Existe cierta confusión en torno a la relación entre la precisión de un rodamiento, sus tolerancias de fabricación y el nivel de juego interno o "juego" entre las pistas de rodadura y las bolas. Aquí, Wu Shizheng, director general de JITO Bearings, experto en rodamientos pequeños y en miniatura, arroja luz sobre por qué persiste este mito y a qué deben prestar atención los ingenieros.
Durante la Segunda Guerra Mundial, en una fábrica de municiones en Escocia, un hombre poco conocido llamado Stanley Parker desarrolló el concepto de posición verdadera, o lo que hoy conocemos como Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica (GD&T). Parker notó que, aunque algunas de las piezas funcionales que se fabricaban para torpedos eran rechazadas después de la inspección, todavía se enviaban a producción.
Tras una inspección más cercana, descubrió que la culpa era de la medición de tolerancia. Las tolerancias de coordenadas XY tradicionales creaban una zona de tolerancia cuadrada, que excluía la pieza aunque ocupara un punto en el espacio circular curvo entre las esquinas del cuadrado. Luego publicó sus hallazgos sobre cómo determinar la posición verdadera en un libro titulado Dibujos y dimensiones.
*Liquidación interna
Hoy en día, este conocimiento nos ayuda a desarrollar rodamientos que exhiben cierto nivel de juego o holgura, también conocido como juego interno o, más específicamente, juego radial y axial. El juego radial es el juego medido perpendicular al eje del rodamiento y el juego axial es el juego medido en paralelo al eje del rodamiento.
Este juego está diseñado en el rodamiento desde el principio para permitir que soporte cargas en una variedad de condiciones, teniendo en cuenta factores como la expansión de la temperatura y cómo el ajuste entre los aros interior y exterior afectará la vida útil del rodamiento.
Específicamente, el espacio libre puede afectar el ruido, la vibración, el estrés térmico, la deflexión, la distribución de la carga y la vida a fatiga. Es deseable un mayor juego radial en situaciones en las que se espera que el anillo interior o el eje se calienten y se expandan durante el uso en comparación con el anillo exterior o el alojamiento. En esta situación, se reducirá el juego del rodamiento. Por el contrario, el juego aumentará si el aro exterior se expande más que el aro interior.
Es deseable un mayor juego axial en sistemas donde hay una desalineación entre el eje y el alojamiento, ya que la desalineación puede causar que un rodamiento con un juego interno pequeño falle rápidamente. Una mayor holgura también puede permitir que el rodamiento haga frente a cargas de empuje ligeramente mayores, ya que introduce un ángulo de contacto más alto.
*Accesorios
Es importante que los ingenieros logren el equilibrio correcto del juego interno en un rodamiento. Un rodamiento demasiado apretado con juego insuficiente generará exceso de calor y fricción, lo que hará que las bolas patinen en la pista de rodadura y acelere el desgaste. Del mismo modo, demasiada holgura aumentará el ruido y la vibración y reducirá la precisión de rotación.
La holgura se puede controlar mediante el uso de diferentes ajustes. Los ajustes de ingeniería se refieren al espacio libre entre dos piezas acopladas. Esto generalmente se describe como un eje en un orificio y representa el grado de apriete o holgura entre el eje y el anillo interior y entre el anillo exterior y la carcasa. Por lo general, se manifiesta en un ajuste flojo y con holgura o en un ajuste apretado y de interferencia.
Es importante un ajuste perfecto entre el anillo interior y el eje para mantenerlo en su lugar y evitar fugas o deslizamientos no deseados, que pueden generar calor y vibraciones e inducir degradación.
Sin embargo, un ajuste de interferencia reducirá el juego en un rodamiento de bolas a medida que expande el aro interior. Un ajuste similar entre el alojamiento y el aro exterior en un rodamiento con juego radial bajo comprimirá el aro exterior y reducirá aún más el juego. Esto dará como resultado un juego interno negativo (haciendo que el eje sea más grande que el orificio) y provocará una fricción excesiva y fallas prematuras.
El objetivo es tener un juego operativo nulo cuando el rodamiento esté funcionando en condiciones normales. Sin embargo, el juego radial inicial que se requiere para lograr esto puede causar problemas con el patinaje o deslizamiento de las bolas, lo que reduce la rigidez y la precisión de rotación. Este juego radial inicial se puede eliminar mediante precarga. La precarga es un medio para aplicar una carga axial permanente a un rodamiento, una vez instalado, mediante el uso de arandelas o resortes que se colocan contra el aro interior o exterior.
Los ingenieros también deben considerar el hecho de que es más fácil reducir el juego en un rodamiento de sección delgada porque los anillos son más delgados y más fáciles de deformar. Como fabricante de rodamientos pequeños y en miniatura, JITO Bearings advierte a sus clientes que se debe tener más cuidado con los ajustes del eje a la carcasa. La redondez del eje y del alojamiento también es más importante con los rodamientos de tipo delgado porque un eje no redondo deformará los anillos delgados y aumentará el ruido, la vibración y el torque.
*Tolerancias
El malentendido sobre el papel del juego radial y axial ha llevado a muchos a confundir la relación entre juego y precisión, específicamente la precisión que resulta de mejores tolerancias de fabricación.
Algunas personas piensan que un rodamiento de alta precisión casi no debería tener juego y que debería girar con mucha precisión. Para ellos, un juego radial flojo parece menos preciso y da la impresión de baja calidad, incluso aunque se trate de un rodamiento de alta precisión diseñado deliberadamente con juego flojo. Por ejemplo, en el pasado les preguntamos a algunos de nuestros clientes por qué querían un rodamiento de mayor precisión y nos dijeron que querían “reducir el juego”.
Sin embargo, es cierto que la tolerancia mejora la precisión. Poco después de la llegada de la producción en masa, los ingenieros se dieron cuenta de que no es práctico ni económico, si es que es posible, fabricar dos productos que sean exactamente iguales. Incluso cuando todas las variables de fabricación se mantienen iguales, siempre habrá diferencias mínimas entre una unidad y la siguiente.
Hoy en día, esto ha llegado a representar una tolerancia permitida o aceptable. Las clases de tolerancia para rodamientos de bolas, conocidas como clasificaciones ISO (métricas) o ABEC (pulgadas), regulan la desviación permitida y cubren las medidas, incluido el tamaño de los anillos interiores y exteriores y la redondez de los anillos y pistas de rodadura. Cuanto mayor sea la clase y más estricta la tolerancia, más preciso será el rodamiento una vez ensamblado.
Al lograr el equilibrio adecuado entre el ajuste y el juego radial y axial durante el uso, los ingenieros pueden lograr la holgura operativa cero ideal y garantizar un bajo nivel de ruido y una rotación precisa. Al hacerlo, podemos aclarar la confusión entre precisión y juego y, de la misma manera que Stanley Parker revolucionó la medición industrial, cambiar fundamentalmente la forma en que consideramos los rodamientos.
Hora de publicación: 04-mar-2021
