{"id":8534,"date":"2020-07-01T18:59:15","date_gmt":"2020-07-01T18:59:15","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=8534"},"modified":"2023-11-13T22:17:09","modified_gmt":"2023-11-13T22:17:09","slug":"resistencia-al-desgaste-de-los-rodamientos-de-bolas-mediante-la-macrotribologia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/es\/resistencia-al-desgaste-de-los-rodamientos-de-bolas-mediante-la-macrotribologia\/","title":{"rendered":"Rodamientos de Bolas: Estudio de Resistencia al Desgaste por Fuerzas Elevadas"},"content":{"rendered":"


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INTRODUCCI\u00d3N<\/strong><\/em><\/h2>\n

Un rodamiento de bolas utiliza bolas para reducir la fricci\u00f3n rotacional y soportar cargas radiales y axiales. Las bolas que ruedan entre las pistas del rodamiento producen un coeficiente de fricci\u00f3n (COF) mucho menor en comparaci\u00f3n con dos superficies planas que se deslizan una contra otra. Los rodamientos de bolas suelen estar expuestos a elevados niveles de tensi\u00f3n de contacto, desgaste y condiciones ambientales extremas, como altas temperaturas. Por lo tanto, la resistencia al desgaste de las bolas bajo cargas elevadas y condiciones ambientales extremas es fundamental para prolongar la vida \u00fatil del rodamiento de bolas y reducir el coste y el tiempo de las reparaciones y sustituciones.
\nLos rodamientos de bolas se encuentran en casi todas las aplicaciones que implican piezas m\u00f3viles. Se utilizan habitualmente en industrias de transporte como la aeroespacial y la automovil\u00edstica, as\u00ed como en la industria del juguete, que fabrica art\u00edculos como fidget spinner y monopatines.<\/p>\n

EVALUACI\u00d3N DEL DESGASTE DE LOS RODAMIENTOS DE BOLAS CON CARGAS ELEVADAS<\/strong><\/em><\/h2>\n

Los rodamientos de bolas pueden fabricarse con una amplia lista de materiales. Los materiales m\u00e1s utilizados oscilan entre metales como el acero inoxidable y el acero al cromo o cer\u00e1micas como el carburo de wolframio (WC) y el nitruro de silicio (Si3n4). Para garantizar que los rodamientos de bolas fabricados poseen la resistencia al desgaste ideal para las condiciones de una aplicaci\u00f3n determinada, es necesario realizar evaluaciones tribol\u00f3gicas fiables bajo cargas elevadas. Los ensayos tribol\u00f3gicos ayudan a cuantificar y contrastar los comportamientos de desgaste de diferentes rodamientos de bolas de forma controlada y monitorizada para seleccionar el mejor candidato para la aplicaci\u00f3n prevista.<\/p>\n

OBJETIVO DE MEDICI\u00d3N<\/strong><\/em><\/h2>\n

En este estudio, mostramos una Nanovea Trib\u00f3metro<\/a> como herramienta ideal para comparar la resistencia al desgaste de distintos rodamientos de bolas sometidos a cargas elevadas.
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Figura 1: Montaje de la prueba de rodamientos.<\/em><\/h6>\n

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA<\/strong><\/em><\/h2>\n

El coeficiente de fricci\u00f3n, COF, y la resistencia al desgaste de los rodamientos de bolas fabricados con diferentes materiales se evaluaron mediante un trib\u00f3metro Nanovea. Como contramaterial se utiliz\u00f3 papel de lija de grano P100. Las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas se examinaron utilizando un Nanovea<\/strong> Perfilador 3D sin contacto una vez concluidas las pruebas de desgaste. Los par\u00e1metros de las pruebas se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste, K<\/strong>se evalu\u00f3 mediante la f\u00f3rmula K=V\/(F\u00d7s)<\/strong>donde V <\/strong>es el volumen desgastado, F<\/strong> es la carga normal y s<\/strong> es la distancia de deslizamiento. Las cicatrices de desgaste de las bolas se evaluaron mediante un Nanovea<\/strong> Perfilador 3D sin contacto para garantizar una medici\u00f3n precisa del volumen de desgaste.
\nLa funci\u00f3n automatizada de posicionamiento radial motorizado permite al trib\u00f3metro disminuir el radio de la pista de desgaste durante la duraci\u00f3n de una prueba. Este modo de ensayo se denomina ensayo en espiral y garantiza que el rodamiento de bolas se deslice siempre sobre una nueva superficie del papel de lija (figura 2). Mejora significativamente la repetibilidad de la prueba de resistencia al desgaste de la bola. El avanzado codificador de 20 bits para el control interno de la velocidad y el codificador de 16 bits para el control externo de la posici\u00f3n proporcionan informaci\u00f3n precisa en tiempo real sobre la velocidad y la posici\u00f3n, lo que permite un ajuste continuo de la velocidad de rotaci\u00f3n para lograr una velocidad de deslizamiento lineal constante en el contacto.
\nTenga en cuenta que el papel de lija de grano P100 se utiliz\u00f3 para simplificar el comportamiento de desgaste entre varios materiales de bolas en este estudio y puede sustituirse por cualquier otra superficie de material. Se puede sustituir por cualquier material s\u00f3lido para simular el comportamiento de una amplia gama de acoplamientos de materiales en condiciones de aplicaci\u00f3n reales, como en l\u00edquido o lubricante.
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Figura 2: Ilustraci\u00f3n de las pasadas en espiral del rodamiento de bolas sobre el papel de lija.<\/em><\/h6>\n
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Tabla 1: Par\u00e1metros de ensayo de las mediciones de desgaste.<\/em><\/h6>\n

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RESULTADOS Y DEBATE<\/strong><\/em><\/h2>\n

La tasa de desgaste es un factor vital para determinar la vida \u00fatil del rodamiento de bolas, mientras que un COF bajo es deseable para mejorar el rendimiento y la eficiencia del rodamiento. La figura 3 compara la evoluci\u00f3n del COF de diferentes rodamientos de bolas frente al papel de lija durante las pruebas. La bola de acero al Cr muestra un aumento del COF de ~0,4 durante la prueba de desgaste, en comparaci\u00f3n con ~0,32 y ~0,28 para los rodamientos de bolas SS440 y Al2O3. Por otro lado, la bola de WC muestra un COF constante de ~0,2 durante toda la prueba de desgaste. Se puede observar una variaci\u00f3n del COF a lo largo de cada prueba, que se atribuye a las vibraciones causadas por el movimiento de deslizamiento de los cojinetes de bolas contra la superficie rugosa del papel de lija.<\/p>\n

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Figura 3: Evoluci\u00f3n del COF durante las pruebas de desgaste.<\/em><\/h6>\n

En la Figura 4 y la Figura 5 se comparan las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas tras su medici\u00f3n con un microscopio \u00f3ptico y con el perfilador \u00f3ptico sin contacto Nanovea, respectivamente, y en la Tabla 2 se resumen los resultados del an\u00e1lisis de la huella de desgaste. El perfil\u00f3metro 3D Nanovea determina con precisi\u00f3n el volumen de desgaste de los rodamientos de bolas, lo que permite calcular y comparar las tasas de desgaste de diferentes rodamientos de bolas. Se puede observar que las bolas de acero al Cr y SS440 presentan cicatrices de desgaste aplanadas mucho m\u00e1s grandes en comparaci\u00f3n con las bolas de cer\u00e1mica, es decir, Al2O3 y WC despu\u00e9s de las pruebas de desgaste. Las bolas de acero al Cr y SS440 tienen \u00edndices de desgaste comparables de 3,7\u00d710-3 y 3,2\u00d710-3 m3\/N m, respectivamente. En comparaci\u00f3n, la bola de Al2O3 muestra una mayor resistencia al desgaste, con una tasa de desgaste de 7,2\u00d710-4 m3\/N m. La bola de WC apenas presenta rasgu\u00f1os menores en la zona poco profunda de la pista de desgaste, lo que da como resultado una tasa de desgaste significativamente reducida de 3,3\u00d710-6 mm3\/N m.
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Figura 4: Cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas tras las pruebas.<\/i><\/h6>\n

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Figura 5: Morfolog\u00eda 3D de las cicatrices de desgaste en los rodamientos de bolas.<\/em><\/h6>\n

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Tabla 2: An\u00e1lisis de las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas.<\/em><\/h6>\n

La figura 6 muestra im\u00e1genes microsc\u00f3picas de las huellas de desgaste producidas en el papel de lija por los cuatro rodamientos de bolas. Es evidente que la bola de WC produjo la huella de desgaste m\u00e1s severa (eliminando casi todas las part\u00edculas de arena en su camino) y posee la mejor resistencia al desgaste. En comparaci\u00f3n, las bolas de acero al Cr y SS440 dejaron una gran cantidad de restos met\u00e1licos en la huella de desgaste del papel de lija.
\nEstas observaciones demuestran a\u00fan m\u00e1s la importancia de las ventajas de una prueba en espiral. Garantiza que el rodamiento de bolas se deslice siempre sobre una nueva superficie del papel de lija, lo que mejora significativamente la repetibilidad de una prueba de resistencia al desgaste.
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Figura 6: Huellas de desgaste en el papel de lija contra diferentes rodamientos de bolas.<\/em><\/h6>\n

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CONCLUSI\u00d3N<\/strong><\/em><\/h2>\n

La resistencia al desgaste de los rodamientos de bolas sometidos a alta presi\u00f3n desempe\u00f1a un papel vital en su rendimiento de servicio. Los rodamientos de bolas cer\u00e1micas poseen una resistencia al desgaste significativamente mayor en condiciones de alta tensi\u00f3n y reducen el tiempo y el coste debidos a la reparaci\u00f3n o sustituci\u00f3n de los rodamientos. En este estudio, el rodamiento de bolas de WC presenta una resistencia al desgaste sustancialmente mayor en comparaci\u00f3n con los rodamientos de acero, lo que lo convierte en un candidato ideal para aplicaciones de rodamientos en las que se produce un desgaste severo.
\nEl trib\u00f3metro Nanovea est\u00e1 dise\u00f1ado con capacidad de alto par para cargas de hasta 2.000 N y motor preciso y controlado para velocidades de rotaci\u00f3n de 0,01 a 15.000 rpm. Ofrece pruebas repetibles de desgaste y fricci\u00f3n mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con m\u00f3dulos opcionales de desgaste y lubricaci\u00f3n a alta temperatura disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular diferentes entornos de trabajo severos de los rodamientos de bolas, incluyendo alta tensi\u00f3n, desgaste y alta temperatura, etc. Tambi\u00e9n act\u00faa como una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente los comportamientos tribol\u00f3gicos de materiales superiores resistentes al desgaste bajo cargas elevadas.
\nUn perfilador 3D sin contacto Nanovea proporciona mediciones precisas del volumen de desgaste y act\u00faa como una herramienta para analizar la morfolog\u00eda detallada de las huellas de desgaste, proporcionando informaci\u00f3n adicional en la comprensi\u00f3n fundamental de los mecanismos de desgaste.<\/p>\n

Preparado por
\nDuanjie Li, PhD, Jonathan Thomas y Pierre Leroux<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

INTRODUCTION A ball bearing uses balls to reduce rotational friction and support radial and axial loads. The rolling balls between the bearing races produce much lower coefficient of friction (COF) compared to two flat surfaces sliding against each other. Ball bearings are often exposed to high contact stress levels, wear and extreme environmental conditions such […]<\/p>","protected":false},"author":7,"featured_media":8608,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[7,349,372,373,336],"tags":[],"class_list":["post-8534","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-application-notes","category-laboratory-testing","category-linear-tribology","category-rotational-tribology","category-tribology-testing"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8534"}],"version-history":[{"count":53,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":23408,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8534\/revisions\/23408"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8608"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8534"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8534"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8534"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}