Como ingeniero, sabe lo importante que es ser preciso, exacto y confiable.
Pero, ¿alguna vez ha pensado en cuánto contribuye el rodamiento de bolas simple a estas importantes cualidades en una amplia gama de usos de ingeniería? Los rodamientos de bolas se utilizan en todo, desde automóviles hasta naves espaciales, dispositivos médicos y robots.
Permiten que las piezas se muevan libremente y reducen la fricción entre las piezas móviles y las fijas.
Tanto si es un nuevo estudiante de ingeniería como si es un ingeniero experimentado que quiere aprender más, este artículo le presentará el mundo de los rodamientos de bolas y le explicará por qué son tan importantes en tantas áreas de la ingeniería.
Así que abróchense los cinturones de seguridad y empecemos este interesante viaje al mundo de los rodamientos de bolas.
Introducción a los rodamientos de bolas
Definicion formal:
Un cojinete antifricción permite el movimiento libre entre las partes móviles y fijas por medio de bolas confinadas entre los anillos exterior e interior.
Los rodamientos de bolas son una parte importante de muchas industrias, como el transporte, la electrónica, la fabricación y el proceso de convertir papel en diferentes tipos de papel.
El trabajo de un rodamiento de bolas es reducir la fricción y soportar cargas radiales y axiales.
Lo hace mediante el uso de al menos dos carreras para mantener las bolas en su lugar y pasar las cargas a través de las bolas.
La mayoría de las veces, una pista está fija y la otra está unida al conjunto o eje que se mueve.
Cuando el aro interior gira, las bolas ruedan por la pista de rodadura interior.
El anillo exterior, por otro lado, permanece quieto.
Este movimiento de balanceo reduce la fricción y suaviza el movimiento.
Cómo funcionan los rodamientos de bolas
La idea detrás de un rodamiento es simple: es mejor que las cosas rueden que se deslicen.
Los rodamientos reducen la fricción mediante el uso de bolas o rodillos metálicos lisos y superficies metálicas lisas tanto en el interior como en el exterior del rodamiento.
Estas bolas o rodillos "soportan" el peso, lo que permite que el dispositivo gire fácilmente.
La mayoría de los rodamientos de bolas se fabrican juntando cuatro partes:
- Un anillo exterior grande (o una pista de rodadura exterior que no se mueva).
- Un anillo interior más pequeño (o camino de rodadura interior giratorio) que está unido al conjunto giratorio o eje.
- Filas de bolas atascadas entre los caminos de rodadura de dos anillos.
- Una jaula o separador que mantiene las bolas en su lugar y evita que se toquen entre sí.
Tipos comunes de rodamientos de bolas
Según su fabricación, existen dos tipos de rodamientos de bolas:
- Tipos Conrad: estos rodamientos tienen una sola fila de bolas entre dos pistas de rodadura.
Pueden manejar cargas tanto radiales como axiales, pero la cantidad de carga axial que pueden soportar suele ser limitada.
Tipos de capacidad máxima: estos rodamientos tienen más bolas que los tipos Conrad, por lo que pueden manejar cargas más pesadas en la dirección radial.
Pero no son tan buenos para manejar cargas axiales.
Los rodamientos de bolas también se pueden dividir en tres tipos según la cantidad de peso que pueden soportar.
- Cojinetes Radiales: Estos cojinetes soportan cargas que son perpendiculares al eje de rotación.
- Cojinetes de empuje: estos cojinetes soportan cargas que son paralelas al eje de rotación y se denominan cargas axiales.
Los rodamientos de contacto angular pueden soportar cargas radiales y axiales al mismo tiempo.
Descubra la emoción de los rodamientos de bolas en la ingeniería
¿Todavía es difícil de entender? Déjame cambiar un poco el punto de vista:
¿Quieres que tu trabajo de ingeniería sea más interesante? ¿Quieres que tu último proyecto sea más interesante? Bueno, sabemos exactamente qué hacer: olvídate de algoritmos complicados, nuevos materiales y tecnología de punta.
No, un buen cojinete de bolas a la antigua es todo lo que necesitas para realmente sacudir las cosas.
Sí, esas diminutas esferas que permiten el libre movimiento entre las partes que se mueven y las que no.
Suena aburrido, ¿no? Bueno, te equivocas.
Porque, como estamos a punto de descubrir, los cojinetes de bolas pueden ser la parte más irónicamente emocionante del mundo de la ingeniería.
De acuerdo, solo fue una broma hecha para parecer un anuncio de televisión.
Ahora volvamos a la explicación.
Componentes y tipos de rodamientos de bolas
Tipos de rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas son conjuntos mecánicos formados por piezas rodantes y, la mayoría de las veces, por pistas interiores y exteriores.
Se pueden utilizar para ejes que giran o se mueven en línea recta.
Hay diferentes tipos de rodamientos de bolas, y cada uno tiene sus propias características y usos.
- Rodamientos rígidos de bolas.
El tipo más común de rodamiento de bolas es el que tiene una ranura profunda.
Tienen ranuras profundas para las pistas de rodadura y los anillos interior y exterior tienen arcos circulares que son un poco más grandes que las bolas.
Este diseño permite que los cojinetes manejen cargas radiales y axiales y funcionen a altas velocidades mientras soportan cargas axiales limitadas, cargas de empuje o ambas.
Los rodamientos de bolas de ranura profunda se pueden usar en muchas cosas diferentes, como ventiladores, motores, máquinas industriales, ruedas de automóviles y herramientas domésticas.
Rodamientos de bolas con contacto angular.
Los rodamientos de bolas de contacto en ángulo son buenos para cargas combinadas en las que es necesario transferir fuerzas radiales y axiales.
Están hechos para manejar cargas radiales y de empuje, lo que los hace perfectos para situaciones en las que ambos tipos de cargas son comunes.
Estos rodamientos pueden soportar mucha fuerza en una dirección, y algunos rodamientos de una hilera están hechos para montarse en pares para aprovecharlos al máximo.
A menudo se utilizan en bombas, compresores, motores eléctricos, agricultura, industria química, industria en general, servicios públicos y muchas otras aplicaciones industriales.
- Rodamientos de bolas que se alinean solos.
La mejor manera de absorber las fuerzas radiales es con rodamientos de bolas a rótula.
Están hechos para tener dos filas de bolas y una pista para todas las bolas en el anillo exterior.
Este diseño único permite que el cojinete se alinee automáticamente y compense cualquier desalineación entre el eje y la carcasa.
Esto hace que sea menos probable que la desalineación cause daños.
Los rodamientos de bolas a rótula se utilizan a menudo en imprentas, maquinaria textil y herramientas agrícolas.
- Cojinetes de bolas de torsión.
Los rodamientos axiales de bolas están hechos para trabajar con cargas que empujan en la misma dirección que el eje del rodamiento.
Pueden manejar cargas axiales porque tienen una parte rodante que es una bola o un cilindro.
La mayoría de las veces, estos rodamientos se utilizan en cosas como transmisiones de automóviles, sistemas aeroespaciales y máquinas herramienta.
- Rodamientos de Bolas de Cerámica.
Los rodamientos de bolas de cerámica se fabrican de la misma manera que los rodamientos de bolas de acero, pero en lugar de bolas de acero, utilizan bolas de nitruro de silicio cerámico (Si2N4).
Los rodamientos de bolas de cerámica son mejores que los rodamientos de bolas de acero en varios aspectos, incluido que son más fáciles de rodar porque sus superficies son más suaves y sus tamaños son más uniformes.
También son más duraderos porque son más duros que el acero y pierden menos energía debido a la menor fricción, lo que permite que el equipo funcione de manera más eficiente y durante más tiempo.
Los rodamientos de bolas de cerámica se utilizan a menudo en aplicaciones de alto rendimiento como la industria aeroespacial, los coches de carreras y la maquinaria industrial de alta gama.
Componentes de rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas tienen tres partes principales: un anillo interior, un anillo exterior y algo que rueda.
La parte que se mueve es una bola o un rodillo, y se mueve a lo largo de la pista o trayectoria hecha en los anillos exterior e interior.
El retenedor o separador de bolas evita que las bolas rocen entre sí, para que puedan moverse libremente.
Los rodamientos de bolas mantienen las bolas en su lugar y pasan cargas a través de ellas usando al menos dos pistas para mantener las bolas en su lugar.
Una pista está conectada a la parte que gira (como un eje o cubo) y la otra es fija (como una carcasa).
Los rodamientos de bolas tienen una fricción muy baja porque utilizan la fricción de rodadura en lugar de la fricción de deslizamiento.
Los anillos y rodamientos de bolas están hechos con tolerancias altas y redondez, y se pulen mucho para que la rotación sea suave.
Esto reduce el par o la resistencia de giro causada por la fricción.
El uso del rodamiento también afecta su ancho.
Por ejemplo, los rodamientos de sección delgada se utilizan cuando no hay mucho espacio.
La diferencia de diámetro y anchura entre las pistas exterior e interior se mantiene al mínimo.
Esto hace posible hacer pequeños diseños.
Fabricación y Mantenimiento de Rodamientos de Bolas
Fabricación de Rodamientos de Bolas
Los rodamientos de bolas son partes importantes de muchas máquinas y herramientas industriales que giran, como ruedas de automóviles, husillos de máquinas herramienta y bombas.
La mayoría de los rodamientos de bolas están hechos de acero al cromo con alto contenido de carbono, también llamado acero al cromo, porque es económico y dura mucho tiempo.
Pero los rodamientos también pueden estar hechos de acero inoxidable, cerámica, plástico o incluso vidrio.
Los rodamientos de bolas se fabrican en un proceso que incluye pasos como dar forma, cortar, lavar, desmagnetizar, tratar térmicamente, esmerilar, afilar, lapear y armar todo.
El primer paso es cortar un alambre o varilla en lingotes, que son piezas pequeñas.
La cantidad de material necesario para la barra es un poco más de lo que se necesita para el rodamiento de bolas terminado.
Luego, la babosa se convierte en una bola a través de una serie de pasos de esmerilado y pulido.
Después de eso, las bolas se tratan con calor para hacerlas más fuertes.
Los últimos pasos son el esmerilado y lapeado, que les dan su tamaño y acabado final.
Por lo general, la jaula para las bolas está hecha de acero delgado, pero algunos rodamientos ahora usan jaulas hechas de plástico moldeado porque son más económicas y causan menos fricción.
Pero las jaulas de plástico se utilizan con más frecuencia en aplicaciones de baja carga y baja velocidad, mientras que las jaulas de acero siguen utilizándose ampliamente en muchas aplicaciones industriales.
El acero inoxidable AISI 440C, así como otros tipos de acero inoxidable, cerámica y vidrio también se utilizan para fabricar rodamientos de bolas.
Las bolas de cerámica son buenas para usar en ambientes muy corrosivos o con temperaturas muy altas.
Los diferentes tipos de plástico son de buenos a muy buenos para resistir la corrosión, pero solo son buenos para cargas bajas y velocidades bajas.
Mantenimiento y Reemplazo de Rodamientos de Bolas
Los problemas y las fallas de los rodamientos ocurren con bastante frecuencia, pero se pueden detener o solucionar siguiendo algunos pasos.
Los rodamientos de bolas suelen tener problemas de lubricación, altas temperaturas, contaminación, manejo e instalación inadecuados, sobrecarga, desalineación, mal ajuste y corrosión.
Para evitar que ocurran estos problemas comunes, debe lubricar la máquina de la manera que el fabricante le indique.
Los sellos deben revisarse con frecuencia para asegurarse de que no estén rotos o no funcionen.
Asegúrese de que el eje y el alojamiento del cojinete estén correctamente alineados para evitar la desalineación.
Asegúrese de que el rodamiento encaje bien en un eje que sea del tamaño adecuado.
Los controles de mantenimiento deben realizarse periódicamente para encontrar cualquier problema antes de que empeore.
Varios sonidos y señales pueden ayudarlo a determinar si un rodamiento de bolas está roto.
El signo más común es un sonido áspero y chirriante proveniente del cojinete de la rueda que cambia según la velocidad a la que va el automóvil.
Otros sonidos incluyen zumbidos, retumbos o gruñidos que aumentan cuando el vehículo acelera o gira.
Un rodamiento de rueda defectuoso también puede hacer ruidos como chirridos, chirridos o gruñidos que van en ciclos.
Hay otros signos de un mal cojinete de bolas además de cómo suena.
Algunos de estos son demasiado juego cuando el volante se balancea de un lado a otro, el automóvil está demasiado flojo, el volante tira y el automóvil se calienta demasiado.
Cuando el cojinete está muy desgastado y a punto de fallar, también puede notar que el automóvil no se maneja bien o que las llantas se desgastan en diferentes lugares.
El costo de reemplazar un cojinete de bolas depende de la marca y el modelo del automóvil, dónde se encuentra y cuánto cobra el mecánico.
El cojinete en sí suele costar entre $50 y $200, según el tipo y la calidad (en el momento de escribir este artículo).
Dependiendo de qué tan difícil sea el trabajo y cuánto cobre el mecánico por hora, los costos de mano de obra pueden agregar entre $100 y $200 al costo total.
Además, si el reemplazo cambia la forma en que se alinea el automóvil, es posible que necesite un servicio de alineación adicional, que puede costar entre $60 y $100.
Si no tiene mucha experiencia en la reparación de automóviles, no debe tratar de reemplazar un cojinete de bolas por su cuenta.
Beneficios y aplicaciones de los rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas se usan mucho en ingeniería cuando se necesita un movimiento suave y preciso.
Fricción reducida y mayor eficiencia
El mayor beneficio de los rodamientos de bolas es que reducen la fricción y hacen que las cosas funcionen de manera más eficiente.
Los rodamientos de bolas tienen un coeficiente de fricción más bajo que los rodamientos deslizantes, lo que significa que necesitan menos energía para funcionar.
Esto los hace perfectos para usos de alta velocidad en industrias como maquinaria, automóviles y viajes espaciales.
Debido a que hay menos fricción, hay menos calor por el contacto entre las superficies.
Esto significa que los cojinetes se desgastan menos y duran más.
Rendimiento y durabilidad mejorados
Los rodamientos de bolas pueden hacer que el equipo funcione mejor y dure más tiempo cuando se usan en él.
Evitan que el equipo se desgaste al reducir la fricción y la vibración que pueden dañarlo con el tiempo.
Debido a que los rodamientos de bolas reducen el desgaste, también reducen la necesidad de mantenimiento y reemplazo de equipos, lo que ahorra tiempo y dinero.
Los rodamientos de bolas también tienen menos probabilidades de romperse porque su diseño distribuye la carga de manera uniforme entre los elementos rodantes.
Aplicaciones de rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas se utilizan en una amplia gama de tareas de ingeniería, incluidas, entre otras, las siguientes:
Los rodamientos de bolas se utilizan en diferentes partes de los automóviles, como motores, transmisiones y ruedas.
Los rodamientos de bolas se utilizan en motores, trenes de aterrizaje y sistemas de control de aviones en la industria aeroespacial.
Los rodamientos de bolas se utilizan en máquinas herramienta, bombas y motores eléctricos en la industria de la maquinaria.
En la industria de la robótica, las juntas y los actuadores se fabrican con rodamientos de bolas.
- Equipo médico: los rodamientos de bolas se utilizan en varios equipos médicos, como taladros dentales y máquinas de resonancia magnética.
Bisagras de rodamiento de bolas
Los rodamientos de bolas también se utilizan en la construcción, especialmente en forma de bisagras de rodamientos de bolas.
Los cojinetes ocultos entre los nudillos de estas bisagras facilitan la apertura y cierre de puertas con menos fricción.
Esto es especialmente útil para puertas más pesadas, como las de una entrada o las que se cierran automáticamente.
Las bisagras con cojinetes de bolas son bisagras resistentes que tienden a durar más que las bisagras normales.
Esto los convierte en la mejor opción para usos comerciales donde la durabilidad es importante.
¿Qué es el rodamiento? ¿Tipos de rodamientos y cómo funcionan?
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Conclusión
A medida que terminamos de aprender sobre los rodamientos de bolas, vale la pena tomarse un momento para pensar en cuánto han cambiado el mundo de la ingeniería estas pequeñas piezas.
Pueden parecer piezas pequeñas y ordinarias, pero muchas de las máquinas y dispositivos que usamos todos los días no funcionarían sin ellas.
Los rodamientos de bolas son los héroes anónimos de la ingeniería moderna.
Se utilizan en todo, desde el motor de su automóvil hasta los movimientos de un robot quirúrgico.
Así que la próxima vez que vea un cojinete de bolas, deténgase un momento y piense cuánto ha ayudado a hacer de nuestro mundo una maravilla tecnológica.
Y a medida que sigue superando los límites de lo que es posible en su propio trabajo de ingeniería, deje que el simple cojinete de bolas le recuerde cuán poderosas pueden ser incluso las partes más pequeñas y que parecen ser las menos importantes.
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