Una guía completa de rodamientos

Los rodamientos son piezas mecánicas que ayudan a la rotación de un objeto, soportan cargas y reducen la fricción entre las piezas móviles. Están disponibles en una gran variedad de diseños, cada uno con sus propias características que los hacen adecuados para aplicaciones específicas. Una de las aplicaciones más comunes de los rodamientos es soportar un eje que gira dentro de una pieza de maquinaria. Casi todas las aplicaciones que tienen que girar para funcionar utilizan rodamientos de una forma u otra, desde coches, aviones, generadores eléctricos, turbinas, hasta equipos médicos y relojes. Este artículo explora los distintos tipos de rodamientos más comunes en el mercado.

Índice de contenidos

• Fundamentos de los rodamientos
• Cargas
• Rodamientos de Bolas
• Rodamientos de Rodillos
• Designaciones especiales de rodamientos
• Criterios de selección de los rodamientos

Fundamentos de los rodamientos

Un rodamiento se utiliza en aplicaciones rotativas para transferir cargas entre componentes de la máquina o para guiar elementos de la máquina como ruedas, ejes y árboles. Ofrecen una baja fricción, son altamente precisos y son capaces de alcanzar altas velocidades de rotación con bajo ruido, calor y consumo de energía. Los rodamientos son rentables, intercambiables y cumplen las normas internacionales de dimensiones.

Rodamientos y cojinetes de bolas

Los rodamientos pueden clasificarse en dos categorías básicas en función de los elementos rodantes que contienen. La principal diferencia radica en el contacto entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura.

• Rodamiento de bolas: Un rodamiento de bolas está formado por bolas que hacen contacto con pistas de rodadura anulares. A medida que aumenta la carga sobre el rodamiento, hace que el área de contacto del rodamiento se vuelva elíptica. Los rodamientos de bolas pueden admitir altas velocidades de rotación debido a sus pequeñas áreas de contacto, pero su capacidad para soportar cargas se resiente debido a su diseño.
• Rodamiento: En los rodamientos, los rodillos hacen una línea de contacto con las pistas de rodadura del anillo. El aumento de la carga hace que la línea de contacto se vuelva más rectangular (figura 2). Debido a esta mayor superficie de contacto, puede soportar cargas más pesadas, pero gira a una velocidad más lenta que un rodamiento de bolas de tamaño similar.

Piezas de rodamiento

Un rodamiento consta de 4 componentes principales, como se ve en la figura 3:

• Anillo interior y pista de rodadura (A): La pista de rodadura interior es un anillo más pequeño sobre el eje. Se coloca dentro de la pista de rodadura exterior (D).
  • En los rodamientos de rodillos, la pista de rodadura es plana o cónica con una brida que mantiene los rodillos en su sitio.
  • En los rodamientos de bolas, se corta una ranura en su circunferencia exterior.
• Elementos rodantes (B): Los rodamientos pueden girar libremente gracias a las bolas o rodillos fijados entre las pistas interiores y exteriores. Si no estuvieran, la fricción entre las pistas destruiría rápidamente el rodamiento. Las bolas y los rodillos de los rodamientos se fabrican con especificaciones simétricas exactas, ya que un elemento rodante asimétrico reduce el rendimiento del rodamiento. Los elementos rodantes dependen en gran medida de la calidad de su superficie, ya que afecta a la suavidad con la que pueden girar. La fricción genera calor, lo que acorta la vida útil del rodamiento y aumenta su ruido.
• Jaula de rodamientos (C): Una jaula de rodamientos mantiene las bolas o rodillos en su lugar entre la pista de rodadura interior y exterior. Esto garantiza que las bolas/rodillos puedan girar libremente, pero conservan su espacio.
• Canal exterior (D): Los rodamientos constan de una pista de rodadura exterior y una pista de rodadura interior (anillo) que aloja las bolas o rodillos en su interior.
  • En los rodamientos de rodillos, la pista de rodadura exterior es plana, esférica o cónica con una brida que mantiene los rodillos en su sitio.
  • En los rodamientos de bolas, se corta una ranura a lo largo de la circunferencia interior de la pista de rodadura para que las bolas se mantengan en su sitio.
• Rodamiento completo (E): Cuando todos los componentes están ensamblados, forman el rodamiento. Los elementos rodantes pueden quedar expuestos, y éstos requieren una lubricación adecuada para funcionar correctamente. Los rodamientos pueden venir con juntas, que protegen los elementos rodantes del entorno y ya están lubricados. Más información sobre la lubricación de rodamientos.

Cargas

Cuando se habla de rodamientos, es importante hablar de las cargas. Una carga es la fuerza que actúa sobre el rodamiento. Un rodamiento cargado, tiene fuerzas que actúan sobre él actualmente mientras que un rodamiento sin carga no. Hay que tener en cuenta varios factores de carga, como la dirección de la carga, el tipo de carga y el estado de la misma.

Dirección de la carga

• Carga Radial: La carga radial es cualquier carga que actúe en ángulo recto con respecto al eje del rodamiento (figura 4 izquierda).
• Carga axial: La carga axial o de empuje es cualquier carga que actúe a lo largo del eje del rodamiento (figura 4 central).
• Carga combinada: La carga combinada es una combinación de componentes de carga radial y axial (Figura 4 derecha).

Tipo de carga

• Cargas dinámicas: Son las fuerzas de rotación que actúan sobre el rodamiento al girar. Estas cargas provocan el desgaste del rodamiento.
• Cargas estáticas: Un pico de carga continuo o intermitente. Bajo cargas estáticas, la resistencia del material del rodamiento es el factor limitante.

Condición de carga

• Carga constante: Bajo carga constante, la dirección de la carga no cambia y la misma parte del rodamiento está constantemente sometida a la carga, también conocida como zona cargada.
• Carga variable: Bajo cargas alternantes, las zonas adyacentes en el rodamiento se cargan y descargan alternativamente.

Rodamientos de Bolas

Los rodamientos de bolas se dividen en diferentes categorías.

Rodamientos rígidos de bolas

Los rodamientos rígidos a bolas tienen sus bolas sujetas por ranuras profundas en las pistas de rodadura y pueden soportar tanto cargas radiales como axiales. Son adecuados para velocidades de rotación muy altas, ofrecen una baja fricción, crean un ruido y unas vibraciones mínimas, son fáciles de instalar y requieren menos mantenimiento que otros tipos de rodamientos.

rodamientos de bolas de contacto angular

Las pistas de rodadura del anillo interior y exterior de estos rodamientos están desplazadas entre sí, como se ve en la figura 6. Por ello, estos rodamientos están diseñados para soportar simultáneamente cargas radiales y axiales. Además, la capacidad de carga axial del rodamiento aumenta a medida que aumenta el ángulo de contacto. Los rodamientos de bolas de contacto angular deben utilizarse para alta precisión, altas velocidades y cargas axiales, que pueden encontrarse en cajas de engranajes, bombas y aplicaciones de máquinas herramienta.

rodamientos de bolas de contacto angular de una hilera

Éstos soportan cargas axiales en una sola dirección, por lo que los rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular suelen instalarse colocando dos rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular espalda con espalda, cara con cara o en tándem. Por lo tanto, se pueden acomodar múltiples fuerzas direccionales. Los rodamientos se fijan en su lugar con la ayuda de un collarín de bloqueo, para evitar que se deslicen a lo largo del eje.

• De forma consecutiva: Al montar los rodamientos de esta manera, pueden soportar cargas radiales y axiales en cualquier dirección. Debido a que la distancia entre el centro del rodamiento y el punto de carga es mayor que otros métodos de montaje, puede manejar grandes fuerzas de carga momentáneas y alternas.
• Cara a cara: Mediante esta secuencia de montaje, el rodamiento puede soportar cargas radiales y axiales en cualquier dirección. Sin embargo, debido a que la distancia entre el centro del rodamiento y el punto de carga es menor a través de este montaje, la capacidad de fuerza momentánea y alterna es menor.
• Tandem: Un montaje en tándem puede acomodar cargas axiales de una sola dirección, así como cargas radiales. Dado que las cargas en el eje son recibidas por ambos rodamientos, puede soportar grandes cargas axiales.

Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera

La disposición de doble hilera de rodamientos de bolas de contacto angular es similar a la de dos rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular colocados espalda con espalda, pero requiere menos espacio axial. Además de las cargas radiales y axiales, también son capaces de absorber momentos de inclinación.

rodamientos de bolas auto-alineables

Los rodamientos de bolas autoalineables se utilizan cuando una aplicación puede sufrir desalineación o desviación del eje. Tiene dos hileras de bolas que comparten la pista de rodadura esférica exterior, mientras que el anillo interior tiene dos pistas de rodadura de ranura profunda de contacto angular. Debido a que las bolas se mantienen en su lugar en la pista de rodadura interior, pero tienen cierta libertad de movimiento en la pista de rodadura exterior, el rodamiento es capaz de funcionar incluso cuando está fuera de la alineación con el eje. Sin embargo, no pueden acomodar aplicaciones de alta carga.

Rodamientos axiales de bolas

Los rodamientos de bolas de empuje se utilizan para cargas axiales. Hay dos diseños clave disponibles: de una sola dirección y de doble dirección.

• Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto están formados por dos anillos, denominados arandelas del eje y del alojamiento, y un conjunto de bola y jaula. Sólo pueden soportar cargas axiales en una dirección, dependiendo de la colocación de la brida en la pista de rodadura interior, exterior o en ambas.
• Los rodamientos axiales de bolas de doble dirección constan de tres arandelas y dos conjuntos de bolas y jaula. La arandela del eje separa los conjuntos de bola y jaula. Estos rodamientos han sido diseñados para ser utilizados con cargas axiales, y no son adecuados para cargas radiales. Pueden soportar cargas axiales en ambas direcciones.

Lea nuestra guía de rodamientos para obtener más información.

Rodamientos de Rodillos

Dentro de la categoría de los rodamientos, hay otras categorías, que trataremos en las siguientes secciones.

rodamientos de rodillos esféricos

Los rodamientos oscilantes de rodillos se utilizan para grandes cargas radiales y axiales. Existen dos diseños principales: rodamientos de rodillos esféricos de una hilera y de dos hileras. Estos rodamientos reciben su nombre de la forma esférica de la pista de rodadura exterior y de la forma esférica de los rodillos.

Estos rodamientos son especialmente adecuados para aplicaciones propensas a la desalineación o a las desviaciones del eje. Debido a su gran capacidad de carga y a su capacidad para adaptarse a la desalineación, tienen un bajo coste de mantenimiento y normalmente una mayor vida útil del rodamiento. Estos rodamientos se utilizan en cintas transportadoras, puentes y grúas, fábricas de papel y cajas de cambios, etc.

Rodamientos de rodillos cilíndricos

Los rodamientos de rodillos cilíndricos se utilizan para aplicaciones de alta velocidad y de gran carga radial. Además de estar rectificados para garantizar el máximo contacto con la pista de rodadura, sus elementos rodantes están coronados con precisión para evitar la carga en los bordes debido a la desalineación del eje. Proporcionan alta rigidez, baja fricción y larga vida útil. Estos rodamientos también pueden acomodar el desplazamiento axial si el rodamiento ha sido equipado con bridas en los anillos interior y exterior. Existen dos diseños principales: rodamientos de rodillos cilíndricos de una hilera y de dos hileras.

Rodamientos de rodillos cónicos

Los rodamientos derodillos cónicos tienen un diseño similar al de los rodamientos de rodillos a rótula. En los rodamientos de rodillos cónicos, las pistas de rodadura interior y exterior son cónicas, al igual que los rodillos. Estos rodamientos pueden utilizarse para las cargas radiales y axiales más pesadas en aplicaciones propensas a la desalineación o a las desviaciones del eje. La gran capacidad de carga y la posibilidad de adaptarse a la desalineación ayudan a obtener bajos costes de mantenimiento y una mayor vida útil de los rodamientos. Existen dos diseños principales: rodamientos de rodillos cónicos de una hilera y de dos hileras.

Rodamientos de rodillos de empuje

Al igual que los rodamientos de bolas de empuje, existen varios tipos de rodamientos de rodillos de empuje que pueden ser de una o dos direcciones. Los rodamientos axiales de rodillos estándar están destinados a soportar cargas axiales más pesadas que los rodamientos axiales de bolas, pero no deben estar expuestos a cargas radiales. Sin embargo, los rodamientos axiales de rodillos cónicos y los rodamientos axiales a rótula pueden soportar tanto las fuerzas radiales como las axiales.

• El diseño de dirección única consta de dos anillos, denominados arandelas de eje y alojamiento, y un conjunto de bola y jaula único.
• El diseño de doble dirección consiste en un conjunto de tres arandelas y dos juegos de bolas y jaulas. La arandela del eje separa estos conjuntos.

Rodamientos de agujas de empuje

Los rodamientos de agujas axiales están diseñados para velocidades extremadamente altas, pero sólo para fuerzas axiales. A menudo, las piezas adyacentes de la máquina sirven como pistas de rodadura, como los conjuntos de engranajes. Esto significa que el rodamiento no ocupa más espacio que una arandela. Estos rodamientos pueden soportar grandes cargas axiales y cargas máximas, ya que los rodillos de un conjunto tienen desviaciones de diámetro muy pequeñas. Para evitar los picos de tensión, se suele prever un ligero relieve en los extremos de los rodillos para modificar la superficie de contacto entre la pista de rodadura y los rodillos.

Designaciones especiales de rodamientos

Existen varios códigos y designaciones para determinar diversos diseños de rodamientos y características de diseño. Estos códigos y designaciones incluyen la designación de rodamientos con agujeros cónicos (a los que se asigna la letra K en los rodamientos SKF), para los rodamientos reforzados se suele utilizar la letra E, y existen muchos más. Por desgracia, no todos los fabricantes utilizan los mismos sufijos y características de diseño. Para entenderlo bien, lea nuestra guía sobre las referencias de los rodamientos.

Rodamientos cilíndricos N/NJ/NU/NUP

Un área que suele ser la misma en todo el mundo, son las diferentes designaciones para la colocación de bridas en los rodamientos. Estas bridas están destinadas a hacer frente a las cargas radiales aplicadas a los rodamientos.

• NU: En la pista de rodadura exterior de estos rodamientos hay dos bridas mecanizadas, pero no hay bridas en la pista de rodadura interior. Los elementos rodantes y las jaulas se montan en la pista de rodadura exterior. Este rodamiento no puede soportar cargas de empuje debido a la falta de bridas en la pista de rodadura interior.
• N: Hay dos bridas en la pista de rodadura interior, ninguna brida en la pista de rodadura exterior, y rodillos y jaulas en la pista de rodadura interior de estos rodamientos. La pista de rodadura exterior de este rodamiento no tiene bridas, por lo que no puede soportar cargas de empuje.
• NJ: Una brida mecanizada está situada en un lado de la pista de rodadura interior, y dos bridas están situadas en la pista de rodadura exterior. Un conjunto de rodillos y jaulas se encuentra dentro de la pista de rodadura exterior. Debido a que la pista de rodadura interior tiene una brida integral, este rodamiento puede soportar cargas axiales y cargas de empuje limitadas.
• NUP: Los rodamientos de este tipo son similares a los rodamientos de tipo NJ, pero tienen una pista de rodadura única, a menudo denominada collarín de empuje. Un collarín de empuje está montado en el lado de la pista de rodadura interior sin brida para soportar una carga axial en ambas direcciones. El collarín de empuje sobresale del rodamiento por un lado, por lo que la pista de rodadura interior tiene un diámetro ligeramente mayor que la exterior.

Criterios de selección de los rodamientos

A continuación se indican los criterios de selección de rodamientos que deben tenerse en cuenta para las aplicaciones:

• Espacio disponible: El diámetro del agujero de un rodamiento, una de las dimensiones principales, suele estar determinado por el diseño de la máquina y el diámetro de su eje. Los ejes de pequeño diámetro pueden equiparse con cualquier tipo de rodamiento de bolas. Además de los rodamientos rígidos de bolas, también pueden utilizarse los rodamientos de agujas. Los rodamientos para ejes de gran diámetro incluyen rodamientos cilíndricos, cónicos, esféricos y rígidos de bolas. En situaciones en las que el espacio radial es limitado, son preferibles los rodamientos de sección pequeña.
• Cargas: El tamaño de un rodamiento suele estar determinado por la magnitud de la carga. En general, los rodamientos de rodillos soportan cargas más pesadas que los rodamientos de bolas de tamaño similar, y los rodamientos con una dotación completa de elementos rodantes pueden soportar cargas más pesadas que los rodamientos con jaula. En general, los rodamientos de bolas soportan cargas de ligeras a moderadas. Los rodamientos con rodillos suelen ser la opción más adecuada cuando los rodamientos deben soportar cargas pesadas o cuando los diámetros de los ejes son grandes.
• Desalineación: Las desalineaciones se producen cuando los ejes se doblan bajo carga, cuando los asientos de los rodamientos no están mecanizados a la misma altura o cuando los rodamientos están demasiado separados. Los rodamientos rígidos de bolas, así como los rodamientos de rodillos cilíndricos, no pueden admitir ninguna desalineación o sólo pueden admitir pequeñas desalineaciones si no es por la fuerza. Los rodamientos que se autoalinean, como los rodamientos de rodillos a rótula, y los rodamientos axiales de rodillos a rótula, pueden adaptarse a la desalineación y compensar la desalineación inicial causada por errores de mecanizado y montaje.
• La precisión: Las disposiciones que exigen una gran precisión de funcionamiento y las aplicaciones que requieren velocidades muy elevadas requieren rodamientos con una mayor precisión. Este es el caso típico de las aplicaciones médicas y aeroespaciales. Los rodamientos de alta precisión suelen fabricarse según las normas de los rodamientos rígidos de bolas o de los rodamientos de contacto angular, pero tienen tolerancias mucho menores que los rodamientos estándar.
• La velocidad: La velocidad de un rodamiento está limitada por la temperatura de funcionamiento admisible. Para el funcionamiento a alta velocidad, lo más adecuado son los rodamientos con baja fricción y, en consecuencia, con baja generación de calor en su interior. Los cojinetes de empuje, por su diseño, no pueden acomodar una velocidad tan rápida como los cojinetes radiales.
• Recorrido silencioso: Dependiendo de la aplicación, por ejemplo, pequeños motores eléctricos para electrodomésticos o máquinas de oficina, el ruido generado en el funcionamiento puede influir en la selección del rodamiento. Para estas aplicaciones se fabrica un tipo particular de rodamiento rígido de bolas con jaula de latón. Estos rodamientos tienen más espacio entre las pistas de rodadura, lo que permite colocar una mayor cantidad de lubricante dentro del rodamiento, amortiguando los niveles de ruido.
• Rigidez: La rigidez de un rodamiento viene determinada por la magnitud de su deformación elástica bajo carga. Como las deformaciones suelen ser mínimas, normalmente pueden despreciarse. La rigidez de los cojinetes del husillo o de los cojinetes del piñón es fundamental. Los rodamientos de rodillos tienen un mayor grado de rigidez que los rodamientos de bolas debido a las condiciones de contacto entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura. Sin embargo, esta deformación desempeña un papel en la lubricación. En un régimen de lubricación hidroelástica, esta deformación es un efecto favorable, aprenda más en nuestra guía de tribología.
• Montaje y desmontaje: Cuando los rodamientos con agujeros cilíndricos tienen diseños separables, pueden montarse y desmontarse de forma más eficiente, especialmente si se requieren ajustes de interferencia en ambos anillos. Si se requiere un montaje y desmontaje frecuente, son preferibles los rodamientos separables, ya que cada anillo de rodamiento puede montarse independientemente del otro. Los rodamientos con agujero cónico pueden montarse fácilmente en un asiento de eje cilíndrico o en un gorrón cónico utilizando un adaptador o un manguito de extracción. Obtenga más información sobre la instalación de rodamientos en nuestro artículo sobre el extractor de rodamientos.