Cuando un eje no queda perfectamente alineado con su alojamiento —ya sea por tolerancias de fabricación, dilatación térmica o flexión bajo carga—, algo debe compensar ese error angular; de lo contrario, el rodamiento falla prematuramente. Esa es precisamente la función de un rodamiento esférico.
Los rodamientos esféricos forman parte de una amplia gama de rodamientos industriales y tipos de rodamientos, pero son los específicamente diseñados para resolver este problema.
A diferencia de la mayoría de los rodamientos de elementos rodantes, concebidos para una rotación pura, los rodamientos esféricos están pensados para trabajar con desalineación. Esta guía aborda los dos tipos principales — los cojinetes esféricos lisos y los rodamientos de rodillos esféricos —, su construcción, sus diferencias y los criterios para elegir entre ambos.
¿Qué es un rodamiento esférico?
Se denomina rodamiento esférico a cualquier rodamiento cuya superficie de contacto está mecanizada como una sección de esfera, lo que permite que los aros interior y exterior giren entre sí en más de un plano. Ese grado adicional de libertad es lo que mantiene el funcionamiento del rodamiento incluso cuando el eje y el alojamiento no están perfectamente alineados.
Dos familias de rodamientos utilizan esta geometría esférica, y conviene precisar la diferencia, ya que en Internet ambos términos suelen emplearse como sinónimos, lo que genera confusión:
Cojinetes esféricos lisos — las superficies de los aros interior y exterior deslizan directamente entre sí. No incorporan elementos rodantes.
Rodamientos de rodillos esféricos — dos hileras de rodillos de perfil abarrilado se alojan entre los aros y ruedan en lugar de deslizar.
Ambos compensan la desalineación. Sin embargo, difieren en el grado de desalineación que admiten, en la velocidad de funcionamiento y en su mantenimiento; precisamente esos aspectos se analizan a continuación, tipo por tipo.
Cojinetes esféricos lisos
Diseño y componentes
Un cojinete esférico liso tiene únicamente dos piezas móviles:
Aro interior — se monta sobre el eje; su diámetro exterior se mecaniza con una superficie esférica convexa.
Anillo exterior — se aloja en la carcasa; su diámetro interior se mecaniza con una superficie esférica cóncava correspondiente.
No incorpora jaula ni elementos rodantes como los de los rodamientos de bolas o rodamientos de rodillos — las dos superficies esféricas apoyan directamente una sobre la otra.
Acero sobre acero — requiere engrase periódico, pero admite las cargas estáticas y de choque más elevadas.
Revestimiento compuesto de PTFE — unido a la superficie esférica; trabaja en seco, sin mantenimiento, aunque con límites inferiores de carga y velocidad.
Bronce sinterizado — una solución intermedia, con autolubricación parcial y capacidad de carga moderada.
Este diseño de una sola superficie de contacto es también la razón por la que los cojinetes articulados esféricos admiten mayor desalineación que los rodamientos de rodillos a rótula; algunas series radiales de cojinetes articulados esféricos permiten hasta 10–15°, según el tamaño y el diseño, frente a aproximadamente 1,5–3° para los rodamientos de rodillos a rótula.
Sección completa. El anillo interior y el anillo exterior comparten una única superficie esférica; no existen elementos rodantes entre ambos.
Configuraciones
Además del material del revestimiento, las rótulas esféricas se fabrican en cuatro configuraciones según la dirección de carga:
Radial — soporta carga radial principalmente a través del eje. Es la configuración más habitual.
Contacto angular — la superficie de deslizamiento se dispone en ángulo respecto al eje del cojinete y soporta carga radial y axial combinada en una sola dirección.
Axial — orientada para carga axial, empleada cuando la carga actúa principalmente a lo largo del eje.
Extremos de rótula — una rótula esférica montada a presión en una carcasa con espiga integrada (rosca macho o hembra) para conectar una varilla a un punto de giro.
Aplicaciones
Gracias a su elevada tolerancia al desalineamiento y a cargas estáticas o de impacto, las rótulas esféricas se utilizan en cualquier aplicación en la que una articulación bascula lentamente o en la que no puede garantizarse una alineación perfecta:
Suspensión de vehículos y varillajes de dirección — debe acompañar la geometría de la suspensión durante todo su recorrido.
Extremos de vástago de cilindros hidráulicos y neumáticos — actúan como el punto de articulación que conecta el vástago del pistón con la carga.
Articulaciones de equipos de construcción y maquinaria agrícola — cucharones de excavadoras, brazos de cargadoras.
Mecanismos de mando de aeronaves — que suelen emplear extremos de vástago fabricados conforme a especificaciones como AS81820 o la serie NAS. Consulte nuestra guía de cojinetes esféricos para aeroespacial para más detalles.
Al seleccionar un cojinete liso esférico, deben verificarse la capacidad de carga, el rango de movimiento requerido, el entorno de operación y la vida útil prevista frente a la serie específica; no deben deducirse de una especificación genérica de catálogo.
Rodamientos de rodillos esféricos
Diseño y componentes
Un rodamiento de rodillos esféricos se construye de forma muy distinta a su equivalente de deslizamiento. En lugar de una única superficie de deslizamiento, incorpora:
Anillo exterior — un aro con una sola pista esférica cóncava común, compartida por ambas hileras de rodillos.
Aro interior — un aro mecanizado con dos pistas, cada una inclinada respecto al eje del rodamiento.
Rodillos — dos hileras de rodillos de perfil abarrilado que ruedan sobre esas pistas.
Jaula — de chapa de acero estampada, latón mecanizado o polímero, que separa los rodillos y mantiene alineada cada hilera.
Como la pista del aro exterior es esférica y no cilíndrica, el aro interior y ambas hileras de rodillos pueden bascular conjuntamente dentro del aro exterior; ese es el mecanismo de autoalineación. Se trata de una solución fundamentalmente distinta para alcanzar el mismo resultado que un cojinete liso esférico: tolerancia a la desalineación mediante la geometría, y no mediante una única superficie de deslizamiento.
Se muestra la sección de la mitad superior; la mitad inferior es simétrica. Una única pista exterior continua sirve a ambas hileras; solo el aro interior está dividido.
Configuraciones
Los rodamientos de rodillos a rótula se especifican a partir de tres variables independientes:
Número de hileras — casi todos son de doble hilera; existen rodamientos de rodillos a rótula de una hilera, pero son mucho menos frecuentes.
Tipo de agujero — agujero cilíndrico, montado a presión directamente sobre un eje rectificado con precisión, o agujero cónico, montado con manguito de fijación cuando el eje no puede mecanizarse con la tolerancia requerida.
Sellado — los rodamientos abiertos dependen de la holgura interna para permitir la circulación de la grasa y trabajar a menor temperatura a mayor velocidad; las versiones selladas incorporan retenes que mantienen el lubricante dentro y evitan la entrada de contaminantes, a cambio de una cierta reducción de velocidad y de intervalos más largos entre relubricaciones.
La mayoría de los catálogos industriales — por ejemplo, las series 222, 223, 230, 231, 232 y 239 de SKF — organizan su gama de rodamientos de rodillos a rótula de este modo, primero por tipo de agujero y ancho de hilera, antes de entrar en las opciones de sellado.
¿Para qué se utiliza un rodamiento de rodillos a rótula?
Los rodamientos de rodillos a rótula demuestran su valor en equipos que combinan cargas elevadas, giro continuo y un entorno de trabajo en el que no es realista mantener una alineación perfecta del eje:
Cajas de engranajes y cribas vibratorias — en minería y en el procesamiento de áridos.
Rodillos de máquinas papeleras — y otras aplicaciones con ejes largos propensas a la flexión.
Ejes principales y cajas de engranajes de aerogeneradores.
Bombas verticales y agitadores — en las que el rodamiento soporta carga radial, además de su propio peso axial.
Cojinetes esféricos lisos frente a rodamientos de rodillos esféricos
Característica | Cojinetes esféricos lisos | Rodamientos de rodillos esféricos |
|---|---|---|
Diseño | Una superficie esférica deslizante entre el aro interior y el aro exterior. | Un único camino de rodadura esférico exterior común, dos caminos de rodadura interiores y dos hileras de rodillos. |
Elementos rodantes | Ninguno; solo contacto deslizante. | Dos hileras de rodillos de forma abarrilada. |
Capacidad de carga | Alta capacidad para cargas radiales y de choque; la capacidad axial depende de la configuración. | Alta capacidad para cargas carga radial; moderada carga axial en ambos sentidos. |
Desalineación | Excelente: hasta 10–15° en algunas series. | Buena: normalmente 1,5–3°, según la serie y la carga. |
Velocidad | Inferior: limitada por el deslizamiento por fricción y el calor. | Superior a la de los cojinetes lisos; inferior a la de los rodamientos de bolas o de rodillos cilíndricos de tamaño comparable. |
Lubricación | Sin mantenimiento con recubrimiento de PTFE, o con grasa en configuración acero sobre acero. | Requiere grasa o aceite para reducir el desgaste entre los rodillos y las pistas. |
Sellado | Opcional, según la serie. | Abierto (mayor velocidad) o sellado (mejor protección): un compromiso real. |
Aplicaciones típicas | Extremos de vástago de cilindro, bieletas de suspensión y juntas articuladas. | Cajas de engranajes, cribas vibratorias, ejes de aerogeneradores y bombas verticales. |
Tipo de movimiento | Oscilación lenta y movimiento de pivote. | Rotación sostenida a alta velocidad. |
Materiales típicos | Acero o bronce, con o sin un forro de PTFE. | Acero al cromo endurecido, a veces con recubrimiento para resistencia a la corrosión. |
Cómo elegir entre ambas opciones
Cuatro preguntas permiten acotar rápidamente la decisión:
Desalineación — una desalineación superior a unos pocos grados, habitual en aplicaciones de suspensión y mecanismos de articulación, por lo general descarta el uso de un rodamiento de rodillos a rótula.
Tipo de movimiento — los cojinetes lisos son adecuados para oscilación lenta y movimiento de giro; los rodamientos de rodillos se adaptan mejor a rotación sostenida a velocidad.
Dirección de la carga — una carga radial con impactos ocasionales favorece un cojinete liso; una carga combinada radial y axial bajo rotación continua favorece un rodamiento de rodillos.
Acceso para mantenimiento — un rodamiento de rodillos sellado o un cojinete liso con revestimiento de PTFE reducen la frecuencia de relubricación, algo especialmente útil cuando el equipo resulta de difícil acceso.
En caso de duda, seleccione el rodamiento en función de cómo se mueve realmente la articulación, y no solo de la carga que soporta; esa desalineación entre función y aplicación es el error de selección más común que observamos.
Conclusión
Los cojinetes esféricos lisos y los rodamientos de rodillos a rótula resuelven el mismo problema de fondo —la desalineación— mediante mecanismos opuestos: uno desliza, el otro rueda. Si se ajusta ese mecanismo al movimiento real de la articulación y al nivel de acceso para mantenimiento disponible, las capacidades de carga prácticamente se definen por sí solas.
¿Necesita ayuda para seleccionar un rodamiento para su aplicación? El equipo de ingeniería de LILY Bearing puede analizar sus requisitos de carga, velocidad y desalineación, y recomendarle —o fabricar— el cojinete esférico adecuado para la aplicación.
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