¿Qué es un rodamiento de contacto angular y cómo funciona?

¿Qué es un rodamiento de contacto angular?

Un rodamiento de contacto angular es un tipo de rodamiento de bolas o de rodillos diseñado con pistas de rodadura colocadas en un ángulo desplazado con respecto al eje del rodamiento, lo que le permite soportar cargas radiales y axiales (de empuje) combinadas simultáneamente en lugar de manejar solo un tipo de carga como un rodamiento rígido estándar. Este desplazamiento, llamado ángulo de contacto, generalmente varía de 15° a 40° y determina cuánta carga axial puede soportar el rodamiento en relación con la carga radial.

Rodamientos de bolas de contacto angular utilizan específicamente bolas como elemento rodante y son la forma más común de este tipo de rodamiento, ampliamente utilizado en husillos de máquinas herramienta, bombas y cajas de engranajes donde los ejes experimentan fuerzas de empuje debido al engrane de engranajes o la presión del fluido junto con cargas radiales normales. Un rodamiento con un Ángulo de contacto de 40° puede soportar aproximadamente el doble de carga axial que uno con un ángulo de 15° en el mismo tamaño de rodamiento, por lo que seleccionar el ángulo de contacto correcto es la primera decisión en cualquier aplicación.

Cómo funcionan los rodamientos de bolas de contacto angular

Dentro de un rodamiento rígido estándar, las pistas de rodadura interior y exterior están alineadas de modo que el contacto entre la bola y la pista de rodadura se produce directamente a través del plano radial. En un rodamiento de contacto angular, las pistas de rodadura están rectificadas asimétricamente de modo que la línea que conecta los puntos de contacto en las pistas de rodadura interior y exterior forme un ángulo con respecto al plano radial del rodamiento.

Por qué el ángulo permite la capacidad de empuje

Debido a que la trayectoria de la carga corre diagonalmente a través de la bola en lugar de atravesarla directamente, una parte de cualquier carga radial se convierte en un componente de fuerza axial y, a la inversa, el rodamiento puede resistir cargas axiales que empujan el eje en una dirección. Esta es la razón por la que los rodamientos de contacto angular casi siempre se montan en pares o juegos, ya que un solo rodamiento solo resiste el empuje en una dirección axial.

Limitación de empuje unidireccional

Un rodamiento de contacto angular único solo puede soportar una carga axial empujando el eje hacia el lado donde se "abre" el ángulo de contacto. No se admitirá el empuje inverso, que es la razón principal por la que estos rodamientos generalmente se emparejan espalda con espalda o cara a cara en ensamblajes reales.

Clases de ángulos de contacto y su capacidad de carga

Los fabricantes producen rodamientos de bolas de contacto angular en algunas clases de ángulos de contacto estandarizados, cada una adaptada a un equilibrio diferente de velocidad y capacidad de carga axial.

Como regla general, Los ángulos de contacto más bajos admiten velocidades más altas. porque una menor fuerza de contacto de la bola se dirige axialmente, lo que reduce la generación de calor, mientras que los ángulos de contacto más altos intercambian cierta capacidad de velocidad por un mayor soporte de carga de empuje.

Configuraciones de rodamientos y disposiciones de montaje

Debido a que un solo rodamiento de contacto angular solo maneja un empuje unidireccional, los fabricantes los suministran en juegos pre-emparejados rectificados para encajar con el juego interno correcto. La configuración elegida afecta la rigidez, la tolerancia a la desalineación y las direcciones de carga que se soportan.

Generalmente se prefieren las disposiciones espalda con espalda (DB) para husillos de máquinas herramienta porque la distancia central efectiva más amplia entre los dos cojinetes proporciona Resistencia significativamente mayor a la inclinación del eje. bajo cargas de momento en comparación con una configuración cara a cara.

Rodamientos de contacto angular frente a otros tipos de rodamientos

Los ingenieros suelen comparar los rodamientos de bolas de contacto angular con los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de rodillos cónicos cuando un eje debe soportar cargas radiales y axiales.

Los rodamientos de bolas de contacto angular se encuentran en un práctico término medio: toleran velocidades aproximadamente un 20-30% más alto que los rodamientos de rodillos cónicos de tamaño comparable debido a una menor fricción de rodadura, al mismo tiempo que manejan una carga de empuje significativa que los rodamientos rígidos no pueden soportar de manera confiable.

Aplicaciones comunes de los rodamientos de bolas de contacto angular

La combinación de capacidad radial y de empuje con un buen rendimiento a alta velocidad hace que los rodamientos de contacto angular sean la opción estándar en varias industrias.

• Husillos de máquinas herramienta – Los rodamientos con ángulo de contacto de 15° en pares consecutivos soportan las fuerzas de corte y al mismo tiempo mantienen la precisión de rotación necesaria para una precisión submicrónica.
• Bujes de ruedas delanteras de automóviles: los rodamientos con ángulo de contacto de 40° soportan las cargas de empuje en las curvas junto con el peso del vehículo.
• Bombas centrífugas y compresores: los cojinetes de 25-30° gestionan el empuje axial generado por los diferenciales de presión del impulsor
• Cajas de engranajes con engranajes helicoidales o cónicos: los juegos de contactos angulares absorben el empuje axial inherente que estos tipos de engranajes generan durante el engrane
• Articulaciones de brazos robóticos y mesas giratorias: los cojinetes emparejados proporcionan la rigidez necesaria para resistir los momentos de inclinación en la articulación

Selección de clases de precisión y precarga

Dos especificaciones adicionales determinan el rendimiento de un rodamiento de contacto angular una vez instalado: nivel de precarga y clase de precisión.

Precarga

La aplicación de una carga interna pequeña y controlada (precarga) al montar el par de rodamientos elimina el juego interno y mejora la precisión de rotación. La precarga ligera se adapta a aplicaciones de husillo de alta velocidad, mientras que la precarga pesada se utiliza cuando la rigidez máxima importa más que la velocidad máxima, como en los husillos de máquinas rectificadoras.

Clase de precisión

Los rodamientos están clasificados según las normas ISO o ABEC, con ABEC 7 o ABEC 9 (ISO P4/P2) clases reservadas para trabajos de husillo de alta precisión, mientras que los rodamientos estándar ABEC 1 (ISO P0) son suficientes para bombas y cajas de engranajes industriales en general donde no se requiere una precisión de rotación extrema.

Mejores prácticas de instalación y mantenimiento

Debido a que los juegos de rodamientos coincidentes se rectifican como un par, el manejo incorrecto durante la instalación es una de las causas más comunes de fallas prematuras.

1. Nunca mezcle rodamientos de diferentes juegos combinados, ya que el juego interno está rectificado específicamente para ese par.
2. Confirme las marcas de orientación correctas (a menudo una flecha o letra en el anillo exterior) antes de la instalación, ya que invertir un rodamiento en un conjunto espalda con espalda lo convierte en una disposición cara a cara no deseada.
3. Aplique fuerza de montaje de manera uniforme a lo largo de la cara del anillo interior usando una manga o presione, nunca golpeando directamente las bolas o la jaula.
4. Verifique que las tolerancias del eje y la carcasa coincidan con las recomendaciones de ajuste del fabricante del rodamiento, ya que un orificio de la carcasa sobredimensionado puede reducir la precarga prevista.
5. Vuelva a lubricar a los intervalos especificados por el fabricante; Los rodamientos de husillo de alta velocidad a menudo requieren sistemas de aceite-aire o grasa de por vida en lugar de engrase manual periódico.

Los datos de campo de los fabricantes de rodamientos muestran consistentemente que El ajuste inadecuado de la precarga representa una gran parte de las fallas tempranas de los rodamientos del husillo. , más que los defectos del material o el desgaste normal, razón por la cual los procedimientos de instalación con torque controlado son tan importantes como la selección del rodamiento en sí.

Cómo elegir el rodamiento de contacto angular adecuado

Seleccionar el rodamiento correcto se reduce a hacer coincidir el ángulo de contacto, la configuración y la clase de precisión con la carga real y el perfil de velocidad de la aplicación.

• Calcule la relación esperada entre carga axial y radial; Las relaciones superiores a 0,5 generalmente requieren un ángulo de contacto de 30 a 40° en lugar de 15°.
• Elija el montaje espalda con espalda (DB) cuando la rigidez y la resistencia a la carga de momento sean más importantes, y el montaje cara a cara (DF) cuando se espera cierta desalineación del eje.
• Haga coincidir la clase de precisión con los requisitos de precisión de la aplicación en lugar de utilizar de forma predeterminada la clase más alta disponible, ya que una precisión innecesariamente ajustada agrega costos significativos sin beneficio funcional en el uso industrial general.
• Confirme que la velocidad nominal del rodamiento (a menudo expresada como un valor dn, diámetro del orificio multiplicado por RPM) excede cómodamente la velocidad de funcionamiento de la aplicación.
• Trabaje con un proveedor que proporcione documentación de juego coincidente y marcas de orientación claras, ya que los rodamientos sin marcas o sin coincidencia son difíciles de instalar correctamente en el campo.

Realizar estas selecciones correctamente en la etapa de diseño evita el problema mucho más costoso de diagnosticar fallas prematuras de los rodamientos después de que una máquina ya está en servicio.