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Rodamientos de bolas versus rodamientos de rodillos, ¿cuál?
Los rodamientos son componentes críticos en casi todas las máquinas y les ayudan a funcionar sin problemas al reducir la fricción entre las piezas móviles. Hay muchos tipos de rodamientos (la leyenda dice que hay 470,000 tipos), cada uno diseñado para soportar diferentes condiciones de carga. Este artículo se centra en los dos tipos principales: rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos. Basándose en muchos años de experiencia en la fabricación de rodamientos, Aubearing explica sus diferentes diseños y los compara, brindando consejos constructivos sobre cómo elegir entre ellos.
Ambos rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos Se utilizan en una variedad de máquinas con piezas giratorias. Sus propiedades a menudo contribuyen significativamente al progreso tecnológico y económico en diferentes campos de la ingeniería. La estandarización de los rodamientos permite seleccionar un diseño directamente desde la tabla de rodamientos del catálogo de rodamientos del fabricante. Empresas fabricantes de rodamientos como SKF, NTN, Timken, maricón, Schaeffler, rodamiento, etc. son fuentes naturales de información de selección. La mayoría de las veces, un diseñador puede seleccionar productos de stock para su diseño directamente del catálogo. Elegir un diseño popular y ampliamente utilizado ayuda a lograr una usabilidad óptima y proporciona la solución más económica.
Rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas industriales se utilizan en una variedad de maquinaria y equipos de fabricación para lograr un movimiento de rotación suave y eficiente. El rodamiento en sí consta de un aro exterior, un aro interior, un conjunto de bolas de acero y una jaula que mantiene las bolas distribuidas uniformemente. Tanto el aro exterior como el interior suelen estar fabricados con materiales extremadamente duraderos, como acero o cerámica, y están diseñados para soportar altas velocidades y cargas pesadas. Las bolas de acero dentro del rodamiento proporcionan puntos de contacto de baja fricción entre los anillos interior y exterior, lo que permite el movimiento con una resistencia mínima y reduce la energía perdida por la fricción. La jaula del rodamiento sirve para mantener el posicionamiento correcto de las bolas, evitar que entren en contacto entre sí y garantizar una distribución uniforme de la carga. El movimiento de rodadura está sujeto a cargas axiales y radiales. Los rodamientos de bolas se utilizan habitualmente en aplicaciones de alta velocidad, como motores eléctricos y cajas de cambios. Consulte nuestro artículo de descripción general de rodamientos de bolas para obtener más información.
Tipo de rodamiento de bolas
Hay dos tipos básicos de rodamientos de bolas, de una hilera o de dos hileras. Los más populares son los rodamientos rígidos de bolas de una hilera, que constan de una hilera de bolas que se desplazan en una sola trayectoria. Los rodamientos de bolas de dos hileras constan de dos hileras de bolas en dos juegos de pistas de rodadura ranuradas. Tanto los rodamientos de bolas de una hilera como los de dos hileras se componen de aros interiores, aros exteriores, bolas y jaulas. Ambos tipos de rodamientos pueden soportar cargas radiales y axiales elevadas. Los rodamientos rígidos de bolas están disponibles para aplicaciones de baja y alta velocidad, según la clase de tolerancia, la lubricación, el juego interno y el tipo de sello o protector seleccionado. La siguiente lista describe los distintos tipos de rodamientos de bolas, cada uno con características únicas y usos específicos. Estos rodamientos son fundamentales en numerosas aplicaciones, incluidos instrumentos de precisión, micromotores, cajas de cambios y cubos de ruedas.
Rodamientos rígidos de bolas: Los rodamientos rígidos de bolas son el tipo más común. Pueden soportar cargas radiales y axiales.
Rodamientos de bolas de contacto angular: Los rodamientos de bolas de contacto angular tienen un juego axial interno superior al promedio. Pueden soportar cargas axiales en una dirección y cargas radiales moderadas.
Rodamientos autoalineables de bolas.: Los rodamientos de bolas autoalineables se pueden ajustar en caso de errores de alineación. Pueden soportar cargas radiales pero pueden soportar cargas axiales mínimas.
Rodamientos axiales de bolas: Los rodamientos axiales de bolas están diseñados para cargas axiales elevadas y cargas radiales insignificantes.
Rodamientos de bolas en miniatura: Los rodamientos de bolas en miniatura son adecuados para aplicaciones de instrumentos de precisión donde el espacio es limitado, como los micromotores.
Rodamientos de bolas de dos hileras: Los rodamientos de bolas de dos hileras tienen dos hileras de bolas y pueden soportar cargas más altas.
Ventajas de los rodamientos de bolas
Bajo coeficiente de fricción: La principal ventaja de tener una gran área de contacto es que el rodamiento de bolas experimenta mucha menos fricción debido al movimiento de las pistas de rodadura interior y exterior. Esto significa que la rotación de la pieza se realiza con mucha suavidad. Del mismo modo, sólo necesitamos mirar un fidget spinner para comprender qué tan bien los rodamientos de bolas manejan el movimiento de rotación. Por lo tanto, los rodamientos de bolas son la solución elegida en aplicaciones donde la velocidad y la facilidad de operación son una prioridad.
Puede soportar cargas radiales y de empuje: Otra característica única de los rodamientos de bolas es que pueden girar sobre múltiples ejes. Esto significa que reaccionan no sólo a cargas radiales, sino también a cargas axiales. La forma en que gira un rodamiento de bolas depende del ángulo de la carga de empuje. La versatilidad de los rodamientos de bolas los convierte en una excelente opción para equipos que no se utilizan con estándares estrictos, como juguetes u otros artículos de la casa.
Diseño compacto: Requieren menos espacio y se pueden utilizar en establecimientos más pequeños.
Versatilidad: Adecuado para cargas radiales y axiales (empuje).
Bajo mantenimiento: Tienen una larga vida útil en aplicaciones con bajas cargas axiales y requieren menos mantenimiento.
Desventajas de los rodamientos de bolas.
Incapacidad para soportar peso pesado.Aunque los rodamientos de bolas tienen una menor área de contacto con la carga, lo que significa que experimentan mucha menos tensión, también implica que la carga se concentra. En casos extremos, esto puede provocar su deformación, lo que puede provocar un fallo completo. Por lo tanto, los rodamientos de bolas suelen utilizarse solo en aplicaciones con cargas menores. Para equipos industriales, se prefieren los rodamientos de rodillos. Un tipo de rodamiento de bolas, llamado rodamiento de bolas de jaula completa, llena el espacio entre las pistas de rodadura interior y exterior con la mayor cantidad posible de bolas. Este tipo de rodamiento puede soportar cargas mayores al distribuir la carga entre las bolas. Sin embargo, los rodamientos de bolas de jaula completa también son susceptibles al desgaste debido al contacto frecuente entre bolas adyacentes.
Durabilidad: Puede deformarse bajo cargas excesivas, lo que reduce la vida útil del rodamiento.
Sensibilidad:susceptible a desalineación y cargas de impacto.
Los rodamientos de rodillos tienen elementos rodantes cilíndricos o cónicos. Este tipo de rodamiento está diseñado para soportar cargas radiales pesadas debido a la mayor área de contacto entre los rodillos y las pistas de rodadura.
Tipo de rodamiento de rodillos
La siguiente lista describe los distintos tipos de rodamientos de rodillos con diferentes características y aplicaciones específicas. Estos rodamientos desempeñan un papel vital en diversos escenarios, como ruedas de vehículos, maquinaria pesada y aplicaciones que requieren una alta capacidad de carga. Lea nuestro artículo sobre descripción general de los rodamientos de rodillos para obtener más información.
Rodamientos de rodillos cilíndricos: Los rodamientos de rodillos cilíndricos tienen rodillos cilíndricos de tamaño uniforme a lo largo de su longitud. Estos rodamientos son adecuados para transportar cargas radiales pesadas y pueden funcionar a altas velocidades. Los rodamientos de rodillos cilíndricos se guían entre pestañas en el aro interior o exterior. Incluso cuando se retiran los anillos libres, la jaula los mantiene unidos con los anillos guía. En el tipo más común de rodamientos de rodillos cilíndricos, el aro libre no tiene brida, de modo que, dentro de ciertos límites, los aros del rodamiento pueden desplazarse axialmente entre sí. Si el rodamiento está girando, este desplazamiento se producirá sin resistencia, siempre que la velocidad de desplazamiento sea relativamente lenta (por ejemplo, desplazamiento debido a la expansión térmica del eje). La baja fricción de los rodamientos de rodillos cilíndricos los hace adecuados para velocidades relativamente altas y, a menudo, se utilizan junto con rodamientos de bolas de contacto angular de alta velocidad en husillos de máquinas de alta velocidad.
Rodamientos de rodillos cónicos: Los rodamientos de rodillos cónicos cuentan con rodillos cónicos y pistas de rodadura, lo que los hace ideales para mazas de vehículos y otras aplicaciones de alta carga. Los rodamientos de rodillos cónicos son los rodamientos de rodillos más utilizados. Pueden soportar grandes fuerzas axiales y radiales. Los rodamientos de rodillos cónicos constan de un aro exterior y un aro interior, mientras que los rodamientos de bolas constan de un aro exterior y un aro interior. Los rodillos cónicos se pueden ensamblar en cartuchos, pero en su forma más simple son dos componentes separados, mientras que los rodamientos de bolas pueden ser separables, lo que suele ser una unidad autónoma.
Los rodamientos de rodillos cónicos utilizan rodillos cónicos rectos cuyas caras extremas están en contacto con la brida guía del aro interior. El cono del rodillo y la trayectoria del rodillo del aro interior tienen un vértice común en el eje del rodamiento. El anillo exterior está diseñado con una generatriz de trayectoria de rodillos ligeramente curvada para evitar la carga de los bordes de los rodillos. Aunque se reduce la cercanía entre los rodillos y el anillo exterior, la tensión del anillo exterior es menor que la del anillo interior. La brida guía del anillo interior tiene una superficie esférica contra la cual presionan los extremos esféricos de los rodillos. Al igual que con los rodamientos esféricos, la presión sobre la brida guía eficazmente los rodillos. Algunos fabricantes, como Timken, FAG, NTN y SKF, hacen que las caras de los extremos del rodillo sean planas y las caras de la guía de la brida sean cónicas. Los extremos del rodillo entonces hacen contacto con la brida del rodillo solo en dos puntos.
Debido a que los rodamientos de rodillos cónicos son separables, generalmente se montan uno frente al otro para que un rodamiento pueda ajustarse al otro. Después del ajuste, siempre quedará un espacio muy pequeño en el rodamiento. Los cambios de temperatura en el eje afectan este ajuste y, por tanto, el juego del rodamiento. Por lo tanto, los rodamientos de una hilera de rodillos cónicos se suelen utilizar sólo cuando la distancia es corta. Los rodamientos de rodillos cónicos tienen una alta capacidad de carga radial, así como una capacidad de carga axial en una dirección. La capacidad de empuje depende del ángulo de los rodillos. Como medida de este ángulo (ángulo de contacto), suele ser de 12 a 16 grados. Algunos rodamientos de rodillos cónicos de alta resistencia tienen ángulos de contacto de 28 a 30 grados.
En muchas aplicaciones, los rodamientos de rodillos cónicos se utilizan en pares espalda con espalda para soportar fuerzas axiales por igual en cualquier dirección. Los rodamientos de rodillos cónicos se utilizan ampliamente en rodamientos de ruedas de automóviles para soportar cargas radiales y axiales. Los rodamientos de rodillos cónicos se utilizan comúnmente en aplicaciones de servicio pesado. Muchas industrias diferentes, incluyendo equipos agrícolas, de construcción y minería, sistemas de ejes, cajas de cambios, motores y reductores de engranajes, ejes de transmisión, cajas de grasa para ferrocarriles, diferenciales, turbinas eólicas y todo tipo de remolques.
Rodamientos de rodillos esféricos: Los rodamientos de rodillos a rótula tienen una función de autoalineación automática y pueden soportar cargas radiales y cargas axiales pesadas. Son ideales para aplicaciones que implican desalineación o desviación del eje.
Rodamientos de agujas: Los rodamientos de agujas tienen rodillos largos y delgados y son adecuados para aplicaciones donde el espacio radial es limitado pero se requiere capacidad de carga.
Rodamientos de rodillos de empuje: Los rodamientos de rodillos axiales pueden soportar grandes cargas axiales y se utilizan a menudo en maquinaria pesada como plataformas de perforación y extrusoras.
Ventajas de los rodamientos de rodillos.
Soportar grandes cargas: La gran área de contacto proporcionada por los rodamientos de rodillos les permite soportar cargas mayores sin deformaciones ni fallas. Esto hace que los rodamientos de rodillos sean una excelente opción para equipos industriales diseñados para transportar cargas pesadas u otras aplicaciones donde hay poco margen de falla.
Diseños variantes: A diferencia de los rodamientos de bolas, la geometría de los rodillos puede variar para diferentes tipos de funcionamiento. Los rodillos cilíndricos estándar están diseñados para cargas puramente radiales, lo que proporciona una mayor capacidad de carga a expensas de la capacidad de manejar cualquier carga de empuje.
Los rodamientos de agujas son una ligera variación de los rodillos cilíndricos con un diámetro mucho menor. Se utiliza en aplicaciones donde el espacio radial es pequeño. Los rodillos de agujas también proporcionan una gran cantidad de área de contacto, pero generan mucha fricción y vibración porque giran muy rápido. Por lo tanto, sólo se puede utilizar en equipos que funcionen a bajas velocidades y puedan soportar grandes cantidades de vibración.
Los rodamientos de rodillos cónicos son cónicos en un extremo en lugar de ser un cilindro recto en su totalidad. Esto permite que los rodamientos de rodillos soporten cargas de empuje limitadas. La relación entre la carga radial y la carga de empuje que puede soportar un rodillo cónico está determinada por el ángulo del rodillo. Se aceptan hasta 30 grados, pero la mayoría de los rodillos cónicos tienen ángulos de entre 10 y 16 grados.
Durabilidad: Robusto y duradero, puede soportar cargas más pesadas sin deformarse.
Menos sensitivo:más resistentes a cargas de impacto y desalineación que los rodamientos de bolas.
Desventajas de los rodamientos de rodillos.
Capacidad limitada para soportar cargas axiales: Si bien existe la opción de usar versiones cónicas, lo cierto es que los rodamientos de rodillos no están diseñados principalmente para cargas axiales. Por lo tanto, su movimiento es limitado. Esto reduce su versatilidad, lo que explica su menor visibilidad en entornos domésticos.
propenso a desalinearseLos rodamientos de cualquier tipo, ya sean de bolas o de rodillos, presentan una pequeña holgura entre los elementos del rodamiento y las pistas de rodadura. Esta holgura interna permite que los elementos del rodamiento se desplacen suavemente a lo largo de la pista. Sin embargo, también permite que se desvíen de su posición original. Los rodamientos de bolas toleran la desalineación angular, especialmente en el caso de los rodamientos de rodillos. Si bien los rodamientos de bolas pueden soportar desalineaciones de hasta 0.004 pulgadas, los rodamientos de rodillos cilíndricos pueden presentar dificultades para girar cuando la desalineación supera los 0.001 pulgadas. Esto implica que los rodamientos de rodillos deben diseñarse con mayor precisión, lo que dificulta y encarece su fabricación.
Tamaño: Generalmente son más grandes y requieren espacio mecánico.
Mantenimiento:Puede ser necesario un mantenimiento frecuente, especialmente en aplicaciones de alta velocidad debido al aumento de la fricción.
La diferencia entre rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos
Tanto los rodamientos de bolas como los de rodillos están diseñados para reducir la fricción rotacional mientras soportan cargas radiales y axiales. La diferencia básica entre los rodamientos de rodillos y los rodamientos de bolas reside en su diseño básico. La principal diferencia entre rodamientos de rodillos y rodamientos de bolas es que el elemento rodante es un rodillo o una bola. Al comparar rodamientos de bolas y rodamientos de rodillos, entran en juego varios factores.
Debido a su menor coeficiente de fricción, los rodamientos de bolas son generalmente adecuados para aplicaciones que requieren un funcionamiento a alta velocidad.
Los rodamientos de rodillos tienen una gran área de contacto y son ideales para aplicaciones de carga radial pesada.
Debido a la menor superficie de contacto, la capacidad de carga de los rodamientos de bolas es menor que la de los rodamientos de rodillos.
Los rodamientos de bolas se deforman menos bajo carga, lo que los hace adecuados para aplicaciones de precisión.
Criterios de selección
Seleccionar el rodamiento correcto para una aplicación específica es fundamental para lograr un rendimiento y una vida útil óptimos. Los criterios de selección se basan principalmente en los dos criterios siguientes:
Tipo de carga y capacidad: Los rodamientos deben poder soportar cargas específicas, ya sean radiales, axiales o una combinación de cargas. Los rodamientos de rodillos se utilizan normalmente para cargas radiales pesadas, mientras que los rodamientos de bolas se utilizan para cargas más ligeras.
Requisito de velocidad: La velocidad de ejecución de la aplicación juega un papel importante. Los rodamientos de bolas son la primera opción para aplicaciones de alta velocidad debido a su baja resistencia a la fricción. Los rodamientos de bolas generalmente son más adecuados para aplicaciones que pueden requerir una rotación de alta velocidad. Tienen un coeficiente de fricción más bajo durante el arranque y la operación, lo que significa que pueden alcanzar velocidades más altas con menos resistencia.
Los rodamientos de rodillos, por otro lado, son más adecuados para aplicaciones que requieren mayor capacidad de carga. Esto se debe a que el contacto lineal (a diferencia del contacto puntual en los rodamientos de bolas) permite que la carga sobre el rodamiento se distribuya ampliamente. En términos de eficiencia, los rodamientos de bolas suelen tener una ligera ventaja al minimizar la fricción a altas velocidades. Sin embargo, gracias a su diseño, los rodamientos de rodillos pueden soportar cargas mayores con eficiencia.
Conclusión
Los rodamientos se han utilizado durante décadas y son sin duda uno de los componentes de ingeniería más importantes en entornos industriales, comerciales y domésticos. Proporcionan un movimiento de rotación suave y consistente y evitan el desgaste causado por la fricción. Rodamientos de bolas y varios tipos de rodamientos de rodillos es todo lo que cualquiera necesita para proporcionar una conexión extraíble entre componentes que deben girar a lo largo de cualquier eje.