Tipos de rodamientos: una guía completa

Cualquier sistema mecánico móvil que veas utiliza algún tipo de cojinete. El uso de cojinetes no solo facilita el movimiento del sistema, sino que también le aporta muchas ventajas y funcionalidades. 

En esta guía, descubriremos los distintos tipos de rodamientos que se utilizan y que hay disponibles en el mercado. Y no solo hablamos de los tipos, sino también de los materiales, las técnicas de fabricación, etc. En definitiva, es una guía completa sobre rodamientos. Empecemos. 

¿Qué es el rodamiento?

Un rodamiento es un componente mecánico que reduce la fricción entre partes móviles, favoreciendo el movimiento rotacional o lineal. 

Las funciones principales de los rodamientos incluyen:

• Reducción de fricciónAl minimizar la fricción entre las partes móviles, los cojinetes ayudan a conservar energía y reducen el desgaste de los componentes.
• Soporte de carga:Los rodamientos están diseñados para soportar tanto cargas radiales (perpendiculares al eje) como cargas axiales (paralelas al eje).
• Precisión:En muchas aplicaciones, los rodamientos garantizan un movimiento y posicionamiento precisos de los componentes.
• Mejora de la velocidad:Al reducir la fricción, los rodamientos permiten velocidades rotacionales o lineales más altas en la maquinaria.
• Reducción de ruido y vibraciones:Los cojinetes bien diseñados pueden reducir significativamente el ruido y la vibración en los sistemas mecánicos.

Tipos de rodamientos

El mundo de los rodamientos es diverso y cada tipo está diseñado para cumplir requisitos específicos en diversas aplicaciones. A continuación, se ofrece una descripción general de cada tipo:

1. Rodamientos de bolas

Los rodamientos de bolas son quizás el tipo de rodamiento más común que encontrará. Utilizan bolas esféricas como elementos rodantes entre las dos pistas.

Características:

• Adecuado tanto para cargas radiales como axiales.
• Capacidad de alta velocidad
• Baja fricción
• Requiere mantenimiento mínimo

Aplicaciones:

• Cojinetes de rueda para automóviles
• Motores eléctricos
• Discos Duros
• Patines en línea

Subtipos:

• Rodamientos rígidos de bolas
• Rodamientos de bolas de contacto angular
• Rodamientos autoalineables de bolas.

2. Rodamientos de rodillos

Los rodamientos de rodillos utilizan cilindros en lugar de bolas como elementos rodantes. Este diseño les permite soportar cargas más pesadas que los rodamientos de bolas de tamaño similar.

Características:

• Mayor capacidad de carga que los rodamientos de bolas.
• Adecuado para aplicaciones con cargas de impacto o choque.
• Velocidad máxima más baja en comparación con los rodamientos de bolas.

Aplicaciones:

• Maquinaria pesada
• Sistemas transportadores
• Transmisiones automotrices
• Ruedas de vagones de ferrocarril

Subtipos:

• Rodamientos de rodillos cilíndricos
• Rodamientos de rodillos cónicos
• Rodamientos de agujas
• Rodamientos de rodillos esféricos

3. Cojinetes lisos (bujes)

Los cojinetes lisos, también conocidos como bujes, son el tipo de cojinete más simple. No tienen elementos rodantes, sino que se apoyan en una superficie lisa en cuyo interior gira el eje.

Características:

• Diseño simple
• Económico
• Compact
• Puede funcionar en entornos sucios.

Aplicaciones:

• Bisagras de puerta
• Cojinetes de pedales en bicicletas
• Pequeños motores eléctricos
• Sistemas de suspensión para automóviles

Subtipos:

• Cojinetes lisos
• Casquillos lineales
• Arandelas de empuje

4. Cojinetes de joya

Los cojinetes de piedras preciosas utilizan piedras preciosas duras (normalmente zafiro sintético) como superficie de apoyo. Se suelen utilizar en instrumentos de precisión donde la baja fricción es fundamental.

Características:

• Fricción extremadamente baja
• Alta precisión
• Duradero

Aplicaciones:

• Relojes analógicos
• Instrumentos de medición sensibles
• Giroscopios

5. Rodamientos fluidos

Los cojinetes de fluido utilizan una fina película de gas o líquido para proporcionar soporte de baja fricción entre superficies.

Características:

• Fricción casi nula
• Puede funcionar a velocidades muy altas.
• Funcionamiento silencioso
• Requiere un suministro constante de fluido presurizado.

Aplicaciones:

• Discos Duros
• Máquinas herramienta de precisión
• Grandes telescopios
• Algunos generadores hidroeléctricos

Subtipos:

• Cojinetes hidrostáticos
• Cojinetes hidrodinámicos
• Cojinetes aerostáticos
• Cojinetes aerodinámicos

6. Rodamientos magnéticos

Los cojinetes magnéticos utilizan campos magnéticos para sostener un eje giratorio sin contacto físico.

Características:

• Sin contacto físico, por lo tanto sin fricción.
• Puede funcionar a velocidades extremadamente altas.
• Requiere sistemas de control complejos
• Alto costo inicial

Aplicaciones:

• Sistemas de almacenamiento de energía de volante
• Bombas turbomoleculares
• Algunos tipos de compresores
• Máquinas herramientas avanzadas

7. Cojinetes de empuje

Los cojinetes de empuje están diseñados específicamente para soportar cargas axiales (fuerzas paralelas al eje).

Características:

• Diseñado específicamente para cargas axiales.
• Puede soportar cargas pesadas en una dirección.

Aplicaciones:

• Rotores de helicóptero
• Bombas verticales
• Ejes de hélice en barcos

Subtipos:

• Cojinetes axiales de bolas
• Cojinetes axiales de rodillos
• Rodamientos axiales de rodillos cónicos

¿Cómo elegir rodamientos en la fabricación?

Seleccionar el rodamiento adecuado para su aplicación es fundamental para garantizar un rendimiento óptimo, una larga vida útil y una buena relación coste-beneficio de su sistema mecánico. Estos son los factores clave que debe tener en cuenta al elegir rodamientos para la fabricación:

Tipo de carga y magnitud

Lo primero que debes tener en cuenta es el tipo y la magnitud de la carga que deberá soportar tu rodamiento:

• Carga radial:Fuerzas perpendiculares al eje
• Carga axial (de empuje):Fuerzas paralelas al eje
• Carga combinada:Una combinación de cargas radiales y axiales

Debe calcular la carga máxima que experimentará el rodamiento durante su funcionamiento. Esto incluye no solo la carga en estado estable, sino también cualquier carga de choque o sobrecarga temporal.

Requisitos de velocidad

Los distintos rodamientos tienen distintas capacidades de velocidad. Debe tener en cuenta lo siguiente:

• La velocidad máxima a la que funcionará el rodamiento.
• Si la velocidad será constante o variable
• Si hay ciclos frecuentes de arranque y parada

Los rodamientos de bolas generalmente ofrecen las mayores capacidades de velocidad, mientras que los rodamientos de rodillos son más adecuados para velocidades más bajas pero cargas más elevadas.

Entorno operativo

El entorno en el que funcionará el rodamiento influye significativamente en su elección:

• Temperatura:El calor o el frío extremos pueden afectar el rendimiento y la vida útil de los rodamientos.
• XNUMX- Cuantos trabajos generarias si utilizaras y vendieras la capacidad maxima de tu produccion?:La alta humedad o la exposición a líquidos pueden requerir cojinetes sellados o protegidos.
• Contaminación:La presencia de polvo, suciedad u otras partículas puede requerir disposiciones de sellado especiales.
• Vibración:Los entornos de alta vibración pueden requerir rodamientos con mayor durabilidad.

Requisitos de precisión

Algunas aplicaciones requieren un posicionamiento o movimiento extremadamente preciso:

• descentramiento:La cantidad de desviación del verdadero centro de rotación
• Variación del par:Consistencia de la resistencia rotacional
• Nivel de ruido:Algunas aplicaciones requieren un funcionamiento ultra silencioso

Para aplicaciones de alta precisión, es posible que deba considerar las clasificaciones ABEC (Comité de ingeniería de cojinetes anulares), que indican las tolerancias de fabricación del cojinete.

Limitaciones de espacio

El espacio disponible en su diseño puede limitar sus opciones de rodamientos:

• Diámetro del eje:Esto a menudo determina el diámetro interior del rodamiento.
• Tamaño de la vivienda:Esto limita el diámetro exterior y el ancho del rodamiento.
• Limitaciones de peso:En algunas aplicaciones, el peso del propio rodamiento podría ser un factor crítico.

Lubricación

Considere cómo se lubricará el rodamiento:

• Grasa: Adecuado para muchas aplicaciones, requiere un mantenimiento menos frecuente.
• Aceite:Mejor para aplicaciones de alta velocidad o alta temperatura.
• Lubricantes Sólidos:Se utiliza en entornos extremos donde los lubricantes convencionales fallarían.
• Materiales autolubricantes:Se utiliza en cojinetes lisos para aplicaciones de baja velocidad y baja carga.

Esperanza de vida y confiabilidad

Es necesario determinar cuánto tiempo debe durar el rodamiento y qué tan crítica es su función:

• Calcular la vida útil L10 (el número de revoluciones que completará el 90% de un grupo de rodamientos idénticos antes de mostrar signos de fatiga)
• Considere las consecuencias de una falla en el rodamiento y si es necesaria la redundancia.

Consideraciones de costo

Si bien es tentador optar siempre por el rodamiento de mayor calidad, es necesario equilibrar el rendimiento con el costo:

• Costo de compra inicial
• Costo de instalacion
• Costo de mantenimiento
• Costo y frecuencia de reemplazo

¿Qué materiales se utilizan para los rodamientos?

Los materiales utilizados en la construcción de los rodamientos desempeñan un papel fundamental a la hora de determinar su rendimiento, durabilidad e idoneidad para diferentes aplicaciones. A continuación, se ofrece una descripción general de los materiales más comunes utilizados en la fabricación de rodamientos:

Acero

El acero es, con diferencia, el material más común utilizado en la producción de rodamientos debido a su excelente combinación de resistencia, dureza y asequibilidad.

Tipos de acero utilizados:

• Acero cromado
• Acero Inoxidable
• Herramienta de acero
• Acero cementado

Ventajas del acero:

• Alta resistencia y dureza
• Buena resistencia al desgaste
• Costo relativamente bajo
• Una amplia gama de grados disponibles para diferentes aplicaciones.

Desventajas:

• puede ser pesado
• Susceptible a la corrosión (excepto acero inoxidable)
• Puede ser frágil, especialmente a bajas temperaturas.

Cerámica

Los materiales cerámicos, especialmente el nitruro de silicio (Si3N4), se utilizan cada vez más en rodamientos de alto rendimiento.

Ventajas de la cerámica:

• Extremadamente duro y resistente al desgaste.
• Baja densidad (más ligero que el acero)
• Puede funcionar a temperaturas más altas que el acero.
• Aislante eléctricamente
• Resistente a la corrosión

Desventajas:

• Más caro que el acero
• Puede ser frágil y sensible a cargas de impacto.
• Más difícil de fabricar con tolerancias precisas.

Aplicaciones: Los cojinetes de cerámica se utilizan a menudo en husillos de máquinas herramienta de alta velocidad, bicicletas de carreras y algunas aplicaciones aeroespaciales.

Plásticos

Se utilizan diversos plásticos para los rodamientos, especialmente en aplicaciones de baja carga, baja velocidad o entornos corrosivos.

Plásticos comunes utilizados:

• PTFE (teflón)
• Nylon
• Acetal (POM)
• PEEK (poliéter éter cetona)

Ventajas de los plásticos:

• Baja fricción
• Ligeros
• Resistente a la corrosión
• Puede funcionar sin lubricación en algunos casos.
• Operación de bajo ruido

Desventajas:

• Menor capacidad de carga que los cojinetes metálicos.
• Rango de temperatura limitado
• Menor precisión que los cojinetes metálicos.

Aplicaciones: Los cojinetes de plástico se utilizan a menudo en equipos de procesamiento de alimentos, bombas químicas y otras aplicaciones donde la resistencia a la corrosión es crucial.

Metal antifricción

El metal Babbitt es una aleación blanda que se utiliza tradicionalmente en cojinetes lisos. Normalmente está hecho de estaño o plomo aleados con cobre, antimonio y otros metales.

Ventajas del metal Babbitt:

• Excelente conformabilidad
• Buena incrustabilidad (puede incrustar partículas de suciedad)
• Baja fricción

Desventajas:

• Baja capacidad de carga
• Limitado a aplicaciones de baja velocidad
• Puede arrastrarse bajo cargas pesadas.

Aplicaciones: El metal Babbitt todavía se utiliza en algunas maquinarias industriales de gran tamaño, especialmente en equipos más antiguos.

Bronce

Las aleaciones de bronce se utilizan comúnmente en cojinetes y bujes lisos.

Ventajas del Bronce:

• Buena resistencia
• Excelente resistencia a la corrosión
• Se puede utilizar con ejes de acero sin desgaste.
• Propiedades autolubricantes cuando se fabrican con insertos de grafito

Desventajas:

• Más caro que el acero
• Menor dureza que el acero

Aplicaciones: Los cojinetes de bronce se utilizan a menudo en entornos marinos, equipos de procesamiento de alimentos y otras aplicaciones donde la resistencia a la corrosión es importante.

Materiales compuestos

En el diseño moderno de rodamientos se utilizan diversos materiales compuestos, que a menudo combinan las propiedades de diferentes materiales.

Ejemplos:

• Polímeros reforzados con fibra
• Compuestos metal-polímero
• Metales revestidos de cerámica

Ventajas de los composites:

• Puede adaptarse a los requisitos de aplicación específicos.
• A menudo combinan alta resistencia con bajo peso.
• Puede ofrecer combinaciones únicas de propiedades (por ejemplo, alta resistencia y resistencia a la corrosión)

Desventajas:

• Puede ser caro
• Puede tener procesos de fabricación complejos.

Aplicaciones: Los cojinetes compuestos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones especializadas, desde la industria aeroespacial hasta el procesamiento químico.

¿Cómo fabricar rodamientos?

Puede probar distintas técnicas para crear distintos tipos de rodamientos. A continuación, se ofrece una descripción general rápida de algunas técnicas modernas que se pueden utilizar para fabricar rodamientos. 

Mecanizado CNC

El mecanizado por control numérico por computadora (CNC) es el núcleo de la fabricación moderna de rodamientos:

• Máquinas CNC multieje:Permiten mecanizar geometrías complejas en una única configuración, mejorando la precisión y reduciendo el tiempo de producción.
• Mecanizado de alta velocidad:Permite velocidades de eliminación de material más rápidas manteniendo una alta precisión.
• Mecanizado adaptativo:Utiliza retroalimentación en tiempo real para ajustar los parámetros de corte, lo que garantiza la consistencia en todas las piezas.

Rectificado de precisión

El rectificado es un proceso fundamental en la fabricación de rodamientos, que se utiliza para lograr dimensiones precisas y superficies lisas:

• Rectificado sin centro:Esta técnica, que a menudo se utiliza para rodillos y agujas, puede lograr tolerancias de redondez tan ajustadas como 0.5 micrómetros.
• superacabado:Un proceso abrasivo especializado que puede producir una rugosidad superficial tan baja como 0.05 micrómetros Ra (rugosidad promedio aritmética).
• Bruñido:Se utiliza para mejorar la geometría y el acabado superficial de los orificios y diámetros exteriores de los rodamientos.

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)

La electroerosión se utiliza para crear formas complejas en materiales endurecidos:

• Alambre EDM:Puede cortar perfiles intrincados en componentes de cojinetes, particularmente útil para jaulas y cojinetes especiales.
• Electroerosión por inmersión:Se utiliza para crear cavidades o características precisas en componentes de cojinetes.

Mecanizado láser

La tecnología láser se utiliza cada vez más en la fabricación de rodamientos:

• Corte por láser:Para cortes precisos de materiales delgados, a menudo utilizado en la fabricación de jaulas.
• Marcado láser:Para agregar marcas de identificación o escalas a los componentes del cojinete.
• Tratamiento térmico con láser:Esto se puede utilizar para el endurecimiento localizado de superficies de apoyo.

Medición e inspección de precisión

Si bien no es una técnica de mecanizado en sí, la medición de precisión es parte integral del proceso de mecanizado:

• Máquinas de medición de coordenadas (CMM):Se utiliza para realizar mediciones 3D de alta precisión de componentes de cojinetes.
• Sistemas de medición óptica:Medición sin contacto para una inspección rápida de la calidad y las dimensiones de la superficie.
• Probadores de redondez:Equipo especializado para medir la redondez de bolas, rodillos y pistas de rodadura.

Microacabado

También conocida como acabado de cinta o acabado de piedra, esta técnica se utiliza para lograr superficies extremadamente lisas:

• Puede producir acabados superficiales tan finos como 0.025 micrómetros Ra.
• Especialmente importante para rodamientos de alta velocidad donde incluso pequeñas imperfecciones en la superficie pueden causar ruido y vibración.

Lapeado de precisión

El lapeado se utiliza para producir superficies extremadamente planas o lisas:

• A menudo se utiliza para pistas de cojinetes de empuje y algunos extremos de rodillos.
• Puede lograr tolerancias de planitud de menos de 1 micrómetro.

Aburrido de precisión

En el caso de rodamientos con agujeros, el taladrado de precisión es crucial:

• Las barras de mandrinar CNC con amortiguación activa de vibraciones pueden lograr tolerancias muy ajustadas.
• Importante para asegurar un ajuste adecuado entre el rodamiento y el eje.

Conclusión

Para concluir, ahora ya conoces los diferentes tipos de rodamientos e incluso sabes cómo se fabrican. Si estás buscando comenzar a fabricar algunos con la ayuda de un servicio, Zintilon puede ser un socio perfecto para tu proyecto de fabricación de rodamientos. Ya sea con mecanizado CNC o EDM, tienen todo para ofrecer.