El alumno Pello Alberdi Quevedo obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
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- Título de tesis: Towards a unified minimum-energy framework for ball kinematics in lubricated Rolling Machine Elements considering contact and helix angle
Tribunal:
- Presidencia: Guillermo Morales-Espejel (SKF e INSA Lyon)
- Vocalía: Amaya Igartua Aranzabal (Tekniker)
- Vocalía: Enrique Chacón Tanarro (Universidad Politécnica de Madrid)
- Vocalía: Carlos Fernandes (Universidade do Porto)
- Secretaría: Aurea Iñurritegui Marroquin (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
Los elementos de máquina de rodadura, como los rodamientos de bolas, los husillos de bolas o las guías lineales, se utilizan en maquinaria de precisión y sistemas de movimiento para transmitir y soportar cargas, permitiendo un movimiento relativo eficiente entre los componentes. Los rodamientos de bolas guían piezas rotativas y soportan cargas, mientras que los husillos de bolas convierten el movimiento rotativo en desplazamiento lineal, y viceversa, y las guías lineales dan lugar al movimiento traslacional. Desde un punto de vista geométrico, estos mecanismos pueden considerarse componentes equivalentes distinguidos por el ángulo de hélice: los rodamientos de bolas corresponden a GrSc/A= 0º, los husillos de bolas a 0º < GrSc/A< 90º, y las guías lineales a GrSc/A= 90º. El comportamiento mecánico de estos elementos de máquina depende de las bolas, que transmiten la carga, permitiendo el movimiento relativo y reduciendo la fricción. En la práctica, los elementos están lubricados para mejorar la eficiencia, la durabilidad y la fiabilidad.
El comportamiento cinemático de las bolas gobierna aspectos fundamentales del funcionamiento de estos componentes, como la fricción, el desgaste, el comportamiento de la lubricación y la eficiencia. En consecuencia, la descripción cinemática de las bolas es esencial para el análisis y el diseño de estos componentes de máquina. Sin embargo, predecir el movimiento de las bolas sigue siendo un reto en la literatura. La geometría de las pistas impone una trayectoria tridimensional, generando deslizamientos multidireccionales en el contacto. Además, el movimiento de la bola está gobernado por interacciones de fricción que, idealmente, ocurren en condiciones de lubricación elastohidrodinámica, donde la fricción depende tanto de la carga como del deslizamiento local. Como resultado, determinar el movimiento de la bola requiere resolver un problema acoplado que involucra la carga, la cinemática de contacto y la fricción.
Sin embargo, los modelos teóricos existentes en la literatura no proporcionan un método para determinar el movimiento de la bola teniendo en cuenta esta interacción acoplada. En su lugar, se imponen hipótesis simplificadas, como la hipótesis de control de pista. Además, aunque la formulación vectorial convencional para la cinemática de rodamientos de bolas y guías lineales es consistente, las formulaciones clásicas para husillos de bolas presentan inconsistencias. En consecuencia, la literatura carece de un marco válido y unificado capaz de describir la cinemática de las bolas, compatible con estos elementos de máquina.
Para abordar estas limitaciones, esta tesis redefine el marco cinemático teórico para los husillos de bolas proponiendo nuevas ecuaciones para describir la cinemática global y la de contacto. La formulación revisada conduce a una reinterpretación fundamental de la cinemática y proporciona una descripción vectorial generalizada válida en todo el espectro de elementos: desde rodamientos de bolas a husillos de bolas y guías lineales. A partir de esta formulación, se desarrolla un modelo cuasiestático para analizar el movimiento de la bola, considerando simultáneamente los fenómenos acoplados entre la carga, la cinemática y el comportamiento de fricción. El modelo se basa en la hipótesis de que la bola adopta el movimiento que minimiza la disipación energética.
Este modelo se emplea para analizar la cinemática de las bolas en diversos elementos de máquina. En primer lugar, el marco se implementa a escala de rodamientos de bolas de contacto angular, estableciendo las bases de la teoría bajo condiciones lubricadas. Después, se investiga la influencia del ángulo de contacto, cubriendo todo el rango de configuraciones, desde rodamientos rígidos hasta rodamientos axiales de bolas. Finalmente, el marco se extiende a ángulos de hélice distintos de cero, alcanzando el movimiento en geometrías helicoidales, como los husillos de bolas, hasta alcanzar el caso límite de GrSc/A= 90º, correspondiente a las guías lineales.