rodamientos
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RODAMIENTOS
Podemos definir rodamientos como el conjunto de esferas que se encuentran
unidas por un anillo interior y uno exterior, el rodamiento produce movimiento al
objeto que se coloque sobre este y se mueve sobre el cual se apoya.
Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos.
Teóricamente, estos cojinetes no necesitan lubricación, ya que las bolas o rodillos
ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Sin embargo, como la velocidad de giro
del eje no es nunca exactamente constante, las pequeñas aceleraciones producidas por
las fluctuaciones de velocidad producen un deslizamiento relativo entre bola y pista.
Este deslizamiento genera calor. Para disminuir esta fricción se lubrica el rodamiento
creando una película de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura.
Las bolas, en su trayectoria circular, están sometidas alternativamente a cargas
y descargas, lo que produce deformaciones alternantes, que a su vez provocan un
calor de histéresis que habrá que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se
lubricará simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de
disipación de calor.
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Clasificación de los rodamientos
Desde el punto de vista cine mático, pueden clasificarse en tres categorías:
1. Rodamientos para cargas radiales. Pueden soportar preferentemente cargas
dirigidas en la dirección perpendicular al eje de rotación.
2. Rodamientos para cargas axiales. Pueden soportar cargas que actúen
únicamente en la dirección del eje de rotación. A su vez pueden ser:
rodamientos de simple efecto, que pueden recibir cargas axiales en un sentido,
y rodamientos de doble efecto, que pueden recibir cargas axiales en ambos
sentidos.
3. Rodamientos para cargas mixtas. Pueden soportar esfuerzos radiales,
axiales o ambos combinados.
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Podríamos decir que dentro de estas tres categorías se ramifican una gran
variedad de rodamientos, podríamos decir que los siguientes son los más utilizados en
la maquinaria.
Tipos de rodamientos
1) Rodamientos rígidos de bola.
2) Rodamientos de bolas a rotula.
3) Rodamientos de bolas con contacto angular.
4) Roldanas.
5) Rodamientos de sección estrecha.
6) Rodamientos de agujas.
7) Rodamientos de rodillos cilíndricos.
8) Rodamientos de rodillos a rotula.
9) Rodamientos de rodillos cónicos.
10) Rodamientos de rodillos esféricos.
11) Rodamientos axiales de bolas.
. 12) Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos.
13) Rodamientos axiales de agujas.
14) Rodamientos axiales de rodillos a rotula
15) Rotulas axiales.
16) Rotulas radiales.
17) Cabezas de articulación.
18) Coronas de orientación.
Características de los diferentes tipos de rodamientos
1) Rodamientos rígidos de bolas: Estos rodamientos son de uso general, ya que
pueden absorber cargas radiales y axiales en ambos sentidos, así como las fuerzas
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resultantes de estas cargas combinadas; a su vez, pueden operar a elevadas
velocidades.
Estos rodamientos no son desmontables ni auto alineadles, por lo que
requieren una perfecta alineación del asiento del soporte.
Existen varios tipos de estos rodamientos: rodamientos rígidos de bolas
desmontables, rodamientos rígidos de bolas con ranura circunferencial en el anillo
exterior para poder fijarlos axialmente mediante arandelas de retención, rodamientos
rígidos de bolas con agujero cónico, rodamientos rígidos de dos hileras de bolas, etc.
Se fabrican rodamientos pre lubricados con tapas de obturación que impiden la
entrada de elementos extraños y previenen la salida de la grasa. El sello de estos
rodamientos consiste en un anillo de caucho sintético moldeado a una platina de
acero, incorporado al anillo exterior.
Hay dos tipos de rodamientos sellados: uno usa sellos de contacto con el
anillo Interior, presentando una excelente y efectiva protección contra la entrada de
polvo; y el otro usa sellos de no-contacto con el anillo interior, siendo apropiado en
las aplicaciones que requieren un bajo par de operación.
También se fabrican rodamientos de bolas de máxima capacidad con ranuras
de llenado en los anillos interior y exterior. Estos rodamientos disponen de más bolas
de acero que los tipos estándar, presentando una capacidad de carga dinámica entre
un 20% y un 35% mayor. Debido a las ranuras de llenado, no son apropiados para
aplicaciones con cargas axiales pesadas, sino, únicamente, en aplicaciones donde la
carga radial es predominante o única.
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2) Rodamientos de bolas a rotula: Este tipo de rodamientos dispone de dos hileras
de bolas. La pista de rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común
para las dos hileras de bolas, y su centro es coincidente con el del rodamiento; por su
parte, el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada hilera de bolas de
acero y la jaula porta bolas pueden oscilar sobre el anillo exterior, adaptándose
automáticamente a un posible des alineamiento que pudiera presentar el árbol.
Según lo anterior, este tipo de rodamientos se utiliza cuando se prevén flexiones o
desalineaciones del árbol con respecto al alojamiento del soporte.
La capacidad de carga axial es limitada, en consecuencia, no son apropiados
para aplicaciones con cargas axiales elevadas.
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3) Rodamientos de bolas con contacto angular: En este tipo de rodamientos, la
línea que une los puntos de contacto de las bolas de acero con los anillos interior y
exterior, forma un ángulo con la línea que define la dirección radial, llamado ángulo
de contacto. Este ángulo es de 30º, aunque existen rodamientos que tienen un ángulo
de contacto de 40º y otros de 15º (estos últimos para elevadas velocidades).
En adición a las cargas radiales, pueden soportar grandes cargas axiales en un
sentido; en consecuencia, se suelen disponer dos a dos en posición simétrica para
soportar cargas axiales en los dos sentidos (apareado espalda a espalda, o apareado
cara a cara); también se pueden disponer en montaje apareado en serie (tándem) para
cargas radiales y axiales elevadas en un solo sentido.
Existen rodamientos de doble hilera de bolas con contacto angular y
rodamientos de una hilera de bolas con cuatro puntos de contacto, capaces de
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absorber cargas axiales en ambos sentidos. Los rodamientos de doble hilera de bolas
con contacto angular equivalen a dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto
angular en un montaje apareado espalda a espalda, de tal forma, que los anillos
interior y exterior, son respectivamente formados cada uno, en una sola pieza. Se
pueden fabricar con o sin ranuras de llenado; este último tipo, a su vez, se puede
fabricar con tapa de obturación.
4) Roldanas: Unidades de rodamiento listas para montar con aro exterior reforzado
para cargas pesadas, incluyendo las cargas de impacto. Los rodamientos con diámetro
exterior bombeado pueden aceptar desalineación.
5) Rodamientos de sección estrecha: Son compactos, rígidos y ahorran espacio.
Pueden soportar cargas combinadas. Una variedad de diseños ISO y de sección fija
ofrece gran flexibilidad para diseñar disposiciones de bajo peso y bajo rozamiento.
También disponibles en versiones obturad as para un mantenimiento sencillo.
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6) Rodamientos de agujas: Estos rodamientos se llaman así por tener como
elementos rodantes unos cilindros muy largos con respecto a su diámetro,
denominados agujas.
En general, tienen las mismas aplicaciones que los rodamientos radiales de
rodillos cilíndricos normales, es decir, grandes cargas radiales; siendo adecuados para
montajes con reducido espacio y gran precisión en el centrado.
Se fabrican rodamientos con doble hilera de agujas, resultando apropiados para
operar con grandes cargas o donde se requiere una gran superficie de apoyo. También
se construyen rodamientos radiales de agujas sin aro interior.
En este caso, las agujas deben rodar directamente sobre el eje debidamente
rectificado y cementado. Este tipo de rodamiento precisa un espacio radial mucho
más reducido que los rodamientos de agujas con aro interior; además, como no
influye la precisión del aro interior, se obtiene una alta precisión de rodaje.
Otro tipo de rodamientos de agujas más simplificados son los rodamientos
radiales formados únicamente por una jaula de agujas. Estos rodamientos no disponen
de los aros interior y exterior, por lo que las agujas deben rodar directamente sobre el
mismo eje debidamente cementado y sobre el alojamiento del soporte.
7) Rodamientos de rodillos cilíndricos: Estos rodamientos son desmontables, lo
cual, facilita el montaje y desmontaje en su alojamiento. Dado que los rodillos hacen
contacto lineal con las pistas de rodadura, pueden soportar grandes cargas radiales,
siendo baja su capacidad de carga axial. Los rodillos pueden ser guiados por los
rebordes del anillo exterior o del anillo interior.
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Existen rodamientos de rodillos cilíndricos con rebordes en los dos anillos,
por lo que pueden ser cargados con cargas radiales y axiales combinadas. También se
construyen rodamientos de rodillos cilíndricos con doble hilera de rodillos.
8) Rodamientos de rodillos a rotula: Están constituidos por dos hileras de rodillos
en forma de tonel. Al igual que los rodamientos de bolas a rótulas, la pista de
rodadura del anillo exterior forma una superficie esférica común para las dos hileras
de rodillos; por su parte, el anillo interior tiene dos pistas de rodadura, una para cada
hilera de rodillos, separadas por un borde central para guiar los rodillos.
De esta forma, el anillo interior junto con los rodillos y la jaula portar rodillos,
pueden oscilar libremente sobre el anillo exterior, adaptándose automáticamente a un
posible des alineamiento que pudiera presentar el árbol.
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9) Rodamientos de rodillos cónicos: En este tipo de rodamientos, los rodillos y las
pistas de rodadura tienen forma cónica. La configuración de su diseño hace que los
vértices de los conos de rodillos y pistas de rodadura se encuentren en un punto
común sobre el eje del rodamiento.
Los rodillos son guiados por el contacto entre el extremo mayo r del rodillo y
el reborde mayor del anillo interior. El contacto lineal entre los rodillos y las pistas de
rodadura, hace que estos rodamientos tengan una elevada capacidad de carga; a su
vez, resisten velocidades relativamente elevadas.
Tienen una alta capacidad para soportar cargas radiales, cargas axiales en una
Dirección y cargas combinadas. Cuanto más grande es el ángulo de contacto, más
grande es la capacidad de carga axial.
Cuando una carga radial pura es colocada sobre el rodamiento, es inducida
una carga en la dirección axial; en consecuencia, estos rodamientos se montan,
generalmente, en pares opuestos uno al otro.
Este tipo de rodamientos son desmontables, es decir, cada anillo puede ser
montado individualmente, permitiendo utilizar ajustes fijos en ambos anillos.
Existen rodamientos de dos hileras de rodillos cónicos, los cuales, permiten
soportar esfuerzos axiales en ambos sentidos.
10) Rodamientos de rodillos esféricos: Estos rodamientos son excelentes para
cargas radiales fuertes y empuje moderado. Su característica de auto alineamiento
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interno es útil en muchas aplicaciones, pero no se debe abusar de ello. Los elementos
esféricos tienen la ventaja de ampliar su área de contacto a medida que la carga
aumenta.
11) Rodamientos axiales de bolas: En este tipo de rodamientos, las bolas están
alojadas en una jaula porta bolas dispuesta entre una arandela ajustada en el
alojamiento del soporte y una arandela ajustada al árbol. Es desmontable, siendo su
montaje muy simple, ya que los componentes se pueden montar por separado.
El ángulo de contacto es de 90º, debiendo el plano de rodamiento ser
perfectamente perpendicular al eje de rotación.
Este tipo de rodamientos puede soporta r cargas axiales en un sentido; a su
vez, no resulta apropiado para operar a elevadas velocidades. Para asegurar el guiado
de las bolas en sus caminos de rodadura, deben estar solicitados permanentemente por
una carga axial mínima o precarga.
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12) Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos: Están constituidos por dos aros,
uno ajustado en el eje y otro en el alojamiento del soporte, y unos rodillos cilíndricos
alojados en una jaula porta rodillos. Se puede conseguir un diseño compacto,
utilizando únicamente los rodillos y jaula porta rodillos, empleando el eje y el
alojamiento del soporte como pistas de rodadura.
Estos rodamientos son adecuados para soportar grandes cargas axiales en un
sentido, sustituyendo a los rodamientos axiales de bolas cuando la capacidad de carga
de estos últimos es inadecuada.
13) Rodamientos axiales de agujas: Estos rodamientos pueden soportar cargas
axiales, son insensibles a las cargas puntuales y permiten disposiciones de
rodamientos rígidas, que requieren un espacio axial mínimo. Son rodamientos de
simple efecto y sólo pueden soportar cargas axiales que actúen en una dirección.
Permiten disposiciones de rodamientos particularmente compactas, sin ocupar más
espacio que una arandela de eje convencional, si las caras laterales de los
componentes adyacentes de la máquina pueden servir como caminos de rodadura para
una corona axial de agujas. Cuando los componentes adyacentes no sirven como
caminos de rodadura, las coronas también se pueden combinar con arandelas de
varios diseños.
Debido a todas las posibles combinaciones, todos los componentes del
rodamiento se deben pedir por separado.
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14) Rodamientos axiales de rodillos a rotula: Robustos rodamientos auto alineadle,
insensible a la desalineación angular.
Pueden soportar fuertes cargas axiales. También pueden soportar cargas
radiales de hasta un 55% de la carga axial actuando simultáneamente.
Ofrecen una alta fiabilidad y gran duración, incluso en condiciones de
funcionamiento difíciles. El diseño desarmable facilita el montaje.
15) Rotulas axiales: Las rótulas axiales se parecen a las rótulas con contacto angular
en que tienen superficies de contacto en las arandelas del eje y del alojamiento que
forman un ángulo con el eje de la rótula.
Han sido diseñadas sobre todo para cargas axiales aunque pueden absorber
ciertas cargas combinadas. No obstante, la carga radial no debe exceder el 50 % de la
carga axial simultánea.
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16) Rotulas radiales: La ausencia de mantenimiento junto con una larga duración de
vida es cada vez más importante para las rótulas radiales en los vehículos sobre raíles.
En todos sus diseños, las rótulas ELGES libres de mantenimiento se utilizan con éxito
en este sector. Estas rótulas se caracterizan por una elevada capacidad de carga, así
como por su extraordinaria fiabilidad y duración de vida, no sólo en el caso de las
dimensiones más pequeñas para los sistemas de puertas, o de tamaño mediano para la
tecnología anti-vuelco, sino también las de grandes dimensiones, por ejemplo, para
los acoplamientos.
17) Cabeza de articulación: Las cabezas de articulación son unidades de
rodamientos lisos esféricos que constan de un rodamiento alojado en una cabeza en
forma de ojo con un vástago integrado; el soporte de la cabeza de articulación. Se
utilizan principalmente en la cabeza de articulaciones de pistón o junto con cilindros
hidráulicos o neumáticos para unir el cilindro a los componentes asociados.
Disponibles en muchos diseños diferentes, y también sin necesidad de
mantenimiento.
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18) Corona de orientación: Transmiten fuertes cargas combinadas y movimientos
de orientación en disposiciones con gran diámetro. Uno o ambos aros pueden tener
engranaje integral y los dos aros tienen agujeros para los pernos de montaje. Forman
una parte integral del sistema de accionamiento. Permiten unas soluciones compactas
y económicas, que pueden reemplazar a las disposiciones de rodamientos múltiples
tradicionales.
Selección del tipo de rodamiento
Dependen de su diseño y que lo hacen más o menos adecuado para una
aplicación determinada. Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden
soportar cargas radiales moderadas, así como cargas axiales. Tienen una baja fricción
y pueden ser fabricados con una gran precisión y con un diseño de funcionamiento
silencioso. Por tanto, estos rodamientos son los preferidos para los motores eléctricos
de tamaño pequeño y mediano.
Los rodamientos CARB y de rodillos a rótula pueden soportar cargas muy
elevadas y son autoalineables. Estas propiedades hacen que sean especialmente
adecuados, por ejemplo, para aplicaciones de ingeniería pesada, donde las cargas son
muy elevadas y producen flexiones del eje y desalineaciones.
En muchos casos, sin embargo, se deben considerar diversos factores y
contrastarlos entre sí a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento, por tanto, no es
posible dar unas reglas generales.
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La información facilitada a continuación, debe servir para indicar los factores
más importantes a considerar a la hora de seleccionar un tipo de rodamiento estándar,
y facilitar así una elección apropiada:
– Espacio disponible.
– Cargas.
– Desalineación.
– Precisión.
– Velocidad.
– Funcionamiento silencioso.
– Rigidez.
– Desplazamiento axial.
– Montaje y desmontaje.
– Obturaciones integradas.
Espacio disponible
En muchos casos, una de las dimensiones principales del rodamiento, el diámetro
del agujero, viene determinado por las características de diseño de la máquina y por el
diámetro del eje.
Para los ejes de diámetro pequeño, se puede utilizar cualquier tipo de rodamiento
de bolas, siendo los rodamientos rígidos de bolas los más utilizados; los rodamientos
de agujas también son adecuados.
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Para ejes de diámetros grandes, se pueden considerar los rodamientos de
rodillos cilíndricos, cónicos, a rótula y CARB, así como los rodamientos rígidos de
bolas.
Cuando el espacio radial disponible es limitado, se deberán seleccionar
rodamientos de sección transversal pequeña, particularmente los de baja altura de
sección, es decir, los rodamientos de la serie de diámetros 8 ó 9. Las coronas de
agujas, los casquillos de agujas y los rodamientos de agujas con o sin aro interior son
muy adecuados, así como determinadas series de rodamientos rígidos de bolas, de
bolas con contacto angular, rodamientos de rodillos cilíndricos, cónicos, a rótula y
CARB.
Cuando el espacio axial es limitado, se pueden usar algunas series de
rodamientos de rodillos cilíndricos y rodamientos rígidos de bolas respectivamente
para cargas radiales y combinadas respectivamente.
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Así como los diversos rodamientos de agujas combinados.
Para las cargas puramente axiales se pueden usar coronas axiales de agujas
(con o sin arandelas), así como rodamientos axiales de bolas y rodamientos axiales de
rodillos cilíndricos.
Cargas
Magnitud de la carga
La magnitud de la carga es uno de los factores que suele determinar el tamaño
del rodamiento a utilizar. Por lo general, los rodamientos de rodillos pueden soportar
mayores cargas que los rodamientos de bolas de tamaño similar.
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Y los rodamientos llenos de elementos rodantes pueden soportar mayores
cargas que los rodamientos con jaula correspondientes. Los rodamientos de bolas son
los más utilizados cuando las cargas son ligeras o moderadas. Para cargas elevadas y
ejes de gran diámetro, la elección mas adecuada es.
Sentido de la carga
Carga radial
Los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NU y N, los rodamientos de
agujas y los rodamientos CARB sólo pueden soportar cargas puramente radiales.
Todos los demás rodamientos radiales pueden absorber algunas cargas axiales
además de las cargas radiales.
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Carga axial
Los rodamientos axiales de bolas y los rodamientos de bolas de cuatro puntos
de contacto.
Estos son adecuados para las cargas ligeras o moderadas puramente axiales.
Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto sólo pueden soportar cargas
axiales en un sentido; para las cargas axiales en ambos sentidos, son necesarios los
rodamientos axiales de bolas de doble efecto.
Los rodamientos axiales de bolas con contacto angular pueden soportar cargas
axiales moderadas a altas velocidades; en estos casos los rodamientos de simple
efecto también pueden soportar cargas radiales simultáneas, mientras que los
rodamientos de doble efecto se usan normalmente para cargas puramente axiales
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Para las cargas axiales moderadas y elevadas en un sentido, los rodamientos
más adecuados son los rodamientos axiales de agujas y los rodamientos axiales de
rodillos cilíndricos y cónicos, así como los rodamientos axiales de rodillos a rótula
Los rodamientos axiales de rodillos a rótula también pueden soportar cargas
radiales simultáneas. Para las cargas axiales alternas elevadas, se pueden montar dos
rodamientos axiales de rodillos cilíndricos o de rodillos a rótula adyacentes entre sí.
Carga combinada
Una carga combinada consta de una carga radial y una carga axial que actúan
simultáneamente. La capacidad que tiene un rodamiento para soportar una carga axial
está determinada por su ángulo de contacto "a"; cuanto mayor es dicho ángulo, más
adecuado es el rodamiento para soportar cargas axiales. El factor de cálculo Y, que
disminuye al aumentar el contacto "a", proporciona una indicación exacta. Los
valores de este factor para un tipo de rodamiento o para los rodamientos individuales
podrán encontrarse en el texto previo a las tablas de rodamientos, o en las propias
tablas de rodamientos. La capacidad de carga axial de los rodamientos rígidos de
bolas depende de su diseño interno y del juego interno del rodamiento, ver la sección
"Rodamientos rígidos de bolas"".
Para las cargas combinadas, se usan principalmente los rodamientos de una y
de dos hileras de bolas con contacto angular y los rodamientos de una hilera de
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rodillos cónicos, aunque los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de
rodillos a rótula también son adecuados
Asimismo, los rodamientos de bolas a rótula y los rodamientos de rodillos
cilíndricos de tipo NJ y NUP, así como los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo
NJ y UN con un aro angular HJ, también se pueden utilizar para las cargas
combinadas con una componente axial relativamente pequeña
(
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Los rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular, los rodamientos
de rodillos cónicos, los rodamientos de rodillos cilíndricos de tipo NJ y UN+HJ y los
rodamientos axiales de rodillos a rótula, sólo pueden soportar cargas axiales en un
sentido. Para las cargas axiales alternativas, estos rodamientos se deben combinar con
un segundo rodamiento. Por esta razón, los rodamientos de una hilera de bolas con
contacto angular están disponibles como "rodamientos universales" para un montaje
apareado, y además se pueden suministrar rodamientos de una hilera de rodillos
cónicos apareados, ver secciones "Rodamientos de una hilera de bolas con contacto
angular" y "Rodamientos de una hilera de rodillos cónicos apareados".
Cuando la componente axial de las cargas combinadas es elevada, ésta puede
ser soportada, independientemente de la carga radial, por un rodamiento
independiente. Además de los propios rodamientos axiales, existen algunos
rodamientos radiales, como los rodamientos rígidos de bolas o los rodamientos
rígidos de bolas con cuatro puntos de contacto que son adecuados para esta tarea. En
estos casos, para tener la seguridad de que el rodamiento sólo se somete a la carga
axial, el aro exterior del rodamiento se debe montar con un huelgo radial.
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Momentos
Cuando una carga actúa excéntricamente sobre un rodamiento, se puede
producir un par de vuelco. Los rodamientos de dos hileras, por ejemplo los
rodamientos rígidos de bolas o de bolas con contacto angular, pueden soportar pares
de vuelco, pero son más adecuados los rodamientos de una hilera de bolas con
contacto angular apareados o los rodamientos de rodillos cónicos en una disposición
cara a cara, o mejor aún, espalda con espalda
Fricción
La fricción en un rodamiento es el factor determinante de la generación de
calor en el mismo y por tanto, de la temperatura de funcionamiento.
La fricción depende de la carga y de otros factores, entre los que destacan el tipo y el
tamaño del rodamiento, la velocidad de funcionamiento y la cantidad y las
propiedades del lubricante.
La resistencia total de un rodamiento al giro, se compone de la fricción y el
deslizamiento originados en los contactos de rodadura, en las superficies de contacto
entre los elementos rodantes y la jaula, así como en las superficies de guiado de los
elementos rodantes o la jaula, del rozamiento en el lubricante y de la fricción de
deslizamiento de las obturaciones rozantes, en caso aplicable.
Velocidades y vibración
La velocidad de funcionamiento de un rodamiento tiene un límite. En general,
este límite lo marca la temperatura de funcionamiento admisible del lubricante
empleado o el material de los componentes del rodamiento.
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La velocidad a la cual el rodamiento alcanza la temperatura límite depende del
calor generado en el rodamiento (incluyendo cualquier tipo de calor externo) y de la
cantidad de calor que pueda evacuar éste.
La velocidad que puede alcanzar un rodamiento depende de su tipo, tamaño,
diseño interno, carga, lubricación y condiciones de refrigeración, así como el diseño
de su jaula, precisión y juego interno.
Las tablas de rodamientos indican por lo general dos velocidades: la velocidad de
referencia (térmica) y la velocidad límite (cinemática), cuyo valor depende de los
criterios considerados.
Rodamientos en el plano
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