Rodadura radial
En esta categoría se han incluido todos aquellos rodamientos en los que las pistas de rodadura son anillos concéntricos que no están dispuestos en dos planos paralelos entre sí, aunque algunos de ellos tienen capacidad de resistir tanto cargas radiales como axiales.
Un tipo particularmente común de cojinete de elementos rodantes es el rodamiento de bolas. Posee dos surcos "Surco (rodamiento)"), uno interno y otro externo, entre los que rueda un conjunto de bolas. Cada surco presenta un perfil ranurado generalmente con una forma diseñada para que las bolas queden ligeramente sueltas. Así, en principio, las bolas contactan con cada banda de rodadura a través de un área muy estrecha. Sin embargo, una carga en un punto infinitamente pequeño causaría una presión de contacto infinitamente alta. En la práctica, las bolas se deforman (aplanan) levemente donde hacen contacto con cada pista (algo parecido a como se aplana un neumático donde hace contacto con la carretera). A su vez, los surcos también ceden ligeramente donde son presionados por cada bola. Por tanto, el contacto entre la bola y la pista es de tamaño finito y tiene una presión finita. La bola deformada y la pista no ruedan de forma completamente uniforme porque diferentes partes de la bola se mueven a diferentes velocidades mientras rueda. Por lo tanto, hay fuerzas opuestas y movimientos deslizantes en cada contacto entre la bola y el surco, que causan un efecto de arrastre en los cojinetes.
Existen dos tipos fundamentales:.
Los rodamientos de rodillos cilíndricos son el primer tipo de cojinete con elementos rodantes, y se remontan al menos al año Los diseños más comunes usan cilindros de una longitud ligeramente mayor que el diámetro. Suelen tener una mayor capacidad de carga radial que los rodamientos de bolas, pero una menor capacidad y mayor fricción bajo cargas axiales. Si las pistas de rodadura interna y externa están desalineadas, la capacidad de carga a menudo cae rápidamente en comparación con un rodamiento de bolas o con un rodamiento de rodadura esférica.
Como en todos los rodamientos radiales, la carga exterior se redistribuye continuamente entre los rodillos (en especial, cuando se trata de ruedas dispuestas verticalmente). A menudo, menos de la mitad del número total de rodillos soportan una parte significativa de la carga. La animación de la derecha muestra cómo los rodillos del rodamiento soportan una carga radial estática a medida que gira el aro interior.
Un rodamiento de rodillos cilíndricos normalmente tiene una hilera de rodillos guiados por pestañas de uno de los aros, mientras que el otro aro puede tener pestañas o no.
Según sea la disposición de las pestañas, hay varios tipos de rodamientos de rodillos cilíndricos:.
Los rodamientos de rodillos son más rígidos que los de bolas y se utilizan para cargas pesadas y ejes de gran diámetro.
Los rodamientos de agujas utilizan cilindros muy largos y delgados, de pequeño diámetro. A menudo, los extremos de los rodillos se estrechan en puntas, que se utilizan para mantenerlos cautivos, o pueden ser semiesféricos y no cautivos, pero sostenidos por el propio eje o con alguna disposición similar. Dado que los rodillos son delgados, el diámetro exterior del cojinete es solo un poco más grande que el orificio central. Sin embargo, los rodillos de diámetro pequeño se flexionan bruscamente donde hacen contacto con las pistas de rodadura y, por lo tanto, puede experimentar problemas de fatiga relativamente rápido.
A pesar de su pequeña sección, estos rodamientos tienen una gran capacidad de carga y son especialmente apropiados para las aplicaciones donde el espacio radial es limitado.
Este tipo de rodamientos es comúnmente muy utilizado en los pedales para bicicletas y en muchos tipos de avionetas.
En un rodamiento de engranaje se combinan rodillos dentados para formar un engranaje epicicloidal. Está formado por unos rodillos cuyos dentados hacen que engranen en los surcos de rodadura, que también disponen de un sistema de dientes conjugados, que suelen tener forma de espiga o una disposición oblicua para lograr un contacto axial de rodadura más eficiente. La principal desventaja de este rodamiento es su complejidad de fabricación. Se han usado para la suspensión de elementos rotativos y como mecanismo de engranaje planetario cinemáticamente simplificado en instrumentos de medición y relojes mecánicos.
Estos rodamientos utilizan rodillos cónicos que se desplazan sobre pistas cónicas. La mayoría de los rodamientos solo aceptan cargas radiales o axiales, pero los rodamientos de rodillos cónicos soportan cargas tanto radiales como axiales y, en general, pueden soportar cargas más altas que los rodamientos de bolas debido a su mayor área de contacto. Se utilizan, por ejemplo, en las ruedas de la mayoría de los vehículos terrestres. La desventaja de este rodamiento es que, debido a su complejidad de fabricación, suelen ser más caros que los rodamientos de bolas; y además, bajo cargas pesadas, el rodillo cónico se comporta como una cuña y las cargas que soportan tienden a tratar de expulsar el rodillo. En consecuencia, la fuerza del collarín que mantiene el rodillo en el rodamiento aumenta la fricción del rodamiento si se compara con los rodamientos de bolas.
El rodamiento de rodillos cónicos, debido a la posición oblicua de los rodillos y caminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales y axiales simultáneas. Para casos en que la carga axial es muy importante hay una serie de rodamientos cuyo ángulo es muy abierto. Este rodamiento debe montarse en oposición con otro rodamiento capaz de soportar los esfuerzos axiales en sentido contrario. El rodamiento es desmontable; el aro interior con sus rodillos y el aro exterior se montan cada uno separadamente.
Un rodamiento de rodadura esférica se comporta parcialmente como una rótula, gracias a que dispone de un anillo exterior con la pista de rodadura de perfil esférico. Los rodillos, con forma de barril, son más gruesos en el medio y más delgados en los extremos. Puede adaptarse tanto a la desalineación estática como a la dinámica. Sin embargo, son un tipo de rodamientos difíciles de producir y, por lo tanto, costosos, y presentan una fricción mayor que un rodamiento de rodillos cilíndricos o cónicos ideal, ya que deben tolerar una cierta cantidad de deslizamiento entre los elementos rodantes y los anillos que los contienen.
Son utilizados en aplicaciones donde pueden producirse desalineaciones considerables, por ejemplo, por efecto de las dilataciones, de flexiones en el eje o por el modo de construcción. De esta forma, disponen de dos grados de libertad "Grados de libertad (ingeniería)"), correspondientes al giro del aro interior respecto a los dos ejes geométricos perpendiculares al eje del aro exterior. Este tipo de rodamientos tienen menor fricción que otros tipos, por lo que se calientan menos en las mismas condiciones de carga y velocidad, siendo aptos para mayores velocidades.
Existen dos tipos principales:.
Los CARB son rodamientos de rodadura toroidal, similares a los rodamientos de rodadura esférica, pero pueden adaptarse tanto a la desalineación angular como al desplazamiento axial.[10] En comparación con un rodamiento de rodadura esférica, su radio de curvatura es mayor, lo que los convierte en una forma intermedia entre los de rodadura esférica y los cilíndricos. Generalmente se usan formando una pareja con otro rodamiento que fija axialmente el eje, que suele ser un rodamiento de rodadura esférica.[10] Esta rodadura libre puede ser una ventaja, ya que se puede utilizar para permitir que un eje y el soporte que lo aloja experimenten expansiones térmicas de forma independiente.
Los rodamientos de rodadura toroidal fueron introducidos en 1995 por la compañía SKF como "rodamientos CARB".[11] Su inventor fue el ingeniero Magnus Kellström.[12].