La guía definitiva para la holgura y la tolerancia de los rodamientos

La guía definitiva para la holgura y la tolerancia de los rodamientos

En la ingeniería y fabricación mecánica, los rodamientos son componentes clave que garantizan un funcionamiento suave y una larga vida útil de los equipos mecánicos. Sin embargo, el rendimiento de un rodamiento no sólo está determinado por su diseño y calidad de fabricación, sino que también se ve profundamente afectado por el juego y las tolerancias del rodamiento. El juego y la tolerancia del rodamiento son dos parámetros clave que afectan directamente la instalación, el funcionamiento y el rendimiento general del rodamiento. Para garantizar que los rodamientos puedan funcionar de manera estable y eficiente en diversas condiciones de trabajo, es fundamental comprender y seleccionar correctamente las holguras y tolerancias de los rodamientos. Este artículo profundizará en los conceptos, las clasificaciones, los métodos de cálculo del juego y la tolerancia de los rodamientos y su impacto en el rendimiento de los rodamientos, y proporcionará una guía detallada para seleccionar el rodamiento adecuado.

Juego de cojinetes se refiere al espacio entre los elementos rodantes del rodamiento y los anillos interior y exterior cuando no se aplica ninguna carga externa. Dependiendo de la dirección de medición, el juego del rodamiento se puede dividir en juego radial y juego axial. El juego radial es el juego perpendicular al eje del rodamiento, mientras que el juego axial es el juego paralelo al eje del rodamiento.

Juego radial: se refiere al movimiento radial del aro exterior cuando el aro interior del rodamiento está fijo sin carga, es decir, el desplazamiento perpendicular a la dirección del eje.

Juego axial: se refiere al movimiento axial del aro exterior cuando el aro interior del rodamiento está fijo sin carga, es decir, el desplazamiento paralelo al eje.

Juego de rodamientos

La holgura del rodamiento tiene un impacto significativo en el rendimiento operativo del rodamiento. Específicamente, el juego afecta el ruido, la vibración, la generación de calor y la distribución de carga de los rodamientos:

Ruido y vibración: Una holgura excesiva provocará un funcionamiento inestable del rodamiento, producirá mayor ruido y vibración y afectará el buen funcionamiento del equipo.

Generación de calor: Un juego demasiado pequeño aumentará la fricción entre los elementos rodantes y la pista de rodadura, lo que provocará que el rodamiento se caliente y acortará su vida útil.

Distribución de la carga: Un espacio libre adecuado puede distribuir uniformemente la carga del rodamiento, evitar la sobrecarga local y prolongar la vida útil del rodamiento.

Grado de holgura del rodamiento

Grados de holgura de rodamientos Se clasifican según su tamaño, y cada grado es adecuado para diferentes condiciones de trabajo y aplicaciones. Las holguras de los rodamientos, de pequeñas a grandes, son C2, CN, C3, C4 y C5.

Liquidación de nivel C2

La clase C2 tiene un espacio libre más pequeño y es adecuada para aplicaciones que requieren mayor precisión y estabilidad de los rodamientos, como instrumentos y motores de precisión. Debido a su pequeña holgura, este tipo de rodamiento tiene poco ruido y vibración durante el funcionamiento y es adecuado para equipos mecánicos de alta precisión.

Autorización de nivel CN

El grado CN es un espacio libre normal y es adecuado para la mayoría de las aplicaciones generales, como maquinaria y vehículos industriales. Proporciona un buen equilibrio, asegurando la estabilidad operativa del rodamiento mientras se adapta a los cambios generales de carga y temperatura.

Liquidación de nivel C3

El grado C3 tiene un espacio libre mayor y es adecuado para aplicaciones con altas temperaturas o cargas más grandes, como motores y maquinaria pesada. Una holgura mayor puede compensar la expansión térmica causada por el aumento de temperaturas y evitar fallas en los rodamientos debido al sobrecalentamiento.

Autorización de grado C4 y grado C5

Los grados C4 y C5 tienen espacios libres mayores que el grado C3 respectivamente y son adecuados para aplicaciones con temperaturas más altas o cargas mayores. Estos niveles de espacio libre se utilizan para equipos en condiciones de trabajo extremas, como ambientes de alta temperatura o equipos mecánicos sobrecargados, para garantizar que los rodamientos aún puedan funcionar de manera estable en condiciones difíciles.

¿Por qué los rodamientos necesitan holgura?

La holgura de los rodamientos juega un papel vital en el diseño y la aplicación de los rodamientos. Las siguientes son las principales funciones y la importancia del juego de rodamientos:

Compensar la expansión térmica

Los rodamientos generan calor durante el funcionamiento, lo que hace que el conjunto del rodamiento se expanda. Si el juego es demasiado pequeño, la expansión puede hacer que el interior del rodamiento esté demasiado apretado, aumente la fricción y el desgaste e incluso provoque fallas en el rodamiento. Un juego adecuado puede compensar esta expansión térmica y garantizar que el rodamiento aún pueda funcionar correctamente a altas temperaturas.

Se adapta a la desalineación del eje y la carcasa.

En aplicaciones reales, el eje y la carcasa pueden estar ligeramente desalineados. La holgura se adapta a estas desalineaciones, lo que garantiza el funcionamiento adecuado del rodamiento y evita problemas de rendimiento causados ​​por errores de instalación.

Reducir la fricción y el desgaste.

Un juego adecuado puede reducir la fricción entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura, reducir el desgaste y prolongar la vida útil de los rodamientos. Una holgura demasiado pequeña aumentará la fricción y el desgaste, y una holgura demasiado grande provocará un funcionamiento inestable.

Absorber cargas de impacto

En algunas aplicaciones, se requiere que los rodamientos resistan cargas de impacto. El espacio libre puede absorber estos impactos, proteger los rodamientos contra daños y garantizar un funcionamiento estable del equipo.

El cálculo del juego del rodamiento normalmente implica medir la cantidad de movimiento de los elementos rodantes en las direcciones radial y axial. Los métodos de medición específicos son los siguientes:

Medición del juego radial

En estado sin carga, utilice un instrumento de medición para fijar el anillo interior y medir el movimiento radial del anillo exterior. Los pasos específicos son los siguientes:

1. Coloque el rodamiento sobre la mesa de medición y asegure el aro interior.
2. Utilice un indicador de cuadrante o un pie de rey para medir el movimiento del anillo exterior en la dirección radial.
3. Registre el valor medido, que es el juego radial.

Medición del juego axial

En estado sin carga, utilice un instrumento de medición para fijar el anillo interior y medir el movimiento axial del anillo exterior. Los pasos específicos son los siguientes:

1. Coloque el rodamiento sobre la mesa de medición y asegure el aro interior.
2. Utilice un indicador de cuadrante o un pie de rey para medir el movimiento del anillo exterior en la dirección axial.
3. Registre el valor medido, que es el juego axial.

Factores que afectan la holgura del rodamiento.

Varios factores pueden afectar la holgura del rodamiento, incluidos los cambios de temperatura, los cambios de carga, la calidad de la instalación y la velocidad de funcionamiento.

Cambio de temperatura

El aumento de temperaturas hace que los componentes del rodamiento se expandan, afectando el juego. El calor generado durante el funcionamiento hace que los anillos interior y exterior del rodamiento se expandan, reduciendo el juego. Para evitar fallas en los rodamientos debido a la expansión térmica, es importante seleccionar el grado de holgura adecuado.

Cambio de carga

Diferentes condiciones de carga pueden provocar cambios en el juego, especialmente cargas axiales. Cuando el rodamiento se somete a una carga axial, los elementos rodantes se desplazarán en la dirección axial y cambiarán el juego. Por lo tanto, es necesario considerar las condiciones de carga reales al diseñar y seleccionar rodamientos.

Calidad de instalación

Una instalación incorrecta puede cambiar la holgura del rodamiento y afectar su rendimiento. Por ejemplo, una instalación demasiado apretada puede comprimir el rodamiento, reducir el juego y aumentar la fricción y el desgaste. Una instalación demasiado suelta aumentará el espacio libre y provocará un funcionamiento inestable.

La velocidad de carrera

Durante el funcionamiento a alta velocidad, la fuerza centrífuga hará que el conjunto del cojinete se deforme y cambie la holgura. Para garantizar que el rodamiento permanezca estable a altas velocidades, es importante seleccionar el grado de juego adecuado.

¿Qué es la tolerancia de rodamiento?

La tolerancia del rodamiento se refiere a la desviación dimensional permitida durante el proceso de fabricación del rodamiento. Incluye las desviaciones permitidas de dimensiones clave como el diámetro interior, el diámetro exterior y el ancho, así como la cantidad de descentramiento cuando gira el rodamiento. Las tolerancias afectan directamente la instalación del rodamiento y el rendimiento operativo.

1. Tolerancia Dimensional: se refiere a la desviación dimensional permitida del diámetro interior, diámetro exterior y ancho del rodamiento. Las tolerancias dimensionales garantizan que los rodamientos encajen firmemente contra el eje y la carcasa cuando se instalen.

2. Tolerancia de precisión de rotación: se refiere al descentramiento del rodamiento cuando gira, incluido el descentramiento radial y el descentramiento axial. Las tolerancias de precisión rotacional garantizan que los rodamientos funcionen con alta precisión y estabilidad.

tolerancia del rodamiento

Clasificación de tolerancias de rodamientos.

Diferentes países y regiones tienen diferentes estándares de tolerancia de rodamientos. Los estándares comunes incluyen ISO, ABEC, JIS y DIN, etc. Cada estándar tiene diferentes niveles de tolerancia, de menor a mayor, son P0, P6, P5, P4, P2, etc.

Estándares ISO

Las normas ISO tienen estándares de tolerancia formulados por la Organización Internacional de Normalización y se utilizan ampliamente en todo el mundo. Los niveles de tolerancia de las normas ISO de menor a mayor son P0, P6, P5, P4 y P2.

El estándar ABEC es un estándar de tolerancia de rodamientos establecido por el American Bearing Engineering Council y se utiliza principalmente en Norteamérica. Los niveles de tolerancia del estándar ABEC de menor a mayor son ABEC 1, ABEC 3, ABEC 5, ABEC 7 y ABEC 9.

norma DIN

La norma DIN es una norma de tolerancia de rodamientos formulada por el Instituto Alemán de Normalización y se utiliza principalmente en Europa. Los niveles de tolerancia del estándar DIN de menor a mayor son nivel PN, nivel P6, nivel P5, nivel P4 y nivel P2.

Estándar JIS

El estándar JIS es un estándar de tolerancia de rodamientos formulado por los estándares industriales japoneses y se utiliza principalmente en Japón y Asia. Los niveles de tolerancia del estándar JIS de menor a mayor son nivel 0, nivel 6, nivel 5, nivel 4 y nivel 2.

Tabla de tolerancia de rodamientos

Tablas de tolerancia de rodamientos detalla las tolerancias dimensionales y las tolerancias de precisión rotacional de diferentes tipos de rodamientos. La siguiente tabla muestra estándares comunes de tolerancia de rodamientos:

Clase de toleranciaTolerancia del diámetro interior (μm)Tolerancia del diámetro exterior (μm)Tolerancia de ancho (μm)Desviación radial (μm)Desviación axial (μm)
P0 (ABEC 1)± 10± 15± 152030
P6 (ABEC 3)± 7± 10± 101015
P5 (ABEC 5)± 5± 7± 7510
P4 (ABEC 7)± 4± 6± 648
P2 (ABEC 9)± 2± 4± 425

Holgura del rodamiento versus tolerancia del rodamiento

Aunque el juego y la tolerancia del rodamiento afectan el rendimiento del rodamiento, sus efectos y mecanismos de influencia son diferentes. El juego del rodamiento afecta principalmente el juego interno y la distribución de la carga del rodamiento durante el funcionamiento, mientras que la tolerancia afecta la precisión de la instalación y la precisión de la rotación del rodamiento.

El papel de la liquidación

La holgura de los rodamientos se utiliza principalmente para compensar la expansión térmica, adaptarse a errores de instalación y reducir la fricción, asegurando un funcionamiento estable de los rodamientos en diversas condiciones de trabajo. Un espacio libre adecuado puede absorber la expansión térmica y las cargas de impacto, evitando fallas prematuras de los rodamientos.

El papel de la tolerancia

Las tolerancias de los rodamientos se utilizan principalmente para garantizar la precisión de fabricación del rodamiento, garantizar la precisión dimensional y rotacional del rodamiento después de la instalación y evitar problemas de rendimiento causados ​​por desviaciones de fabricación. Los niveles de tolerancia más pequeños (como P4, P2) son adecuados para aplicaciones de alta precisión y los niveles de tolerancia más grandes (como P0) son adecuados para aplicaciones generales.

Conclusión

El juego y la tolerancia de los rodamientos son factores importantes que no se pueden ignorar en el diseño y selección de los rodamientos. Comprender y seleccionar correctamente las holguras y tolerancias apropiadas de los rodamientos puede mejorar significativamente el rendimiento y la vida útil de los rodamientos. Al diseñar y seleccionar, los ingenieros deben considerar exhaustivamente los requisitos de la aplicación, el entorno operativo y las condiciones de carga, y seleccionar los niveles de tolerancia y espacio adecuados.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre juego y tolerancia del rodamiento?
El juego se refiere al espacio entre los elementos rodantes del rodamiento y los aros interior y exterior, mientras que la tolerancia se refiere a la desviación dimensional permitida durante el proceso de fabricación del rodamiento.

2. ¿Cómo elegir la holgura de rodamiento adecuada?
Seleccione el nivel de autorización adecuado según los requisitos de la aplicación y las condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, seleccione un espacio libre más pequeño (C2) para aplicaciones de alta precisión y seleccione un espacio libre más grande (C3, C4) para aplicaciones de alta temperatura o trabajo pesado.

3. ¿Qué impacto tiene la tolerancia de los rodamientos en su rendimiento?
La tolerancia del rodamiento afecta la precisión de la instalación y la precisión de rotación del rodamiento. Las tolerancias más pequeñas (como P4, P2) son adecuadas para aplicaciones de alta precisión y las tolerancias más grandes (como P0) son adecuadas para aplicaciones generales.

Espero que este artículo pueda ayudarle a comprender mejor la importancia del juego y la tolerancia de los rodamientos, y a seleccionar y utilizar correctamente los rodamientos en aplicaciones prácticas para mejorar la eficiencia operativa y la vida útil de su equipo.