Tipos de rodamientos y su importancia en la industria

Los distintos tipos de rodamientos son componentes que a menudo se pasan por alto, pero son aspectos vitales de muchos tipos de maquinaria. Son los socios silenciosos que hacen que nuestras máquinas funcionen sin problemas, reduciendo la fricción y soportando el movimiento de diversas piezas. Desde los pequeños relojes de pulsera hasta la maquinaria industrial de gran tamaño, garantizan un funcionamiento eficaz y fiable de las máquinas. Existen numerosos tipos de rodamientos, como los de bolas, de rodillos y de empuje, y cada uno de ellos está destinado a cumplir una función o una serie de requisitos concretos. Para quienes trabajan con maquinaria, es fundamental conocer los rodamientos.

Este artículo tratará sobre los distintos tipos de rodamientos, sus ventajas especiales y cómo prolongan la vida útil y la eficacia de diversos sistemas.

El principio de funcionamiento del rodamiento

Los cojinetes permiten un movimiento suave y eficaz entre dos superficies minimizando el contacto y soportando las piezas móviles o giratorias. La fricción de rodadura es la base del funcionamiento de los cojinetes porque es sustancialmente menor que la fricción de deslizamiento. Esto indica que la resistencia es menor cuando dos superficies ruedan una sobre otra que cuando deslizan una contra otra.

Las piezas rodantes de un rodamiento dispersan la carga a través de sus puntos de contacto con las pistas cuando están sometidas a una carga.

Los distintos tipos de rodamientos adoptan una construcción relativa para soportar todo el peso. El peso de la carga actúa como fuerza motriz para que el rodamiento gire, utilizando la simple función metálica de la superficie de la bola. La capacidad de carga de un rodamiento viene determinada por el tamaño, el tipo y la composición de sus piezas rodantes y por los diseños de la jaula y la pista.

Soporte de carga en rodamientos

Es la capacidad del rodamiento para soportar las fuerzas a las que está sometido. Existen dos tipos principales de cargas soportadas por un rodamiento:

1. Carga axial

Es la fuerza que actúa paralela al eje de rotación, a menudo citada como "empuje". Las cargas axiales se producen cuando las piezas de la maquinaria se mueven a lo largo de la dirección del eje. En los sistemas de transmisión de automóviles, los engranajes y los ejes sirven para transferir potencia. Cuando los engranajes se desplazan y giran, ejercen una carga axial a lo largo del eje, ya que se mueven en la misma dirección que el eje del eje.

Los rodamientos que soportan este tipo de cargas son los rodamientos de rodillos cónicos y los rodamientos axiales de bolas.

2. Carga radial

Esta carga actúa perpendicularmente al eje de rotación. Se produce cuando la carga presiona desde arriba sobre el rodamiento. En un sistema de cinta transportadora, los rodillos que mueven y soportan la cinta sufren cargas radiales. Esto se debe al peso de los materiales en la cinta transportadora, que presiona los rodillos desde arriba. Los tipos de rodamientos que gestionan principalmente estas cargas son los rodamientos de bolas y de rodillos.

3. Carga combinada

En numerosas aplicaciones de la vida real, los rodamientos están sometidos a cargas axiales y radiales simultáneamente. Tipos especiales de rodamientos, como los rodamientos de bolas de contacto angular. Se adoptan para soportar tales cargas. Consideremos un coche que circula en línea recta. Las cargas radiales suelen ser ejercidas sobre los rodamientos de las ruedas por su peso. Sin embargo, en el momento de un giro, hay un "empuje" de carga axial debido a las fuerzas laterales que empujan la rueda hacia fuera o hacia dentro a lo largo de su eje.

Desglose de los elementos portantes

Componente rodante: Estos elementos pueden ser bolas o rodillos. Se encuentran entre dos superficies que se mueven una respecto a la otra.

Carreras interiores y exteriores: mantienen unidos los elementos rodantes. Son pistas circulares por las que se desplazan los elementos rodantes.

Jaula o retenedor: Su finalidad es mantener una separación adecuada de los elementos rodantes y evitar que entren en contacto entre sí. Esto facilita un funcionamiento suave.

Lubricación: Se pone grasa o aceite en el rodamiento para evitar la fricción y el desgaste. El lubricante forma una película protectora entre las pistas y los elementos rodantes y minimiza el contacto entre metales.

Sello: este es un componente importante del rodamiento. Es fundamental para la limpieza y mantener el lubricante dentro del rodamiento.

• 2RS tienen juntas de goma a cada lado de la cubierta exterior, que es un tipo de diseño de sellado por contacto. Son ideales para su uso en entornos con presencia de humedad, polvo y otros contaminantes.
• ZZ tienen escudos metálicos en ambos lados. Son buenos para bloquear partículas más grandes y crean menos fricción que las juntas de goma, por lo que son mejores para altas velocidades y mayor eficiencia.

Tipos de rodamientos y sus características

1. Rodamientos de bolas

i) Rodamientos de bolas de ranura profunda:

Son los tipos de rodamientos más utilizados. Constan de una hilera de bolas como elementos rodantes atrapados entre pistas. Mientras tanto, pueden soportar cargas axiales y radiales, pero están limitados a pesos pequeños. Requieren un mantenimiento mínimo y son fáciles de instalar. Son de baja fricción y poco ruidosos y son buenos para aplicaciones de alta velocidad, como los motores eléctricos.

ii) Rodamientos de bolas de contacto angular:

Este tipo de rodamiento tiene pistas de rodadura interior y exterior que se mueven una respecto a la otra en la dirección del eje. Como resultado, la carga axial se transmite a través del rodamiento al soporte. Es capaz de soportar cargas axiales pesadas en ambas direcciones, así como cargas radiales. Esto significa que pueden soportar cargas combinadas. La capacidad de carga axial de estos rodamientos mejora a medida que el ángulo de contacto aumenta. Es el ángulo medido entre el punto de contacto de la bola y las pistas de rodadura y una línea perpendicular al eje del rodamiento. Estos rodamientos son ideales para aplicaciones de alta precisión y alta velocidad, como las cajas de engranajes, Máquinas herramienta CNCy bombas.

iii) Rodamientos de bolas autoalineables.

Estos rodamientos pueden tolerar desalineaciones entre el alojamiento y el eje. Tienen dos hileras de bolas, pistas de rodadura esféricas en el anillo exterior y dos ranuras de rodadura continuas en el anillo interior. En caso de desviación, la forma cóncava del anillo exterior permite al anillo interior reajustarse en consecuencia. Maneja principalmente cargas radiales y se aplica en lugares donde las desalineaciones son frecuentes, como la maquinaria agrícola.

Rodamiento de rodillos

i) Rodamientos de rodillos cilíndricos:

Los elementos rodantes son cilíndricos en lugar de bolas entre las pistas. Un rodillo es un elemento cuya longitud es mayor que su diámetro. Esta forma cilíndrica permite el contacto con las pistas interior y exterior, lo que posibilita la distribución de la carga sobre una superficie mayor. Esta construcción es adecuada para cargas radiales y no para cargas axiales.

Estos rodamientos soportan cargas pesadas, cargas de choque y baja fricción. Aptos para aplicaciones de maquinaria pesada y sistemas transportadores.

ii) Rodamientos de rodillos a rótula:

Los rodamientos oscilantes pueden soportar cargas radiales y axiales. También compensan la desalineación. Esto hace que sean muy versátiles y la mejor opción en la familia de rodamientos. Pueden inclinarse, girar y ajustarse a desalineaciones angulares para mantener el contacto y dispersar las cargas por igual. Esto minimiza los costes de mantenimiento y aumenta la vida útil. En consecuencia, son ideales para una amplia gama de aplicaciones: Robots, astronomía, vehículos todoterreno y bombas.

iii) Rodamientos de rodillos cónicos:

Los rodamientos de rodillos cónicos son los campeones indiscutibles de la capacidad de carga, ya que soportan sin esfuerzo las fuerzas radiales y axiales. Garantizan una rotación suave, especialmente en giros bruscos. Los rodillos se colocan entre dos pistas que son secciones de un cono hueco. Este cono actúa como elemento portante. Los rodamientos de rodillos cónicos pueden aplicarse uno detrás de otro para permitir un soporte de carga axial equivalente en ambas direcciones. Se aplican en cajas de cambios y cubos de rueda de automóviles.

Rodamientos de agujas

Tienen rodillos cilíndricos que parecen agujas por su pequeño tamaño radial. Esto permite que quepan más rodillos en el mismo espacio, aumentando la superficie de contacto con las pistas. Sus rodillos cilíndricos delgados los hacen ideales para cargas radiales elevadas. Existen dos tipos: rodamientos de agujas con anillo interior y rodamientos de agujas sin anillo interior.

Su pequeño tamaño permite aplicaciones en las que el espacio es limitado debido a su escasa holgura entre la carcasa y el eje. Se utilizan en motocicletas, compresores, bombas y en la industria textil.

Rodamientos de empuje

i) Rodamiento axial de bolas

Son tipos especiales de rodamientos de bolas diseñados para cargas axiales. No soportan cargas radiales. Los rodamientos axiales de bolas ofrecen un funcionamiento suave y un ruido mínimo y son adecuados para aplicaciones de alta velocidad. La elección entre rodamientos unidireccionales o bidireccionales depende de si la carga es unidireccional o bidireccional. Aplicables en la transmisión de automóviles, tornosy turbinas.

ii) Rodamiento axial de rodillos

Constan de rodillos cónicos o cilíndricos dispuestos perpendicularmente al eje del árbol. Por ello, ofrecen una gran rigidez axial con una fricción mínima y fuertes cargas axiales, lo que los hace ideales para aplicaciones pesadas. Los rodillos de empuje pueden soportar choques leves y esfuerzos axiales unidireccionales. Para aplicaciones de baja velocidad, se utilizan con frecuencia en entornos en los que los rodamientos axiales de bolas no son prácticos. Ejemplos de aplicaciones son ganchos de grúas, cabrestantes, trenes de laminación y sistemas de dirección de automóviles.

Cojinetes magnéticos

Los cojinetes magnéticos utilizan electroimanes para hacer levitar ejes giratorios en el aire sin contacto físico. Por esta razón, son cojinetes de desgaste cero. Además, la velocidad relativa máxima que pueden manejar es ilimitada. Los cojinetes magnéticos pueden tolerar ciertas desalineaciones porque la posición del eje se altera automáticamente en función de su masa central. Son aplicables en máquinas de resonancia magnética, trenes de alta velocidad, etc.

Se agrupan en dos tipos;

1. Rodamientos magnéticos activos tienen electroimanes alrededor de los ejes para mantener la posición. En caso de desalineación, los sensores captan la señal y el sistema se ajusta a su posición original.
2. Rodamientos magnéticos pasivos utilizan un imán permanente para mantener el campo magnético alrededor del eje. Por tanto, no es necesaria la entrada de energía. Sin embargo, como esta tecnología está aún en sus primeras fases, el diseño del sistema sigue siendo un reto.

Cojinete de fluido

Utilizan fluido o gas a presión para elevar y soportar cargas. Destacan por su capacidad para reducir la fricción y el desgaste, amortiguar las vibraciones y soportar cargas pesadas. Tienen una vida útil más larga en condiciones duras, por lo que reducen los costes.

Cojinete liso

Los cojinetes lisos también pueden denominarse casquillos o cojinetes de manguito. Son tipos sencillos de cojinetes con forma cilíndrica o manguitos embridados con superficies deslizantes. Funcionan con baja fricción y su diseño no requiere mantenimiento. Son ideales cuando la lubricación es poco práctica en lugares como cilindros hidráulicos, sistemas de suspensión, juntas articuladas, etc.

Factores a tener en cuenta al elegir un rodamiento para su sistema

1. Tipo de carga y capacidad

Los rodamientos están diseñados para gestionar tres tipos de cargas: axiales, radiales y combinadas. Determinar el tipo y la magnitud de las cargas que deberá soportar el rodamiento garantiza un rendimiento y una longevidad óptimos.

2. Velocidad y condiciones de funcionamiento

Los rodamientos están diseñados para soportar determinados límites de velocidad y la elección del rodamiento debe ajustarse a los requisitos especificados de la máquina. Además, deben tenerse en cuenta las condiciones ambientales a las que están expuestos. Por ejemplo, los rodamientos de bolas suelen ser adecuados para operaciones de alta velocidad debido a su diseño. En condiciones ambientales duras, como la maquinaria agrícola, son esenciales los rodamientos sellados con mayor protección contra el polvo.

3. Lubricación y mantenimiento

La lubricación es esencial para la longevidad de los rodamientos. Los rodamientos sellados se engrasan de por vida y se autolubrican cuando están en funcionamiento, mientras que los rodamientos lubricados con aceite son adecuados cuando el control de la temperatura y el mantenimiento son cruciales.

4. Montaje y ensamblaje

El diseño de los rodamientos debe permitir un montaje y mantenimiento sencillos. Los rodamientos de brida y los bloques de almohada son adecuados para un montaje sencillo, mientras que los rodamientos partidos son para un desmontaje y un montaje más fácil.

5. Coste y requisitos de mantenimiento

Algunos rodamientos pueden tener costes iniciales más elevados, pero menos mantenimiento, lo que los hace más rentables a largo plazo. En aplicaciones críticas como la aeroespacial, es crucial adoptar rodamientos de primera calidad con una vida útil prolongada. Así se evitan los tiempos de inactividad, que pueden tener graves consecuencias.

6. Limitaciones de tamaño y espacio

El tipo y el tamaño del rodamiento pueden venir determinados por el espacio disponible en el sistema. Las aplicaciones con limitaciones de espacio son las más adecuadas para los rodamientos de sección fina. Los rodamientos de agujas pueden soportar grandes cargas en espacios reducidos.

7. Material

El material del rodamiento puede influir en gran medida en su durabilidad y rendimiento. Dependiendo de la aplicación, el rodamiento funciona en distintas condiciones. Diferentes materiales pueden soportar diferentes condiciones. Por ejemplo, rodamientos estándar de acero son de acero de alta calidad y pueden soportar diversas aplicaciones. Los rodamientos de acero inoxidable están diseñados para resistir entornos corrosivos. Sin embargo, en condiciones extremas, los rodamientos cerámicos pueden ofrecer una mayor durabilidad. Los rodamientos cerámicos son excelentes opciones para condiciones de alta velocidad, bajo peso y alta temperatura.

Conclusión

Dependiendo de los requisitos de un sistema, la amplia gama de rodamientos disponibles cumple una extensa lista de funciones. Un rodamiento bien adaptado puede marcar la diferencia. Garantiza el buen rendimiento y la longevidad de los sistemas mecánicos. Al tomar una decisión informada, los ingenieros pueden mejorar el rendimiento, minimizar el tiempo de inactividad y mantener las cosas en movimiento sin problemas. En última instancia, el rodamiento adecuado no es sólo una pequeña pieza; es la clave para mantener todo el funcionamiento en forma.