Por qué el juego radial y la tolerancia no son lo mismo

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 gerente del experto en rodamientos pequeños y en miniatura JITO Bearings, arroja luz sobre por qué persiste este mito y qué deben tener en cuenta 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 real, o lo que hoy conocemos como Dimensionamiento y tolerancia geométricos (GD&T). Parker notó que, aunque algunas de las piezas funcionales que se fabricaban para torpedos estaban siendo rechazadas después de la inspección, todavía se estaban enviando a producción.

Tras una inspección más cercana, descubrió que era la medida de tolerancia la culpable. Las tolerancias tradicionales de las coordenadas XY crearon una zona de tolerancia cuadrada, que excluyó la pieza a pesar de que ocupaba un punto en el espacio circular curvo entre las esquinas del cuadrado. Continuó publicando sus hallazgos sobre cómo determinar la posición real en un libro titulado Dibujos y dimensiones.

* Espacio interior
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 el rodamiento soporte cargas en una variedad de condiciones, teniendo en cuenta factores como la expansión de temperatura y cómo el ajuste entre los anillos interior y exterior afectará la vida del rodamiento.

Específicamente, el espacio libre puede afectar el ruido, la vibración, el estrés por calor, la deflexión, la distribución de la carga y la vida útil por fatiga. Es deseable un mayor juego radial en situaciones en las que se espera que el aro interior o el eje se calienten más y se expandan durante el uso en comparación con el aro exterior o la carcasa. En esta situación, el juego en el rodamiento se reducirá. Por el contrario, el juego aumentará si el anillo exterior se expande más que el interior.

Es deseable un mayor juego axial en sistemas donde hay una desalineación entre el eje y la carcasa, ya que la desalineación puede hacer que un rodamiento con un pequeño juego interno falle rápidamente. Una mayor holgura también puede permitir que el rodamiento haga frente a cargas de empuje ligeramente más altas, ya que introduce un ángulo de contacto más alto.

* Mobiliario
Es importante que los ingenieros logren el equilibrio correcto de juego interno en un rodamiento. Un rodamiento demasiado apretado con juego insuficiente generará un exceso de calor y fricción, lo que hará que las bolas patinen en la pista de rodadura y aceleren el desgaste. Del mismo modo, demasiado espacio aumentará el ruido y la vibración y reducirá la precisión de rotación.

El espacio libre se puede controlar utilizando diferentes ajustes. Los ajustes de ingeniería se refieren al espacio libre entre dos piezas acopladas. Esto generalmente se describe como un eje en un agujero y representa el grado de apriete o flojedad entre el eje y el anillo interior y entre el anillo exterior y la carcasa. Por lo general, se manifiesta en un ajuste holgado con holgura o un ajuste de interferencia apretado.

Un ajuste apretado entre el anillo interior y el eje es importante para mantenerlo en su lugar y evitar fugas o deslizamientos no deseados, que pueden generar calor y vibración e inducir la degradación.

Sin embargo, un ajuste de interferencia reducirá la holgura en un rodamiento de bolas a medida que expande el anillo interior. Un ajuste similar entre la carcasa y el anillo exterior en un rodamiento con poco juego radial comprimirá el anillo exterior y reducirá aún más el juego. Esto dará como resultado una holgura interna negativa, lo que hará que el eje sea más grande que el orificio y provocará una fricción excesiva y fallas prematuras.

El objetivo es tener un juego operativo cero cuando el rodamiento está 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 puede eliminarse mediante precarga. La precarga es un medio de poner una carga axial permanente sobre un rodamiento, una vez que está instalado, mediante el uso de arandelas o resortes que se colocan contra el anillo 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 la carcasa también es más importante con los rodamientos de tipo delgado porque un eje fuera de ronda deformará los anillos delgados y aumentará el ruido, la vibración y el par.

* 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 suelto se siente menos preciso y da la impresión de baja calidad, aunque puede ser un rodamiento de alta precisión diseñado deliberadamente con un juego suelto. Por ejemplo, hemos preguntado a algunos de nuestros clientes en el pasado por qué quieren un rodamiento de mayor precisión y nos han dicho que quieren "reducir el juego".

Sin embargo, es cierto que la tolerancia mejora la precisión. Poco después del advenimiento 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 exactamente iguales. Incluso cuando todas las variables de fabricación se mantienen iguales, siempre habrá pequeñas diferencias entre una unidad y la siguiente.

Hoy, esto ha llegado a representar una tolerancia permisible o aceptable. Las clases de tolerancia para los rodamientos de bolas, conocidas como clasificaciones ISO (métricas) o ABEC (pulgadas), regulan la desviación permitida y cubren las medidas, incluido el tamaño del anillo interior y exterior 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 que esté ensamblado.

Al encontrar el equilibrio correcto entre el ajuste y el juego radial y axial durante el uso, los ingenieros pueden lograr el espacio libre operativo 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 vemos los rodamientos.


Hora de publicación: Mar-04-2021