Conceptos básicos de los rodamientos axiales: dirección de carga, selección de materiales y guía de mantenimiento

El eje de una caja de cambios es empujado lateralmente por los dientes de los engranajes helicoidales y también es empujado a lo largo de su propia línea central por la fuerza de reacción que produce el engrane de los engranajes helicoidales. El impulsor de una bomba empuja su eje hacia atrás contra el extremo del motor cada vez que arranca la máquina. Las aspas de un ventilador crean un empuje aerodinámico constante que carga el rodamiento en el extremo no motriz. En cada uno de estos sistemas, un cojinete axial es lo que impide que el eje se mueva a lo largo de su eje.

Los rodamientos axiales, también llamados rodamientos de empuje, son componentes diseñados para aceptar fuerzas que actúan paralelamente al eje. El error de especificación más común es tratar la carga axial como una consideración secundaria. Cuando no se proporciona un rodamiento axial dedicado, la carga es absorbida por los sellos, los hombros y las cubiertas de los extremos, que se desgastan rápidamente y fallan de manera impredecible.

Qué hace realmente un rodamiento axial

Un rodamiento axial soporta una carga que actúa paralela a la línea central del eje, mientras que un rodamiento radial soporta una carga que actúa perpendicular a esa línea central. La mayoría de las máquinas crean ambos tipos de carga al mismo tiempo, por lo que la disposición de rodamientos generalmente incluye un rodamiento radial y un rodamiento axial, o un rodamiento combinado que maneja ambas direcciones.

Las fuerzas axiales no son raras. Aparecen dondequiera que los engranajes helicoidales transmitan par, donde los impulsores de las bombas desarrollen presión hidráulica, donde los ventiladores muevan el aire, donde los transportadores de tornillo compriman el material y donde los actuadores lineales empujan contra ejes giratorios. Ignorar cualquiera de estas fuentes produce una falla que se denomina problema de rodamientos, pero que en realidad es un problema de diseño.

La industria de los rodamientos agrupa los rodamientos axiales en dos familias. Los rodamientos axiales con elementos rodantes transfieren la carga a través de bolas o rodillos y son adecuados para velocidades más altas con cargas moderadas. Los cojinetes de empuje deslizantes transfieren la carga a través de una fina película de lubricante o a través de lubricantes sólidos incrustados en el material, y se adaptan a espacios compactos, cargas de impacto y servicio sin mantenimiento.

Tres familias comunes de rodamientos axiales

Los rodamientos axiales de bolas soportan cargas axiales de ligeras a moderadas y funcionan a altas velocidades. Su pequeña área de contacto mantiene baja la fricción, pero no son una buena opción para vibraciones, golpes o empujes fuertes y continuos.

Los rodamientos axiales de rodillos se hacen cargo cuando aumentan las cargas. Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos utilizan contacto lineal para lograr una alta rigidez. Los rodamientos axiales de rodillos a rótula añaden autoalineación, lo que resulta necesario cuando no se puede evitar la desviación del eje o la desalineación del alojamiento.

Las arandelas de empuje son la forma de cojinete axial más utilizada en maquinaria compacta. Una arandela de empuje es un anillo plano que se ubica entre el hombro de un eje giratorio y una cara estacionaria, proporcionando una interfaz de deslizamiento controlada con un nivel de fricción predecible. Cuando está hecha de un compuesto resistente al desgaste con lubricantes sólidos incorporados, una sola arandela de empuje puede reemplazar un conjunto de elementos rodantes mucho más grande a un costo menor. el arandela de empuje resistente al desgaste utilizado en sistemas de dirección y bombas es un ejemplo típico de esta construcción.

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Para ver más de cerca la construcción de las lavadoras, el guía de selección de arandelas de empuje explica las diferencias prácticas entre las versiones lisas, bridadas, revestidas y selladas.

Opciones de rodamientos axiales de un vistazo

Antes de elegir una familia, compare el rendimiento de cada opción según cinco criterios básicos: capacidad de carga, capacidad de velocidad, fricción, lubricación y espacio de instalación.

La tabla muestra por qué las arandelas de empuje deslizantes aparecen en tantos productos: son compactas, muchos grados son autolubricantes y la selección de materiales puede llevarlas a territorios de carga pesada.

La elección del material establece el límite de carga real

Para los rodamientos axiales deslizantes, el material de la arandela o de la placa decide el rendimiento real. La geometría importa, pero la presión de contacto y el valor de presión-velocidad (PV) que el material puede soportar son los que determinan la vida útil.

El cobre con grafito bimetálico y el bronce al estaño se encuentran en el extremo superior, mientras que los grados a base de acero con cargas inorgánicas le siguen de cerca. El cobre sinterizado poroso y los plásticos de ingeniería cubren ciclos de trabajo más livianos. Una distinción importante es si el rodamiento es autolubricante o lubricado en límites. Los grados autolubricantes llevan lubricantes sólidos dentro del material y no necesitan suministro de aceite externo; Los grados con lubricación límite se basan en una fina capa de aceite que se repone a intervalos definidos. Esta diferencia cambia significativamente el programa de mantenimiento. el arandela de empuje negra con relleno de POM-plomo está diseñado para el extremo de este espectro con lubricación límite. El artículo sobre diseños autolubricantes versus diseños lubricados en límites explica ambos enfoques en detalle práctico.

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Distribución de aplicaciones industriales

Los rodamientos deslizantes axiales aparecen en casi todos los sectores mecánicos, pero algunas industrias los consumen de manera más constante que otras.

Las aplicaciones automotrices ocupan la mayor parte porque las arandelas de empuje son estándar en columnas de dirección, transmisiones, bombas de aceite y mecanismos de ajuste. Le siguen las cajas de cambios industriales y los sistemas de propulsión, y las bombas, compresores y válvulas no se quedan atrás, porque el empuje hidráulico es una condición operativa diaria allí. La manipulación de materiales, la construcción, la agricultura y la maquinaria marina completan el cuadro con volúmenes más pequeños pero constantes.

Selección de rodamientos axiales paso a paso

El camino más rápido hacia una especificación confiable de rodamientos axiales es un flujo de trabajo de seis pasos.

Cada uno de estos pasos requiere aproximadamente medio día de trabajo de ingeniería. Saltarse uno puede dejar toda la máquina fuera de servicio durante una semana.

Comprobaciones de mantenimiento y cumplimiento

Una vez que un rodamiento axial está en servicio, el mantenimiento debe coincidir con la familia de rodamientos y el material. Verifique el juego axial con un indicador de cuadrante en cada inspección importante. En las arandelas de empuje compactas es típico un límite de desgaste de 0,2 a 0,5 mm, dependiendo del juego original y del nivel de carga.

Para arandelas de empuje autolubricantes, no agregue grasa a menos que el diseño incluya canales de grasa. La grasa extra atrapa el polvo y se convierte en una pasta abrasiva. Para diseños alimentados con aceite, siga el intervalo de reabastecimiento exacto. el arandela de empuje del orificio de aceite se produce con una ruta de lubricación definida para que una dosis de aceite programada llegue a la interfaz deslizante de manera eficiente.

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Inspeccione el hombro del eje coincidente y la cara de la carcasa cada vez que se reemplaza el rodamiento, porque una contracara rayada destruirá una nueva arandela de empuje en cuestión de horas. La documentación importa más de lo que muchos compradores esperan. Los clientes de automoción suelen solicitar documentos PPAP y la certificación IATF 16949. Los envíos a la Unión Europea requieren declaraciones de cumplimiento de RoHS y REACH. Mantenga los certificados de materiales y los informes de inspección dimensional en el mismo archivo que la orden de compra.