coeficiente de fricción por deslizamiento del acoplamiento del material de elemento rodante y el material de jaula, y p es el ángulo entre una línea recta que conecta el centro de jaula con el centro del orificio de jaula para el elemento rodante y una tangente al elemento rodante en el punto de contacto de este elemento con la jaula, o el ahusamiento de jaula.
Un cojinete según la invención tiene un par de resistencia al movimiento del cojinete de cuatro a diez veces menor que un cojinete con una ranura transversal y un cojinete engrasado. El cojinete según la invención ofrece la posibilidad de funcionar sin engrase, mientras se mantiene una durabilidad comparable con los cojinetes engrasados con aceite, lubricante líquido o grasa. Las disposiciones de cojinetes que usan dos cojinetes de rodillos según la invención han sido trabajadas durante más de 20 mil horas de forma continua y han realizado 2.500 millones de revoluciones, bajo una carga longitudinal de 50 N. Actualmente, la durabilidad de los cojinetes sin engrasar conocidos cargados con una fuerza longitudinal equivale únicamente a varios millones de revoluciones, y la de los engrasados con grasas de tipo Pb, MoS2 , bajo una carga longitudinal de más de 50 N, no supera los 60 millones de revoluciones.
La solución constructiva según la invención ofrece efectos significativos en cojinetes de bolas ordinarios, cojinetes de bolas ahusados, cojinetes de bolas magnéticos, cojinetes de bolas de cuatro puntos, cojinetes de bolas para husillos cargados con fuerzas longitudinales y transversales.
El objeto de la invención se ilustra en el dibujo, en donde la Fig. 1 muestra una sección transversal de un cojinete de bolas ordinario con una jaula, la Fig. 2a y la Fig. 2b muestran una sección transversal de una realización de la ranura en la dirección derecha e izquierda en relación con la dirección de movimiento del elemento rodante en las pistas para cojinetes, la Fig. 3a y la Fig. 3b muestran el deslizamiento del elemento rodante hacia el mayor diámetro, la Fig. 4a, la Fig. 4b, la Fig. 5a, la Fig. 5b, la Fig. 6, la Fig. 7a y la Fig. 7b muestran un fragmento de jaula y fuerzas ejercidas por la jaula sobre los elementos rodantes, y la Fig. 8 muestra un ejemplo de una disposición de cojinete en dos cojinetes con ranuras rectas.
Una realización del cojinete según la invención mostrada en la Fig. 1 es un cojinete de bolas de una sola fila. El cojinete consiste en un anillo 1 exterior, un anillo 2 interior, elementos 3 rodantes que tienen la forma de bolas y una jaula 7. Los elementos rodantes ruedan sobre una pista 5 para cojinetes externa y un anillo 6 de cojinetes interno. Una ranura 4 oblicua está realizada en la pista 6 para cojinetes interna. La ranura 4 se sitúa de forma oblicua en relación con el movimiento de los elementos 3 rodantes, y el movimiento se marca con una flecha en la Fig. 2a y la Fig. 2b. Mientras se introduce en el área 4 de la ranura, el elemento 3 rodante se desacopla temporalmente fuera de las pistas 5 y 6, y se desliza, debido al ahusamiento de la ranura 4, hacia las pistas para cojinetes de mayor diámetro, del diámetro d i al diámetro d2, como se muestra en la Fig. 3a y la Fig. 3b. Ello permite un movimiento repentino suave del acoplamiento con ambas pistas 5 y 6 mientras el elemento 3 rodante sale de la ranura 4.
Como se muestra en las Figs. 4a a 7b, los elementos rodantes 3 se colocan en la jaula 7 en orificios hechos de forma oblicua, y el ángulo de inclinación de ahusamiento p entre una línea O 1O2 recta que conecta el centro O1 de la jaula 7 con el centro O2 del orificio para el elemento 3 rodante, y una tangente 8 que se extiende radialmente al elemento 3 rodante en el punto de contacto de este elemento con una de las paredes del orificio de la jaula 7 que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial tiene un valor p > arctg p, donde p es el coeficiente de fricción del acoplamiento del material de elemento 3 rodante con la jaula 7.
Como se muestra en la Fig. 4a, al ser guiada la jaula 7 en el anillo 2 interno que gira con una velocidad de rotación nr, surge una fuerza que eleva la jaula 7 hacia arriba, F1=Fs senop, en el punto de contacto entre la jaula 7 y el elemento 3 rodante. El objetivo de esta fuerza es reducir el impacto de la jaula 7 en el anillo del cojinete que guía la jaula 7. Esta fuerza debe ser mayor que la fuerza Ft = Fn p, estando la fuerza de fricción entre el elemento 3 rodante que gira con una velocidad de rotación nb y la jaula 7, en el punto de contacto de estos elementos, donde Fn = Fc cos p; Fc es la fuerza ejercida por la jaula 7 sobre el elemento 3 rodante; p es el coeficiente de fricción por deslizamiento del acoplamiento del material de jaula 7 y el material de elemento 3 rodante. Una condición de p> arctg p da lugar a estas ecuaciones. En el caso de que la jaula 7 esté hecha de poliéter éter cetona (PEEK), y los elementos rodantes están hechos de acero 100Cr6, el coeficiente de fricción por deslizamiento entre estos materiales equivale a p = 0,4. Entonces, de acuerdo con la fórmula p>arctg p, el ángulo de inclinación de ahusamiento de la jaula debe ser p > 22°.
La Fig. 4b muestra una distribución de fuerzas, cuando la velocidad angular instantánea de la jaula 7 es más rápida que la velocidad angular del elemento 3 rodante.
La Fig. 5a y la Fig. 5b muestran una distribución de fuerzas entre la jaula 7 y el elemento 3 rodante en el caso de rotación del anillo 2 interno del cojinete en ambas direcciones.
La Fig. 6 muestra una distribución de fuerzas entre la jaula 7 y el elemento 3 rodante en el caso de guiado de la jaula 7 en el anillo 1 externo, con el anillo 2 interno girando con una velocidad de rotación nr.
La Fig. 7a y la Fig. 7b muestran una distribución de fuerzas entre la jaula 7 y el elemento 3 rodante en el caso de guiado de la jaula 7 en el anillo 1 externo, con el anillo 2 interno girando en ambas direcciones con una velocidad de rotación nr.
En la Fig. 8, se muestra un ejemplo de una disposición de cojinete en dos cojinetes con ranuras 4 rectas. Las direcciones de las ranuras 4 en relación con los elementos 3 rodantes que se mueven en la pista para cojinetes producen una distribución de fuerzas más preferible entre el elemento 3 rodante y las pistas al pasar por la ranura 4. Para obtener una precarga de los cojinetes con la fuerza F, se utiliza un resorte 9. Fa es la carga externa de los cojinetes con la fuerza longitudinal.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un cojinete de rodillos, en donde los elementos rodantes están cargados, equipado con una jaula que separa los elementos rodantes, en donde al menos una ranura está situada en la pista para cojinetes sobre la cual se desplazan los elementos rodantes, de modo que
    - los bordes de la ranura (4) están colocados en un ángulo a de 4,5° a 80° con respecto a la dirección de movimiento de los elementos (3) rodantes, y
    - en la jaula (7), los orificios para los elementos rodantes están realizados de forma oblicua de manera que el ángulo p
    - entre una línea recta que conecta el centro O1 de jaula con el centro O2 del elemento (3) rodante y
    - una tangente (8) que se extiende radialmente al elemento (3) rodante en el punto de contacto de este elemento, cuando el cojinete de rodillos está en uso, con una de las paredes del orificio de la jaula que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial tiene un valor p > arctg p, donde p es el coeficiente de fricción por deslizamiento del acoplamiento del material de elemento (3) rodante con el material de jaula (7).
    Un cojinete según la reivindicación 1, caracterizado porque la ranura (4) está colocada de manera que el elemento rodante se mueve hacia el diámetro mayor de la pista para cojinetes.
    Un cojinete según la reivindicación 1, caracterizado porque para el cojinete que gira en una dirección, las tangentes que se extienden radialmente al elemento (3) rodante en el punto de contacto de este elemento con una de las paredes del orificio de la jaula que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial son paralelas.
    Un cojinete según la reivindicación 1, caracterizado porque para el cojinete que gira en ambas direcciones, las tangentes que se extienden radialmente al elemento (3) rodante en el punto de contacto de este elemento con una de las paredes del orificio de la jaula que delimita la longitud del orificio en la dirección circunferencial son convergentes.
    Un cojinete según la reivindicación 1, caracterizado porque una de las pistas para cojinetes (5, 6) del cojinete tiene una forma de un sector de un casquete esférico con un radio en función del eje del cojinete.
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