Un rodamiento es un componente mecánico que soporta y guía una pieza giratoria o móvil, como un eje. Reduce la fricción y permite una rotación más suave, lo que a su vez reduce el consumo de energía. Los rodamientos también transmiten la carga desde el elemento giratorio a la carcasa o marco, y esta carga puede ser radial, axial o una combinación de ambas. Además, los rodamientos restringen el movimiento de las piezas a direcciones predefinidas, lo que garantiza estabilidad y precisión.
Desde el giro de los pedales de una bicicleta hasta el funcionamiento de los motores de los automóviles, la simple acción de abrir la puerta del refrigerador hasta el funcionamiento suave del motor de un ventilador eléctrico, todos ellos dependen de los rodamientos para lograr eficiencia. Los rodamientos pueden denominarse "juntas" de maquinaria.
En este artículo, lo llevaremos a observar la estructura de los rodamientos y explorar los diferentes tipos disponibles. A través de esta guía, creemos que tendrá más confianza al elegir los rodamientos adecuados para su aplicación específica.
Conceptos básicos sobre rodamientos
Para nuestro viaje al mundo de los rodamientos, primero debemos familiarizarnos con sus definiciones básicas, terminología clave y clasificaciones. Comencemos explorando los elementos clave que componen un rodamiento.
La estructura de los rodamientos
1. Anillos de rodamiento/pistas
1) Para los rodamientos radiales, el rodamiento consta de anillos interior y exterior que albergan los elementos rodantes. Estos anillos proporcionan estructura y guía para el movimiento de los elementos rodantes.
The anillo interior is the part that fits onto the rotating shaft and rotates along with it.
The anillo exterior is inserted into the housing and typically remains fixed, without rotating.
2) Para los cojinetes de empuje, se utiliza el término pistas.
The carrera del eje is the one into which the shaft is inserted.
The carrera inmobiliaria is the one that fits into the housing.
2. Elementos rodantes
Los elementos rodantes son las piezas que se mueven entre los anillos (o pistas) para reducir la fricción. Llevan la carga y la transfieren con mínima resistencia. Se utilizan diferentes tipos de elementos rodantes, como bolas o rodillos, dependiendo de las condiciones específicas de los rodamientos, como la fuerza de soporte o la velocidad de rotación.
Pelota
rodamiento de bolas
rodillo cilíndrico
rodamiento de rodillos
rodillo de agujas
Rodillo cónico (trapezoide cónico)
Rodillo convexo (en forma de barril)
Las diferentes formas de los elementos rodantes.
3. Jaula
La jaula mantiene los elementos rodantes espaciados uniformemente, evitando el contacto entre ellos y asegurando una rotación suave. A continuación se muestran los dos tipos de jaula más comunes.
Además de estos componentes principales, para garantizar una rotación estable y suave, es esencial un lubricante . Una lubricación adecuada prolonga la vida útil de los rodamientos y mejora la eficiencia. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, los lubricantes pueden ser a base de aceite o de grasa. Además, muchos rodamientos están equipados con sellos o protectores para proteger los componentes internos de la contaminación por polvo, residuos o humedad, y al mismo tiempo ayudan a retener el lubricante dentro del rodamiento para un rendimiento óptimo.
Clasificación de rodamientos
Los rodamientos se pueden clasificar según varios criterios. Aquí hay dos clasificaciones comunes.
1. Según el tipo de movimiento, los rodamientos se pueden dividir en rodamientos y cojinetes lisos. Los rodamientos utilizan elementos rodantes para reducir la fricción. Por el contrario, los cojinetes no tienen elementos rodantes y dependen del movimiento deslizante entre superficies.
Se pueden dividir en dos tipos principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos, según la forma del elemento rodante. La siguiente tabla presenta brevemente las principales características de ambos.
Característica
Rodamientos de bolas
Rodamientos de rodillos
Tipo de contacto
Punto de contacto
Contacto de línea
Capacidad de carga
Menor capacidad de carga
Mayor capacidad de carga
Fricción
Proporciona baja fricción, por lo tanto, poca pérdida de energía.
Mayor fricción que los rodamientos de bolas pero aún así una fricción general baja.
Estabilidad
Menos estabilidad bajo cargas pesadas
Estabilidad mejorada con vibraciones más bajas.
Costo
Generalmente más asequible
Normalmente más caro
Aplicaciones
Adecuado para aplicaciones de alta velocidad (por ejemplo, motores eléctricos, ventiladores)
Ideal para maquinaria pesada y componentes automotrices (por ejemplo, transmisiones, ejes)
Diferencia entre rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos
2. Según la dirección de la carga, los rodamientos se pueden dividir en rodamientos radiales y rodamientos de empuje. Los cojinetes radiales están diseñados para soportar cargas radiales, que son perpendiculares al eje de rotación. Los cojinetes de empuje, por otro lado, están diseñados para soportar cargas axiales que corren paralelas al eje de rotación.
Ángulo de contacto para rodamientos
El ángulo de contacto en los rodamientos es el ángulo formado entre la línea que conecta los puntos de contacto entre los elementos rodantes (bolas o rodillos) y las pistas de rodadura (los aros interior y exterior), y un plano perpendicular al eje del rodamiento. Este ángulo es fundamental para determinar la capacidad de carga del rodamiento, específicamente en relación con cargas radiales y axiales.
Los rodamientos con un ángulo de contacto mayor son más adecuados para manejar cargas axiales (cargas paralelas al eje del rodamiento). Por otro lado, los rodamientos con ángulos de contacto más pequeños son más efectivos para aplicaciones de carga principalmente radiales.
Diferentes tipos de rodamientos
Con base en las clasificaciones de rodamientos analizadas en la sección anterior, utilizaremos el diagrama anterior como nuestro marco principal para examinar sistemáticamente los principales tipos de rodamientos comunes.
1. Rodamientos de bolas radiales
Los rodamientos radiales de bolas, como su nombre indica, son rodamientos de bolas diseñados principalmente para manejar cargas radiales (fuerza que se aplica perpendicularmente al eje) de manera eficiente. Normalmente, tienen un ángulo de contacto inferior a 15°. Los rodamientos radiales de bolas tienen muchos subtipos. Aquí nos centramos en tres comunes.
Rodamientos rígidos de bolas
El tipo de rodamiento más utilizado, normalmente instalado como una sola unidad, lo que los hace relativamente fáciles de instalar y requiere un mantenimiento mínimo.
Los anillos interior y exterior tienen ranuras profundas en forma de pista que permiten que el rodamiento soporte cargas radiales y una cantidad limitada de carga axial desde ambas direcciones simultáneamente.
Aplicaciones: Muy adecuado para aplicaciones con cargas principalmente radiales y soporte axial moderado, ofreciendo alta velocidad y versatilidad. Se utilizan comúnmente en motores eléctricos, ventiladores, sopladores, herramientas eléctricas y electrodomésticos.
Rodamientos de bolas de contacto angular
Las pistas de rodadura de los anillos interior y exterior están inclinadas con respecto al eje del rodamiento, creando un ángulo de contacto normalmente entre 15° y 45°. Sin embargo, en muchas aplicaciones industriales y de ingeniería, los rodamientos de bolas de contacto angular se clasifican como un subconjunto de los rodamientos de bolas radiales. Esta configuración les permite manejar mayores cargas axiales en una dirección además de cargas radiales.
Se pueden disponer en pares (espalda con espalda, cara a cara o en tándem) para soportar cargas axiales en ambas direcciones y mejorar la rigidez.
Aplicaciones: Se utiliza en situaciones donde se producen cargas radiales y axiales combinadas, particularmente cuando se requiere mayor capacidad de carga axial y precisión. Se encuentran comúnmente en bombas, compresores, componentes automotrices, husillos de herramientas de mecanizado CNC, robots industriales y maquinaria de precisión.
Rodamientos de bolas a rótula
Los rodamientos de bolas a rótula tienen dos hileras de bolas, lo que proporciona una mejor estabilidad y una mayor capacidad de carga en comparación con los rodamientos de una sola hilera.
El aro exterior es esférico, lo que permite que el aro interior, la jaula y las bolas se inclinen libremente dentro del rodamiento. Esta característica permite que el rodamiento se ajuste automáticamente para compensar la desalineación causada por errores de montaje o flexión del eje, lo que mejora la eficiencia, reduce el desgaste y extiende la vida útil del rodamiento.
Estos rodamientos están diseñados principalmente para soportar cargas radiales, pero también pueden soportar cargas axiales ligeras.
Aplicaciones: Valorado en situaciones donde los problemas de alineación o deflexión del eje son comunes, como en sistemas de transporte, laminadores de acero y maquinaria agrícola.
2. Rodamientos de rodillos radiales
Radial roller bearings are roller bearings that can support a force perpendicular to the shaft. They can support an even greater load than radial ball bearings, and there are four major bearing types that are made to suit the type of roller.
Rodamientos de rodillos cilíndricos
Utilice rodillos cilíndricos como elementos rodantes, con los rodillos haciendo contacto lineal con las pistas de rodadura. Este diseño les permite soportar cargas radiales mucho más pesadas en comparación con los rodamientos de bolas.
Tienen un bajo coeficiente de fricción y son adecuados para aplicaciones de muy alta velocidad. Su velocidad máxima de funcionamiento es superada sólo por la de los rodamientos rígidos de bolas.
Están disponibles en tipos de una sola fila, de dos filas y de complemento completo, y también vienen en variantes divididas para facilitar la instalación y el desmontaje.
Aplicaciones: Comúnmente utilizado en entornos de carga radial pesada y de alta velocidad, como ejes de transmisión, laminadores y equipos de minería.
Rodamientos de agujas
Como sugiere el nombre, los rodamientos de agujas tienen rodillos largos y delgados que se asemejan a agujas. Este diseño les permite soportar cargas radiales elevadas sin dejar de ser compactos y livianos.
En muchas aplicaciones, los rodamientos de agujas se utilizan sin aro interior o exterior, especialmente cuando el espacio es limitado y la reducción de peso es importante. En tales casos, el eje y la carcasa actúan como pistas de rodadura. Estas superficies deben mecanizarse con alta precisión y tener un nivel de dureza similar al de una pista de rodadura de rodamiento estándar para garantizar un rendimiento adecuado.
Aplicaciones: Se encuentra comúnmente en áreas con espacio radial limitado, como motores de combustión interna, motocicletas, componentes aeroespaciales y robótica.
Rodamientos de rodillos cónicos
Estos rodamientos cuentan con rodillos cónicos que encajan entre pistas con forma de secciones de un cono hueco. Si se extendieran, los ejes y las pistas de los rodillos se encontrarían en un punto común.
Su diseño cónico les permite manejar cargas axiales más altas además de cargas radiales. La cantidad de carga axial que pueden soportar depende del ángulo de contacto; un ángulo mayor aumenta la capacidad de carga axial.
Se pueden clasificar en una fila, dos filas y cuatro filas, y otros tipos diferentes según la cantidad de rodillos instalados.
Aplicaciones: Adecuado para cubos de ruedas de automóviles, cajas de cambios, equipos de construcción y maquinaria de precisión donde la rigidez y la estabilidad son fundamentales.
Rodamientos de rodillos esféricos
Cuentan con rodillos en forma de barril que se ajustan a una pista exterior esférica, lo que proporciona un área de contacto más grande para soportar cargas radiales pesadas.
El diseño esférico de la pista exterior permite que el rodamiento se autoalinee, corrigiendo automáticamente cualquier desalineación entre el eje y la carcasa.
Pueden soportar cargas radiales pesadas y cargas axiales moderadas en ambas direcciones.
Aplicaciones: Aplicaciones de servicio pesado donde hay cargas radiales y axiales, así como posible desalineación del eje. Los usos comunes incluyen equipos de construcción, maquinaria de minería, grandes cajas de engranajes industriales, fábricas de pulpa y papel y turbinas eólicas.
3. Rodamientos de bolas de empuje
In contrast to radial ball bearings, thrust ball bearings are a special type of ball bearing with a 90 ° contact angle, designed to withstand only axial loads.
Vienen en configuraciones monodireccionales o bidireccionales, dependiendo de si la carga es unidireccional o bidireccional.
Aplicaciones: Iideal para aplicaciones donde se aplican cargas axiales a lo largo del eje a velocidades de rotación moderadas, como en embragues, cajas de cambios, mesas giratorias y sistemas de dirección de automóviles.
4. Rodamientos de rodillos de empuje
Los rodamientos de rodillos axiales están diseñados para soportar cargas axiales elevadas y vienen en tres tipos de rodillos: cilíndricos, cónicos y esféricos.
Rodamientos axiales de rodillos cilíndricosoffer good axial load capacity with minimal radial support and are relatively cheap.
Rodamientos axiales de rodillos cónicoscan accommodate slight misalignment during operation and support varying axial and radial loads depending on the cone angle. They carry greater thrust loads than thrust ball bearings but are more expensive to produce.
Srodamientos de rodillos axiales esféricos are designed to take heavy axial loads in one direction and accommodate some radial loads as well. They are self-aligning and are thus unaffected by mounting errors and shaft deflection.
Aplicaciones: Estos rodamientos se utilizan en entornos de carga elevada, como cajas de cambios, maquinaria pesada y sistemas de propulsión marina, donde pueden estar presentes cargas tanto axiales como radiales.
5. Cojinetes lisos
Los cojinetes lisos son el tipo de cojinete más simple y funcionan mediante contacto directo entre la superficie del cojinete (también conocida como casquillo o manguito) y el eje, sin ningún elemento rodante.
Dependen de la lubricación para reducir la fricción y el desgaste entre las superficies. Para garantizar un movimiento suave, se suelen utilizar materiales con bajos coeficientes de fricción, como diversas aleaciones de cobre.
Los cojinetes lisos son adecuados para movimientos giratorios, deslizantes, oscilantes y alternativos. Son livianos, rentables y de funcionamiento silencioso.
Aplicaciones: Ideal para aplicaciones de carga pesada y baja velocidad con posible desalineación u oscilación, como grúas industriales y maquinaria agrícola.
6. Cojinetes de fluido
Los cojinetes fluidos funcionan creando una fina película de fluido entre la carcasa y la superficie giratoria. Esta película separa las piezas móviles, evitando el contacto directo de metal con metal, lo que reduce el desgaste y prolonga la vida útil del rodamiento. hidrostático e hidrodinámico son dos tipos de rodamientos de esta categoría.
In cojinetes hidrostáticos, the fluid film is maintained by an external pump that supplies pressurized fluid (usually oil or air) into the bearing, ensuring a continuous film, even at low or zero speeds.. This allows hydrostatic bearings to support heavy loads and maintain low friction under various operating conditions.they also offer precise control, making them an excellent choice for machining spindles, gas turbines, and aircraft control systems, where stability and precision are crucial.
Cojinetes hidrodinámicos rely on the shaft’s motion to create the fluid film. As the shaft rotates, it pulls the fluid into the gap between the surfaces, generating pressure and forming the lubricating film that supports the load. Hydrodynamic bearings are suited for moderate to high-speed applications, such as pumps, turbines, marine systems, and industrial equipment.
7. Rodamientos magnéticos
Estos rodamientos utilizan campos electromagnéticos para levitar y estabilizar el eje giratorio, lo que le permite funcionar sin contacto físico. Esto elimina la fricción y el desgaste, lo que permite un funcionamiento prácticamente sin mantenimiento. Se clasifican en términos generales en dos tipos: rodamientos magnéticos activos y pasivos.
Rodamientos magnéticos activos (AMB)use electromagnets and sensors to continuously monitor and adjust the shaft's position in real-time. A control system processes sensor data and adjusts magnetic forces to maintain stability. AMBs are highly precise and can support very high speeds, making them suitable for advanced industrial applications.
Rodamientos magnéticos pasivos rely on permanent magnets to support the load. They are simpler and do not require a control system or external power source but offer less control and flexibility compared to AMBs. Passive magnetic bearings are often used in applications where simplicity and reliability are more important than precision.
Aplicaciones: Los rodamientos magnéticos son ideales para aplicaciones que requieren altas velocidades, precisión y un mantenimiento mínimo, como turbomaquinaria, sistemas de energía y equipos médicos.
Consideraciones al elegir rodamientos de metal
1. Cargar
1) Si la carga es mayoritariamente radial (perpendicular al eje), utilice un rodamiento radial; si la carga es mayoritariamente axial (en la misma dirección que el eje), utilice un cojinete de empuje. La carga axial también se conoce como carga de empuje.
2) Si la carga del rodamiento es ligera, utilice un rodamiento de bolas; si la carga es pesada, utilice un rodamiento de rodillos.
3) Si se aplican cargas radiales y axiales simultáneamente (carga combinada), una carga combinada ligera requiere un rodamiento rígido de bolas o un rodamiento de bolas de contacto angular, mientras que una carga combinada pesada requiere un rodamiento de rodillos cónicos.
4) Si se aplica una carga axial pesada desde ambas direcciones, puede combinar dos o más rodamientos o utilizar un rodamiento de doble hilera.
2. Velocidad de rotación
1) En términos generales, para aplicaciones de alta velocidad, los rodamientos rígidos de bolas, los rodamientos de contacto angular y los rodamientos de rodillos cilíndricos son opciones adecuadas. Para condiciones de baja velocidad, son apropiados los rodamientos de rodillos cónicos y los rodamientos axiales de bolas.
2) Para el mismo tipo de rodamientos, cuanto menor sea el tamaño, mayor será la velocidad permitida. Al seleccionar un rodamiento, asegúrese de que la velocidad de funcionamiento esté dentro de la velocidad límite del rodamiento para evitar daños.
3) Tenga en cuenta que la velocidad límite del rodamiento se ve afectada no solo por el tipo y tamaño del rodamiento, sino que también se ve muy afectada por factores tales como su tolerancia, tipo y material de jaula, tipo y cantidad de lubricante, método de lubricación, etc. en. Por este motivo, si tiene intención de utilizar un rodamiento a una velocidad de rotación alta, consulte con Chiggo antes de tomar una decisión.
3. Precisión
1) Las normas ISO y otras definen tolerancias específicas tanto para la precisión de las dimensiones límite (que se relaciona con el ajuste y la instalación del rodamiento) como para la precisión de funcionamiento (que se refiere a la precisión de el movimiento de rotación del rodamiento) dentro de cada clase de precisión.
2) Para la mayoría de las aplicaciones generales, los rodamientos Clase 0 son suficientes para proporcionar un rendimiento adecuado.
3) Para aplicaciones que requieren alta precisión en el descentramiento rotacional, se deben utilizar rodamientos de precisión de Clase 5, 4 o 2.
4. Rigidez
1) La rigidez de un rodamiento se refiere a su capacidad para resistir la deformación bajo carga. Está directamente influenciado por el área de contacto y el juego interno dentro del rodamiento. La mayor área de contacto (contacto lineal) en los rodamientos de rodillos distribuye la carga sobre una superficie más amplia, por lo que proporcionan una mayor rigidez en comparación con los rodamientos de bolas con contacto puntual.
2) Los rodamientos, como los rodamientos de bolas de contacto angular y los rodamientos de rodillos cónicos, pueden ajustar sus ángulos de contacto o disponerse en configuraciones como espalda con espalda (DB) o cara a cara (DF) para aumentar la rigidez. Es importante señalar que la configuración DB generalmente ofrece mayor rigidez que la configuración DF.
3) El juego interno (el espacio entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura) también afecta la rigidez. Un espacio libre más pequeño permite que más elementos rodantes entren en contacto con la pista de rodadura, aumentando el área de contacto y, por tanto, la rigidez del rodamiento.
4) Aplicar precarga para reducir ligeramente el espacio interno. El valor negativo garantiza que todos los elementos rodantes estén en contacto uniforme con las pistas de rodadura. Este contacto uniforme minimiza las variaciones en la deformación elástica de cada elemento rodante, lo que conduce a una distribución de carga más uniforme y una mayor rigidez. Sin embargo, la cantidad de precarga debe establecerse cuidadosamente para evitar efectos negativos como reducción de la vida útil, aumentos de temperatura o posibles fallas del rodamiento (agarrotamiento).
5. Otros
1)Restricciones de espacio radial: si el espacio radial disponible es limitado, seleccione rodamientos que estén diseñados para entornos compactos, como rodamientos de agujas o conjuntos de jaula y rodillos de agujas.
2) Niveles de vibración y ruido: Para aplicaciones con requisitos estrictos de vibración y ruido, como electrónica de consumo o equipos de audio, los rodamientos rígidos de bolas son una buena opción.
3) Condiciones ambientales: para entornos hostiles (por ejemplo, condiciones polvorientas, corrosivas o húmedas), utilice rodamientos sellados, blindados o fabricados con materiales resistentes a la corrosión (como acero inoxidable o rodamientos recubiertos). ) para proteger contra contaminantes y garantizar la durabilidad.
4) Lubricación y mantenimiento: en aplicaciones donde el acceso al mantenimiento es difícil, elija rodamientos sellados o autolubricantes que retengan la lubricación durante períodos prolongados, lo que reduce la necesidad de mantenimiento frecuente y minimiza el tiempo de inactividad.
5) Instalación y alineación: La desalineación permitida es vital al seleccionar los rodamientos. Los rodamientos de bolas a rótula están diseñados con una pista de rodadura de anillo exterior esférica, lo que les permite adaptarse a desalineaciones angulares menores (1-2 grados), lo que los hace adecuados para aplicaciones con posible deflexión o desalineación del eje.
Por otro lado, los rodamientos de rodillos a rótula, con rodillos cilíndricos o esféricos, pueden soportar desalineaciones mayores (2-3 grados o más). Esta capacidad es particularmente beneficiosa en aplicaciones sujetas a deflexión significativa del eje, expansión térmica o condiciones de operación dinámicas.
Conclusión
Los rodamientos mecánicos son componentes cruciales en equipos giratorios y conjuntos mecánicos. Ayudan a soportar las fuerzas operativas, reducen la fricción y garantizan un funcionamiento suave y eficiente.
Al seleccionar el tipo correcto de rodamiento, es necesario considerar factores como la capacidad de carga, la vibración, el ruido, el tamaño, entre otros. También hay muchos otros detalles que pueden influir en tu decisión. Si aún no está seguro de qué rodamiento se adapta mejor a sus necesidades, no dude en consultar a nuestros ingenieros para obtener asesoramiento experto.
