REVISTA DE INGENIERIA DYNA

En aquella época Wingquist era el supervisor de mantenimiento en una fábrica textil en Gotemburgo, la segunda ciudad más grande de Suecia. La fábrica había sido construida sobre un terreno arcilloso, lo que convertía el terreno en inestable, provocando desplazamientos y desalineaciones en las construcciones, de forma que los rodamientos utilizados para transmitir la potencia a la fábrica se sobrecargaban. El rodamiento de bolas a rótula auto-alineable solucionó el problema existente con la transmisión de potencia de la fábrica. Esto supuso también el nacimiento de SKF y, aún hoy en día, su invención permanece en un lugar de privilegio en la historia de éxitos de la compañía. El rodamiento de bolas a rótula no solo gestionaba los particulares problemas de desalineación de la maquinaría textil, también ofrecía a otras industrias la oportunidad de utilizar un componente con menor necesidad de consumo energético, menor necesidad de lubricación y manteniendo, al mismo tiempo, una gran precisión.

A través de la historia de SKF, desde los rodamientos de bolas a rótula, los rodamientos de rodillos a rótula, los rodamientos axiales de rodillos a rótula hasta el rodamiento de rodillos toroidales CARB® -el conocido rodamiento auto-alineable compacto de SKF, que recientemente ha superado los 20 años de vida- los problemas reales de la ingeniería han guiado nuestros mayores desarrollos técnicos.

Allá por el año 1918 Arvid Palgrem había inventado el rodamiento de rodillos a rótula para aplicaciones ferroviarias. Para acceder al conservador mercado ferroviario SKF ofreció montar el nuevo rodamiento en una flota de 1.000 vagones de mineral de hierro, utilizados en las minas en el norte de Suecia, permitiendo a la mina pagar los rodamientos con el dinero ahorrado por su utilización. El resultado fue una demostración del éxito de estos rodamientos en la aplicación, lo que permitió ya en 1930 que los rodamientos de rodillos a rótula representasen el 15% de las ventas de SKF, implantándose en otras aplicaciones de altos prestaciones como tranvías, trenes de laminación y en la industria papelera.

A lo largo de su historia SKF ha introducido muchos otros avances técnicos de última generación, incluyendo unidades de rodamientos para las ruedas de los automóviles, con un primer lanzamiento en 1938, y las unidades de rodamientos para cubos de rueda de automóviles, lanzadas 30 años después, en las cuales el rodamiento está integrado en un sistema modular, lubricado y ajustado en origen. La integración del ABS, sistema anti-blocaje del freno, en estas unidades permitió entrar a la compañía en el campo de la mecatrónica.

A final de los años 40 SKF presenta la teoría del ciclo de vida de Palmgren-Lundberg, la primera herramienta a nivel mundial para calcular la vida estimada de los rodamientos. La investigación científica continuó en ese campo, y ya en la década de 1980 Stathis Ioannides, y Tedric Harris desarrollaron un nuevo modelo de cálculo de la vida. En 2007 este modelo fue aceptado como el estándar ISO 281.

En línea con estas innovaciones tecnológicas, los productos SKF continuaron con su desafío de sobrepasar los límites de la fiabilidad existente. El rodamiento de rodillos toroidales CARB®, un ejemplo insuperable de innovación, puede soportar cargas más elevadas, desalineación y desplazamiento axial sobre un diseño compacto y ligero en un único rodamiento.

Los rodamientos modernos son cada día más fiables si se utilizan y lubrican correctamente. Esto es así gracias a la utilización de buenas prácticas y a la excelente comprensión y aplicación de los mecanismos tradicionales de fatiga por rodadura.

Sin embargo, la tendencia actual a reducir el tamaño de la maquinaria industrial, combinado con unas mayores demandas de eficiencia y fiabilidad, acaban imponiendo unas condiciones muy severas a los rodamientos, especialmente en las superficies de contacto, siendo ésta la razón principal de que el mayor ratio de fallos en los rodamientos tengan su causa raíz en fallos en las superficies de rodadura. Para evitar que los rodamientos se convirtiesen en un problema para mejorar el rendimiento de la maquinaria moderna, se imponía conocer mejor la influencia de las superficies de contacto en relación con la fiabilidad de los rodamientos.

En la última década SKF ha hecho un progreso significativo en el conocimiento de la tribología. La integración de este conocimiento con un modelo de cálculo actualizado es ya una realidad con la introducción del GBLM, SKF Generalized Bearing Life Model.

Esta metodología permite a SKF tener un modelo más flexible que puede ser actualizado con nuevas experiencias y conocimientos tan pronto como sean desarrollados y verificados en campo. Al mismo tiempo, permite a SKF reflejar en las predicciones de vida de los rodamientos más diseños personalizados con prestaciones específicas que puedan afectar (aumentando o reduciendo) el rendimiento del rodamiento en la aplicación, como por ejemplo tratamientos térmicos, diseño y calidad en la geometría y micro-geometría, etc., y los clientes podrán cuantificar la influencia de estas diferencias tanto sobre catálogo como en los cálculos de la vida. Al final del proceso los clientes serán capaces de utilizar mejor todas las características especiales y la calidad de los productos SKF que no se pueden resumir en una simple capacidad dinámica de carga subsuperficial del rodamiento (C), tal como se hace actualmente en muchos casos.

Versiones más avanzadas del GBLM permitirán a los ingenieros de SKF un mejor diseño de los rodamientos para aplicaciones específicas o con determinados requisitos de funcionamiento.

Los científicos de SKF han podido determinar en sus modelos tribológicos los dos tipos de factores que determinarán el rendimiento de la superficie de contacto: modificadores de resistencia y modificadores de tensión.

Algunos de los modificadores de resistencia son el material de la superficie (incluyendo su calidad, el diseño de la micro-estructura, la dureza y las propiedades a fatiga), la temperatura, la absorción de hidrógeno, la corrosión, los efectos químicos de los aditivos y el número de ciclos de aplicación de la carga.

Entre los modificadores de tensión tenemos las cargas, forma nominal (perfil), la micro-geometría, la calidad del lubricante, la contaminación, la fricción de la superficie, el desgaste, las condiciones de rodaje, las vibraciones, las variaciones en las cargas o en las velocidades, las aceleraciones, etc. Actualmente sólo los modelos tribológicamente más avanzados pueden considerar alguno de estos factores en el modelado del rendimiento del contacto superficial de los rodamientos. Otros muchos podrán integrarse en el futuro porque es necesario un mayor nivel de conocimiento. Sin embargo, hoy por hoy se pueden evaluar la mayoría de los efectos mecánicos.

La vida nominal L10 se refiere a la vida que superarán el 90% de una población de rodamientos "nominalmente" idénticos afectados por las mismas condiciones operativas. Esta vida se ha calculado sobre la base del daño acumulado a fatiga bajo la superficie de rodadura.

La capacidad de carga dinámica, C, sería la carga que permitiría al 90% de la población de rodamientos idénticos superar 1 millón de revoluciones de vida nominal. Si bien la norma ISO 281:2007 incorporaba factores adicionales para una aproximación más realista, de hecho el modelo seguía basado sólo en la fatiga bajo la superficie de contacto, que representa, básicamente, la capacidad de carga dinámica C. Ésta se demuestra insuficiente para incorporar todo el conocimiento existente y los nuevos desarrollos técnicos introducidos en los rodamientos de SKF. Por tanto, SKF ha avanzado desarrollando un nuevo modelo de vida nominal, para cálculos de catálogo y métodos numéricos avanzados, que pueda separar de una forma precisa el modo de fallo bajo la superficie, basado en la fatiga bajo las presiones de Herz ejercidas en la rodadura, de los fallos superficiales, como pueden ser lubricación inadecuada, contaminación sólida, fatiga superficial, desgaste, etc... Esto se hace posible porque las dos áreas son normalmente independientes y pueden presentar diferentes modos de fallo.

El GBLM sigue una representación matemática para calcular la vida nominal con el 90% de fiabilidad, como:

L_10GM = ¦fss (C,Rss) + fs (Rs, p₁, p₂, ...) ¦^b

siendo b una constante.

Las funciones matemáticas incluidas solo contienen términos sub-superficiales (ss) o superficiales (s).

Se definen dos funciones de riesgo, una bajo la superficie Rss que es una función de la carga límite de fatiga Pu y la carga dinámica equivalente P.

La nueva función de riesgo superficial Rs tiene un cuenta factores que influyen en la concentración de tensiones en las superficies del rodamiento, como lubricación, contaminación, desgastes... y también los factores modificadores del rendimiento superficial p1, p2... para considerar toda característica adicional de diseño, en el propio rodamiento o en el lubricante, que permitan mitigar las condiciones extremas de estrés/tensión en la superficie de rodadura.

Rs = f ( P, k, µ_c, p₁, p₂, ... )

Los factores modificadores del rendimiento del rodamiento p1, p2... son factores de propiedad de SKF, que toman en consideración características especiales del diseño o de las aplicaciones que pueden afectar al rendimiento y fiabilidad del rodamiento en la aplicación. Por el momento, existe un número muy limitado de factores tabulados. Sin embargo, en el futuro muchos de ellos serán revelados, subrayando los incrementos o decrementos obtenidos. Las combinaciones de modelos matemáticos avanzados con los modelos tribológicos y ensayos realizados serán la base del desarrollo de estos factores.

En definitiva, podemos indicar una serie de ventajas proporcionadas por este nuevo modelo de cálculo:

1. Ganancia e incremento de flexibilidad en el modelado de la vida del rodamiento.
2. Modos de fallo adicionales que son incorporados al cálculo y a la modelización.
3. Enfocar el diseño sobre el área con mayor riesgo, bajo o sobre la superficie de rodadura.
4. Diseños y aplicaciones adaptados a las necesidades del cliente con factores de diseño evaluados en relación a los mismos.
5. Una herramienta que estará disponible para los clientes de SKF en un futuro.

SKF introducirá con este proyecto nuevas herramientas de cálculo avanzado llamadas SimPro Quick y SimPro Expert. Con este software los ingenieros podrán seleccionar rodamientos y afinar el diseño de maquinaria para un rendimiento optimizado en servicio, basándose en las condiciones operativas de la aplicación y sus condiciones de contorno.

Diseñada para ser de fácil manejo, SKF SimPro Quick es un software de simulación de eje único con rodamientos que incorporan el conocimiento de SKF, guiando a sus usuarios por etapas sucesivas y simplificando los cálculos requeridos para una correcta selección del rodamiento más apropiado.

Para una necesidad más avanzada de simulación, el software SKF SimPro Expert estará disponible para cálculos de máquinas con varios ejes.

Los dos programas de cálculo permitirán a los ingenieros considerar ejes, alojamientos, rodamientos, fuerzas externas y considerar las fuerzas calculadas de los engranajes. Los diseños podrán ser fácilmente conservados para su reutilización en nuevos diseños.

Cronología

• 1907 Sven Wingquist inventó el rodamiento de bolas a rótula. SKF es fundada.
• 1918 Arvid Palgrem inventó el rodamiento de rodillos a rótula.
• 1939 SKF inventa el rodamiento axial de rodillos a rótula.
• 1970 SKF lanza su diseño CC de rodamientos de rodillos a rótula.
• 1972 SKF produce su primera unidad de cubo de rueda, un nuevo diseño innovador.
• 1984 Stathis Loannides presenta el nuevo modelo de cálculo de la vida al mundo académico.
• 1989 SKF introduce su diseño E en los rodamientos de rodillos a rótula.
• 1995 El ingeniero de SKF, Magnus Kellström, inventa el rodamiento toroidal CARB®. SKF introduce los rodamientos obturados de rodillos a rótula.
• 1999 SKF lanza su estándar EXPLORER, para rodamientos anti-fricción, haciendo posible incrementar la potencia o disminuir la dimensión de la maquinaría, y al mismo tiempo el consumo de energía.
• 2003 SKF publica su nueva teoría de la vida actualizando el modelo de 1984.
• 2007 ISO adopta la teoría de SKF en su estándar 281.
• 2011 SKF introduce una actualización de su estándar EXPLORER extendiendo la vida de servicio de los rodamientos.
• 2014 SKF introduce E2, rodamientos energéticamente eficientes .
• 2015 El CARB® cumple 20 años. SKF GBLM, nueva evolución de la teoría de la vida desarrollado por SKF. SKF EnCompass , comienza el lanzamiento de nuevos productos basados en el conocimiento y desarrollo de las nuevas teorías, y experiencias en campo.

Así, se han lanzado al mercado nuevas versiones de rodamientos de rodillos a rótula, rodamientos rígidos a bolas, rodamientos Y así como una nueva gama de rótulas radiales a rótula.