Comprensión de la precarga del rodamiento
precarga del rodamiento —también conocida como precarga o carga inicial— es una carga de compresión controlada que se aplica deliberadamente a un cojinete para eliminar el juego interno autorización y genera una ligera interferencia entre los elementos rodantes y las pistas. Al mantener cada elemento rodante en contacto continuo con las pistas en todas las condiciones de funcionamiento, la precarga elimina el pequeño juego interno que de otro modo existiría, lo que da lugar a un sistema de rodamientos más rígido y preciso, con una mejor distribución de la carga y una mayor resistencia a vibración. Es imprescindible en cualquier aplicación que requiera una gran rigidez, un posicionamiento preciso del eje o un funcionamiento suave bajo cargas variables u oscilantes, y es una práctica habitual en husillos de máquinas-herramienta, instrumentos de precisión y maquinaria de alta velocidad, donde es fundamental evitar inestabilidad is critical.
1. Definición: Convertir el juego en rigidez
La mayoría de los rodamientos de elementos rodantes se fabrican con un pequeño juego interno para poder montarlos y lubricarlos. Ese juego resulta útil para el montaje, pero perjudica la precisión: permite que el eje se desvíe ligeramente antes de que los elementos rodantes soporten la carga, y hace que los elementos sometidos a cargas ligeras se deslicen en lugar de rodar. La precarga invierte deliberadamente este efecto: empuja las pistas entre sí (o las comprime radialmente) hasta que el juego desaparece y existe una fuerza de contacto definida en cada elemento, incluso antes de que llegue la carga externa. En efecto, la precarga intercambia un poco de fricción y calor adicionales por una gran ganancia en rigidez y precisión posicional.
2. Objetivo y ventajas
1. Aumento de la rigidez
Esta es la principal ventaja de la precarga:
- Elimina la holgura que permite la deflexión bajo carga
- Mantiene todos los elementos rodantes en contacto, repartiendo la carga entre todo el conjunto.
- Puede aumentar la rigidez del rodamiento entre 2 y 5 veces en comparación con un rodamiento sin precarga.
- Reduce la flexión del eje y mejora la rigidez general del sistema.
2. Mayor exactitud y precisión
- Elimina descentramiento del eje derivado de la holgura del rodamiento.
- Permite un posicionamiento preciso y repetible del eje.
- Es fundamental para la maquinaria de precisión, como las máquinas-herramienta y los instrumentos de medición.
- Reduce las vibraciones provocadas por los golpes debidos al juego.
3. Prevención de los derrapes
- Garantiza que los elementos rodantes rueden de verdad en lugar de patinar.
- Particularmente importante con cargas ligeras o a altas velocidades.
- El derrape provoca una rápida desgaste de los rodamientos y daños en la superficie.
- La precarga mantiene la fuerza de contacto necesaria para un rodamiento puro.
4. Reducción del ruido
- Elimina el traqueteo que produce el juego interno.
- Proporciona un funcionamiento más silencioso y suave.
- Valiosa cerca del personal o de equipos sensibles.
5. Mejora de la estabilidad
En dinámica del rotor, la precarga contribuye a la estabilidad:
- Una mayor rigidez del rodamiento aumenta la velocidades críticas.
- It improves mojadura characteristics.
- Ayuda a prevenir las inestabilidades provocadas por los cojinetes.
- Reduce la sensibilidad a las vibraciones externas.
3. Tipos de precarga
1. Precarga fija (rígida)
Una precarga constante, independiente de la temperatura o la velocidad:
- Método: Espaciadores, arandelas o tuercas de seguridad colocadas en una posición específica
- Características: alta rigidez y control preciso.
- Limitaciones: puede aumentar con la temperatura, lo que conlleva un riesgo de sobrecarga.
- Aplicaciones: husillos para máquinas-herramienta y equipos de precisión.
2. Precarga por resorte (elástica)
Una precarga mantenida por resortes, que permite la compensación térmica:
- Método: resortes ondulados, arandelas Belleville o resortes helicoidales.
- Características: permite la dilatación térmica sin sobrecargas.
- Ventajas: mucho más resistente a los cambios de temperatura.
- Aplicaciones: equipos con variaciones de temperatura y requisitos de precisión menos exigentes.
4. Métodos de precarga
Precarga axial (la más habitual)
Montaje cara a cara o espalda con espalda
- Dos rodamientos de contacto angular montados uno frente al otro.
- Una fuerza axial empuja los rodamientos uno contra otro.
- Elimina el juego axial en ambas direcciones.
- La configuración estándar para máquinas herramienta y aplicaciones de alta precisión.
Precarga ajustable
- Una contratuerca o un retén roscado que se ajusta para fijar la precarga.
- Verificado mediante el par, la fuerza axial o el aumento de temperatura del rodamiento.
- Se puede ajustar durante el montaje o revisarse durante el mantenimiento.
Radial preload
- El ajuste a presión entre los anillos y el eje o el alojamiento genera una compresión radial.
- Los elementos rodantes se comprimen radialmente entre las pistas.
- Menos frecuente que la precarga axial.
- Se utiliza en algunos rodamientos sellados y aplicaciones especiales.
5. Selección de la magnitud de precarga
Light preload
- Fuerza: Entre el 1 % y el 5 % de la capacidad de carga dinámica del rodamiento.
- Ventajas: mayor rigidez con un mínimo aumento de la fricción.
- Aplicaciones: maquinaria de precisión en general.
Medium preload
- Fuerza: Entre el 5 % y el 10 % de la carga dinámica nominal.
- Ventajas: alta rigidez y buena precisión.
- Aplicaciones: husillos para máquinas-herramienta y accionamientos de precisión.
Heavy preload
- Fuerza: Entre el 10 % y el 20 % de la carga dinámica nominal.
- Ventajas: máxima rigidez y estabilidad.
- Limitaciones: alta fricción, generación de calor y reducción de la vida útil.
- Aplicaciones: trabajos de ultraprecisión y requisitos de baja velocidad y alta rigidez.
Dado que el valor correcto depende de la capacidad nominal del rodamiento, es útil conocer dicha capacidad antes de especificar la precarga; herramientas como una Calculadora de vida útil del rodamiento L10 (ISO 281) poner en contexto la capacidad de carga dinámica y la vida útil prevista, de modo que el porcentaje de precarga elegido pueda sopesarse teniendo en cuenta su efecto sobre la vida útil.
6. Desventajas y compensaciones
Aumento de la fricción y el calor
- La precarga aumenta las cargas de contacto y, por lo tanto, la fricción.
- La temperatura de funcionamiento suele ser entre 5 y 20 °C superior a la de un rodamiento sin precarga.
- Las temperaturas elevadas aceleran la degradación del lubricante
- Refrigeración mejorada o lubricación may be needed.
Reducción de la vida útil de los rodamientos
- La precarga se suma a las cargas de funcionamiento.
- Los cálculos de la vida útil de los rodamientos deben tener en cuenta el efecto de la precarga.
- Una precarga excesiva puede reducir drásticamente la vida útil.
- La disyuntiva fundamental es elegir entre rigidez y precisión, por un lado, y durabilidad, por otro.
Sensibilidad térmica
- La precarga fija aumenta al subir la temperatura debido a la dilatación diferencial.
- Un aumento de la temperatura no controlado puede provocar una sobrecarga del rodamiento.
- La precarga del muelle absorbe estas variaciones térmicas.
- El diseño debe tener en cuenta todo el rango de temperaturas de funcionamiento.
7. Aplicaciones
Cuando la precarga es imprescindible
- Husillos de máquinas herramienta: husillos para rectificado, fresado y torneado que requieren precisión y rigidez.
- Equipos de alta velocidad: para evitar el deslizamiento y la inestabilidad.
- Instrumentos de precisión: equipos de medición y sistemas ópticos.
- Cargas oscilantes: aplicaciones con inversiones de carga o cargas variables.
- Moment loads: rodamientos sometidos a momentos de vuelco.
Cuándo no se recomienda la precarga
- Aplicaciones a alta temperatura, en las que existe riesgo de sobrecarga térmica.
- Velocidades muy elevadas, en las que predominan la fricción y el calor.
- Cargas de choque elevadas.
- Casos en los que la larga vida útil del rodamiento tiene prioridad sobre la rigidez.
- Aplicaciones industriales generales en las que la precisión no es un factor crítico.
La precarga también tiene una vertiente diagnóstica. Un husillo que haya perdido precarga debido al desgaste, o que haya sufrido una sobrecarga térmica, modificará su patrón de vibraciones —a menudo alterando las velocidades críticas o elevando el nivel de banda ancha—, por lo que los efectos de la precarga son visibles para un analista de vibraciones mucho antes de que se produzca un fallo. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A puede capturar el de un husillo espectro de vibración y el nivel general a velocidad de funcionamiento, lo que proporciona un base frente a la cual se puede analizar la evolución de cualquier cambio posterior en la precarga o el estado del rodamiento — y, cuando el problema subyacente resulta ser desequilibrar en lugar de los cojinetes, equilibrados en la misma máquina.
La precarga de los rodamientos es una herramienta eficaz para mejorar el rendimiento del sistema de rodamientos, ya que proporciona una mayor rigidez, una precisión mejorada y protección contra el deslizamiento y la inestabilidad. Sin embargo, debe especificarse con cuidado, sopesando esas ventajas frente a los inconvenientes que suponen el aumento de la fricción, el calor y la reducción de la vida útil, de modo que se logre el equilibrio óptimo para cada aplicación específica.
