REVISTA DE INGENIERIA DYNA

En la industria de los rodamientos, este reto se convierte en la generación de velocidades más altas, mejor calidad y cargas superiores. Por ejemplo, las aplicaciones de extrusión requieren una solución de rodamientos fiable para cargas de empuje elevadas en espacios limitados (en concreto, el diámetro interior pequeño y, especialmente, el diámetro exterior del rodamiento pequeño).

En este contexto, un elevado número de soluciones ofrecen funciones específicas para lograr estos retos. Uno de ellos, el conjunto de rodamientos TS apilados, ha sido desarrollado por Timken exclusivamente para este tipo de aplicaciones. Su desarrollo se basó originalmente en la experiencia y conocimientos obtenidos a partir del conocido rodamiento 2TS-TM (el conjunto TS en tándem). Se trata de una de las disposiciones de montaje básicas para conjuntos de separadores y se ha utilizado en diferentes aplicaciones, como motores y bombas de pistones axiales hidrostáticas, donde se soportan cargas de empuje importantes.

El conjunto TS apilado es una variante del montaje en tándem que utiliza un número de filas elevado. Se puede aplicar en aquellos casos en los que no es posible utilizar una solución de rodamientos axial clásica (por ejemplo, si se soportan cargas de empuje elevadas y las restricciones de la sección son muy estrictas). El reto del conjunto TS reside en cómo distribuir uniformemente la carga de empuje en el número de filas respectivo.

Desde un punto de vista simplificado, los separadores actúan como simples resortes, con una rigidez característica en la dirección axial, que depende del valor del módulo de Young y de la relación de su sección con la longitud.

Los rodamientos y resortes forman un conjunto con rigidez compleja. Por tanto, si se utiliza la configuración línea a línea (cero) en todos los bucles de los separadores de aros y conos, la carga se distribuye de forma desigual por las filas, siendo la primera y la última en las que más carga se acumula.

Si la vida útil calculada supera la vida útil que desea el cliente, se puede asumir que la aplicación es adecuada y que el cálculo se puede completar en este punto. Como referencia, la vida útil calculada puede ser la vida útil del sistema si se utiliza el enfoque del sistema, o bien la vida útil calculada de cada fila individualmente si el cliente decide sustituir solo los rodamientos problemáticos del conjunto apilado.

Sin embargo, si la aplicación requiere una vida útil más larga, Timken ha desarrollado dos cálculos adicionales para determinar la efectividad del conjunto TS apilado:

1. El primer método, basado en separadores de aros y conos idénticos (según la Figura 1), resuelve el problema de distribuir una carga equitativa en las filas apiladas a través una configuración axial diferencial (juego axial o precarga) específico de cada uno de los dos rodamientos adyacentes (un bucle). El valor de la configuración depende de la carga aplicada, del número de filas, de la posición del bucle y de la rigidez del separador. Este es el método más utilizado y se aplica cuando la carga axial tiene un valor único. Las ventajas que ofrece son su simplicidad y el diseño uniforme de los separadores.Su única desventaja radica en la presencia de un ciclo de carga, ya que los rodamientos están dispuestos para una única condición. En la práctica, esto se resuelve diseñando un conjunto apilado para la condición con mayor carga del ciclo. En este caso, la carga se distribuirá equitativamente entre las filas; para las demás condiciones, las filas se cargarán de forma desigual, pero como la carga total es más pequeña, la carga específica de cada fila debería ser aceptable. El nivel de esfuerzo superficial se puede verificar calculando la vida útil ponderada del rodamiento y, finalmente, comprobando el esfuerzo de contacto entre rodillo y pista. La aplicación se puede mejorar añadiendo una fila de rodamientos complementaria.
2. El segundo método consiste en calcular la relación entre el separador de conos y de aros dentro del mismo bucle en función del número de filas de rodamientos y la posición del bucle. La gran ventaja de este método es que no depende de la carga ni de la configuración. Sin embargo, la segunda solución requiere diseñar separadores específicos para cada fila, lo que representa una limitación de diseño importante cuando existe un número elevado de filas. Timken utiliza su programa de cálculo patentado, SYBER, para la validación de la solución apilada, especialmente para comprobar la distribución de la carga, calcular la vida útil y validar el esfuerzo superficial. SYBER analiza de forma eficaz complejas combinaciones y disposiciones de rodamientos, y los ingenieros de aplicaciones de Timken lo utilizan a diario como ayuda en sus investigaciones.

Para obtener unas condiciones lo más reales posible, los cálculos de carga típicos pueden ser simples o complejos. Pueden empezar con un sencillo cálculo manual de catálogo de la capacidad de carga del conjunto TS (una selección de rodamientos TS basada en la capacidad de carga adecuada, la geometría disponible, el número de filas y la vida útil), o bien complicarse con un modelo SYBER que incluya el eje, el alojamiento, los rodamientos y todos los demás elementos necesarios, como la rigidez de los separadores, el reglaje específico, las prácticas de montaje, la temperatura, los datos de lubricación, etc. Proporcionamos a nuestros clientes todos los detalles de los cálculos de cada fila, como, entre muchos otros, la zona de carga, la vida útil, la carga  y la tensión de contacto de los rodillos.

En conclusión, los avances actuales del mercado en industrias como el petróleo y el gas, la metalurgia, los áridos, y la industria móvil están creando un gran interés por el conjunto de rodamiento TS apilados. Esta solución extremadamente versátil, creada gracias a la gran experiencia y maestría de los ingenieros de Timken, representa otro paso importante hacia el futuro de los rodamientos y su aplicación.