Rodamiento axial de bolas frente a rodamiento axial de rodillos cilíndricos y cónicos: cómo elegir para una aplicación de carga axial

Primera comprobación: ¿existe una carga radial significativa?

Un rodamiento axial está construido para cargas paralelas al eje. Los rodamientos axiales de bolas están diseñados específicamente para cargas axiales unidireccionales²², y la regla general de selección es usar un rodamiento axial cuando la carga principal actúa paralela al eje³.

Si hay cargas tanto radiales como axiales, la aplicación puede requerir un rodamiento de contacto angular, uno de rodillos cónicos u otra disposición diseñada para cargas combinadas³. Para una carga combinada pesada, la orientación apunta a un rodamiento de rodillos cónicos²⁰.

Es la comprobación que descarta un tipo axial antes de hablar de capacidad axial o precio. Un rodamiento axial elegido solo por su capacidad axial, en una aplicación que también lleva carga radial, será una compra equivocada.

Las fuentes no indican si un rodamiento axial de rodillos cilíndricos puro puede tomar carga radial, ni dan un valor de carga radial admisible para ningún tipo axial, por lo que si la componente radial no es cero, confirme la dirección de la carga con el proveedor antes de tratar cualquier tipo axial como candidato.

Carga axial frente a velocidad: tipo axial de bolas o de rodillos

Confirmada la carga como esencialmente axial, la elección entre rodamiento axial de bolas y de rodillos se decide por la magnitud de carga frente a la velocidad.

Los rodamientos axiales de bolas usan bolas para las cargas axiales y se adaptan a cargas ligeras y moderadas y a velocidades más altas; los rodamientos axiales de rodillos, cilíndricos o cónicos, usan rodillos y dan mayor capacidad de carga axial pero menor capacidad de velocidad¹⁷.

El mecanismo tras la diferencia de capacidad es la geometría de contacto. El contacto lineal reparte la tensión sobre una superficie mayor que el contacto puntual, de modo que un rodamiento de rodillos soporta en general una carga dinámica nominal básica (C) mayor que un rodamiento de bolas del mismo agujero y diámetro exterior^1,9.

La fórmula de vida L10, L10 = (C/P)³ × 1,000,000 revoluciones, se aplica a ambas familias, por lo que la ventaja del rodillo aparece como una C mayor para la misma P, lo que alarga la vida calculada a una carga dada o permite al rodamiento soportar más carga para la misma vida objetivo¹.

La misma geometría juega contra los rodillos en velocidad: el contacto lineal genera más fricción y calor por revolución que el contacto puntual, de modo que los rodamientos de rodillos llevan en general una velocidad límite menor que un rodamiento de bolas de tamaño comparable¹.

Una serie de selección de un proveedor formula la regla práctica sin rodeos: para cargas ligeras elija un rodamiento de bolas, para cargas pesadas uno de rodillos¹. Es una postura del proveedor, no un umbral numérico.

Ninguna fuente de este conjunto da valores Ca o C0a ni velocidades límite para los tres tipos axiales, por lo que la comparación carga-velocidad debe hacerse con las cargas nominales publicadas por el proveedor para el agujero concreto que vaya a comprar.

Precisión de montaje y desalineación

La capacidad de los rodamientos de bolas, cónicos y de rodillos cilíndricos se calcula suponiendo que la desalineación no excederá 0.0005 radianes, o 0.03°¹³. Una desalineación por encima lleva a vidas L10 menores que las calculadas¹³.

Los rodamientos axiales autocompensables están diseñados para admitir desalineación en el rango de 1.0° a 1.5°¹³. Esa brecha es la decisión.

Si el alojamiento puede mecanizarse y calzarse para mantener el eje perpendicular a la cara del alojamiento dentro de la hipótesis de 0.03°, puede usarse un rodamiento axial de bolas, de rodillos cilíndricos o cónico estándar según su valor nominal.

Si no se puede garantizar una alineación perfecta, la orientación es inclinarse hacia diseños autocompensables o incorporar un juego interno más generoso⁷.

Las fuentes no dan valores concretos de perpendicularidad y planitud de eje o alojamiento para los tres tipos axiales, por lo que la tolerancia de montaje debe especificarse del catálogo del proveedor de rodamientos y confirmarse contra el plano del alojamiento.

Régimen de lubricación y sellado

La grasa es el lubricante de elección en la mayoría de las aplicaciones de rodamientos porque es fácil de usar, resistente a las fugas y relativamente barata².

Las altas temperaturas, las altas velocidades o la contaminación intensa pueden vencerla: el calor extremo puede cocer la grasa del rodamiento, provocando pérdida de viscosidad, contacto metal-metal y finalmente agarrotamiento, y el aumento de velocidad produce el mismo efecto a través de una temperatura de operación más alta².

En esas condiciones, es aconsejable pasar a aceite². El aceite se justifica disipando el calor dentro del rodamiento, arrastrando contaminantes como suciedad, polvo, humedad y metales de desgaste, y corrigiendo problemas relacionados con la carga como el deslizamiento de bolas o rodillos².

La contrapartida es comercial y operativa: los sistemas de aceite cuestan más en inversión inicial y mantenimiento, conllevan problemas de fugas y eliminación, y necesitan más mano de obra para mantener los niveles⁶.

Cuando la conversión está justificada, un baño de aceite estático es una primera opción económica, especialmente a velocidad baja o moderada⁶.

Las fuentes no dan intervalos de relubricación ni recomendaciones concretas de lubricante para los tres tipos axiales, por lo que la especificación de grasa o aceite, la cantidad de llenado y el intervalo de servicio deben solicitarse al proveedor para el rodamiento seleccionado.

Catálogo estándar o a medida: decidir la vía comercial

Antes de cerrar la comparación técnica, decida si sirve un rodamiento de catálogo estándar. Los rodamientos de catálogo estándar están disponibles de inmediato, mientras que los rodamientos diseñados a medida requieren con frecuencia cantidades mínimas de pedido de 500 a 1,000 unidades y plazos de entrega de 12 a 16 semanas²⁹.

Esas cifras proceden de una fuente de nivel de proveedor que describe la selección de rodamientos de motores, así que trátelas como una indicación de la forma comercial de la vía a medida y no como una cotización para ningún tipo axial.

Un proveedor de rodamientos indica que la cantidad mínima varía por tipo, especificación y si se necesita personalización, y pide modelo, código de juego, cantidad y aplicación antes de cotizar²⁷. La secuencia práctica es comprobar la disponibilidad de catálogo estándar antes de considerar un diseño a medida⁷.

Si existe un rodamiento axial estándar en el agujero y las dimensiones de contorno requeridas, se evita el plazo a medida de 12–16 semanas.

Si la aplicación necesita dimensiones de contorno, juego o carga nominal no estándar, la cantidad mínima y el plazo de entrega pasan a formar parte de la decisión de compra y deben confirmarse por escrito con la cotización. Ninguna fuente da precios unitarios ni plazos de entrega concretos para los tres tipos axiales.

Clase de tolerancia y documentos de inspección

Las clases de tolerancia — conocidas como ISO en sistema métrico y ABEC en sistema de pulgadas — regulan la desviación admisible del tamaño de los anillos interior y exterior y la redondez de anillos y pistas; cuanto mayor la clase, más ajustada la tolerancia y más preciso el rodamiento montado⁸.

Los rodamientos de clase 0 ofrecen un rendimiento adecuado para aplicaciones generales, mientras que las aplicaciones y condiciones de operación exigentes requieren clase 5 o superior⁴. Las tolerancias siguen las normas ISO y, para los rodamientos axiales, incluyen el espesor de la pista del rodamiento axial⁴.

Para una aplicación axial, la clase de tolerancia fija los límites de excéntrica axial y espesor de pista que verá realmente el conjunto, por lo que debe figurar en el plano y en el pedido en lugar de quedar en el valor por defecto del proveedor.

Ninguna fuente especifica una clase de tolerancia o certificación requerida para los tres tipos axiales, por lo que la clase debe elegirse según el requisito de precisión de la aplicación y confirmarse con el proveedor. Pida el certificado de inspección que registra los valores medidos frente a esa clase.

Carga mínima y las cargas nominales que confirmar antes del pedido

Un rodamiento necesita una carga aplicada mínima para que los elementos rodantes rueden en vez de deslizarse. Si se deslizan, arrastran la película de aceite lubricante y dañan las superficies de los elementos rodantes y de las pistas, condición llamada deslizamiento (smearing) que acorta la vida del rodamiento¹⁶.

Una buena aproximación de la carga mínima es Pmin = 0.02 × C, donde C es la capacidad dinámica del rodamiento¹⁶.

En la mayoría de las aplicaciones, el peso del eje, los engranajes y los acoplamientos lo supera, pero durante el arranque la aceleración angular debe monitorizarse y limitarse para que los rodamientos empiecen a rodar de inmediato¹⁶.

Como ninguna fuente de este conjunto da C para los tres tipos axiales, la comprobación no puede completarse hasta que el proveedor aporte la carga nominal.

• ✓Confirmar que la carga axial es paralela al eje y que toda componente radial la soporta un rodamiento separado [S3].
• ✓Obtener la carga dinámica nominal C del rodamiento axial candidato y calcular Pmin = 0.02 × C [S16].
• ✓Comprobar que la carga axial aplicada supera Pmin, incluida durante el arranque [S16].
• ✓Solicitar la carga estática C0a para condiciones de parada o carga de impacto [S1].
• ✓Solicitar la velocidad límite para el método de lubricación previsto [S1].
• ✓Confirmar que el agujero, el diámetro exterior y la altura caben en las dimensiones de contorno disponibles [S7].
• ✓Confirmar la clase de tolerancia y el certificado de inspección que la documenta [S4].

Lo que las fuentes no establecen

• Ninguna fuente proporciona las cargas nominales dinámicas Ca o estáticas C0a reales de rodamientos axiales de bolas, de rodillos cilíndricos o cónicos
• Ninguna fuente proporciona un cálculo completo de vida L10 para la carga axial, velocidad y vida requerida reales de ninguno de los tres tipos axiales
• Ninguna fuente da velocidades límite o de referencia numéricas para los tres tipos axiales bajo lubricación de aceite o grasa
• Ninguna fuente afirma si un rodamiento axial puro de rodillos cilíndricos puede tomar carga radial, ni da valores de carga radial admisible para ningún tipo axial
• Ninguna fuente da valores concretos de perpendicularidad eje/alojamiento, planitud o desalineación angular admisible para los tres tipos axiales
• Ninguna fuente da datos de espacio concretos de taladro/diámetro exterior/altura para los tres tipos axiales
• Ninguna fuente da intervalos de relubricación ni recomendaciones de lubricación concretas para los tres tipos axiales
• Ninguna fuente da precios unitarios ni plazos concretos para los tres tipos axiales
• Ninguna fuente especifica una clase de tolerancia o certificación requerida para los tres tipos axiales