Guía completa de rodamientos de bolas

Un rodamiento de bolas es una junta circular que conecta una pieza giratoria a otra, normalmente fija, de una máquina. Permite que la pieza giratoria proporcione o reciba apoyo estructural al tiempo que reduce significativamente la cantidad de fricción causada por la rotación. La figura 1 muestra un ejemplo de rodamiento de bolas autoalineable.

La aplicación más común de los rodamientos de bolas consiste en un eje giratorio que necesita soporte. El eje encaja perfectamente en el círculo interior, llamado pista. Cuando se ejerce una presión perpendicular a la longitud del eje, como el peso de un coche que presiona sobre el eje central del vehículo, el cojinete soporta este peso, lo que lo convierte en un cojinete radial. Si la presión se ejerce a lo largo del eje, el rodamiento es axial.

Índice de contenidos

• Componentes de los rodamientos de bolas
• Tipos de rodamientos de bolas
• Sustitución del rodamiento de bolas
• Criterios de selección de los rodamientos de bolas
• Usos de los rodamientos de bolas
• FAQs

Componentes de los rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas están formados por dos pistas circulares estriadas, talladas en cilindros cortos y huecos, denominados pistas de rodadura, que intercalan un conjunto de bolas, también denominadas rodillos del rodamiento. Al girar el anillo interior, las bolas que se encuentran entre él y el anillo exterior comienzan a rodar, reduciendo significativamente la fricción entre ellos.

A veces, estas bolas están separadas entre sí por un retenedor, también llamado jaula, que es una serie de arneses circulares que rodean cada bola y se conectan rígidamente al arnés de la siguiente, manteniendo una distancia fija entre ellas mientras ruedan.

Dado que la suavidad de las pistas y de las bolas y su capacidad de rodar libremente es lo que permite que la rotación se produzca sin mucha fricción, no se debe permitir la entrada de residuos en la pista acanalada, donde podrían impedir que una bola ruede o causar arañazos o abolladuras, provocando el fallo del rodamiento. Por esta razón, la mayoría de los rodamientos de bolas se construyen con juntas o escudos que cierran el espacio ranurado entre las pistas del resto del entorno de la máquina. La figura 3 muestra varios rodamientos blindados, sellados y abiertos.

Independientemente de si el rodamiento está sellado o abierto, es típico que los lubricantes para rodamientos de bolas, como grasa o aceite, se distribuyan por las bolas y las pistas para garantizar que las bolas giren libremente y permitir que una bola atascada temporalmente se deslice suavemente contra las ranuras.

Las superficies exteriores de las pistas pueden tener estructuras adicionales, como agujeros para tornillos que permiten su fijación a otras partes de la máquina. Sin embargo, la mayoría de los rodamientos se fijan mediante anillos en forma de C, llamados anillos de seguridad, o tienen un tamaño tan preciso que encajan perfectamente en su alojamiento y se sujetan firmemente al eje sin necesidad de un soporte adicional.

Tipos de rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas se denominan según las características de su diseño físico. Al entender sus diseños, se puede apreciar la relación lógica entre el diseño, el nombre y la capacidad de carga de cada uno de los siguientes tipos de rodamientos de bolas.

Rodamientos rígidos de bolas

Los rodamientos rígidos de bolas tienen ranuras más profundas que otras alternativas. Como resultado, las paredes de estas ranuras rodean más de cada bola.

Como las bolas están más rodeadas, tienen más superficie de pared contra la que pueden rodar y transferir cargas en más direcciones. Por ejemplo, la presión ejercida a través de la longitud del eje desde la izquierda se transferirá a las paredes izquierdas del anillo de rodadura interior, que presionarán las bolas, que empujarán contra los bordes derechos del anillo de rodadura exterior, que finalmente presionarán contra alguna parte rígida de la máquina mayor. Por esta razón, un rodamiento rígido de bolas es adecuado para soportar cargas axiales desde la izquierda y la derecha, además de cargas radiales. Frecuentemente, llevan ambos tipos simultáneamente, en cuyo caso, decimos que funcionan como rodamientos radiales-axiales.

rodamientos de bolas de contacto angular

Los rodamientos de bolas de contacto angular presentan ranuras asimétricas debido a que una pared de la ranura es más larga que la otra. La división más extendida depende de la otra raza, siendo lo fundamental que las paredes más largas de cada raza se opongan entre sí. Por ejemplo, si la pared izquierda del anillo de rodadura exterior baja más, la pared derecha del anillo de rodadura interior debe subir más, y viceversa, como en la figura 4.

Esto permite que los rodamientos soporten la presión axial de la longitud del eje en la dirección de la oposición de la pared larga. Por supuesto, los anillos de rodadura interiores y exteriores siguen ahogando las bolas por arriba y por abajo, garantizando así el apoyo de la presión radial. Como resultado, los rodamientos de bolas de contacto angular alcanzan una capacidad de carga radial-axial similar a la de los rodamientos rígidos de bolas, pero sólo en la dirección de la oposición de la pared larga.

Cuando los rodamientos deben soportar cargas axiales en ambas direcciones, a veces se invierte un segundo rodamiento de contacto angular y se instala junto al primero. Esto permite que un rodamiento proporcione una oposición de pared larga en dos direcciones. Sin embargo, esta disposición ocupa el espacio adicional del eje y del espacio libre. A menudo se prefiere un rodamiento de contacto angular de doble hilera.

Un rodamiento de contacto angular de dos hileras consta de dos hileras de bolas, separadas por una larga pared interior que sobresale de la pista exterior. Cada fila de bolas se mantiene en su lugar en el otro lado por una larga pared que se extiende desde la pista interior. La presión axial del eje se ejerce, a través de las bolas, sobre la larga pared interior del anillo de rodadura exterior, unido a alguna estructura mayor de la máquina.

Como se puede ver en la figura 5, este diseño es efectivamente un sistema de dos rodamientos de contacto angular de una fila que han sido unificados y consolidados estructuralmente.

Rodamientos axiales de bolas

A diferencia de los tipos anteriormente comentados, que tienen todos ellos pistas interiores y exteriores, los rodamientos de bolas de empuje tienen pistas izquierdas y derechas, cuyas ranuras intercalan las bolas de las direcciones izquierda y derecha. Esto hace que sean mejores que los demás a la hora de soportar cargas axiales, ya que los centros de las vías, en lugar de las paredes extralargas, sostienen las bolas de esas direcciones, como se ve en la figura 6.

Sin embargo, debido a que las ranuras no se extienden para rodear una parte suficientemente significativa de la parte superior e inferior de las bolas, no se pueden soportar cargas radiales pesadas, y estos cojinetes son susceptibles de colapsar si se ejerce tal fuerza.

Rodamientos axiales de una hilera

Un rodamiento axial de una hilera tiene una sola fila de bolas y es adecuado para aplicaciones en las que las cargas axiales se producen en una sola dirección.

Para soportar la rotación, sólo uno de los anillos de rodadura se acopla al eje, mientras que el otro tiene un diámetro de orificio mayor, lo que permite que el eje lo atraviese con holgura. Cuando el eje gira, la pista a la que está unido también gira, haciendo que las bolas rueden entre él y la otra pista, fijada en la máquina.

Cuando el eje está unido a la pista izquierda, la presión axial se ejerce a través del eje y es soportada por las bolas y la pista a su derecha. Pero, si la presión axial se ejerce de derecha a izquierda, la pista izquierda no tendrá apoyo de la estructura del rodamiento y simplemente será empujada lejos del resto del rodamiento, que puede romperse.

Rodamientos axiales de doble hilera

Los rodamientos axiales de doble hilera constan de dos hileras de bolas intercaladas entre tres pistas. En este diseño, la pista central se une al eje, que pasa con holgura a través de los agujeros más grandes de las pistas exteriores. Como resultado, la presión axial ejercida en cualquier dirección es soportada por la fila de bolas y el anillo exterior del lado opuesto.

Rodamientos axiales esféricos frente a planos

La superficie de la pista que se encuentra con el alojamiento puede ser plana o esférica. Cuando la superficie es plana, debe quedar a ras de la carcasa, sin dejar espacio para la desalineación entre el eje, el rodamiento y la carcasa. Sin embargo, cuando la superficie es esférica, se apoya en la carcasa como una bola en un zócalo, lo que hace que el eje esté ligeramente desalineado con respecto a la carcasa durante la instalación y el funcionamiento.

rodamientos de bolas auto-alineables

Los rodamientos de bolas autoalineables suelen tener dos filas de bolas en lugar de una sola, lo que proporciona dos filas de puntos de contacto contra las ranuras de las pistas. Una de las pistas sostiene esas filas por separado a través de una ranura doble, mientras que la otra tiene una pista extra ancha que abarca ambas filas, como se muestra en la figura 7.

Si el ángulo entre la longitud del eje y el plano del rodamiento se aleja ligeramente de un ángulo recto perfecto, una de las filas de bolas seguirá alineándose con el centro de la ranura del anillo exterior. La alineación proporciona un apoyo radial continuo y robusto hasta que el eje vuelve a su ángulo recto adecuado.

Los rodamientos con este diseño se utilizan a menudo cuando las condiciones de instalación dificultan la consecución de un ángulo recto perfecto entre el eje y los rodamientos en primer lugar. El diseño autoalineable soportará con éxito las cargas radiales con un ángulo casi recto.

Rodamientos en Y

Los rodamientos Y son rodamientos de bolas con una pista interior extralarga que se extiende como un tubo corto a ambos lados del rodamiento. Estas extensiones proporcionan dos agujeros de tornillo para fijar los tornillos de fijación en los correspondientes agujeros de tornillo en el eje. Si se introducen dos palos por los agujeros de los tornillos del rodamiento hasta que se toquen, formarían un ángulo de 120 grados y se podría decir que se asemejan a la parte superior de una "Y", razón por la cual estos rodamientos se denominan rodamientos Y. Este diseño con orificios para tornillos permite que estos rodamientos se instalen en ejes ya colocados. Aunque este método de fijación es cómodo, su capacidad de carga axial es limitada.

Rodamientos de sección fina

Los rodamientos de sección fina tienen pistas especialmente finas, con ranuras más estrechas y que admiten tamaños de bolas más pequeños. La disminución de la anchura y del tamaño de las bolas requiere menos material, lo que reduce el peso y el tamaño total de los rodamientos, lo que puede dar lugar a menores costes de funcionamiento. Sin embargo, el menor tamaño de las bolas hace que la superficie de contacto sea menor, por lo que la capacidad de carga total es limitada. Por ello, los rodamientos de sección fina son los más adecuados para los instrumentos de precisión, donde el espacio es limitado y las cargas radiales no son muy pesadas, como los equipos médicos o la maquinaria astronómica.

Sustitución del rodamiento de bolas

Cuando un rodamiento de bolas ha alcanzado la vida útil prevista por la fórmula de horas de trabajo o muestra signos de degradación del material, los propietarios deben inspeccionarlo. Algunos síntomas de rodamientos de bolas en mal estado pueden ser ruido o calor excesivos. Si se trata de un rodamiento abierto, esto se consigue evaluando en primer lugar el estado del lubricante, retirando después las bolas de las pistas y limpiando a fondo las superficies. Por último, los propietarios deben lavar cuidadosamente las superficies e inspeccionarlas en busca de desgaste o anomalías. Si se trata de un rodamiento de bolas con blindaje permanente o sellado, los usuarios deben suministrar un par inicial y observar el rodamiento durante la rotación libre. En función del resultado de la inspección correspondiente, los propietarios deben sustituir el rodamiento.

Dado que un rodamiento de bolas es una junta estructural, su retirada suele requerir un soporte temporal que sujete las partes de la máquina que el rodamiento une. Por ejemplo, los cojinetes de las ruedas de un coche unen de forma segura el eje central con las ruedas, sosteniendo el peso del coche por encima de la superficie de conducción. En primer lugar, es necesario apoyar el vehículo con un gato o un soporte similar para sustituir los rodamientos de las ruedas.

A menudo, una carcasa segura encierra el rodamiento y está unida a la máquina más grande. Por lo tanto, es necesario desmontar cualquier pieza de la carcasa, impidiendo el acceso al rodamiento. En el caso de un coche, el cubo de la rueda alberga el rodamiento de la rueda, donde un protector metálico puede cubrirlo. La figura 8 muestra un rodamiento de rueda en su alojamiento.

Una vez que el rodamiento es accesible, debe ser presionado o sacado de su alojamiento. Dado que está diseñado para encajar muy bien, suele ser necesario utilizar una herramienta especializada, como un extractor de rodamientos o una prensa, para hacer palanca con el rodamiento contra su alojamiento. Otra posibilidad es perforar la junta del rodamiento y hacer palanca para sacar el anillo interior, las bolas y luego el anillo exterior. La figura 9 muestra un ejemplo de extractor de rodamientos utilizado en un taller de automoción.

Una vez que el usuario haya retirado el rodamiento antiguo, deberá limpiar también las paredes interiores del alojamiento. Deben inspeccionar toda la estructura en busca de abrasiones, deformaciones y otros tipos de daños que puedan perjudicar su capacidad para sujetar el nuevo rodamiento de forma segura.

Después de la inspección, el nuevo rodamiento debe ser presionado uniformemente en el alojamiento hasta que esté ajustado y completamente en su lugar. A continuación, el propietario debe volver a colocar y asegurar las tapas o alojamientos que haya retirado, deslizando el anillo interior del rodamiento recién instalado sobre un eje.

Si el rodamiento no está prelubricado, debe lubricarse en este punto con el lubricante correcto. Debe determinarse cuidadosamente la cantidad de grasa o aceite para rodamientos que debe aplicarse. Una cantidad insuficiente permitirá un exceso de fricción, mientras que una cantidad excesiva puede hacer que se acumulen niveles de calor perjudiciales en el lubricante durante el funcionamiento. Una vez determinada la cantidad adecuada de lubricante, se debe aplicar el aplicador en el punto de contacto entre las jaulas y las carreras.

Después de lubricar el rodamiento, asegúrese de que gira correctamente. Cuando esté claro que el nuevo rodamiento gira correctamente, es el momento de retirar el soporte temporal y permitir que el rodamiento soporte la carga de la máquina. Una vez más, los usuarios deben probar el funcionamiento del rodamiento. Una vez confirmada la operación con éxito, el rodamiento de bolas ha sido sustituido con éxito. Lea nuestra guía de montaje, instalación y desmontaje para obtener más información.

Criterios de selección de los rodamientos de bolas

A la hora de seleccionar un rodamiento de bolas, hay que consultar primero las referencias oficiales de la máquina de destino. La comprobación de las referencias oficiales garantizará que el rodamiento elegido se ajuste a las especificaciones recomendadas por los ingenieros que diseñaron la máquina. Si esta literatura no está disponible, puede encontrar proveedores de piezas que garanticen la compatibilidad de sus piezas. Si estas opciones no están disponibles, se debe seleccionar un rodamiento según los siguientes criterios.

Carga

Las consideraciones más importantes a la hora de seleccionar un rodamiento son las direcciones e importes de las cargas de funcionamiento previstas. Para determinarlas, puede ser necesario conocer a fondo la máquina, su funcionamiento previsto y la física pertinente.

Si sólo se trata de cargas radiales, se puede utilizar un rodamiento estándar con anillo interior y exterior. Si sólo es axial, es probable que un rodamiento axial sea la mejor opción. Sin embargo, es probable que se necesiten rodamientos de ranura profunda o de contacto angular si hay que soportar cargas radiales-axiales.

Cuando se trata de cargas axiales, es fundamental especificar si se producen en una sola dirección o en ambas. Los rodamientos de contacto angular de una hilera o los rodamientos axiales pueden ser adecuados para cargas axiales de una sola dirección. Pero, para las cargas axiales en ambas direcciones, deben utilizarse rodamientos de contacto angular de dos hileras, rodamientos axiales de dos hileras o rodamientos rígidos. Obtenga más información sobre las cargas en nuestro resumen de rodamientos.

Tamaño

El diámetro de su pista exterior generalmente especifica el tamaño de un rodamiento de bolas, el diámetro de su pista interior, también llamado tamaño del agujero, y su anchura.

Diámetro exterior

El diámetro del anillo de rodadura exterior debe garantizar un ajuste a presión en el alojamiento o, de lo contrario, quedar dentro de las limitaciones de holgura.

Diámetro interior

El tamaño correcto del orificio debe permitir que el rodamiento apriete el eje mediante un ajuste por contracción. Este proceso consiste en calentar cuidadosamente el rodamiento, presionarlo sobre el eje y enfriarlo para que recupere su tamaño.

Ancho

La anchura de las pistas debe ajustarse al espacio disponible en el eje, entre las ranuras de los anillos de seguridad o las paredes del eje que pueda haber. Cuando la distancia axial es limitada, puede ser necesario considerar rodamientos de sección fina o diseños propios.

La gama de tamaños de rodamientos de bolas disponibles incluye uno de los rodamientos de bolas más pequeños del mundo, con un diámetro exterior inferior a 1,5 milímetros. Es tan pequeño que puede caber cómodamente en un grano de arroz. Este rodamiento está pensado para su uso en equipos médicos u odontológicos, como un taladro, donde puede permitir que una broca gire rápidamente sin tambalearse mientras perfora con precisión un diente o un hueso. En el otro extremo del espectro se encuentra un enorme rodamiento de bolas con un diámetro exterior de más de 6 pies y una capacidad de carga dinámica de más de 280.000 libras.

Alineación del eje

Si las condiciones de instalación permiten un ángulo recto perfecto entre el eje y el plano del rodamiento y el eje no está sujeto a desalineación durante el funcionamiento, un rodamiento de bolas estándar debería ser suficiente. Sin embargo, debe seleccionarse un rodamiento autoalineable si las condiciones de instalación dificultan la consecución de una alineación perfecta o si el eje está sujeto a una desalineación temporal durante el funcionamiento. Entre ellos se encuentran los rodamientos autoalineables de dos hileras y los rodamientos con arandelas de alojamiento esféricas, como los rodamientos axiales esféricos.

Velocidad

La velocidad media a la que girará el rodamiento durante su funcionamiento es otro factor crítico que debe determinarse. Esta velocidad puede determinarse mediante lecturas de sensores o cálculos basados en las dimensiones de la máquina y su ritmo de producción.

Material

En igualdad de condiciones, las condiciones del entorno de funcionamiento y la capacidad de carga dinámica deben determinar el material del rodamiento.

Entorno operativo

Factores como la suciedad, los elementos corrosivos, las temperaturas de funcionamiento y la presencia de corriente eléctrica deben tener un efecto limitante en las opciones de material consideradas. Los usuarios suelen preferir los rodamientos cerámicos a los rodamientos de bolas de acero en temperaturas de funcionamiento extremas y entornos altamente corrosivos o cargados eléctricamente. Los proyectos aeroespaciales suelen utilizar este material por su durabilidad. Sin embargo, si es probable que se produzcan desechos y que la cerámica se astille, puede ser mejor una composición híbrida de bolas de cerámica y pistas de acero.

Capacidad de carga dinámica

El material del rodamiento debe seleccionarse para garantizar una capacidad de carga dinámica que permita al rodamiento alcanzar un número suficiente de horas de trabajo. El acero inoxidable es el material preferido para las cargas más pesadas, que requieren mayores capacidades. La cerámica o la combinación híbrida de bolas de cerámica y pistas de acero también son buenas opciones para las cargas más ligeras y medias.

Sellado frente a abierto

Dependiendo del entorno de funcionamiento de la máquina, el coste inicial del rodamiento y la accesibilidad, se debe seleccionar un rodamiento sellado, blindado o abierto. Los usuarios deben seleccionar una versión sellada o blindada para entornos con cantidades significativas de residuos o rodamientos de difícil acceso. Proporcionan una sólida resistencia a la contaminación y a las fugas de lubricante, y no requieren mantenimiento durante la vida útil del rodamiento.

Para rodamientos más grandes y costosos, que operan en entornos relativamente libres de desechos y que son fácilmente accesibles, se puede preferir una variedad abierta. Los rodamientos abiertos permiten reaplicar el lubricante según sea necesario. Si se supervisa cuidadosamente el estado del rodamiento y se lubrica cuando es necesario, estos rodamientos pueden durar mucho más que sus homólogos sellados, cuyo lubricante inaccesible acabará degradándose.

Calidad y coste

La reputación del fabricante, la calidad del rodamiento de bolas y las asignaciones presupuestarias también deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar un rodamiento adecuado.

Usos de los rodamientos de bolas

Además de los ejemplos encontrados en las secciones anteriores, existe una amplia gama de aplicaciones para los rodamientos de bolas. La mayoría de los dispositivos con motores u otras formas de rotación aprovechan la eficacia espacial del movimiento de rotación para convertirlo en otras formas de movimiento o energía mediante estructuras que requieren rodamientos. Entre estas aplicaciones se encuentran las siguientes.

• Motores de combustión interna: Soporte del eje de salida giratorio
• Motores eléctricos: Soporte del eje de salida giratorio
• Cajas de cambio: Apoyar los ejes de engranajes giratorios y los ejes de entrada y salida.
• Bombas centrífugas: Apoyar el eje giratorio cerca de la salida del motor y la entrada del ventilador
• Equipo agrícola: Soportar las numerosas piezas giratorias de los tractores, arados y otras máquinas
• Construcción: Soporta muchas grúas giratorias, excavadoras, compactadoras y otras máquinas

Hay muchas más aplicaciones. Si piensa en un dispositivo que tenga una parte que gire rápidamente o que soporte una carga pesada, es muy probable que encuentre al menos algunos modelos que utilicen rodamientos de bolas para facilitar esa rotación.

FAQs

Si las bolas sólo entran en contacto con cada ranura en un único punto, ¿cómo soporta una carga pesada?

Cuando se aplica una carga sobre el rodamiento, la pista presiona la bola en un solo punto, haciendo que se aplane ligeramente. Esta zona aplanada soporta la carga de forma coherente con las leyes de la física.

¿Cuándo se inventó el rodamiento de bolas?

Phillip Vaughn inventó el rodamiento de bolas moderno en 1794. Sin embargo, los primeros rodamientos se utilizaron en la antigüedad en forma de troncos que rodaban por debajo de una plataforma de carga.

¿Qué materiales se prefieren para la construcción de rodamientos?

El material más común es el acero inoxidable. Sin embargo, se prefiere la cerámica para entornos extremos, y también se utilizan ampliamente los rodamientos híbridos, formados por pistas de acero y bolas de cerámica.

¿Qué tipos de lubricantes se utilizan en los rodamientos de bolas?

Se utilizan principalmente grasas, aceites y aceites sintéticos, aunque también se emplean lubricantes secos como el grafito. Además, la tecnología del aceite sólido ha surgido recientemente como una alternativa competitiva.

¿Cuánto tiempo dura un rodamiento de bolas antes de tener que ser revisado o sustituido?

Aunque los factores ambientales pueden afectar a la vida útil, un rodamiento correctamente seleccionado proporcionará horas de trabajo consistentes con la fórmula de horas de trabajo discutida en los criterios de selección.

¿Se puede reparar un rodamiento de bolas en lugar de sustituirlo por uno nuevo?

Si un rodamiento de bolas no está sellado permanentemente, puede ser posible repararlo. Sin embargo, la conveniencia de hacerlo o no depende del coste. Los rodamientos más grandes y costosos son buenos candidatos para las reparaciones.

¿Cuál es el desarrollo más reciente en la tecnología de los rodamientos de bolas?

Ahora se utilizan sensores para controlar el funcionamiento de los rodamientos, y los datos resultantes ayudan a anticipar cuándo debe realizarse el mantenimiento. Otro avance es el de los lubricantes superiores.

¿Cuáles son las alternativas a un rodamiento de bolas?

Los rodamientos cilíndricos, de agujas, cónicos y esféricos son alternativas habituales. También existen rodamientos de bolas hidráulicos y magnéticos, que utilizan la dinámica de fluidos y el magnetismo en lugar de rodillos.