Los rodamientos de bolas de contacto angular son muy utilizados porque combinan una excelente velocidad con una alta capacidad de carga. En comparación con los rodamientos de bolas de ranura profunda, ofrecen no solo una gran capacidad de carga radial, sino también una excelente capacidad de carga axial. Sin embargo, su geometría particular implica que un solo rodamiento solo puede soportar carga axial en una dirección, lo que impone requisitos de aplicación específicos.
Geometría y capacidad de carga unidireccional: Considere la geometría interna de un rodamiento de bolas de contacto angular que se muestra a continuación:
Como se ilustra, la geometría interna permite la carga axial en una sola dirección: desde el hombro grueso del anillo interior hacia el hombro grueso del anillo exterior. Una carga axial en la dirección opuesta tiende a separar o incluso a desacoplar el rodamiento. En consecuencia, los elementos rodantes dejan de rodar correctamente, lo que provoca calor, desgaste y, en última instancia, una falla prematura del rodamiento.
¿Por qué es necesaria la precarga axial? Para evitar este tipo de fallo, un rodamiento de bolas de contacto angular no debe estar expuesto a una fuerza axial opuesta a su dirección de carga. La solución consiste en aplicar una precarga axial.
Precarga de un solo rodamiento: para un rodamiento de bolas de contacto angular simple, la precarga debe aplicarse en su dirección axial de carga, que se muestra en la figura como la dirección desde el hombro grueso del anillo exterior hacia el hombro grueso del anillo interior.
Determinación de la precarga: El objetivo principal de la precarga es contrarrestar cualquier carga axial inversa. Por lo tanto, la precarga debe superar la carga axial inversa máxima prevista. Incluso bajo esa carga inversa máxima, la carga interna del cojinete debe cumplir con el requisito de carga mínima especificado. En general, la precarga es igual a la carga axial inversa máxima más la carga mínima requerida del cojinete, teniendo en cuenta también otros factores específicos del lugar.
Rodamientos de bolas de contacto angular emparejados (cara a cara o espalda con espalda): Dos rodamientos de bolas de contacto angular de una hilera se emparejan comúnmente para soportar cargas axiales bidireccionales. Tanto la disposición cara a cara como la espalda con espalda colocan las direcciones de carga axial de los rodamientos en direcciones opuestas:
Espalda con espalda (DB): los hombros gruesos de los anillos exteriores se enfrentan entre sí.
Cara a cara (DF): los hombros delgados de los anillos exteriores se enfrentan entre sí. En cualquiera de las dos configuraciones, cada cojinete soporta la carga axial en una dirección, como se muestra a continuación para un par espalda con espalda:
En la figura, el cojinete izquierdo soporta la carga axial hacia la derecha, mientras que el cojinete derecho la soporta hacia la izquierda. Por lo tanto, uno de los cojinetes soporta la carga axial en ambas direcciones. Generalmente, no se requiere una fuerza axial externa simplemente para establecer la precarga, aunque esto no significa que un conjunto de cojinetes no pueda precargarse.
Aplicación de la precarga a un conjunto emparejado
En el par de cojinetes enfrentados que se muestra arriba, las caras de los extremos de los hombros gruesos y delgados pueden no estar en el mismo plano cuando los cojinetes de contacto angular no tienen holgura. En el caso ilustrado, el hombro grueso sobresale más que el delgado. Cuando los hombros gruesos se sujetan entre sí, queda un espacio entre los hombros delgados. Al aplicar una fuerza externa para cerrar este espacio, se produce una holgura interna negativa y, por lo tanto, una precarga.
Control de la precarga: Durante la fabricación y la aplicación, las dimensiones de las caras delgadas y gruesas de los hombros se controlan y ajustan con precisión para gestionar la precarga interna o la holgura inicial después del acoplamiento. Además del montaje directo DB o DF, otra disposición común consiste en ubicar dos rodamientos de bolas de contacto angular en los extremos opuestos de un eje, como se muestra a continuación:
En la figura, dos cojinetes dispuestos espalda con espalda se ubican en los extremos opuestos del eje y están separados por espaciadores. La holgura interna o precarga se controla mediante la longitud del espaciador: un espaciador más largo produce una mayor precarga, mientras que uno más corto produce una menor.
Otros factores que afectan la precarga y la holgura: En una configuración de pares, el ajuste de interferencia entre los anillos interiores y el eje también se puede ajustar para influir en la holgura interna. La reducción de la holgura causada por el ajuste se analizará por separado. En resumen, la holgura operativa final de un par instalado en condiciones estables está determinada por los efectos combinados de:
Dimensiones de la superficie controladas externamente, establecidas mediante la coincidencia de longitud o el uso de espaciadores.
El ajuste entre los anillos interiores del rodamiento y el eje.
Reducción de la holgura causada por cambios de temperatura. La precarga final debe garantizar que, bajo carga axial en cualquier dirección, el cojinete sin carga no se separe y su carga interna se mantenga siempre por encima del requisito de carga mínima.
Diferencias en la aplicación: Los motores industriales suelen utilizar conjuntos de cojinetes de contacto angular preajustados de fábrica, lo que elimina la necesidad de realizar cálculos y ajustes in situ. Sin embargo, en cajas de engranajes y aplicaciones similares, el cálculo y ajuste precisos de la precarga suelen ser esenciales.