¿Qué factores afectan al desgaste del bulón?

Para un fabricante de máquinas existen varios factores a considerar para minimizar el desgaste de la articulación a largo plazo.

El desgaste de la articulación es la suma del desgaste de los cojinetes, el eje y la orejeta; y existen varios factores que contribuyen a ello. Mientras que los fabricantes de máquinas tienen múltiples opciones de diseño para minimizar este desgaste, existen pocas alternativas para el usuario final, quien desea optimizar el tiempo de actividad y los costes de servicio de forma sencilla y eficiente. En este punto, poco se puede hacer sobre la carga, el tamaño de la articulación, la velocidad, la frecuencia de movimiento o el entorno operativo de la máquina. Sin embargo, lo que podemos cambiar es:

• Cómo y cuándo lubricar.
• El tipo de material, la dureza y el acabado superficial del bulón y los cojinetes.
• La fijación del bulón en las orejetas.

Mínima curvatura posible
El factor que más afecta al desgaste de la articulación es el área de carga en relación a la carga/fuerza, es decir, la presión superficial. Si la presión es demasiado alta, no existe lubricación, material o dureza que pueda prevenir el daño permanente en el cojinete, el eje (bulón) o la orejeta. Si la carga permanece estable pero el área sobre la que actúa reduce su tamaño, la presión aumenta. Al cargar una articulación, el eje (bulón) se curvará ligeramente pero lo suficiente para alterar el área de contacto entre el eje/cojinete y el eje/orejeta. Si se aplica una carga baja en la articulación, ésta se distribuye sobre toda la longitud del cojinete y las orejetas. Cuando el eje se curva por efecto del aumento de la carga, el área se modifica y la presión aumenta (Figura 2).

En qué medida cambia la presión depende no sólo de la carga, la longitud y el diámetro del bulón sino también de las propiedades mecánicas del cojinete. Un cojinete más elástico ayudará a distribuir la carga en cierto modo, y después presentará o bien una deformación plástica (permanente) y/o una redistribución de la fuerza.

Ventajas de la fijación del eje

El grado de curvatura del eje (bulón) también depende de si su posición es fija o libre en los extremos. Un bulón recto tradicional, que sólo cuenta con apoyo en la parte inferior de las orejetas, está libre y se curvará al igual que una viga con apoyos simples. El Sistema Expander (Figura 3) está fijado a las orejetas y su curvatura será similar a la de una viga con apoyos fijos.

Dependiendo del ejemplo de carga, un eje con soporte fijo se curvará hasta 5 veces menos que uno cuyo apoyo sea simple ante la misma carga (Figura 4).

Articulación recta tradicional
Ejemplo de carga aprox.: Apoyos fijos
Los extremos del eje sólo están sujetos en la parte inferior debido a la interacción necesaria durante la instalación

Sistema Expander
Load case: Fixed supports
Los extremos del eje se fijan a las orejetas mediante casquillos expandibles

La fijación de los extremos del eje también limitará el movimiento radial libre del bulón, que estará sujeto al espacio entre el cojinete y el eje. Este factor ayuda a limitar la aceleración de la masa y las fuerzas de mayor impacto en el cojinete y el bulón. El Sistema Expander elimina el desgaste de la orejeta y reduce el desgaste del cojinete/eje.