¿Los rodamientos rígidos de bolas necesitan precarga? Guía completa

Los rodamientos rígidos de bolas no necesitan precarga en la mayoría de las aplicaciones estándar. Están diseñados para funcionar con un juego interno controlado y la precarga es una medida condicional para situaciones específicas como funcionamiento a alta velocidad, cargas muy ligeras, límites estrictos de ruido o requisitos de alta rigidez. Este artículo explica qué hace realmente la precarga, cuándo los rodamientos rígidos de bolas realmente la requieren y cómo aplicarla sin acortar la vida útil del rodamiento.

¿Qué es la precarga en los rodamientos de bolas?

La precarga es una fuerza axial sostenida aplicada a un rodamiento durante la instalación para que los elementos rodantes permanezcan en contacto continuo con las pistas de rodadura. La fuerza elimina el juego axial libre que existe dentro de un rodamiento en su estado neutro y sin carga. En términos prácticos, la precarga convierte el juego interno del rodamiento en una condición de compresión controlada.

El juego interno y la precarga son cosas diferentes. El juego interno es el juego incorporado diseñado en el rodamiento en fábrica, clasificado como C0, C2, C3 o grados similares. La precarga es un estado de carga creado en el momento del montaje. Cuando la precarga axial aplicada es lo suficientemente grande como para consumir el juego interno, el estado de funcionamiento se convierte, en efecto, en un juego negativo.

El objetivo principal de la precarga es evitar que los elementos rodantes patinen o pierdan momentáneamente el contacto con las pistas de rodadura. Cuando el contacto es continuo, el movimiento es más suave, las fuerzas de impacto desaparecen y el conjunto del rodamiento se vuelve considerablemente más rígido.

¿Los rodamientos rígidos de bolas normalmente necesitan precarga?

No. Bajo cargas radiales estándar y velocidades moderadas, los rodamientos rígidos de bolas están diseñados y fabricados para funcionar sin precarga. El juego interno integrado en los rodamientos estándar se adapta a la expansión térmica y la deflexión normal de la carga. Es por eso que la mayoría de los rodamientos rígidos de bolas en servicio funcionan exactamente como vienen de la caja.

Los rodamientos rígidos de bolas utilizan el método de ensamblaje Conrad, en el que las bolas se insertan a través de un espacio entre los anillos interior y exterior y luego la jaula las espacia uniformemente. Naturalmente, esta construcción es más adecuada para funcionar con un juego definido que con un contacto axial forzado. La aplicación de precarga empuja al rodamiento fuera de su estado operativo basado en el juego diseñado, lo que se justifica solo cuando la aplicación lo exige.

Las series estándar como 6000, 6200, 6300, 6800 y 6900 se instalan sin precarga en motores, bombas, electrodomésticos y equipos de transmisión de energía en general. Muchos fabricantes de motores instalan rodamientos estándar directamente en el eje y en la carcasa sin ningún tipo de precarga. Esta es la expectativa predeterminada en toda la industria y se aplica a rodamientos rígidos de bolas para motores tal como ocurre con los rodamientos de uso general.

Para aplicaciones que no exigen rigidez o rendimiento acústico especiales, suele ser suficiente un rodamiento sellado estándar. un Rodamiento rígido de bolas sellado serie 6000 con sellos de goma, por ejemplo, preserva la condición de espacio interno durante la instalación y operación, y funciona sin precarga en el servicio típico de motor y bomba.

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¿Cuándo requieren precarga los rodamientos rígidos de bolas?

La precarga se vuelve relevante cuando las condiciones de operación empujan un rodamiento rígido de bolas fuera del rango para el cual fue diseñado su juego estándar. Las situaciones siguientes son las que surgen con más frecuencia en la práctica.

Operación de alta velocidad

Cuando el valor dn (diámetro del orificio en milímetros multiplicado por la velocidad del eje en rpm) se acerca al rango de alta velocidad, las fuerzas centrífugas pueden levantar los elementos rodantes de la pista de rodadura exterior y provocar derrapes. La precarga axial mantiene las bolas en contacto continuo con ambas pistas, evitando el derrape y el calor que genera. Para servicio de motor de alta velocidad, rodamientos aptos para motores de alta velocidad se construyen con un control geométrico más estricto, pero el método de instalación aún debe coincidir con la velocidad. En este rango, una precarga axial ligera es una práctica de ingeniería común y aceptada.

Carga radial ligera a alta velocidad

Cuando la carga radial es muy pequeña, típicamente por debajo del 1 al 2 por ciento de la capacidad de carga dinámica del rodamiento, es posible que los elementos rodantes no giren de manera confiable y, en cambio, se deslicen dentro de las pistas de rodadura. Este derrape produce desgaste y temperatura elevada. Una precarga ligera crea una fuerza de contacto estable entre las bolas y las pistas de rodadura. Esta es la razón rodamientos rígidos de bolas en miniatura Los que se utilizan en instrumentos pequeños y motores ligeros suelen estar precargados con resortes cuando funcionan a alta velocidad.

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Cargas variables o de choque

Cuando la dirección o magnitud de la carga cambia con frecuencia, la holgura del rodamiento crea una breve pérdida de contacto seguida de un impacto cuando la carga regresa. La precarga elimina ese espacio libre, por lo que los elementos rodantes permanecen en contacto a través de inversiones de carga, lo que reduce el ruido de impacto y la fatiga mecánica.

Límites estrictos de ruido o vibración

La precarga absorbe el juego interno y restringe el movimiento incontrolado de la bola, lo que reduce el ruido emitido por el rodamiento. En aplicaciones con límites estrictos de sonido o vibración, un rodamiento ligeramente precargado funciona más silenciosamente que el mismo rodamiento suelto. Para un funcionamiento consistentemente silencioso, rodamientos rígidos de bajo ruido agregue un nivel adicional de control de tolerancia de fabricación además de cualquier precarga que requiera la aplicación.

Alta rigidez o precisión de posicionamiento

La precarga comprime la zona de deflexión elástica del rodamiento, por lo que la posición del eje se desplaza menos bajo cargas cambiantes. Los husillos de máquinas herramienta, las etapas de posicionamiento y los equipos de medición dependen de este efecto para mantener una posición estable del eje.

Si aún no estás seguro, revisa esta lista de verificación:

• ¿La velocidad de funcionamiento es alta en términos de valor dn? En caso afirmativo, planifique la precarga axial.
• ¿Está la carga radial por debajo de aproximadamente el 1 al 2 por ciento de la capacidad de carga dinámica? En caso afirmativo, se recomienda una precarga ligera.
• ¿La carga cambia de dirección con frecuencia o incluye choques? En caso afirmativo, la precarga estabilizará el rodamiento.
• ¿Son estrictos los límites de ruido o vibración? En caso afirmativo, combine la precarga con una calidad de rodamiento silenciosa.
• ¿La carga es estable, moderada y mayoritariamente radial? En caso afirmativo, instálelo sin precarga.

Cómo aplicar precarga axial en rodamientos rígidos de bolas

Una vez que hayas confirmado que la precarga es necesaria, la siguiente pregunta es cómo aplicarla. Se utilizan comúnmente tres métodos.

Precarga de resorte

El método más indulgente es la precarga del resorte. Una arandela Belleville o un resorte helicoidal aplica una fuerza axial controlada al aro exterior o al aro interior. Debido a que un resorte mantiene una fuerza relativamente constante incluso cuando la expansión térmica cambia la distancia entre los asientos del rodamiento, la precarga del resorte es la opción más segura para los rodamientos rígidos de bolas. También es la solución estándar para configuraciones de un solo rodamiento, donde un rodamiento soporta la carga y el resorte simplemente mantiene los elementos rodantes en contacto.

Disposición de doble rodamiento

El segundo método utiliza dos rodamientos rígidos de bolas montados cara a cara o espalda con espalda. La precarga se establece mediante la diferencia de ancho entre el espaciador del aro interior y el espaciador del aro exterior. Los espaciadores mecanizados determinan cuánta fuerza axial ejercen los dos rodamientos entre sí. Esta configuración produce un sistema más rígido pero requiere un mecanizado preciso del espaciador y un montaje cuidadoso.

Ajuste de la contratuerca o de la tapa final

El tercer método es el posicionamiento axial rígido con una contratuerca o una cubierta terminal. El rodamiento se sujeta axialmente hasta que se absorba el juego interno. Este método es simple pero el menos indulgente, porque la fuerza de sujeción es difícil de medir y la expansión térmica puede convertir rápidamente una precarga correcta en una excesiva.

Como referencia aproximada, la precarga axial para un rodamiento rígido de bolas generalmente cae en el rango de aproximadamente 0,5 a 2 por ciento de la capacidad de carga dinámica axial del rodamiento. El valor exacto depende del tamaño del rodamiento, la velocidad de funcionamiento y la rigidez que requiere la aplicación, por lo que debe tratar esta cifra como un punto de partida y no como una especificación final. El fabricante del rodamiento debe confirmar la precarga recomendada para su tarea específica.

Riesgos de una precarga excesiva y cómo evitarlos

Aplicar demasiada precarga es un problema de campo más común que aplicar muy poca. Cuando la fuerza de precarga es excesiva, la fricción entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura aumenta bruscamente y el primer signo visible es un aumento de la temperatura de funcionamiento. Una temperatura de la carcasa que constantemente se sitúa a más de 30 °C por encima de la temperatura ambiente es una advertencia de que es necesario revisar la precarga, la clase de holgura o la lubricación.

La temperatura elevada conduce al segundo problema: la degradación acelerada del lubricante. Cuando la grasa o el aceite pierden la resistencia de su película, se produce un contacto de metal con metal y el desgaste se acelera rápidamente. Al mismo tiempo, la carga efectiva del rodamiento es mayor que la carga externa porque la precarga se suma al estado de tensión interna, lo que acorta la vida de fatiga calculada.

El ruido anormal es otra señal útil. Un rodamiento correctamente precargado funciona más silenciosamente que uno flojo, pero una precarga excesiva produce un chirrido más agudo o un sonido áspero cuando los elementos rodantes deforman las pistas de rodadura. Si el ruido aumenta después de aplicar la precarga, primero reduzca la fuerza de precarga antes de cambiar otros parámetros. Para obtener más información sobre los factores detrás de los rodamientos ruidosos, consulte Controlar el ruido y la vibración en rodamientos rígidos de bolas. .

También hay que tener en cuenta un riesgo a nivel de diseño. Los rodamientos rígidos de bolas no son la opción ideal cuando una aplicación requiere un posicionamiento axial bidireccional frecuente y preciso. Los rodamientos de bolas de contacto angular están diseñados específicamente para soportar la precarga axial y ofrecer una mejor rigidez axial. Si el requisito fundamental es la precisión del posicionamiento, reconsidere el tipo de rodamiento antes de decidir aumentar la precarga en un rodamiento rígido de bolas.

Cómo especificar los requisitos de precarga al pedir rodamientos

Los rodamientos rígidos de bolas estándar se envían sin precarga; La precarga se crea en el punto de montaje. El proceso de pedido aún debe reflejar el plan de precarga, porque la clase de juego interno del rodamiento afecta directamente la cantidad de precarga que se puede aplicar en servicio.

Elija la clase de juego interno junto con el objetivo de precarga. El juego C3 es común para operaciones a alta temperatura o alta velocidad porque deja espacio para la expansión térmica y la precarga axial actúa en contra de un juego efectivo reducido. Para aplicaciones de precisión donde se acepta un juego interno mínimo, se puede especificar C2 o una clase de juego más estricta. Indique claramente la clase de espacio libre y la fuerza de precarga cuando comunique sus requisitos al proveedor.

Si la aplicación necesita pares de rodamientos coincidentes con una precarga constante, indíquelo en el pedido. Los rodamientos destinados a una configuración de par precargado deben seleccionarse o fabricarse con dimensiones coincidentes; No se garantiza que un par estándar disponible en el mercado produzca el mismo comportamiento de precarga.

Las configuraciones personalizadas merecen especial atención. Los diseños no estándar, como anillos interiores extendidos, sellos especiales o materiales de jaula modificados, pueden interactuar con el método de precarga. Hablar con el fabricante sobre la fuerza de precarga y la clase de juego en la fase de diseño evita que la pieza entregada no pueda alcanzar la precarga prevista. Para requisitos personalizados, soluciones de rodamientos personalizadas no estándar se puede adaptar para que coincida con las especificaciones de precarga y espacio libre de la aplicación.

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Conclusión: la precarga es un requisito condicional, no un valor predeterminado

La necesidad de precarga de los rodamientos rígidos de bolas depende completamente de las condiciones de funcionamiento. La carga radial estándar a velocidad moderada funciona correctamente sin precarga; El juego interno es parte del diseño del rodamiento. La alta velocidad, la carga muy liviana, la dirección de carga variable, los estrictos límites de ruido y los altos requisitos de rigidez justifican agregar precarga axial. Cuando se aplica precarga, un sistema basado en resorte es el método más seguro y la fuerza de precarga debe mantenerse en el lado conservador, porque la sobrecarga causa calor, ruido y acorta la vida útil del rodamiento.

Revise su aplicación con las condiciones enumeradas en la Tabla 1. Si se aplica alguna de ellas, planifique la precarga junto con la clase de juego cuando solicite los rodamientos. Si ninguno de ellos aplica, instale el rodamiento exactamente como está diseñado para funcionar, sin precarga.