Guía de rodamientos

Los rodamientos son útiles en diversos casos industriales y permiten transportar cargas pesadas con poca fricción. Los avances tecnológicos han producido rodamientos de precisión. Estos rodamientos de calidad ofrecen un excelente equilibrio entre coste, tamaño, capacidad de carga, precisión, longevidad y peso.

Índice de Contenidos

• ¿Qué son los rodamientos de rodillos?
• ¿Por qué utilizar rodamientos de rodillos?
• ¿Cómo funcionan los rodamientos de rodillos?
• Configuraciones de los rodamientos de rodillos
• Tipos de rodamientos de rodillos
• Modelos de cálculo de fallos y vida útil de los rodamientos
• Criterios de selección de los rodamientos de rodillos
• Aplicaciones de los rodamientos
• Preguntas frecuentes

¿Qué son los rodamientos de rodillos?

También conocidos como rodamientos de elementos de rodillos, los rodamientos de rodillos funcionan según el mismo principio que los rodamientos de bolas y cumplen una función principal: transportar cargas con una fricción mínima. La diferencia entre los rodamientos de bolas y los de rodillos es la forma y la construcción. Los primeros utilizan bolas, mientras que los segundos utilizan cilindros, como los rodamientos de rodillos cruzados y los rodamientos de rodillos lineales.

Los rodamientos con elementos de rodillos contienen una o dos hileras de rodillos. Por ejemplo, los rodamientos de dos hileras de rodillos mejoran notablemente la capacidad de carga radial. Además, la utilidad de estos cojinetes, de diversas formas y tamaños, permite la transmisión de cargas radiales y axiales con una fricción reducida.

Rodamientos de rodillos de una hilera frente a los de dos hileras

Los rodillos de una fila tienen una fila de elementos rodantes. Tienen un diseño sencillo y no separable y rodamientos de rodillos angulares que sólo pueden soportar cargas axiales en una dirección. La principal ventaja de los rodamientos de una fila es que son una excelente opción para aplicaciones de alta velocidad. La línea de acción de la carga del cuerpo rodante y la línea de acción de la carga radial no suelen estar en el mismo plano radial. Por lo tanto, los rodillos de una hilera deben montarse por parejas cuando se someten a una carga puramente radial.

Por otro lado, los rodillos de doble fila tienen dos filas de elementos rodantes. Pueden soportar cargas radiales y axiales bidireccionales. Sin embargo, pueden restringir el desplazamiento axial del eje y la carcasa dentro del juego axial del rodamiento. En comparación con los rodamientos angulares de una fila, los rodamientos angulares de dos filas proporcionan una mayor rigidez que les permite soportar momentos de vuelco o efectos de inclinación. Además de su mayor rigidez, otras ventajas de los rodamientos de dos filas son su gran capacidad de carga y su compacidad.

¿Por qué utilizar rodamientos de rodillos?

La razón principal para utilizar rodamientos de rodillos es reducir la fricción en aplicaciones sin esfuerzo. Como resultado, producen menos calor durante el funcionamiento y alivian la necesidad de lubricación repetitiva. Otras ventajas de utilizar rodamientos con elementos de rodillos son:

• Reduce los costes de mantenimiento y revisión
• Diseño separable, que permite un montaje y desmontaje sencillo
• Procedimiento intercambiable: los usuarios pueden cambiar fácilmente el anillo interior
• Los rodamientos pueden facilitar el cambio de dirección sin modificaciones técnicas
• Permite el desplazamiento axial

¿Cómo funcionan los rodamientos de rodillos?

Para apreciar el funcionamiento de los rodamientos, lo mejor es entender su diseño. Un rodamiento puede contener bolas, rodillos de bolas, rodillos cónicos o rodillos de agujas. Disponen de un anillo interior y otro exterior con marcas de rodadura para las piezas enjauladas. También incluyen un lubricante para reducir la fricción y juntas para impedir la entrada de partículas que puedan contaminar el aceite.

Los huecos dentro de la jaula separan los elementos rodantes y mantienen un espacio constante mientras los rodillos ruedan entre los anillos Como ya se ha mencionado, los rodamientos de rodillos vienen en diferentes configuraciones, incluyendo elementos de una y dos hileras.

Los cilindros entre los anillos interiores y exteriores permiten que los elementos enjaulados rueden a lo largo de un solo eje. Los elementos rodantes se deslizarían fuera de su posición sin las jaulas, lo que provocaría fallos en los rodamientos. Las jaulas no manejan ninguna carga, y su propósito es mantener los rodillos en su lugar. También existen rodamientos sin jaula, llamados rodamientos complementarios completos (FCB). Por lo general, los FCB tienen más elementos rodantes, que soportan cargas más pesadas. Otra ventaja es que pueden soportar cargas de choque repentinas, ya que los rodillos distribuyen uniformemente la carga entre los anillos.

También es necesario lubricar los rodamientos. Engrasar o no depende del producto que se compre. Los rodamientos de rodillos sellados suelen venir prelubricados y no es necesario engrasarlos. Los no sellados necesitan un plan de lubricación llamado lubricación elastohidrodinámica y deben cumplir las especificaciones del fabricante.

En este régimen de engrase, se aplica un lubricante, normalmente de menos de una micra, con niveles de presión que alcanzan hasta 34.500 bar (500.000 psi). La grasa se solidifica parcialmente y deforma elásticamente los elementos rodantes y la superficie de contacto. Cualquier contaminación del aceite puede provocar una importante degradación de la superficie de contacto y puede dar lugar a la acumulación de más partículas de desgaste.

Configuraciones de los rodamientos de rodillos

En función de los requisitos específicos, como las direcciones de carga y la rigidez, un rodamiento de rodillos puede constar de una o dos filas de elementos rodantes. La configuración del rodamiento soporta y dirige el eje o la carga radial o axialmente en relación con otros componentes como las carcasas. Dos bloques de apoyo, montados en ambos extremos o intermitentes, deben sujetar el eje sin utilizar pernos.

Los rodillos de dos rodamientos son los más utilizados y pueden tener una de las tres disposiciones siguientes:

• Configuración de rodamiento fijo o no fijo
• Configuración de rodamientos ajustada
• Configuración del rodamiento flotante

Configuración de rodamientos fijos y libres

En una configuración de fijación, el soporte del rodamiento toca el eje axialmente. Por otro lado, una disposición de rodamientos no fijos proporciona desplazamientos axiales debido a la diferencia de dilatación térmica o tensión entre el eje y el encastre. Además, ofrece una mayor tolerancia de los componentes, que afecta a la distancia entre los rodamientos.

Configuración de rodamientos ajustada

En una configuración de rodamiento ajustado, el eje se mueve hacia adelante y hacia atrás; un soporte de rodamiento permite el desplazamiento positivo mientras que el otro (situado en cruz) permite la ubicación del eje en la dirección opuesta. Los usuarios deben ajustar primero la holgura al montar el componente. Ejemplos de rodamientos de rodillos con esta configuración son los rodamientos de rodillos cónicos (que se comentan a continuación).

Configuración del rodamiento flotante

En una disposición flotante, el rodamiento cruzado y los componentes de contacto se mueven libremente de forma axial o radial a lo largo de distancias variadas entre los dos extremos. La diferencia de dilatación térmica entre el eje y la carcasa y las tolerancias del componente determinan la distancia de flotación. Los rodamientos esféricos y los de ranura profunda son ejemplos de rodamientos con elementos de rodillos con una configuración flotante.

Tipos de rodamientos de rodillos

Hay muchos rodamientos de rodillos en los mercados de consumo que se utilizan en diversos requisitos de aplicación. Algunos de los tipos de rodamientos de rodillos más comunes son:

Rodamientos de rodillos esféricos

El rodamiento esférico consta de un anillo interior con dos pistas de rodadura inclinadas según el ángulo del eje del rodamiento, un anillo exterior con una pista de rodadura esférica común, elementos rodantes esféricos, jaulas y, en algunos diseños, anillos centrales internos.

Su construcción les permite soportar grandes cargas axiales y radiales en cualquier dirección a altas velocidades, incluso con desalineación del rodamiento o desviación del eje. Los rodamientos oscilantes de rodillos son versátiles y vienen con agujeros cilíndricos o cónicos que van de 20 mm a 900 mm, lo que permite a los usuarios instalarlos con o sin adaptador de manguito.

Rodamientos de rodillos cilíndricos

Estos rodamientos tienen rodillos de forma cilíndrica en contacto lineal con las pistas de rodadura, pero no son verdaderos cilindros. En cambio, tienen extremos coronados o flotantes para aliviar la tensión. Puede encontrarlos en configuraciones de una o dos filas. No obstante, independientemente de su elección, su geometría les confiere una mayor capacidad de carga radial en aplicaciones de alta velocidad. No obstante, tienen una capacidad de carga de empuje moderada.

Rodamientos de rodillos cónicos

Los rodillos cónicos están diseñados bajo el principio de que los conos pueden rodar unos sobre otros sin deslizarse. Contienen un anillo interior y exterior y filas de conjuntos de conos no separables. Los rodamientos de rodillos cónicos se desplazan sobre pistas de rodadura cónicas correspondientes al diseño cónico de los rodamientos. Debido a su gran superficie de contacto, los rodillos cónicos pueden soportar grandes cargas radiales, axiales y de empuje, normalmente en aplicaciones de velocidad moderada.

Se parecen mucho a los rodamientos cilíndricos, pero si decide cuál comprar, ésta es la principal diferencia: los rodamientos de rodillos cilíndricos sólo soportan cargas de empuje limitadas. Al mismo tiempo, sus homólogos cónicos pueden gestionar importantes cargas de empuje. Los rodamientos de rodillos cónicos suelen estar disponibles en pulgadas y en sistema métrico.

Rodamientos de agujas

Estos rodillos cuentan con rodamientos finos y largos colocados horizontalmente en la carcasa del rodamiento. Pueden tener extremos cónicos para mantener la posición del rodillo o extremos semiesféricos para el libre movimiento del rodamiento. Los rodamientos de agujas son una variante de los rodamientos cilíndricos. Su diseño en forma de copa les permite soportar altas capacidades de carga radial en aplicaciones que requieren una precisión de rotación de alta velocidad.

La principal ventaja de los rodillos de agujas es su capacidad para utilizar la superficie de contacto como pistas de rodadura interiores, exteriores, o ambas. La construcción también proporciona grandes depósitos de aceite manteniendo un diseño de sección transversal minimalista. Encontrará rodillos de agujas con o sin anillo interior.

Rodamiento de rodillos de empuje

Los rodamientos axiales son rodamientos giratorios específicos que se utilizan para soportar grandes cargas en entornos hostiles. Pueden presentar diversos elementos rodantes, como agujas, rodillos cónicos, esféricos o cilíndricos, que dividen los anillos del rodamiento. Los rodillos de empuje manejan las cargas axiales y de empuje paralelas al eje del árbol. Su índice de velocidad varía en función del elemento de rotación utilizado. Por ejemplo, los rodamientos axiales de bolas son excelentes para aplicaciones de alta velocidad, pero los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos están limitados a velocidades moderadas.

Modelos de cálculo de fallos y vida útil de los rodamientos

Cada año, los fabricantes ponen en circulación aproximadamente 10.000 millones de rodamientos en todo el mundo. El noventa por ciento de ellos sobreviven a la maquinaria en la que están instalados. Sólo el 0,5%, es decir, 50.000.000, se sustituyen por fallos o daños.

Los rodamientos de rodillos fallan debido a varias razones, que incluyen:

• Fatiga
• Régimen de lubricación deficientes
• Contaminación a causa de un mal sellado
• Manipulación, instalación y mantenimiento inadecuados
• Utilidad en cargas más pesadas o diferentes a las especificadas

La frecuencia y el alcance de los daños varían según el sector y la aplicación. Por ejemplo, los rodamientos de rodillos fallan en la industria de la pulpa y el papel debido a la contaminación y la mala lubricación, no a la fatiga.

Estos sucesos suelen dejar una huella dañina dentro de las pistas de rodadura de los rodamientos, denominada daño por trayectoria. El examen del componente permite a los usuarios determinar la causa de los daños. En consecuencia, pueden utilizar un extractor de rodamientos para extraer el rodamiento del eje, examinarlo y tomar medidas correctivas para garantizar que el problema no se repita.

Tomemos, por ejemplo, el caso de la contaminación debida a la ineficiencia de las juntas. Las partículas se alojan en las cavidades de los rodamientos a lo largo de las pistas de rodadura. El exceso de rodamiento continuado puede causar hendiduras agudas en las pistas. Cuando el funcionamiento normal somete a tensión las zonas dentadas, se produce la fatiga de la superficie. Las carcasas metálicas comienzan a desprenderse de las pistas de rodadura, un proceso llamado desconchado. Si no se solucionan los daños, el desconchado continúa hasta que el rodamiento queda inservible.

Modelo de cálculo de la vida útil

Los usuarios pueden calcular la vida útil de los rodamientos de rodillos mediante una fórmula denominada capacidad dinámica del rodamiento, C. Se refiere a la carga radial estacionaria estándar que puede soportar un rodamiento con una vida útil de un millón de revoluciones cíclicas.

Los industriales utilizan la capacidad dinámica de los rodamientos para proyectar el índice de vida útil con cargas y velocidades de rodadura específicas. Los fabricantes recomiendan someter un rodamiento de rodillos a una carga máxima de trabajo de la mitad de su capacidad. La Organización Internacional de Normalización (ISO ) y la Asociación Americana de Fabricantes de Rodamientos (ABMA) definen los métodos de cálculo, que suelen tener en cuenta las dimensiones internas de las pistas de rodadura y los elementos rodantes.

Cálculo de la vida útil de los rodamientos

"Rating Life" es la durabilidad del rodamiento calculada para una fiabilidad del 90%. Se define como la cantidad de tiempo que un grupo de rodillos idénticos completará antes de desarrollar desconchones por fatiga. La fórmula básica de cálculo para determinar la vida útil del rodamiento (L10) es la siguiente:

Dónde:

• C - Capacidad dinámica (dN o Lbs.)
• P - Carga portante equivalente (N o Lbs.)
• N - Velocidad de rotación (RPM)
• E - 10/3 (3,0 para rodamientos de bolas)

Criterios de selección de los rodamientos de rodillos

Aunque los rodamientos de rodillos son componentes normalizados, los criterios de selección del rodamiento correcto sólo pueden establecerse hasta cierto punto, normalmente en función de los requisitos de la aplicación. Aun así, los compradores deben tener en cuenta una de las principales dimensiones del rodamiento, normalmente el diámetro del agujero, en función del diseño y la construcción general.

Hoy en día, la informatización del proceso de diseño permite a los fabricantes crear rodamientos con dimensiones óptimas. Esta tecnología también ayuda a los consumidores a elegir los componentes adecuados para su uso en diversas piezas de maquinaria.

Al buscar el rodamiento adecuado para su uso en aplicaciones específicas, los directores de proyecto y los diseñadores deben centrarse en los siguientes factores:

• Tipo de carga y volumen
• Requisitos de montaje: espacio de instalación y estilo de lubricación
• La vida útil del rodamiento
• Los parámetros de funcionamiento del rodamiento (velocidad y condiciones térmicas)
• Requisitos de precisión
• Mantenimiento y revisión
• Condiciones ambientales (vibraciones, suciedad, etc.)
• Requisitos para el montaje y desmontaje

Aplicaciones de los rodamientos

Dado que existen diferentes tipos de rodamientos con distintas configuraciones, estos componentes proporcionan diversas propiedades, como el rendimiento, la velocidad, la precisión y la capacidad de carga, a distintos niveles. Por ello, se instalan en diversos equipos y maquinaria de diferentes sectores industriales. Entre las aplicaciones más utilizadas de los rodamientos se encuentran:

• Sistemas de carga de la aviación
• Maquinaria y equipos rotativos de alta resistencia
• Sector del automóvil
• Equipos médicos
• Generación de energía en turbinas de centrales hidroeléctricas
• Paneles solares
• Industria agrícola
• Fabricación de pasta y papel
• Refinación de petróleo

Preguntas frecuentes

¿Se pueden renovar los rodamientos?

Sí, pero depende. No es económico renovar los rodamientos pequeños. Sin embargo, las más grandes, con diámetros interiores superiores a las 6 pulgadas, pueden renovarse con beneficios económicos.

¿Cómo puedo asegurarme de elegir el rodamiento de rodillos adecuado para mi aplicación?

Los fabricantes recomiendan consultar a un ingeniero de aplicaciones de rodamientos para maximizar el rendimiento y garantizar el éxito del proyecto a la hora de elegir sus especificaciones de diseño.

¿Pueden los rodamientos de acero inoxidable evitar la corrosión?

Hasta cierto punto, el acero inoxidable no es resistente a la oxidación, sino a la corrosión. Esto significa que se oxidará en condiciones corrosivas, pero mucho más lentamente que el acero de aleación de cromo.

¿Qué es un rodamiento de rodillos de leva?

Un rodamiento de rodillos de leva es un tipo de rodamiento de rodillos con un anillo exterior modificado para incluir pestañas guía. Se utiliza en aplicaciones de levas y seguidores para soportar elevadas cargas radiales.

¿Qué es un rodamiento de rodillos enjaulado?

Se trata de un rodamiento de rodillos con una jaula entre los rodillos para reducir la fricción, sujetar los rodillos y mantenerlos uniformemente espaciados. Está diseñado para soportar cargas radiales y axiales modestas.