La falla de un cojinete de orientación en una grúa móvil cuesta, en promedio,$50,000–$200,000en paradas y sustitución; sin embargo, muchos ingenieros realizan la selección inicial basándose únicamente en el diámetro.
El proceso de selección correcto considera, como mínimo, seis variables interdependientes: tipo de carga, magnitud, velocidad de giro, requisitos de precisión, exposición ambiental y configuración de engrane.
Esta guía recorre el proceso completo de selección en 9 pasos utilizado por el equipo de ingeniería de LILY Bearing, e incluye el cálculo de cargas, los factores de servicio, el dimensionamiento del engrane, las disposiciones de montaje y la revisión de la serie de cojinetes.
Tanto si está especificando un anillo de orientación para una grúa, una excavadora, un aerogenerador o un robot industrial, cada uno de estos pasos se aplica directamente a su aplicación.
¿Qué es un cojinete de orientación?
Uncojinete de orientación— también llamado anillo de orientación o cojinete de mesa giratoria — es un rodamiento de elementos rodantes de gran diámetro diseñado para soportarcargas axiales, cargas radiales ycargas de momento (de vuelco)simultáneamente, al tiempo que permite una rotación continua de 360°.
A diferencia de unrodamiento rígido de bolasque soporta principalmente una sola dirección de carga, un anillo de orientación debe gestionar los tres tipos de carga al mismo tiempo; por ello, su selección es más compleja y más determinante que la de la mayoría de los rodamientos.
Su tamaño va desde alrededor de 100 mm en articulaciones robóticas compactas hasta más de 8,000 mm (315 inches) en grúas offshore y grandes mesas giratorias industriales.
La mayoría incorpora dientes de engrane integrados — ya sea en el aro exterior (engranaje externo) o en el aro interior (engranaje interno) — para la rotación motorizada mediante un piñón correspondiente.
Componentes de un rodamiento de giro: anillos interior y exterior, elementos rodantes, separadores, sellos y orificios de montaje
Componentes clave
Anillos interior y exterior
Elementos estructurales principales que alojan entre sí los elementos rodantes
Elementos rodantes
Bolas o rodillos que transmiten la carga y permiten una rotación suave
Separadores / Jaulas
Guían y separan los elementos rodantes para una distribución uniforme de la carga
Sellos
Protegen la pista de rodadura contra la entrada de polvo, agua y contaminantes
Orificios de montaje
Patrones pasantes o roscados que fijan el rodamiento a la estructura
Dentado opcional
Perfil externo o interno para la rotación accionada por piñón
Tipos de rodamientos de giro
Elegir un tipo de rodamiento inadecuado es uno de los errores iniciales más frecuentes — y costosos — en el proceso de selección.
Cada tipo presenta un perfil de carga, una capacidad de precisión y un rango dimensional propios.
Bola de contacto de cuatro puntos
Cada bola contacta la pista de rodadura en 4 puntos, lo que permite que una sola hilera soporte simultáneamente cargas axiales, radiales y de momento. Es la opción general más habitual para cargas moderadas y equilibradas.
Bola de contacto de ocho puntos
Diseño de dos hileras que duplica los puntos de contacto. Ofrece mayor capacidad de carga y mayor rigidez que el tipo de cuatro puntos bajo cargas axiales y de momento elevadas.
Rodillos cilíndricos dispuestos alternadamente a 90° soportan todos los tipos de carga con elevada rigidez, normalmente conforme a la clase de tolerancia ISO P5 o superior. Es la opción preferida en robótica, imagen médica y sistemas de radar, donde la precisión posicional es crítica.
Rodillos cruzados de tres hileras
Separa las tres vías de carga — axial superior, axial inferior y radial — en hileras de rodillos dedicadas. Proporciona una capacidad de carga muy elevada en una sección compacta. Es el estándar en excavadoras de gran tamaño y grúas offshore.
Rodamiento axial de bolas (una hilera)
Diseñado principalmente para cargas axiales elevadas con capacidad limitada para momentos. Se utiliza en mesas giratorias ligeras y aplicaciones de indexado donde las fuerzas de inclinación son mínimas.
Combina una hilera de bolas para cargas axiales y de momento con hileras de rodillos para cargas radiales. Resulta útil cuando la carga radial es desproporcionadamente alta frente a la carga axial.
Diseño de sección delgada para instalaciones con limitaciones de espacio. Las dimensiones de la sección transversal se mantienen constantes en un amplio rango de diámetros de agujero, lo que los hace ideales para automatización ligera y plataformas de cámaras.
Elementos de accionamiento que se combinan con coronas de giro dentadas para permitir la rotación motorizada. La geometría del piñón — módulo, número de dientes y ancho de cara — debe ajustarse a la corona para garantizar una distribución correcta de la carga y una holgura aceptable.
Rodamientos de giro para vehículos de transporte
Diseñados para los perfiles de carga específicos de las aplicaciones de transporte — incluidos vehículos articulados, transportadores modulares autopropulsados y plataformas militares — donde se requiere rotación suave bajo cargas dinámicas de carretera y una integración compacta.
Factores clave de selección
Antes de realizar los cálculos, conviene comprender los cinco factores que rigen toda decisión de selección de un rodamiento de giro.
5 factores que rigen la selección de un rodamiento de giro
1 Tipo y magnitud de la carga
Las cargas axiales, radiales y de momento deben cuantificarse por separado. Subestimar cualquiera de ellas es la principal causa de fallo prematuro del rodamiento.
2 Velocidad de rotación
La mayoría de los rodamientos de giro operan entre 0.1–10 RPM. Las velocidades más altas exigen niveles de esfuerzo de contacto menores y pueden requerir una revisión del programa de lubricación o un tipo de sello distinto.
3 Precisión requerida
Las aplicaciones estándar de grúas suelen requerir tolerancia P0 (normal). Los brazos robóticos, los pórticos de tomografía computarizada médica y las antenas de radar pueden exigir P5 o P4, una especificación que reduce de forma significativa las opciones disponibles.
4 Condiciones ambientales
El rango de temperatura de servicio, la humedad, el polvo, la exposición al agua salada y el contacto con productos químicos influyen en la selección del tipo de sello, el recubrimiento y el lubricante. Las aplicaciones offshore suelen requerir protección anticorrosiva adicional.
5 Limitaciones de espacio y montaje
Las dimensiones disponibles de la envolvente, el patrón de pernos requerido y la interfaz estructural determinan qué secciones son físicamente viables antes incluso de evaluar la capacidad de carga.
Proceso de selección en 9 pasos
Este es el mismo proceso estructurado que utilizan los ingenieros de LILY Bearing al revisar aplicaciones a medida.
Complete cada etapa; adelantar pasos suele dar como resultado un rodamiento que parece correcto sobre el papel, pero falla en servicio.
Paso 1: Identificar los requisitos del equipo
Comience por documentar la totalidad del entorno de operación. Cada parámetro que no se registre en esta fase generará un riesgo más adelante. Como mínimo, anote:
- Eje de rotación: horizontal, vertical o alterno
- Tipo de movimiento: solo posicionamiento, giro o rotación continua
- Cargas axiales, radiales y de momento máximas y medias (kN / kN·m)
- Velocidad de rotación máxima y media (RPM)
- Precisión posicional requerida y tolerancia de descentramiento
- Rango de temperatura de servicio (mín. / máx. °C)
- Condiciones de exposición: humedad, polvo, sal, productos químicos
- Vida útil de diseño (horas o ciclos)
- Envolvente de instalación disponible (OD, ID, altura)
- Presupuesto y coste objetivo de propiedad
Paso 2: Calcular la carga máximadel rodamiento
Determine las cargas máximas estáticas y dinámicas y redúzcalas después a las tres fuerzas equivalentes que actúan en el centro del rodamiento: fuerza axial Fa, fuerza radial Fr y momento de vuelco M.
No limite el análisis a las condiciones nominales de trabajo; considere también:
Parada de emergencia y frenadopar de torsióneventos
Condiciones de ensayo de sobrecarga (normalmente el 125% de la carga nominal, conforme a las normas aplicables)
Carga eólica extrema paragrúasyaerogeneradores
Fuerzas de montaje y desmontaje
El caso de carga determinante, y no el régimen de operación habitual, es el que define el tamaño del rodamiento.
Paso 3: Aplicar los factores de servicio
Multiplique las fuerzas calculadas en el rodamiento por el factor de servicio correspondiente (fs) para tener en cuenta los efectos dinámicos, las cargas de impacto y el ciclo de trabajo.
La tabla siguiente constituye la referencia estándar del sector utilizada por la mayoría de los fabricantes de rodamientos de giro.
Si su aplicación no figura en la सूची, utilice la categoría análoga más cercana o consulte directamente al fabricante.
Aplicación | fs |
|---|---|
Equipos de elevación aérea | |
Cestas aéreas, plataformas, escaleras | 1.00 |
Transportadores | |
Aplicaciones generales de transportadores | 1.00 |
Grúas móviles (la carga está limitada por la estabilidad de la máquina) | |
Servicio normal en construcción, montada sobre neumáticos | 1.00 |
Servicio normal en construcción, montada sobre orugas | 1.10 |
Servicio de producción (chatarrerías / astilleros) | 1.25 |
Silvicultura / explotación forestal | 1.50 |
Grúas apiladoras (incluye las fuerzas dinámicas como cargas) | 1.25 |
Grúas fijas de pedestal / torre (las cargas no están limitadas por la estabilidad de la máquina) | |
Cargas monitorizadas por dispositivo de carga segura | 1.25 |
Aplicaciones con carga de impacto súbito | 1.50 |
Excavadoras | |
Carga limitada por vuelco | 1.25 |
Carga limitada por la válvula de alivio de presión hidráulica | 1.50 |
Mesas indexadoras y de giro | |
Uso ocasional, rotación intermitente | 1.00 |
Uso frecuente, rotación intermitente | 1.25 |
Uso frecuente, rotación intermitente con impacto | 1.50 |
Manipuladores y robots industriales | |
Servicio ocasional | 1.00 |
Servicio frecuente | 1.25 |
Sistema de dirección (debe incluir cargas dinámicas y de choque) | |
Neumáticos | 1.25 |
Neumáticos macizos | 1.50 |
Paso 4: Determinar los requisitos de la corona dentada
Si se requiere rotación motorizada, conviene definir desde el inicio la capacidad de la corona dentada, ya que de ella depende la geometría del aro.
Defina el par de salida requerido, el ciclo de trabajo y la clase de calidad del dentado (AGMA 2001 oISO 1328). Considere:
Par máximo en condiciones dinámicas frente a estáticas
Requisitos de par en pendientes o bajo carga de viento
Requisitos de par para ensayo de sobrecarga
Rango admisible de holgura para la precisión de posicionamiento
Módulo y número de dientes en relación con la geometría del piñón conjugado
Paso 5: Seleccionar la disposición de montaje
La configuración de montaje determina qué aro gira, dónde se ubica el piñón y cómo se fija el rodamiento.
Las cuatro disposiciones estándar de LILY Bearing cubren la mayoría de las aplicaciones:
Fig. 1 — Gira el aro exterior, aro interior fijo (perno pasante)
El piñón se monta sobre el aro exterior, que soporta la estructura superior. El aro interior se fija a la estructura inferior mediante pernos pasantes. Una pantalla de protección contra contaminantes cubre el sello exterior. Esta disposición es común en grúas móviles.
Fig. 2 — El aro interior gira con la estructura superior, el aro exterior permanece fijo (dentado exterior, perno pasante)
La estructura superior y el piñón quedan soportados por el aro interior mediante pernos pasantes. El aro exterior, con el dentado, se ancla a la estructura inferior con pernos roscados. Una cubierta exterior protege el engranaje.
Fig. 3 — Piñón sobre el aro exterior, engranaje interior en el aro interior (perno roscado)
El piñón se conecta a la estructura superior, apoyada sobre el aro exterior. Ubicar el engranaje en el aro interior lo protege de condiciones severas, una solución adecuada para entornos exteriores abrasivos. La fijación se realiza mediante pernos roscados.
Fig. 4 — Piñón sobre la estructura inferior, aro exterior dentado que soporta la estructura superior
El piñón se fija a la estructura inferior. El aro exterior dentado sostiene la estructura superior. Aro interior: pernos pasantes. Aro exterior: pernos roscados. Se utiliza en grúas de pedestal y en determinados equipos de construcción.
Paso 6: Revisión de series y secciones transversales de los rodamientos
Las cuatro series principales de coronas de orientación de LILY Bearing abarcan desde aplicaciones industriales de uso general hasta entornos offshore de servicio extremo:
Serie RK
La serie RK está disponible en versiones con dentado y sin dentado, con diámetros exteriores de 20" a 47" OD, y admite hasta 141,000 ft-lbs de momento, 175,000 lbs de carga axial y 35,000 lbs de carga radial.
Serie MT
La serie MT está disponible hasta 240" OD, con capacidades de momento de hasta 10,000,000 ft-lbs, carga axial de hasta 6,000,000 lbs y cargas radiales de hasta 1,300,000 lbs.
Serie XR
La serie XR está disponible en tamaños de hasta 315" OD, en versiones de dentado interior, dentado exterior o sin dentado.
Serie TR
La serie TR está disponible en tamaños de hasta 315" OD, con capacidades de momento superiores a 50,000,000 ft-lbs, cargas axiales por encima de 18,000,000 lbs y cargas radiales superiores a 4,000,000 lbs, en configuraciones de dentado interior, dentado exterior o sin dentado.
Paso 7: Selección preliminar frente a la curva de capacidad
Grafique sus combinaciones de carga factorizadas (Fa × fs, M × fs) sobre la curva de capacidad publicada del rodamiento.
Todas las combinaciones de carga de servicio deben quedarpor debajo de la curva. Se aplican tres reglas adicionales:
Las cargas extremas (estáticas poco frecuentes) también deben situarse por debajo de la curva; el factor de servicio solo puede omitirse si dichas cargas se producen menos de 10 veces durante la vida de diseño del rodamiento
Todas las cargas dinámicas normales deben representarse aplicando íntegramente el factor de servicio
La capacidad axial máxima debe superar3× la fuerza axial máxima de operación— este es un mínimo obligatorio, no una recomendación
Curva de capacidad del rodamiento: todas las combinaciones de carga en servicio deben quedar por debajo de la curva
Paso 8: Verificación del tamaño y la calidad del engranaje
Verifique la geometría del engranaje y la clase de calidad frente a los requisitos de par y las normas aplicables.
Verificaciones clave:
Módulo y ancho de cara:deben corresponder a la demanda de par y al espacio disponible
Material y dureza de capa:LILY Bearing endurece por inducción los dientes del engranaje hasta HRC 50–60
Clase de calidad:confirme que la clase AGMA 2001 o ISO 1328 cumple los requisitos de precisión
Juego angular:confirme que el juego admisible es compatible con los requisitos de posicionamiento
Número de dientes del piñón asociado:Se recomiendan más de 17 dientes para minimizar la concentración de desgaste en la corona dentada
Paso 9: Confirmación final
Antes de liberar la especificación, confirme que el rodamiento seleccionado cumple todos los requisitos originales definidos en el Paso 1:
- Capacidad de carga — los tres tipos de carga, todos los casos de carga ✓
- Velocidad nominal ✓
- Precisión / tolerancia de excentricidad ✓
- Protección ambiental — tipo de sello, recubrimiento, lubricante ✓
- Capacidad del dentado y clase de calidad ✓
- Configuración de montaje y patrón de pernos ✓
- Envolvente física (DE, DI, altura) ✓
- Objetivo de vida útil ✓
Dentado exterior o interior: ¿cuál necesita?
La ubicación del dentado influye en la accesibilidad del piñón, la exposición a contaminantes, las holguras estructurales y el par de salida del sistema de accionamiento.
Esta decisión suele interpretarse de forma incorrecta y, con frecuencia, se toma demasiado tarde en el proceso de diseño.
Dentado exterior
Ventajas
- Mayor diámetro primitivo → mayor par de salida para un módulo dado
- Instalación e inspección del piñón sin desmontar la estructura superior
- Menor costo de fabricación en la mayoría de las configuraciones estándar
Limitaciones
- Los dientes del engranaje quedan totalmente expuestos — requiere una cubierta en entornos polvorientos, abrasivos o corrosivos
- Mayor diámetro exterior total para el mismo tamaño de corona
Aplicación típica: grúas móviles, grúas torre, excavadoras, sistemas de paso y orientación de aerogeneradores
Dentado interior
Ventajas
- Dientes del engranaje protegidos dentro de la corona — resistencia a la contaminación significativamente superior
- Menor diámetro exterior para el mismo diámetro primitivo; envolvente de instalación más compacta
- Preferido en entornos de lavado y salas limpias
Limitaciones
- El piñón debe entrar por debajo o a través de la estructura — el acceso para mantenimiento es más محدودido
- Mayor complejidad de fabricación y, por lo general, mayor costo unitario
Aplicación típica: robots industriales, pórticos de imagen médica, sistemas de radar/antena, mesas giratorias de precisión
En aplicaciones con dentado exterior y entornos abrasivos — las grúas forestales y los equipos portuarios son los ejemplos más habituales — especifique siempre una cubierta protectora sobre los dientes del engranaje.
La ausencia o el deterioro de la protección del dentado figura entre las tres principales causas de desgaste prematuro de coronas de orientación en servicio a la intemperie.
Orientación específica por aplicación
Los perfiles de carga y los modos de fallo predominantes varían de forma significativa según el tipo de equipo. Los criterios de selección más críticos para cinco aplicaciones habituales son los siguientes:
Materiales y fabricación
Material de los anillos
Los anillos interior y exterior se fabrican en acero al carbono medio o en acero aleado. LILY Bearing utiliza tres materiales principales, en función de la norma aplicable y de los requisitos de carga:
Propiedad | 42CrMo4 (1.7225) | 50Mn (GB/T 699) | 42CrMo (GB/T 3077) |
|---|---|---|---|
Límite elástico | ≥ 930 MPa | ≥ 390 MPa | ≥ 930 MPa |
Resistencia a la tracción | ≥ 1,080 MPa | ≥ 645 MPa | ≥ 1,080 MPa |
Alargamiento | ≥ 12% | ≥ 13% | ≥ 12% |
Dureza en estado recocido | ≤ 217 HB | ≤ 217 HB | ≤ 217 HB |
Aplicación recomendada | Proyectos de alta resistencia con norma europea | Aplicaciones estándar con alta rentabilidad | Proyectos de alta resistencia según norma china |
Tratamiento térmico de las pistas de rodadura
LILY Bearing aplicaendurecimiento por inducción selectivoa las pistas de rodadura, logrando una dureza superficial deHRC 50–60mientras mantiene el núcleo tenaz y dúctil. Esto evita los tres modos principales de fallo de las pistas de rodadura:
Desgaste abrasivo— provocado por contaminación o lubricación insuficiente
Fatiga por contacto rodante— propagación de grietas subsuperficiales bajo esfuerzo hertziano cíclico
Picaduras por corrosión— causada por la entrada de humedad a través de sellos degradados
Lubricación
Para la mayoría de las aplicaciones que operan entre−20°C y 120°C, LILY Bearing recomienda grasa de éster de litio N.º 2. En servicio industrial estándar,la relubricación cada 250–500 horas de operaciónsuele ser un punto de partida habitual. Ajuste el intervalo en función de:
Temperatura real de operación (no solo la ambiente)
Magnitud de la carga y tensión de contacto
Velocidad de rotación
Grado de contaminación ambiental
Los entornos con altas temperaturas o elevada contaminación pueden requerir relubricación cada 100 horas o menos.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un rodamiento de giro y una corona de giro?
Ambos términos se utilizan de forma intercambiable. «Slewing ring» suele referirse al conjunto completo, incluida la estructura del aro, los elementos rodantes, los retenes y cualquier dentado integrado. «Slewing bearing» alude con mayor frecuencia a la función de rodamiento en sí. Ambos términos describen la misma categoría de producto.
¿Cuáles son las causas de fallo de un rodamiento de giro?
Las cuatro causas más habituales son: lubricación insuficiente o contaminada, sobrecarga por encima de la capacidad nominal del rodamiento, montaje incorrecto (rigidez estructural insuficiente o pretensado desigual de los pernos) y entrada de agua o partículas abrasivas a través de retenes dañados. En aplicaciones de orientación de aerogeneradores también se observa con frecuencia corrosión por fretting debido al movimiento oscilante sin giro completo.
¿Qué factor de servicio debo aplicar para una excavadora?
Utilice fs = 1.25 cuando la carga esté limitada por la estabilidad frente al vuelco de la máquina, y fs = 1.50 cuando la limitación venga dada por la válvula de alivio de la presión hidráulica. El valor más alto contempla las cargas de impacto y choque durante la rotura del material con la cuchara y las detenciones bruscas del giro, que son los eventos de carga predominantes en los ciclos de trabajo de una excavadora.
¿Cómo verifico que un rodamiento de giro está correctamente dimensionado?
Sitúe todas las combinaciones de carga ponderada sobre la curva de capacidad del fabricante y compruebe que queden por debajo de ella. Además, verifique que la capacidad axial máxima del rodamiento sea al menos 3× la fuerza axial máxima de servicio. Si alguna combinación de carga supera la curva, pase al siguiente tamaño superior o a una serie de mayor capacidad y repita la verificación.
¿Cuándo conviene elegir un diseño de rodillos de tres hileras frente a un diseño de bolas de una sola hilera?
Cuando las cargas de momento y las cargas axiales son ambas muy elevadas y se requiere una sección transversal compacta, como ocurre habitualmente en excavadoras de gran tamaño, grúas de pedestal offshore y tuneladoras. El diseño de rodillos cruzados de tres hileras (serie TR) separa los tres caminos de carga en hileras de rodillos dedicadas, lo que permite una capacidad sustancialmente superior a la de cualquier configuración de una sola hilera con el mismo diámetro exterior (OD).
¿Con qué frecuencia debe relubricarse un rodamiento de giro?
Cada 250–500 horas de servicio en aplicaciones industriales estándar. Los entornos con alta temperatura, cargas elevadas o contaminación pueden exigir intervalos de tan solo 100 horas. Un exceso de grasa es tan perjudicial como una lubricación insuficiente: puede dañar los retenes y provocar pérdidas por batido. Siga siempre la recomendación del fabricante para la aplicación específica.
¿Necesita ayuda para seleccionar el rodamiento adecuado?
El equipo de ingeniería de LILY Bearing revisa los cálculos de carga y proporciona recomendaciones de rodamientos. Envíenos sus especificaciones y le responderemos en el plazo de un día hábil.
Sobre el autor
