Tipos de rodamientos explicados: Tipos principales, aplicaciones y alojamiento

Los rodamientos son componentes indispensables en casi todas las aplicaciones de maquinaria rotativa, desde sistemas aeroespaciales complejos hasta electrodomésticos sencillos. Su función fundamental es reducir la fricción entre las piezas móviles, soportar cargas rotacionales y guiar con precisión el movimiento de los elementos de la máquina. La selección del tipo de rodamiento correcto es fundamental para garantizar la longevidad, la eficiencia y la fiabilidad de cualquier sistema mecánico. Este artículo proporciona una exploración detallada de los principales tipos de rodamientos, sus aplicaciones específicas y las diferentes disposiciones de alojamiento utilizadas para soportarlos.

I. La función principal y los principios de diseño

Un rodamiento funciona transfiriendo una carga de una pieza móvil (como un eje) a una pieza fija (como la carcasa de una máquina). Esta transferencia se logra con una fricción mínima, que es la clave de la eficiencia energética y la gestión térmica. Los rodamientos se clasifican principalmente en función del tipo de movimiento que permiten y la dirección de la carga que están diseñados para soportar. Las dos categorías principales son:

Rodamientos de elementos rodantes (rodamientos antifricción):Estos utilizan elementos rodantes (bolas, rodillos o agujas) para separar los anillos interior y exterior, convirtiendo la fricción de deslizamiento en una fricción de rodadura mucho menor.

Rodamientos lisos (rodamientos de fricción):Estos funcionan por contacto directo, a menudo lubricados por una fina película de aceite u otro fluido para crear una separación hidrodinámica o hidrostática, o mediante la utilización de materiales autolubricantes.

II. Tipos principales de rodamientos de elementos rodantes

Los rodamientos de elementos rodantes son el tipo más común en aplicaciones industriales y automotrices, categorizados por la forma del elemento rodante y su capacidad para manejar diferentes tipos de carga (radial, axial o combinada).

A. Rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas utilizan bolas esféricas como elementos rodantes. Son el tipo más común debido a su versatilidad y costo relativamente bajo.

Rodamientos rígidos de bolas: El tipo más utilizado. Son muy versátiles y excelentes para manejar cargas radiales (perpendiculares al eje) y cargas axiales moderadas (paralelas al eje) en ambas direcciones. Las aplicaciones incluyen motores eléctricos, cajas de cambios y electrodomésticos.

Rodamientos de bolas de contacto angular: Diseñados con pistas de rodadura desplazadas entre sí, lo que los hace ideales para manejar cargas combinadas altas (radiales y axiales simultáneas). Se utilizan típicamente en pares y son cruciales en aplicaciones de alta velocidad y alta precisión como husillos de máquinas herramienta y cubos de rueda automotrices.

Rodamientos de bolas autoalineables: Cuentan con un anillo exterior con una pista de rodadura esférica continua, lo que permite que el anillo interior y los elementos rodantes giren. Esto compensa la desalineación del eje y los errores de montaje. Son adecuados para cargas ligeras a moderadas en maquinaria donde la alineación es difícil de mantener.

B. Rodamientos de rodillos

Los rodamientos de rodillos utilizan rodillos cilíndricos, cónicos o esféricos, que tienen una mayor área de contacto que las bolas. Esto les permite soportar cargas significativamente más pesadas que los rodamientos de bolas del mismo tamaño.

Rodamientos de rodillos cilíndricos: Utilizan rodillos que son más largos que su diámetro. Tienen una capacidad de carga radial muy alta y son excelentes para altas velocidades. Sin embargo, generalmente manejan poca o ninguna carga axial. Se utilizan en laminadores, transmisiones industriales y motores eléctricos grandes.

Rodamientos de rodillos esféricos: Estos cuentan con dos filas de rodillos en forma de barril en una pista de rodadura de anillo exterior esférico. Al igual que los rodamientos de bolas autoalineables, pueden acomodar una desalineación angular significativa, pero están diseñados para manejar cargas radiales y axiales extremadamente pesadas. Esenciales en entornos exigentes como turbinas eólicas, maquinaria papelera y equipos de minería.

Rodamientos de rodillos cónicos: Cuentan con rodillos y pistas de rodadura que son cónicos. Este diseño los hace especialmente adecuados para manejar cargas combinadas muy pesadas, tanto fuerzas radiales grandes como axiales grandes. Se utilizan predominantemente en ejes de vehículos, transmisiones por engranajes y maquinaria agrícola.

Rodamientos de agujas: Un tipo de rodamiento de rodillos cilíndricos donde los rodillos son muy delgados en relación con su longitud (agujas). Ofrecen una capacidad de carga muy alta en relación con su sección transversal, lo que los hace ideales para aplicaciones con espacio radial limitado, como transmisiones automotrices y juntas universales.

III. Tipos principales de rodamientos lisos

Los rodamientos lisos, o rodamientos de deslizamiento, no utilizan elementos rodantes. Se basan en una superficie de deslizamiento, a menudo separada por una película lubricante, o hecha de materiales con baja fricción inherente.

Rodamientos de fricción (rodamientos de manguito): El tipo más común, son cilíndricos y rodean el eje giratorio (muñón). Se basan en la presión generada por un eje giratorio dentro de una película de fluido (aceite o grasa) para evitar el contacto. Cruciales en maquinaria grande y de servicio pesado como motores de combustión interna (bielas y cojinetes principales) y bombas grandes.

Rodamientos axiales: Diseñados para manejar cargas axiales puras. A menudo son anillos o arandelas. Las aplicaciones incluyen el soporte de ejes verticales y la prevención de que los ejes se muevan lateralmente bajo la fuerza axial.

Rodamientos hidrostáticos e hidrodinámicos: Estos son rodamientos lisos muy sofisticados. Los rodamientos hidrodinámicos generan la película lubricante a través del movimiento relativo de las superficies. Los rodamientos hidrostáticos utilizan una bomba externa para inyectar fluido presurizado, creando una película incluso cuando el eje está estacionario, proporcionando una rigidez y precisión superiores en mesas de máquinas herramienta y telescopios.

IV. Aplicaciones de rodamientos por tipo de carga

El factor más crítico en la selección de rodamientos es el perfil de carga:

V. Alojamiento y soporte de rodamientos

El alojamiento del rodamiento, a menudo llamado pedestal o bloque de apoyo, es el componente estructural que asegura el anillo exterior del rodamiento al bastidor de la máquina, asegurando la alineación adecuada y proporcionando el acceso de lubricación necesario.

Alojamiento de bloque de almohada: Este es un alojamiento tipo pedestal donde el rodamiento se asienta sobre un plano paralelo al eje. Se utilizan típicamente para equipos industriales donde el eje está soportado entre dos puntos, como transportadores y ventiladores. A menudo están divididos (dos partes) para facilitar la instalación y el mantenimiento.

Alojamiento de brida: Diseñado para montarse perpendicularmente al bastidor de una máquina, similar a una brida o placa. Se utilizan comúnmente cuando el eje pasa a través de una pared o panel lateral de una máquina, como en rodillos de alimentación o mezcladores ligeros.

Alojamiento de toma: Se utiliza para aplicaciones donde el eje necesita ser tensado o ajustado, típicamente encontrado en sistemas de transporte donde la tensión de la correa necesita regulación manual.

El alojamiento no solo proporciona soporte mecánico, sino que también asegura la integridad del sistema de lubricación, protegiendo el rodamiento de contaminantes como el polvo y la humedad mediante el uso de sellos y proporcionando puertos para la reposición de grasa o aceite. El sellado y la selección del alojamiento adecuados son tan vitales como el propio rodamiento para lograr la vida útil operativa diseñada.

En resumen, el mundo de los rodamientos es diverso y especializado, que va desde rodamientos de bolas simples en aplicaciones de baja carga hasta sistemas hidrostáticos complejos en maquinaria de alta precisión. Comprender la distinción entre los rodamientos de elementos rodantes y los rodamientos lisos, y las capacidades específicas de manejo de carga de cada tipo, es fundamental para el diseño y el mantenimiento mecánicos, lo que impacta directamente en el rendimiento y la longevidad de cualquier equipo rotativo.