Para aplicaciones que requieren funcionamiento a alta velocidad con cargas radiales y axiales combinadas, los rodamientos rígidos de bolas son los rodamientos de elementos rodantes más utilizados, lo que representa Aproximadamente el 70% de todas las aplicaciones de rodamientos en motores eléctricos, bombas, cajas de engranajes y transportadores. . La conclusión directa: seleccione los rodamientos rígidos de bolas basándose en clasificación de carga dinámica (C, en kN), clasificación de carga estática (C0, en kN), límite de velocidad (lubricación con grasa o aceite) y juego interno (C2, CN, C3, C4) . Un rodamiento con una capacidad de carga dinámica insuficiente se fatigará prematuramente (vida L10 inferior a 10.000 horas); un rodamiento con un juego excesivo generará ruido, vibración y una precisión de posicionamiento reducida.
Rodamientos rígidos de bolas Consisten en un anillo interior, un anillo exterior, una jaula (retenedor) y un conjunto de bolas que ruedan en ranuras profundas. La "ranura profunda" se refiere a la geometría de la pista de rodadura donde el radio de la ranura es sólo ligeramente mayor (normalmente el 52% del diámetro de la bola) que la propia bola, lo que crea un contacto conformado que distribuye la tensión sobre un área más grande. . Este diseño permite que el rodamiento admita cargas radiales significativas (primarias), cargas axiales moderadas (empuje) en ambas direcciones (secundarias) y cargas combinadas simultáneamente. El ángulo de contacto bajo carga axial suele ser de 5 a 15 grados, dependiendo de la magnitud de la carga axial.
Directrices sobre la relación de carga: Para una vida útil óptima, la relación entre carga axial y carga radial (Fa/Fr) no debe exceder 0,5 para los rodamientos rígidos de bolas estándar. . Si Fa/Fr excede 0,5, considere rodamientos de bolas de contacto angular (mayor capacidad axial) o aumente el tamaño del rodamiento. Solo para carga axial pura (Fr=0), los rodamientos rígidos de bolas pueden soportar cargas axiales de hasta el 50 % de la capacidad de carga estática, pero la vida útil se reducirá porque las bolas entran en contacto con los bordes del hombro de la pista de rodadura, creando elevadores de tensión. Para aplicaciones con cargas axiales significativas (por ejemplo, bombas de eje vertical, aplicaciones de empuje), se prefieren los rodamientos de contacto angular.
\-| Rodamiento No. | Diámetro interior (mm) | DE (mm) | Dinámico C (kN) | C0 estático (kN) | Velocidad máxima (rpm, grasa) |
|---|---|---|---|---|---|
| 6200\- | 10\- | 30\- | 4.0\- | 2.0\- | 22.000\- |
| 6201\- | 12\- | 32\- | 5.5\- | 2.8\- | 20.000\- |
| 6202\- | 15\- | 35\- | 7.0\- | 3.8\- | 18.000\- |
| 6203\- | 17\- | 40\- | 8.5\- | 4.5\- | 16.000\- |
| 6204\- | 20\- | 47\- | 12.0\- | 6.5\- | 14.000\- |
| 6205\- | 25\- | 52\- | 14.0\- | 7.8\- | 12.000\- |
La clasificación de carga dinámica (C) es la carga radial constante que el 90% de un grupo de rodamientos idénticos (vida L10) puede soportar durante 1 millón de revoluciones (aproximadamente 500 horas a 3330 RPM). La fórmula básica de vida útil de L10: L10 = (C / P)^3 × 1.000.000 de revoluciones, donde P es la carga dinámica equivalente del rodamiento . Para un rodamiento con C = 14 kN y carga aplicada P = 2 kN, L10 = (14/2)^3 × 10^6 = 7^3 × 10^6 = 343 × 10^6 revoluciones. A 3000 RPM, esto es 343 000 000 / (3000 × 60) = 1905 horas. Para la mayoría de las aplicaciones industriales, la vida útil mínima aceptable de L10 es de 10 000 a 20 000 horas (1 a 2 años de funcionamiento continuo). Para aplicaciones críticas (bombas, ventiladores, transportadores), especifique L10 de 50.000 horas.
Ajuste de confiabilidad (L10 no estándar): Para una confiabilidad del 95 % (L5), multiplique L10 por 0,62; para una confiabilidad del 99 % (L1), multiplique por 0,21 . Para un rodamiento con L10 = 20.000 horas, L1 = 4.200 horas (lo que significa que el 1% de los rodamientos fallarán antes de las 4.200 horas). Para aplicaciones donde la falla es catastrófica (dispositivos médicos, aeronaves, ascensores), diseñe para una vida útil L1, no para L10. Para maquinaria industrial estándar, L10 es suficiente. Aplique también factores de aplicación (a2 para lubricación, a3 para contaminación) según ISO 281; un rodamiento limpio y bien lubricado alcanza a2 = a3 = 1,0; un rodamiento con lubricación marginal o contaminación puede tener factores de 0,3 a 0,5, lo que reduce la vida útil entre un 50 y un 70 %.
La clasificación de carga estática (C0) es la carga a la que la deformación permanente de las bolas y las pistas de rodadura alcanza 0,0001 veces el diámetro de la bola (normalmente 0,1-0,2 micrones para una bola de 10 mm). Para un funcionamiento suave y silencioso, la carga estática aplicada (incluidas las cargas de choque) no debe exceder el 50% de C0 . Para aplicaciones con operación intermitente u oscilación de baja velocidad (menos de 10 RPM), la carga estática puede acercarse al 100 % de C0, pero el ruido audible y la vibración aumentarán. Para un rodamiento con C0 = 7,8 kN, la carga estática máxima recomendada para un funcionamiento suave es 3,9 kN (aproximadamente 400 kg). Exceder esto provoca Brinelling (hendiduras permanentes) que generan vibración y reducen la vida.
Las cargas de choque son particularmente dañinas. Una carga estática de 5 kN aplicada gradualmente provoca daños insignificantes; La misma carga de 5 kN aplicada como un impacto de 1 milisegundo (golpe de martillo) genera una tensión instantánea entre 10 y 20 veces mayor, deformando permanentemente la pista de rodadura. . Para aplicaciones con cargas de choque (transportadores, trituradoras, manipulación de materiales), seleccione un rodamiento con una capacidad de carga estática de al menos 10 veces la carga en estado estacionario calculada. También especifique rodamientos rígidos de bolas con tamaños de bolas más grandes (serie 6000 frente a serie 6200 para el mismo diámetro interior) porque las bolas más grandes distribuyen la tensión del impacto en un área más grande, lo que reduce el riesgo de Brinelling.
El juego interno (juego radial) es la distancia total que el aro interior puede moverse radialmente con respecto al aro exterior sin carga. Clases de autorización: C2 (más pequeño de lo normal), CN (normal, más común), C3 (más grande de lo normal), C4 (más grande que C3) . Seleccionar el espacio libre correcto es fundamental porque los gradientes de temperatura y los ajustes de interferencia reducen el espacio libre instalado. Para la mayoría de las aplicaciones con temperaturas de funcionamiento inferiores a 80 °C y eje/carcasa de acero, la holgura CN es suficiente. Para aplicaciones de alta temperatura (por encima de 100 °C), el anillo interior se expande más rápido que el anillo exterior, lo que reduce la holgura; especifique C3 o C4 dependiendo de la temperatura. Para carcasas de paredes delgadas (plástico o aluminio) donde la expansión de la carcasa excede la expansión del eje, especifique la holgura C2.
Una regla general para la selección de autorización: Para un diferencial de temperatura (ΔT) entre el aro interior y el aro exterior de 30 °C, la reducción del juego es de aproximadamente 0,003 mm por 10 mm de diámetro interior del rodamiento. . Para un rodamiento 6205 (diámetro de 25 mm), ΔT = 30 °C reduce el juego radial en 25 × 0,000011 × 30 = 0,0083 mm (aproximadamente 8 micras). Si el juego inicial (CN para 6205) es de 5 a 15 micrones, el rodamiento puede funcionar con un juego negativo (precarga) a temperatura, provocando sobrecalentamiento y fallas prematuras. Para ΔT > 30°C, especifique el espacio libre C3 (15-25 micrones para 6205). Para ΔT > 60°C, especifique C4 (25-35 micrones). Mida la temperatura de funcionamiento real después de la instalación antes de seleccionar el espacio libre final para aplicaciones críticas.
Los rodamientos rígidos de bolas tienen límites de velocidad determinados por el diseño de la jaula, el método de lubricación y la generación de calor. Para la lubricación con grasa, el límite de velocidad (n) suele ser del 60 al 80 % del límite de lubricación con aceite. . El factor de velocidad (valor dn = diámetro interior del rodamiento en mm × RPM) es una métrica de comparación estándar. Para rodamientos de acero lubricados con grasa con jaulas de acero estampado, el dn máximo es aproximadamente 300 000-400 000. Para un rodamiento de 25 mm de diámetro, esto corresponde a un máximo de 12.000-16.000 RPM. Para rodamientos lubricados con aceite con jaulas mecanizadas de latón o poliamida, dn puede alcanzar 600.000-800.000.
Selección de lubricante: Para temperaturas de funcionamiento de -20 a 80 °C, es adecuada la grasa estándar NLGI de grado 2 a base de litio (aceite base ISO VG 150-220). . Para altas temperaturas (80-120°C), especifique grasa espesada con poliurea o PTFE con aceite sintético (PAO o éster). Para temperaturas bajas (inferiores a -20 °C), especifique grasa de baja viscosidad (NLGI grado 1 o 0) con aceite base sintético. Llenado de grasa: para rodamientos sellados (2RS o 2Z), el fabricante llena entre el 25 y el 35 % del espacio libre; para rodamientos relubricables (abiertos), llene hasta el 30-50 % del espacio libre en la lubricación inicial, luego vuelva a lubricar cada 500-2000 horas dependiendo de las condiciones de operación. El exceso de engrase (llenado superior al 60 %) provoca agitación, sobrecalentamiento y degradación de la grasa.
Los rodamientos rígidos de bolas están disponibles con protectores (Z o ZZ) o sellos de contacto (RS o 2RS). Los escudos (metálicos) brindan protección contra desechos grandes y al mismo tiempo permiten un escape de grasa y un aumento insignificante de la fricción (entre un 5% y un 10% más de torsión que los abiertos). . Los protectores son adecuados para entornos limpios donde se requiere un intercambio ocasional de lubricante (por ejemplo, motores eléctricos). Los sellos (caucho, generalmente nitrilo o fluoroelastómero) proporcionan sellado de contacto contra el polvo y la humedad, pero aumentan el par de fricción entre un 50 y un 100 % y reducen los límites de velocidad entre un 20 y un 30 %. Para ambientes sucios (aserraderos, equipos de construcción, procesamiento de alimentos), especifique 2RS (doble sello). Para aplicaciones de lavado (procesamiento de alimentos, lavado de automóviles), especifique 2RS con cojinete de acero inoxidable (grado martensítico o 440C) para evitar la oxidación.
Límites de temperatura del sello: Los sellos de caucho de nitrilo (estándar) tienen una clasificación de resistencia a 100 °C; Sellos de fluoroelastómero (Viton) hasta 200 °C. . Para aplicaciones de alta temperatura (hornos, secadoras, hornos), especifique sellos de Viton. Para aplicaciones de vacío (por debajo de 10⁻³ mbar), especifique cojinetes blindados (no sellados) porque los sellos desgasifican y no sellan bajo vacío. Para rodamientos expuestos al agua o vapor, especifique rodamientos sellados con grasa resistente al agua (sulfonato de calcio o complejo de aluminio). Los datos de campo muestran que los rodamientos sellados en ambientes húmedos duran entre 3 y 5 veces más que los rodamientos blindados porque los sellos evitan la entrada de agua, lo que provoca corrosión y pérdida de lubricante.
El material estándar para los anillos y bolas de los rodamientos rígidos de bolas es acero al cromo SAE 52100 (acero de aleación de cromo con alto contenido de carbono). El acero 52100 tiene una dureza de 60-64 HRC, excelente resistencia a la fatiga por contacto rodante y resistencia moderada a la corrosión. . Para aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión (procesamiento de alimentos, marina, química), especifique acero inoxidable AISI 440C (dureza 58-60 HRC) para anillos y bolas. El acero inoxidable 440C tiene entre el 70 y el 80 % de la capacidad de carga del 52100, pero es adecuado para la mayoría de las aplicaciones. Para resistencia extrema a la corrosión (agua salada, soluciones ácidas), especifique anillos de acero inoxidable 316 con bolas de nitruro de silicio (cerámica); Este rodamiento híbrido no es magnético y es completamente resistente a la corrosión, pero cuesta entre 5 y 10 veces más que el acero estándar.
Los rodamientos híbridos (anillos de acero, bolas de cerámica) ofrecen una mayor capacidad de velocidad (las bolas de cerámica son más ligeras, lo que reduce la fuerza centrífuga) y aislamiento eléctrico. Las bolas cerámicas de nitruro de silicio (Si3N4) tienen una densidad un 60 % menor que la del acero, lo que permite límites de velocidad entre un 30 % y un 50 % más altos. . Los rodamientos híbridos también evitan daños por acanaladuras eléctricas en los motores eléctricos (las bolas de cerámica no son conductoras). Para motores de transmisión de frecuencia variable (VFD), especifique rodamientos rígidos de bolas híbridos para evitar corrientes en los rodamientos que causen estrías (patrón de tabla de lavar en las pistas de rodadura). En los motores VFD sin cojinetes híbridos, la falla del cojinete ocurre en 6 a 18 meses; Los rodamientos híbridos duran entre 5 y 10 años.
La jaula separa las bolas, las guía a través de la zona de carga y evita el contacto entre bolas. Las jaulas de acero estampado (remachadas o encajadas) son estándar para el 70-80 % de los rodamientos rígidos de bolas. . Son económicos, resistentes y funcionan a temperaturas de hasta 150°C. Sin embargo, tienen una capacidad de velocidad limitada (dn = 300.000 máx.) y no se recomiendan para velocidades o vibraciones extremadamente altas. Las jaulas de latón mecanizadas (remachadas de dos piezas) se utilizan para aplicaciones de alta velocidad (dn = 600.000), altas temperaturas (300 °C) y entornos de vibración severa. Las jaulas de latón cuestan entre 3 y 5 veces más que las jaulas de acero, pero ofrecen límites de velocidad entre un 30 y un 50 % más altos y una vida útil más larga en condiciones de mala lubricación.
Las jaulas de poliamida (nylon) son livianas, tienen excelentes características de alta velocidad y un funcionamiento silencioso. Las jaulas de poliamida son estándar para rodamientos de tamaño pequeño y mediano (diámetro inferior a 100 mm) utilizados en motores eléctricos y electrodomésticos. . Sin embargo, la poliamida se degrada por encima de los 120°C y es atacada por ciertos lubricantes (aditivos EP agresivos). Para temperaturas superiores a 100°C o con lubricantes de extrema presión, especifique jaulas de latón o acero. Para aplicaciones de vacío, la poliamida libera gases y se vuelve quebradiza; especificar acero o latón. Para aplicaciones médicas y de procesamiento de alimentos donde la compatibilidad del lubricante es crítica, la poliamida es aceptable si el lubricante específico ha sido probado.
Los ajustes correctos del eje y la carcasa son esenciales para el funcionamiento adecuado del rodamiento. Para cargas giratorias del anillo interior (la mayoría de las aplicaciones), el eje debe tener un ajuste de interferencia (tolerancia del eje k5, k6 o m6) para evitar la fluencia (rotación en el eje). . Para un eje de 25 mm, la tolerancia k6 proporciona una interferencia de 2 a 15 micrones, adecuada para la mayoría de las aplicaciones. La carcasa debe tener un ajuste con holgura (tolerancia H7) para permitir el movimiento axial para la expansión térmica. Para cargas giratorias del anillo exterior (ejes excéntricos, cargas desequilibradas), la carcasa debe tener un ajuste de interferencia (P7 o N7) y el eje un ajuste con holgura (h6). La selección de ajuste incorrecta causa corrosión por fricción (ajuste flojo) o precarga excesiva (ajuste apretado).
La medida se ajusta con micrómetros, no con calibradores. Para un eje de 25 mm, la diferencia entre k6 (máximo 25,015 mm, mínimo 25,002 mm) y h6 (máximo 25,000 mm, mínimo 24,987 mm) es de 15 a 28 micras: se mide fácilmente con un micrómetro pero se encuentra en el límite de precisión del calibrador. . Inspeccione el eje en busca de mellas, rebabas o rayones antes de la instalación; cualquier defecto de más de 5 micrones de altura dañará el orificio del rodamiento y afectará la precisión de funcionamiento. Para carcasas de aluminio o plástico, utilice unión adhesiva (compuesto de retención) en lugar de ajustes de interferencia porque la carcasa se deformaría bajo la interferencia.
Nunca golpee un rodamiento sobre un eje: la carga de impacto daña las pistas de rodadura. Utilice prensas mecánicas (para rodamientos pequeños de hasta 40 mm de diámetro interior) o de expansión térmica (para rodamientos más grandes). Para instalación térmica, caliente el rodamiento a 80-100°C (sin exceder 120°C) usando un calentador de inducción o un baño de aceite. . El calentamiento expande el anillo interior, permitiendo un ajuste deslizante en el eje. Para montar el eje, caliente el rodamiento y deslícelo sobre el eje hasta que se asiente. Para montar el alojamiento, enfríe el rodamiento (hielo seco o congelador a -40 °C) para encoger el aro exterior y luego colóquelo en el alojamiento. Nunca caliente un rodamiento sellado o blindado a más de 80 °C: se dañarán los sellos o la grasa.
Aplique fuerza sólo al anillo que se está montando. Al montar en un eje, aplique fuerza únicamente al aro interior; Al presionar el anillo exterior se transfiere la fuerza a través de las bolas, abollando las pistas de rodadura. . Al montar en una carcasa, aplique fuerza únicamente al anillo exterior. Utilice manguitos de montaje o herramientas de metal blando (latón o aluminio) para evitar dañar las superficies de los cojinetes. Después de la instalación, gire el rodamiento con la mano; debe girar suavemente sin muescas (puntos ásperos) ni ataduras (resistencia excesiva). Las muescas indican Brinelling debido a un montaje inadecuado; La unión indica una holgura incorrecta o desalineación.
Para rodamientos rígidos de bolas relubricables (abiertos), los intervalos de reengrase dependen de las condiciones de funcionamiento. Para condiciones normales (temperatura 40-70°C, ambiente limpio, eje horizontal), reengrase cada 2000-4000 horas o cada 6 meses. . Para condiciones severas (temperatura >80°C, alta humedad, contaminación, eje vertical), vuelva a engrasar cada 500-1000 horas o mensualmente. Para motores eléctricos (funcionamiento continuo, 40-60°C), reengrasar cada 3.000-5.000 horas (4-6 meses). Para ventiladores y sopladores (cargas livianas, aire limpio), vuelva a engrasar cada 4000 a 8000 horas. Para bombas (agua limpia, 20-40°C), reengrasar cada 2000-4000 horas.
Cantidad de grasa: Para un rodamiento 6205 (47 mm de diámetro exterior, 25 mm de diámetro interior), agregue de 1,5 a 2,5 gramos de grasa durante el reengrase. . Muy poca grasa (menos de 1 g) provoca inanición y un desgaste rápido; demasiado (más de 5 g) provoca agitación, sobrecalentamiento y fugas de grasa. Para rodamientos con engrasador (engrasador), bombee lentamente (1 bomba por segundo) hasta que aparezca grasa limpia en los sellos o sienta una ligera resistencia. Para rodamientos sin accesorios, desmóntelos para volver a engrasarlos; no es práctico; especifique rodamientos sellados (2RS) y reemplace el rodamiento cuando la grasa se degrade.
Las fallas de los rodamientos rígidos de bolas se pueden diagnosticar mediante inspección visual. Descamación (descantillado) de pistas de rodadura: fallo clásico por fatiga; indica vida L10 excedida o carga excedida diseño . Brinelling (hendiduras espaciadas en el paso de la bola): causada por cargas de impacto o martillazos durante la instalación. Manchas (soldadura entre bolas y pistas de rodadura): lubricación inadecuada o velocidad excesiva. Falso brinelling (marcas de desgaste superficiales en las posiciones de las bolas): vibración en reposo (maquinaria transportada). Decoloración (anillos azul/marrón en anillos/bolas): sobrecalentamiento (>150°C), a menudo debido a alta velocidad, bajo nivel de lubricante o precarga excesiva.
Corrosión (óxido rojo/marrón): entrada de humedad; mejorar el sellado o utilizar cojinetes de acero inoxidable. Canalización eléctrica (patrón de tabla de lavar sobre canales con apariencia esmerilada): paso de corriente eléctrica; Utilice rodamientos híbridos o rodamientos aislados. . Daño en la jaula (jaula agrietada o rota): vibración excesiva, velocidad más allá de los límites de la jaula o falta de lubricante que provoca una carga de impacto. Para cada modo de falla, identifique la causa raíz antes de reemplazar el rodamiento; instalar un rodamiento nuevo en las mismas condiciones reproduce el fallo. Para equipos críticos, envíe los rodamientos defectuosos a un laboratorio para su análisis (SEM/EDX para identificación de contaminación, seccionamiento metalúrgico para fatiga del subsuelo).
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