Rodamientos: normas, tipos y dimensiones

Se llama rodamientos a todos los cojinetes de bolas, rodillos y agujas. Estos cuerpos de rodadura se mueven entre anillos o discos guía de acero. El coeficiente de rozamiento en el movimiento de rodadura es aproximadamente un 25 ... 50 menor que el que existe en el caso de los cojinetes de fricción. Por esta razón, los rodamientos se calientan menos y trabajan con menores pérdidas de energía. Además, marchan con un juego más pequeño y, por lo tanto, relativamente más exacto (importante para máquinas eléctricas y máquinas herramientas). Ocupan poco volumen, no presentan exigencias de mantenimiento ni de lubricantes y no necesitan marcha de adaptación. Además, su normalización internacional garantiza la intercambiabilidad.
Como desventajas deben indicarse su elevada sensibilidad a las cargas de choque y su marcha ruidosa en comparación con los cojinetes de fricción. En general, son más caros que estos últimos y exigen agujeros y gorrones con estrechas tolerancias. Puesto que forman una sola pieza, su montaje y desmontaje es más difícil que el de los cojinetes de fricción de tipo partido.

Teniendo en cuenta la dirección de la fuerza, existen los rodamientos de efecto transversal (rodamientos radiales), los de efecto longitudinal (rodamientos axiales) y los de bolas, rígidos, de efecto radial-axial, para ambas direcciones del esfuerzo. En los radiales, los cuerpos de rodadura marchan entre anillos: rodamientos de anillos, en los axiales, entre discos: rodamientos de discos.
Rodamientos para diferentes direcciones de carga

Todos están constituidos por las pistas de rodadura (anillos o discos), por los cuerpos de rodadura, que pueden ser esféricos, cilíndricos, cónicos o en forma de tonel y generalmente, también, por una jaula. Esta evita el contacto mutuo de los cuerpos de rodadura. Los cojinetes de anillo tienen dos pistas, una interior y otra exterior, entre las cuales se mueven los cuerpos de rodadura. Anillos, discos y cuerpos rodantes, están construidos de aceros especiales aleados al cromo. Los cuerpos y las pistas de rodadura están templados, rectificados y pulidos. Para las jaulas se emplea casi siempre chapa de acero, y raras veces latón (para jaulas macizas), metales ligeros o plásticos (fenoplásticos o poliamidas).
Formas de los elementos rodantes en rodamientos

Las dimensiones exteriores de los rodamientos están normalizadas por esquemas de medidas internacionales. Estos esquemas contienen series de medidas que se componen de nueve series de diámetros 7, 8, 9, 0,1, 2, 3, 4, 5 y diez series de anchos o de alturas 7, 8, 9, 0,1, 2, 3, 4, 5,6. En cada serie de diámetros, está asignado a un agujero un diámetro exterior determinado. A cada serie de diámetros están asignadas varias series de anchos (en el caso de cojinetes radiales), o series, de alturas (cuando son cojinetes axiales).
Series de medidas de los rodamientos

Series de medidas de los rodamientos, que se componen de una serie de anchos, o alturas y una serie se diámetros

Los rodamientos están representados con símbolos, de manera que los que tienen igual símbolo son intercambiables. Estos símbolos se componen de:

1. Los presímbolos K (jaula con cuerpos de rodadura), L (anilló libre), o R (anillo, exterior o interior, con pista para rodillos o agujas), Estos símbolos se emplean solamente para elementos sueltos de rodamientos (rodamientos incompletos), pero no para los que están completos.
2. Los símbolos base, que se componen del símbolo de la serie del rodamiento y el símbolo del orificio del mismo, siempre en clave. El símbolo de la serie condene, por otra parte, el tipo de cojinete (clase y serie constructiva), en forma de cifras o de letras y la serie de medidas, en cifras.

Ejemplos de simbolos basicos para rodamientos
Simbolos de series de los cojinetes de rodillos cilíndricos

3. Los pos-símbolos, que son datos adicionales de las diferencias que existen con respecto a los rodamientos de tipo normal. Constan de letras y, algunas veces, también de cifras. Con ellos se indica: la construcción interior, las medidas exteriores, la forma exterior, el cierre, la forma de la jaula, el tipo de la jaula, las tolerancias, y el juego. Por ejemplo: P5 significa que se ajusta a la clase de tolerancia P5; C2 que tiene un juego radial más pequeño que el normal; Si que sirve para temperaturas de servicio hasta 200° C.

Los tipos, dimensiones y valores de capacidad de carga con que se suministran, deben verse en los catálogos de los fabrican. Las tolerancias admisibles para las medidas de montaje y la precisión de la rodadura de los rodamientos también están normalizadas.

En estado de suministro, los rodamientos radiales poseen un juego radial entre los cuerpos de rodadura y las pistas. Al montarlos con sobremedida entre el anillo exterior y el agujero, la carcasa, así como entre el anillo interior y el eje, el anillo exterior se contrae, mientras que el interior se ensancha, lo que hace que se reduzca el juego radial Este no puede ser cero en ningún caso. Los rodamientos normales están mecanizados de tal manera que, con los ajustes usuales, queda todavía un juego de servicio suficiente. Si las condiciones de servicio o de temperatura exigen un ajuste más fuerte, los rodamientos deben ejecutarse con un juego radial correspondientemente mayor. No obstante, si se pide una alta precisión de guiado, los cojinetes se fabrican también con juego radial más pequeño.

Pueden construirse también con una elevada precisión de marcha: p. ej., para el apoyo de husillos de trabajo en máquinas herramientas.

Los rodamientos radiales rígidos a bolas y los de agujas se suministran también con discos de cubierta o discos de estanquidad laterales, Los primeros evitan que se dañe el sistema de rodadura por la entrada de cuerpos extraños; los segundos que se salga la grasa lubricante. Con ellos se ahorra la colocación de juntas en otros lugares.

Para fijar axialmente, de modo sencillo el anillo exterior, pueden suministrarse con ranuras
anualares para anillos de muelle.
Tipos de rodamientos radiales rígidos


Entre los tipos especiales deben citarse los rodamientos de cuatro puntos que soportan los esfuerzos en cuatro puntos, por lo cual poseen una elevada estabilidad. Su anillo interior es partido. De este
modo se pueden colocar muchas bolas, las cuales, junto con los pronunciados resaltes del anillo, confieren a los rodamientos capacidad de sustentación muy elevada.
Tipos de rodamientos especiales

Capacidad de Carga y Vida Útil

Los rodamientos, de acuerdo con sus condiciones de montaje y forma constructiva, tienen la posibilidad de absorber radiales Fr, esfuerzos axiales Fa o ambos simultáneamente. En el último caso se habla de carga combinada. Para el cálculo, supóngase sustituida la carga combinada, en el caso de los rodamientos radiales, por una fuerza radial F equivalente (de igual valor) y, en el de los rodamientos axiales, por una fuerza axial equivalente F, que produjeran, actuando por sí solas, en el caso de esfuerzos dinámicos (movimiento giratorio), la misma fatiga de material, o en el caso de esfuerzos estáticos (reposo), la misma deformación que la carga radial y axial reunidas. Esto se refiere, naturalmente, sólo a los rodamientos que, debido a su forma, se montan como cojinetes fijos y absorben fuerzas radiales y axiales.

Se entiende por capacidad de carga dinámica (duración en servicio) de un rodamiento la cantidad de revoluciones o de horas de servicio que el mismo resiste sin que aparezcan síntomas de fatiga de material en anillos, discos o cuerpos de rodadura. La fatiga de los materiales se nota por pequeñas grietas que más tarde se convierten en roturas. Para poder calcular la vida en servicio de los rodamientos, se ha dado, a cada uno, un factor de carga dinámica C. Este factor es la fuerza de la carga dinámicamente equivalente con la cual el 90 % de todos los cojinetes alcanzan una duración nominal de 106 revoluciones. SÍ la fuerza de carga equivalente F que se presenta en el servicio es más pequeña que la cifra de carga dinámica C, la duración será correspondientemente mayor que 106 revoluciones, es decir,- L = 106 (C/F) x, siendo x > 1.

Cuando las temperaturas de servicio se hallan por encima de unos 12° C., en los cojinetes normales se observan transformaciones de su estructura que los deforman para evitar este inconveniente, los cojinetes sometidos a tales condiciones se estabilizan por un procedimiento especial de tratamiento. Esto reduce el factor de carga dinámica que e expresa con un factor de dureza fH siendo entonces la capacidad dinámica (duración nominal en servicio)

Fórmula capacidad dinámica vida util
Dimensiones de los rodamientos radiales rigidos y coeficiente de carga
Dimensiones de los rodamientos axiales rigidos y coeficiente de carga
Dimensiones de los cojinetes de agujas y coeficiente de carga
Factores radiales X y factores axiales Y para cojinetes rigidos radiales





  • L En revol: duración nominal del cojinete, en servicio.
  • fH=Factor de dureza a las temperaturas de servicio:

Factor de dureza


  • C en kN: factor de carga dinámica del cojinete normal.
  • F en kN: Fuerza de carga dinámicamente equivalente.
  • x exponente de duración en servicio = 3 para todos los cojinetes de bolas (con contacto puntiforme) = 10/3 para todos los cojinetes de rodillos, agujas, conos y barriletes (contacto lineal).


Esfuerzo de caja dinámicamente equivalente F = X x Fr + Y x Fa

  • f en kN: fuerza de carga equivalente, suponiendo
  • Fr en kN: fuerza de la carga radial actuante.
  • Fa en kN: fuerza de carga axial actuante. En los rodamiento de bolas con contacto angular o en los de rodillos cónicos. Fa debe tomarse de acuerdo con los datos que siguen a continuación.
  • x factor radial para los cojinetes de bolas rígidos (véase la tabla).
  • Y factor axial, para cojines de bolas rígidos (véase tabla).


En el caso de cojinetes de agujas, y cojinetes de rodillos cilíndricos, es F = Fr, puesto que no pueden absorber axiales o los absorben de poca importancia. Para los rodamientos de bolas rígidos axiales, es F = Fa que no puede absorber fuerza radial alguna.

SÍ en un eje se monta un cojinete de bolas de contacto angular o uno de rodillos cónicos, se presentan en ellos fuerzas de reacción axiales. En este caso, según la figura, se suponen prolongadas hasta la línea central del eje las líneas de unión entre dos puntos de contacto de los cuerpos de rodadura (los puntos en los cuales se produce la transferencia de esfuerzos entre los cuerpos de rodadura y los anillos), y se hallan en los puntos de intersección las fuerzas radiales FrA y FrB producidas por la carga del eje. Con ellas se calcula luego la fuerza de carga axial Fa , siendo Fx la fuerza axial de servicio del eje, que debe ser absorbida por uno de los dos cojinetes:

Fuerza efectiva de carga axial
Pala el cojinete A, cuando
Fuerza efectiva de carga axial formula cojinete A

Para el cojinete B, cuando
Fuerza efectiva de carga axial formula cojinete B


  • Para el cojinete A, es en este caso Fa = 0.
  • Ya es el factor axial para el cojinete A Y lo es para el cojinete B, en cada caso para Fa/Fr> el catálogo de rodamientos.
  • La duración Lh en horas de trabajo se obtiene de la capacidad de carga dinámica en revoluciones, con la siguiente ecuación:


Duración nominal
Fuerza efectiva de carga axial duracion nominal


  • Lh en h: duración nominal del cojinete.
  • L en revol: duración.
  • n en r.p.m,: Velocidad del trabajo del cojinete.

Duracion nominal de los rodamientos

Esta duración nominal Lh es una magnitud pura. La duración real del cojinete puede ser muy diferente de ella. SÍ durante todo el tiempo de trabajo de un cojinete se producen oscilaciones de la carga, es decir, si el cojinete se carga menos de tiempo en tiempo (p. ej., en engranajes de grúas), la duración real será correspondientemente mayor. SÍ no funciona continuamente, sino con paradas, su duración real será igualmente mayor. Por otra parte, las suciedades acumuladas en el interior, las faltas de engrase, o los efectos corrosivos producidos por condensados de vapor, producen un desgaste prematuro que aumenta el juego del cojinete. Con ello se hace mayor el ruido, disminuye la precisión de guiado y se reduce la duración real.

Se entiende por capacidad de carga estática de un rodamiento la fuerza estática que produce en los cuerpos de rodadura una deformación permanente en los lugares de contacto con las pistas, que no altera el funcionamiento del rodamiento. En la práctica se ha visto que esta fuerza de carga, llamada factor de carga estática Co, puede ser de un valor tal que la deformación alcance 1/10.000 del diámetro, de los cuerpos de rodadura. Si después de un esfuerzo estático, es decir, después de una carga en reposo, el rodamiento ;gira con poca velocidad y no se exige mucho respecto a la suavidad.de marcha, puede admitirse una deformación plástica mucho mayor. Sin embargo, cuando se exige una gran suavidad de marcha y un buen comportamiento de rozamiento, las deformaciones plásticas deben ser más pequeñas. Como análisis de lo anterior sirve fs = Co/C0
.

  • fs factor del esfuerzo estático. Normalmente f = 1,2 a 2,5 para exigencias elevadas, f, = 0,8 a 1,2 para exigencias normales y fs, = 0,5 a 0,8 para exigencias pequeñas, respecto a la suavidad de marcha y en comportamiento de rozamiento.

Fuerza de carga estáticamente equivalente.
Fuerza de carga


  • Fo en kN: fuerza de carga equivalente, suponiendo que actúa sola.
  • Fro en kN: fuerza de carga radial que actúa estáticamente.
  • Fao factor radial, para cojinetes de bolas rígidos es Xo = 0,6, sin embargo siempre Fo 3 Fro
  • Yo Factor axial, para cojinetes a bolas rígidos Yo = 0,5

En los rodamientos de agujas, y en los de rodillos cilíndricos, es F0 = Fro, puesto que no pueden absorber fuerzas axiales o lo hacen únicamente en forma reducida. Para los rodamientos de bolas rígidos axiales, es Fo = Fao, puesto que no pueden absorber fuerza radial alguna.

Tipos de rodamientos


Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas radiales moderadas, así como pequeñas cargas axiales. Son dispositivos de baja fricción y alta precisión, por lo que son ideales para aplicaciones con motores eléctricos pequeños, como los que se encuentran en la electrónica o los electrodomésticos.

Rodamientos rígidos de bolas


Estos rodamientos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones y son fáciles de diseñar. Pueden funcionar a altas velocidades o incluso a velocidades muy altas sin necesitar ninguna atención por su parte. Debido a sus escasos requisitos de mantenimiento, estos rodamientos presentan importantes ventajas de coste frente a otros tipos con características de rendimiento similares.

Rodamientos de una hilera de bolas


Los rodamientos de bolas de contacto angular de una hilera tienen pistas de rodadura dispuestas de forma que la presión ejercida por las bolas se aplica oblicuamente a su eje. Esta disposición hace que este rodamiento sea especialmente adecuado para soportar tanto cargas radiales como axiales, además de poder soportar grandes fuerzas en una u otra dirección.

Rodamientos de agujas


Estos rodamientos tienen rodillos cilíndricos muy finos y largos que se acercan a su diámetro. También tienen una gran capacidad de carga, lo que los convierte en una excelente opción para aplicaciones con espacio radial limitado.

Rodamientos de rodillos cónicos


Un rodamiento de rodillos cónicos es capaz de soportar simultáneamente cargas radiales y axiales. Hay rodamientos que permiten un ángulo muy abierto en el que el rodamiento puede utilizarse junto con otro similar, que tiene la función opuesta. El anillo interior de este tipo de rodamientos incluye rodillos mientras que el anillo exterior sólo contiene pistas de rodadura, lo que facilita su desmontaje y desplazamiento cuando sea necesario.

Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje


Son adecuados para aplicaciones que deben soportar grandes cargas axiales, y no pueden sufrir choques debido a su diseño específico. Son seguros para usar en una sola dirección y sólo pueden soportar cargas axiales. Sus principales usos incluyen aplicaciones de máquinas industriales, especialmente cuando los rodamientos de bolas de empuje tienen una baja capacidad de carga.

Rodamientos axiales de rodillos a rótula


El rodamiento axial de rodillos a rótula tiene una hilera de rodillos colocados oblicuamente, que, guiados por la brida del eje que se fija a él. Gracias a este diseño, los rodamientos pueden girar a altas velocidades. Una de las razones de su característica de autoalineación es que hay superficies especiales en la brida de guía de cada rodillo en las que se apoyan en la separación de la película de aceite para evitar el contacto entre ellos y reducir así la fricción y el ruido. Este tipo de rodamiento también puede soportar cargas radiales.

Rodamientos de bolas a rótula


Los rodamientos a bolas esféricos tienen dos hileras de bolas apoyadas en una pista de rodadura esférica en el anillo exterior, lo que permite la desalineación angular del eje con respecto al alojamiento. Se utilizan cuando puede producirse una desalineación considerable, por ejemplo, debido a la expansión o a la desviación. De este modo, liberan dos grados de libertad correspondientes a la rotación del anillo interior con respecto a los dos ejes geométricos perpendiculares al eje que pasa por el punto central (eje y plano).


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