Casquillo vs Rodamiento: ¿Qué es lo mejor para su aplicación?

Nuestro mundo depende en gran medida de diversos tipos de máquinas con piezas móviles, todas las cuales se detendrían sin casquillos y cojinetes. La función principal de los casquillos y cojinetes es reducir la fricción que se crea cuando interactúan dos componentes móviles, reduciendo la energía necesaria para ponerlos en movimiento y limitando el desgaste de los componentes.

Índice de contenidos

• ¿Para qué sirven los casquillos y cojinetes?
• ¿Qué es un casquillo?
• Tipos de casquillos
• Consideraciones sobre la selección de casquillos
• Mantenimiento de bujes
• Aplicaciones de los casquillos
• ¿Qué es un rodamiento?
• Principales tipos de rodamientos
• Criterios de selección de rodamientos
• Mantenimiento de los rodamientos
• Aplicaciones de los rodamientos
• Casquillo frente a cojinete
• Elegir entre cojinetes y casquillos
• Preguntas frecuentes

¿Para qué sirven los casquillos y cojinetes?

Tanto los casquillos como los cojinetes ofrecen soluciones para reducir la fricción y limitar el desgaste de los componentes, pero cada uno es más adecuado para su uso en diferentes condiciones de funcionamiento y ambientales. Para elegir el más adecuado a esas condiciones hay que entender la diferencia entre ambos, sus ventajas e inconvenientes y las aplicaciones típicas para las que se utilizan.

Para reducir la fricción y soportar el esfuerzo de múltiples tipos de carga se utilizan rodamientos de varios tipos. La figura 2 muestra los distintos tipos de carga:

• A: Carga radial para movimientos giratorios

• B: Carga axial para movimientos de deslizamiento

• C: Una combinación de movimientos de deslizamiento y rotación

• D: Momentos de impacto (carga de choque)

Técnicamente hablando, el casquillo es una clasificación dentro de la clase general de los cojinetes. Se define por su diseño de un solo componente en contraste con dos o más componentes, como varios otros tipos de rodamientos. Un casquillo se compone de varios materiales diferentes combinados para formar un único conjunto portante. Suelen utilizarse con cargas más pesadas a velocidades más lentas y pueden soportar una transferencia de carga y una carga de choque considerables.

Por el contrario, los rodamientos son piezas de maquinaria de precisión de múltiples componentes que permiten que los ejes giratorios de la maquinaria se muevan a velocidades extremadamente altas, reduciendo la fricción entre las piezas móviles y gestionando la tensión de carga radial. Aunque la función principal de los rodamientos es soportar cargas radiales, algunos también están diseñados para soportar cargas axiales y de choque.

¿Qué es un casquillo?

Un casquillo es un componente cilíndrico diseñado para soportar cargas sobre un eje que funciona con movimiento deslizante entre las superficies móviles. Un casquillo es un componente de un solo elemento, aunque puede estar compuesto de varios materiales diferentes.

También llamados cojinetes de manguito, los casquillos se deslizan sobre varillas o ejes para proporcionar un movimiento de muy baja fricción, proporcionando una excelente absorción de impactos y trabajando para minimizar el uso de energía, el ruido y el desgaste.

Tipos de casquillos

Los dos tipos principales de casquillos son los casquillos de manguito y los casquillos de brida. Cuando se diseñan con bridas, pueden soportar cargas combinadas. Los casquillos pueden roscarse en la superficie interior o exterior para adaptarse a diversas condiciones de montaje.

Además de los distintos tipos, también hay disponibles casquillos de distintas composiciones de material. La composición del material de un casquillo le ayuda a soportar diversas condiciones en un entorno operativo, como la corrosión, las altas temperaturas, la alta presión y los impactos.

Casquillos de bronce y metal

Los casquillos de bronce suelen estar fabricados con material de bronce de fundición continua para garantizar una estructura uniforme. Son casquillos de uso general con excelentes capacidades de carga y protección contra el desgaste, al tiempo que tienen la capacidad de soportar altos niveles de calor (temperaturas de hasta 450 °F). Los casquillos metálicos también pueden fabricarse con diversos metales o aleaciones para mejorar sus capacidades, como acero o acero inoxidable, latón, aluminio y cobre.

Casquillos de plástico

Las propiedades de ligereza y resistencia a la corrosión de los casquillos de plástico macizo los hacen muy populares. Los plásticos modernos pueden superar problemas anteriores, como la sensibilidad al calor, el reblandecimiento, el desgaste o la reducción de la vida útil a temperaturas elevadas. Son una buena elección para entornos húmedos o mojados, como las volteretas de los hornos de secado de las instalaciones madereras, donde el agua actúa como lubricante para el casquillo. Aunque es bastante popular, el plástico no es el material recomendado para los casquillos sometidos a cargas pesadas. Tiende a agrietarse bajo una carga elevada, y la desalineación es frecuente si la fabricación o el montaje no son precisos, especialmente con los casquillos disponibles en el mercado. Cuando se especifica plástico, el politetrafluoroetileno (PTFE) es el material plástico de ingeniería preferido.

Consideraciones sobre la selección de casquillos

A la hora de elegir el casquillo para una aplicación concreta, debe tenerse en cuenta la acumulación de calor debida a la fricción. Los principales factores que influyen en el calor son la velocidad superficial (V) y la presión unitaria (P). Para determinar si el casquillo es adecuado para cualquier aplicación, la operación segura consiste en asegurarse de que el valor FV calculado de la aplicación es inferior al valor FV límite del fabricante.

Utilice las siguientes fórmulas en el proceso de selección de un casquillo para su aplicación:

1. Calcule el valor de FV de su aplicación mediante FV = P ✕ V
2. Determinar la velocidad superficial (V) a partir de:

V = 0.262 × rpm × D

• rpm: revoluciones del eje / minuto
• D: diámetro de la viruta (en pulgadas).

3. Presión unitaria, P = Carga total (lbs)/Área de contacto(in²)

Superficie de contacto = D x L

• L: Longitud del casquillo

Los valores calculados corresponden a las capacidades especificadas de cada casquillo fabricado, que pueden utilizarse para seleccionar el casquillo más adecuado para la aplicación.

Mantenimiento de bujes

El mantenimiento y la inspección, que incluyen la vigilancia de las condiciones de funcionamiento para detectar cualquier anomalía, como cambios en el ruido, las vibraciones y la temperatura, son fundamentales para evitar fallos en los casquillos. La descamación, el rayado, el agrietamiento, la corrosión y el desgaste anormal deben tratarse inmediatamente.

Los casquillos suelen ser autolubricantes y son ideales para operaciones de bajo mantenimiento o sin mantenimiento. Sin embargo, la autolubricación también es posible gracias a un patrón uniforme de hendiduras en la superficie del casquillo que actúan como depósitos de grasa. Muchos casquillos de nailon funcionan sin lubricantes, lo que los convierte en una opción sólida para las aplicaciones más secas de la industria alimentaria y textil.

Aplicaciones de los casquillos

Los casquillos son el componente más importante de los transformadores de potencia, ya que permiten el movimiento relativo por deslizamiento en comparación con la rodadura. Los sistemas de suspensión de vehículos se encuentran entre las aplicaciones más comunes de los casquillos, donde los casquillos de caucho se utilizan en toda la suspensión de un vehículo para garantizar un equilibrio entre una buena conducción y una durabilidad razonable. En cambio, los casquillos giratorios son habituales en operaciones relacionadas con máquinas que requieren piezas mecanizadas de precisión. Los casquillos de manguito ayudan a controlar la fricción y el desgaste en aplicaciones sometidas a cargas dinámicas. En las instalaciones de secado de madera se utilizan bujes de plástico.

¿Qué es un rodamiento?

La mayoría de los rodamientos se utilizan para soportar ejes giratorios en máquinas, permitiendo el movimiento relativo entre los componentes de las máquinas al tiempo que proporcionan algún tipo de ubicación entre ellos. La forma de apoyo utilizada depende de la naturaleza del movimiento relativo y del tipo de restricciones que se le apliquen.

La mayoría de los rodamientos se distinguen de los casquillos por sus diseños de componentes múltiples, que incluyen una jaula para contener los elementos rodantes (bolas o rodillos), los elementos rodantes, y una pista interior (adyacente al eje) y exterior (en contacto con el agujero) sobre la que interactúan los elementos rodantes.

Los cojinetes son un componente crítico porque el contacto de metal con metal es abrasivo, lo que provoca la degradación del material y crea una fuerza de resistencia en forma de fricción. Los rodamientos permiten que las dos superficies que interactúan rueden, se deslicen o se deslicen una sobre otra en lugar de rechinar una contra otra, transfiriendo el peso de la carga a los elementos rodantes, lo que permite que el dispositivo gire.

Principales tipos de rodamientos

Los rodamientos pueden dividirse en dos clases generales:

• Cojinetes de diario: La carga actúa perpendicularmente al eje.
• Rodamientos axiales: La carga actúa paralela al eje.

Dentro de ambas clases, existen diferentes tipos de rodamientos que tienen la misma estructura básica y la misma finalidad. La principal diferencia es el tipo de carga que soportan y el tipo de elemento rodante utilizado. He aquí breves ejemplos de cada tipo:

Rodamientos de Bolas

El elemento rodante en los rodamientos de bolas son bolas perfectamente esféricas entre las pistas del rodamiento como elemento rodante para mantener la separación entre las pistas del rodamiento. Los rodamientos de bolas pueden girar en cualquier dirección gracias a su forma esférica, lo que les permite soportar cargas combinadas (radiales y axiales). Minimizan la fricción rotacional, pero incluyen zonas de contacto limitadas. Son mejores para aplicaciones ligeras y medias que para cargas pesadas o impactos.

Rodamientos de rodillos rectos

También conocidos como rodamientos cilíndricos, los rodamientos de rodillos rectos se desplazan sobre pistas cilíndricas, lo que les confiere una baja fricción y los hace adecuados para su uso a alta velocidad y en radios elevados. Debido a las zonas de contacto más amplias de los rodillos, pueden soportar cargas radiales más pesadas, como las de las cintas transportadoras, pero no son la mejor opción para cargas combinadas.

Rodamientos de rodillos cónicos

Los rodamientos de rodillos cónicos tienen anillos y rodillos cónicos en forma de conos truncados. Esta forma les permite superar las limitaciones de los rodamientos de rodillos rectos y soportar cargas combinadas, además de soportar cargas más pesadas que los rodamientos de bolas. El ángulo del eje entre el rodillo y el rodamiento determina su capacidad de carga, permitiendo una carga axial más significativa a medida que aumenta el ángulo.

Criterios de selección de rodamientos

En general, los rodamientos son más adecuados para soportar ruedas con velocidades más altas y cargas más ligeras. Al seleccionar un rodamiento, tenga en cuenta los siguientes puntos:

1. La condición de carga aplicada al rodamiento ayuda a determinar qué tipo de rodamiento utilizar.
2. Determinar el espacio disponible para el rodamiento es fundamental para seleccionar el rodamiento correcto para su aplicación.
3. Es fundamental conocer la carga que soporta la rueda y combinarla con un rodamiento diseñado para soportar esa carga.

Mantenimiento de los rodamientos

La vigilancia de anomalías como ruidos, vibraciones y cambios de temperatura es fundamental para prevenir fallos en los rodamientos. La descamación, el rayado, el agrietamiento, la corrosión y el desgaste anormal requieren atención inmediata. Algunos rodamientos también requieren una lubricación periódica para funcionar correctamente o mantener su vida útil.

Aplicaciones de los rodamientos

• Los rodamientos de bolas y de rodillos implican el contacto de rodadura entre componentes que interactúan entre sí en una máquina.
• Los vehículos son las principales áreas en las que se utilizan rodamientos, incluidas las ruedas, el mecanismo de dirección, la transmisión y los componentes de la suspensión.
• Los rodamientos también se utilizan en aeronaves, bombas, turbinas eléctricas, máquinas herramienta y electrodomésticos, entre otros. Su objetivo principal es proporcionar aplicaciones de alta velocidad, alta precisión y baja carga.

Casquillo frente a cojinete

Varios factores determinan si los casquillos o los cojinetes son las opciones adecuadas para su aplicación específica. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes que deben tenerse en cuenta en el proceso de selección.

Casquillo

Ventajas

• Aunque el casquillo es técnicamente una clase de cojinete, es un componente único diseñado para soportar un eje. Funciona con movimiento deslizante entre las superficies móviles, lo que proporciona un movimiento de fricción extremadamente bajo que minimiza el consumo de energía, el ruido y el desgaste de las piezas.
• Como componente único, los casquillos tienen una ventaja sobre los rodamientos en el proceso de montaje y suelen costar menos.
• Suelen ser autolubricantes y su funcionamiento es más silencioso que el de la mayoría de los rodamientos.

Desventajas

• Los casquillos tienen que superar fuerzas de fricción estáticas antes de moverse, lo que se conoce como adherencia y deslizamiento, especialmente cuando el sistema de movimiento lineal está desgastado o no está correctamente alineado, lo que provoca que el casquillo se mueva con sacudidas y de forma irregular.
• Los casquillos, especialmente los baratos, tienden a tener tolerancias más amplias para un ajuste menos preciso en las varillas lisas.

Cojinetes

Ventajas

• El movimiento que proporcionan los cojinetes suele ser más suave que el de los casquillos, ya que superan la fricción estática rodando en lugar de deslizando.
• Suelen estar fabricados con mayor precisión y tolerancias más estrictas para un mejor ajuste que los casquillos, lo que reduce la holgura y la holgura.
• Los cojinetes también tienen una ventaja significativa sobre los casquillos en un entorno de alta velocidad.

Desventajas

• El alto coste (aproximadamente seis-diez veces) en comparación con el coste de los bujes.
• Requiere un mantenimiento intensivo, que a menudo incluye la lubricación
• Funcionamiento ruidoso
• Un rodamiento mal ajustado o dañado puede causar daños a otros componentes si se rompen.

Elegir entre cojinetes y casquillos

Los factores a tener en cuenta a la hora de decidir si optar por casquillos o cojinetes deben incluir los siguientes, por orden de prioridad:

• Velocidad y carga: ¿Las ruedas transportarán cargas más pesadas a velocidades más lentas o cargas más ligeras a velocidades más altas? En los casos en que la alta velocidad es un factor, los rodamientos proporcionan una mejor solución, mientras que los casquillos responden bien a las aplicaciones de baja velocidad y carga pesada.
• Suavidad de funcionamiento: Debido a los problemas de "adherencia y deslizamiento" comunes con los casquillos, los cojinetes son la mejor opción para un funcionamiento más suave.
• Mantenimiento/Lubricación: Las aplicaciones libres de mantenimiento con autolubricación, especialmente en las industrias alimentaria y textil más secas, tienden a favorecer los casquillos.
• Ruido de funcionamiento: Cuando un funcionamiento silencioso es una consideración crítica, los casquillos son generalmente más silenciosos que los rodamientos.
• Presupuesto: Los casquillos suelen costar entre seis y diez veces menos que los rodamientos.

A la hora de elegir entre cojinetes y casquillos, hay que tener en cuenta la aplicación específica, su entorno de funcionamiento y las diversas condiciones y limitaciones de funcionamiento que se le aplican. Comprender las ventajas e inconvenientes de cada tipo ayuda a determinar cuál ofrece la mejor solución.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un rodamiento autolubricante?

Los cojinetes autolubricantes son un tipo especial de cojinete que tiene lubricante, líquido (aceite) o sólido (grafito) impregnado dentro de la capa deslizante del cojinete. El lubricante pasa a través de los poros de la capa deslizante durante el funcionamiento, lubricando así la superficie del cojinete.

¿Por qué utilizar casquillos de bronce?

El bronce se presenta en diversas aleaciones y composiciones. Estos bujes son duros y resistentes, tienen una vida útil más larga y resisten mejor los golpes e impactos, el desgaste y la corrosión.

¿Cuál es la diferencia entre el rendimiento de los cojinetes de casquillo y el de los cojinetes de bolas?

Las ventajas de rendimiento de los rodamientos de manguito incluyen un menor coste, menos mantenimiento, menos ruido a bajas velocidades y una instalación más sencilla donde la carga es mayor y la velocidad es menor. Por el contrario, las ventajas de rendimiento de los rodamientos de bolas incluyen un funcionamiento más suave y una mayor capacidad para soportar cargas de mayor velocidad.

¿Qué factores deben tenerse en cuenta al elegir un rodamiento?

Las cargas, las velocidades, la orientación y el espacio dentro de las condiciones de funcionamiento y el entorno de su aplicación son factores primordiales que deben tenerse en cuenta a la hora de elegir un rodamiento. Otros factores son la suavidad, el nivel de ruido, el coste y los requisitos de mantenimiento.