¿Cuáles son los usos de los rodamientos de bolas de contacto angular de dos hileras serie 33?

Comprender el diseño de la serie 33 y por qué se adapta a estas aplicaciones

Antes de explorar usos de aplicaciones específicas, es importante comprender qué distingue Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera serie 33 de otras configuraciones de rodamientos y por qué esas distinciones los hacen adecuados para sus aplicaciones características.

La serie 33 pertenece a la familia de rodamientos de bolas de contacto angular de dos hileras, caracterizada por dos hileras de bolas dispuestas simétricamente dentro de una única unidad de rodamiento, cada una de las cuales funciona con un ángulo de contacto definido. 30 grados para la serie 33 . Este ángulo de contacto es más pronunciado que el ángulo de 15 grados de los rodamientos rígidos de bolas estándar, lo que significa que cada punto de contacto de la bola resuelve la fuerza aplicada en un componente axial más grande y un componente radial más pequeño en comparación con un rodamiento de ángulo menos profundo del mismo tamaño.

La implicación práctica de esta geometría es un rodamiento específicamente optimizado para aplicaciones donde las cargas axiales son sustanciales, ya sea como cargas primarias o como cargas secundarias significativas junto con la carga radial. El ángulo de contacto de 30 grados le da a la serie 33 aproximadamente Capacidad de carga axial entre un 40 y un 60 % mayor por unidad de capacidad radial en comparación con la serie 32 (que utiliza un ángulo de contacto de 15 grados), lo que la convierte en la elección correcta cuando las cargas de empuje son el factor de diseño dominante. (Fuente: ISO 15:2017, Rodamientos – Rodamientos radiales – Dimensiones límite, Plan general)

Características clave de diseño que impulsan la idoneidad de la aplicación

• Dos hileras de bolas en una unidad: Combina la capacidad de carga de dos rodamientos de una sola hilera en un solo conjunto, lo que elimina la necesidad de rodamientos emparejados, espaciadores y ajustes de precarga en campo, al tiempo que mantiene el soporte axial bidireccional que proporcionan los rodamientos emparejados de una hilera.
• Ángulo de contacto de 30 grados: Proporciona una capacidad de carga axial sustancialmente mayor que sus equivalentes de ángulo poco profundo, lo que convierte a la serie 33 en la especificación correcta cuando el empuje del engranaje helicoidal, la presión del fluido en los impulsores de la bomba o las cargas de servicio axial dominan el caso de carga.
• Precarga configurada de fábrica: La precarga interna se establece y bloquea en la etapa de fabricación, lo que elimina el requisito de precisión de instalación para el ajuste de precarga en campo que exigen los rodamientos emparejados de una sola hilera, lo que reduce los requisitos de habilidades de instalación y los errores de ensamblaje.
• Envoltura axial compacta: Una unidad de una sola hilera es 20 a 35% más corto axialmente que dos rodamientos de una sola hilera, lo que proporciona una capacidad de carga equivalente, lo que permite diseños de eje y carcasa más compactos
• Disposición interna tipo O: La disposición estándar espalda con espalda (DB) en los rodamientos de contacto angular de dos hileras crea un amplio espacio de soporte efectivo dentro del propio ancho del rodamiento, proporcionando resistencia a los momentos de vuelco que los rodamientos de una sola hilera no pueden igualar.

Uso en husillos de máquinas herramienta y equipos de precisión

Los husillos de máquinas herramienta representan una de las aplicaciones más exigentes e históricamente más importantes de los rodamientos de bolas de contacto angular de dos hileras, incluida la serie 33. Los centros de mecanizado CNC, rectificadoras, mandrinadoras y tornos requieren disposiciones de cojinetes de husillo que satisfagan simultáneamente tres requisitos contradictorios: máxima rigidez (para minimizar la deflexión de la herramienta y mantener la precisión del mecanizado), alta capacidad de velocidad de rotación y larga vida útil bajo cargas de corte combinadas.

Por qué los rodamientos de contacto angular de dos hileras dominan las aplicaciones de husillo

En las operaciones de mecanizado, la herramienta de corte genera fuerzas que tienen componentes tanto radiales como axiales cuyas magnitudes y direcciones cambian continuamente a medida que cambia la trayectoria de la herramienta. Un cojinete de husillo debe reaccionar a estas cargas combinadas sin permitir ninguna deflexión en la punta de la herramienta que exceda la tolerancia de mecanizado; para operaciones de rectificado de precisión, esto significa Rigidez radial del husillo de 50 a 200 N/micra es necesario en el punto de montaje de la herramienta. (Fuente: Fundamentos del diseño de máquinas herramienta, Klocke y Kuchle, Springer, 2011)

La geometría de doble hilera espalda con espalda del rodamiento serie 33 crea un amplio tramo de soporte efectivo dentro de la propia longitud axial del rodamiento, generando rigidez de momento que resiste la deflexión de la punta de la herramienta bajo cargas de corte excéntricas de manera mucho más efectiva que las alternativas de una sola hilera con un tamaño de orificio equivalente. Los rodamientos de precisión de la serie 33 (clases ISO P5 y P4) se utilizan en la posición del husillo frontal (extremo de trabajo) de los centros de mecanizado CNC y husillos de rectificado, donde los requisitos de precisión son más críticos.

Aplicaciones específicas de máquinas herramienta

• Husillos de fresado CNC: La posición del soporte del extremo de trabajo del husillo en centros de mecanizado CNC verticales y horizontales, donde las fuerzas de corte de tres ejes requieren soporte axial radial y bidireccional simultáneo desde una única posición de soporte compacta
• Husillos rectificadores cilíndricos: Husillos de cabeza de muela en amoladoras cilíndricas y de superficie, donde la fuerza de rectificado radial y la masa de la muela se combinan para requerir una alta rigidez radial, mientras que la dirección de alimentación de la muela genera un empuje axial que debe ser soportado.
• Husillos de taladradora: Las operaciones de mandrinado profundo generan fuerzas de corte radial y empuje en la dirección de avance de la pieza de trabajo simultáneamente, lo que hace que la capacidad de carga combinada de la serie 33 sea directamente aplicable.
• Husillos para instrumentos de precisión: Los cabezales de sonda de la máquina de medición de coordenadas (CMM), las mesas giratorias ópticas y los cabezales divisores de precisión utilizan rodamientos de la serie 33 en rangos de tamaño en miniatura donde la precarga de fábrica garantiza una rotación constante y de bajo descentramiento sin calibración en campo.

Uso en aplicaciones automotrices y de vehículos

La industria automotriz es uno de los mayores consumidores de rodamientos de bolas de contacto angular de dos hileras, y la serie 33 aborda específicamente varias aplicaciones de vehículos donde la alta capacidad de carga axial es el requisito de diseño dominante.

Unidades de rodamientos de cubo de rueda

Las modernas unidades de rodamientos para cubos de ruedas de vehículos de pasajeros (diseños de Generación 1 y Generación 2) utilizan rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera como corazón estructural del conjunto del cubo. El entorno de carga en la rueda de un vehículo es un caso de carga combinado clásico: carga radial del peso del vehículo que actúa a través de la geometría de la suspensión, carga axial de las fuerzas en las curvas y la inclinación de la carretera que actúa lateralmente, y carga de momento del par de frenado y la geometría de la suspensión que crean un momento de vuelco en la línea central de la rueda.

El ángulo de contacto de 30 grados de la serie 33 se adapta bien a este perfil de carga porque las fuerzas en las curvas durante las maniobras de conducción dinámicas generan cargas axiales que pueden acercarse 0,8 a 1,2 veces la carga radial estática en la rueda exterior: una alta relación axial-radial que la serie 33 maneja de manera más eficiente que las alternativas de ángulo poco profundo. (Fuente: SAE International Journal of Passenger Cars — Mechanical Systems, Wheel Bearing Load Analysis, Vol. 5, 2012)

Aplicaciones de transmisión y caja de cambios

Las transmisiones manuales y automáticas de vehículos generan cargas en los ejes que combinan fuerzas radiales del engranaje con cargas de empuje de engranajes helicoidales en ambas direcciones axiales a medida que la transmisión realiza ciclos entre engranes de marcha adelante y marcha atrás. La serie 33 proporciona el soporte axial bidireccional que requieren estas posiciones de eje y al mismo tiempo ocupa un espacio axial más compacto que las alternativas emparejadas de una sola fila, una consideración importante en diseños de transmisión compactos donde el espacio del paquete está severamente limitado.

Dirección asistida y motores eléctricos

Los ejes de los motores de dirección asistida eléctrica (EPS) y los ejes de transmisión de los motores de tracción de vehículos eléctricos requieren cojinetes que transporten cargas radiales y axiales combinadas desde una transmisión de fuerza impulsada por correas o engranajes, manteniendo al mismo tiempo un nivel bajo de ruido y vibración a velocidades cercanas a cero a 15.000 rpm o más en las arquitecturas modernas de vehículos eléctricos. La serie 33 en grado de precisión proporciona la combinación de funcionamiento silencioso, capacidad de carga combinada y precisión de precarga de fábrica necesaria para estas aplicaciones de alta velocidad y bajo ruido.

Uso en bombas y compresores

Las bombas centrífugas y los compresores rotativos representan un dominio de aplicación natural para Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera serie 33 porque la dinámica de fluidos de estas máquinas genera cargas de empuje axial que deben ser soportadas por el sistema de cojinete del eje junto con las cargas radiales del peso del eje y la presión del fluido sobre las superficies del impulsor o del rotor.

Cojinetes del eje de la bomba centrífuga

En una bomba centrífuga de una sola etapa, la diferencia de presión entre la entrada y la salida del impulsor crea una fuerza de empuje hidráulica axial que actúa en la dirección de aproximación del fluido al ojo del impulsor. Esta carga de empuje es continua durante el funcionamiento y debe reaccionar completamente mediante el sistema de cojinete del eje de la bomba. Para bombas centrífugas de tamaño mediano en aplicaciones de tratamiento de agua, procesamiento químico y HVAC, la fuerza de empuje axial puede representar 20 a 60% de la carga radial del peso del eje y de las cargas laterales de la correa o del acoplamiento.

El rodamiento serie 33 aborda este perfil de carga directamente: su ángulo de contacto de 30 grados proporciona una alta capacidad axial para el componente de empuje hidráulico, mientras que la construcción de doble hilera proporciona la capacidad radial para el peso del eje y las cargas de la correa, y la geometría espalda con espalda proporciona soporte de momento para las cargas en voladizo de los impulsores en voladizo. Esta combinación hace que la serie 33 sea particularmente valiosa para bombas centrífugas de succión axial en servicios de procesos industriales. (Fuente: Manual de bombas, Karassik, Messina, Cooper y Heald, McGraw-Hill, cuarta edición, 2008)

Soporte del eje del compresor

Los compresores de tornillo rotativo y scroll en aplicaciones de refrigeración, aire acondicionado y aire comprimido industrial generan fuerzas axiales a partir de la geometría helicoidal de los rotores de tornillo o de la presión diferencial del gas en las superficies de las placas espirales. Estas cargas axiales se combinan con cargas radiales de la masa del rotor y fuerzas del gas perpendiculares al eje del eje. La serie 33 proporciona la capacidad de carga combinada necesaria en la envolvente radial compacta de estas máquinas, donde agregar un cojinete de empuje separado aumentaría significativamente el tamaño y el costo de la máquina.

Uso en cajas de cambios industriales y sistemas de transmisión

Las cajas de engranajes industriales, en particular las reductoras de engranajes helicoidales, cónicos y helicoidales, generan cargas en los ejes que están inherentemente combinadas en la naturaleza. La geometría de engrane de los engranajes helicoidales produce un vector de fuerza del eje con tres componentes: tangencial (rotacional), radial (separación) y axial (empuje desde el ángulo de la hélice). Los tres deben ser reaccionados por el sistema de cojinete del eje, y el componente axial de los engranajes helicoidales puede ser sustancial, lo que representa 30 a 70% de la fuerza tangencial dependiendo del ángulo de la hélice. (Fuente: Diseño de ingeniería mecánica de Shigley, Budynas y Nisbett, décima edición, McGraw-Hill, 2014)

Ejes de salida del reductor de engranajes helicoidales

El eje de salida de un reductor de engranajes helicoidales transporta el par más alto y, por lo tanto, la fuerza de engranaje tangencial más alta en la caja de cambios. El empuje axial simultáneo del engranaje helicoidal hace que esta posición del eje sea una aplicación natural para la serie 33. Un rodamiento de una sola hilera en el eje de salida proporciona el soporte axial combinado radial y bidireccional necesario (que se adapta a la inversión del empuje axial cuando el engranaje gira en ambas direcciones durante los ciclos de frenado o marcha atrás) en una instalación compacta que un rodamiento de una sola hilera con una arandela de empuje separada no puede igualar.

Ejes de piñón de engranaje cónico

Los ejes de piñón de engranajes cónicos en transmisiones por engranajes de ángulo recto son aplicaciones de rodamientos particularmente exigentes porque la geometría del engranaje genera grandes fuerzas de separación axial que alternan la dirección con la inversión de carga. La disposición de dos filas consecutivas de la serie 33 es específicamente adecuada para esta aplicación porque su geometría simétrica reacciona las cargas axiales por igual en ambas direcciones sin requerir ajuste de campo de la precarga cuando cambia la dirección de la carga.

Accionamientos auxiliares de turbinas eólicas

Los accionamientos de control de cabeceo, accionamientos de guiñada y accionamientos de generador auxiliar en turbinas eólicas utilizan conjuntos de motor y caja de cambios compactos donde la serie 33 proporciona la carga combinada y el soporte de empuje bidireccional necesarios en el espacio de instalación limitado de una góndola de turbina eólica. Estas aplicaciones también se benefician de las variantes selladas y llenas de grasa de la serie 33, que proporcionan los intervalos de mantenimiento extendidos necesarios para los componentes montados a alturas de 80 a 120 metros sobre el suelo.

Uso en motores y generadores eléctricos.

Los motores eléctricos en el rango de potencia medio a grande, particularmente motores que accionan ventiladores axiales, cargas con engranajes helicoidales o equipos accionados por correa, requieren rodamientos que manejen cargas radiales y axiales combinadas en las posiciones del eje. La serie 33 se utiliza en la posición de rodamiento del extremo sin transmisión (NDE) de motores donde se requiere el posicionamiento axial del rotor, y en la posición del extremo de transmisión (DE), donde las cargas laterales de la correa se combinan con el empuje transmitido por engranajes o acoplamientos.

Aplicaciones de motores de accionamiento de velocidad variable

Los motores operados por variadores de frecuencia (VFD) pueden generar corriente en el eje a través de los contactos de los rodamientos, un mecanismo de falla bien documentado en el que la corriente eléctrica que forma un arco a través de la zona de contacto de los rodamientos causa picaduras y fallas prematuras. En las variantes de rodamientos aislados de la serie 33, el anillo exterior o carcasa está recubierto con cerámica aislante eléctrica para evitar el paso de corriente. La serie 33 en configuración aislada es la selección estándar para motores accionados por VFD anteriores. Potencia del eje de 75 kW. en la posición NDE, evitando daños en los rodamientos inducidos por la corriente del eje, que es una de las principales causas de fallo prematuro en este tipo de motor. (Fuente: IEEE Transactions on Industry Applications, Daños en los cojinetes de motores eléctricos debido a corrientes de eje, vol. 37, número 6, 2001)

Uso en maquinaria agrícola y de construcción.

Las aplicaciones de equipos agrícolas y de construcción colocan a los rodamientos en condiciones de carga de choque, contaminación, amplia variación de temperatura y períodos prolongados entre mantenimientos que desafían los diseños de rodamientos estándar. La serie 33 en variantes selladas y reforzadas se utiliza en varias posiciones clave dentro de esta categoría de equipos.

Aplicaciones de maquinaria agrícola

• Ejes del tambor de trilla de cosechadora: Los tambores de trilla en las cosechadoras experimentan cargas radiales impulsivas provenientes del contacto con el material del cultivo combinadas con cargas axiales provenientes de la geometría del tambor helicoidal y variaciones de carga lateral. La construcción de doble fila de la serie 33 proporciona el margen de capacidad de carga necesario para estas condiciones de carga de impacto.
• Ejes de toma de fuerza (toma de fuerza) del tractor: Los ejes de la TDF transmiten la potencia del motor a los implementos remolcados a través de acoplamientos de junta universal que generan cargas radiales, axiales y de momento combinadas cuando el tractor maniobra sobre terreno irregular. Los rodamientos sellados de la serie 33 en el tren de transmisión de la TDF brindan intervalos de servicio extendidos apropiados para los programas de mantenimiento en el campo.
• Ejes de transmisión de sembradora: Los ejes de transmisión de dosificación y distribución de semillas en sembradoras de precisión transportan cargas combinadas provenientes de las fuerzas de transmisión de engranajes y las cargas de vibración transmitidas desde los sistemas de rejas que trabajan el suelo.

Aplicaciones de equipos de construcción

• Accionamientos de tambores para hormigoneras: El eje impulsor de un tambor mezclador de concreto transporta una carga radial proveniente del peso del tambor y una carga axial de la geometría del tornillo helicoidal dentro del tambor que crea empuje durante la mezcla. La serie 33 maneja esta carga estática y dinámica combinada de manera eficiente en una unidad de accionamiento compacta.
• Eje vibratorio del equipo de compactación: Los compactadores vibratorios y las apisonadoras utilizan masas giratorias excéntricas para generar fuerzas de compactación del suelo. Los cojinetes del eje de estos excitadores de vibración soportan cargas radiales dinámicas muy altas combinadas con cargas axiales provenientes del posicionamiento del eje. La serie 33 en grados de servicio pesado maneja estas condiciones de carga dinámica alta dentro de las limitaciones de espacio de los equipos de compactación compactos.

Uso en instrumentos de precisión y equipos de medición.

En el extremo opuesto del espectro de aplicaciones de la maquinaria industrial pesada, Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera serie 33 en grados de precisión (clases de precisión P5, P4 y P2 según ISO 492) se utilizan en aplicaciones donde la precisión de rotación, la baja vibración y la fricción mínima son los principales criterios de selección en lugar de la capacidad de carga.

Ejes giratorios de la máquina de medición de coordenadas (CMM)

Los módulos de eje giratorio en sistemas CMM requieren rodamientos con un descentramiento inferior 0,5 micras en la cara de montaje del husillo y el descentramiento axial debajo 0,3 micras para mantener la precisión de la medición en la punta de la sonda. Los rodamientos de precisión de la serie P4 clase 33 con precarga de fábrica y selección de bolas de grado de bajo ruido cumplen con estos requisitos y al mismo tiempo brindan el soporte axial bidireccional necesario cuando el eje giratorio se carga desde diferentes direcciones de contacto de la sonda.

Mesas giratorias de precisión y unidades indexadoras

Las mesas giratorias de rectificadoras, máquinas de electroerosión y centros de mecanizado CNC de ejes múltiples utilizan rodamientos de precisión de la serie 33 para proporcionar la combinación de precisión de posicionamiento radial y axial y rigidez de momento necesaria para una indexación precisa de la pieza de trabajo. La precarga configurada de fábrica de la unidad de doble hilera elimina la necesidad de restablecer la precarga del rodamiento cuando se reposiciona o se realiza el mantenimiento de la mesa giratoria, una ventaja práctica de mantenimiento en entornos de producción.

Uso en maquinaria de procesamiento y envasado de alimentos

La industria de procesamiento de alimentos impone requisitos exigentes sobre los materiales de los cojinetes y la lubricación (resistencia a la corrosión, compatibilidad con lubricantes de grado alimenticio y resistencia a la limpieza mediante lavado) y al mismo tiempo requiere las mismas características de capacidad de carga combinada que se aplican en las aplicaciones industriales generales. Las variantes de acero inoxidable y las versiones selladas llenas de grasa de calidad alimentaria de la serie 33 se utilizan en:

• Mezcladoras y equipos de licuado: Los cojinetes del eje del agitador en mezcladores industriales transportan cargas radiales combinadas provenientes de la resistencia del fluido en las paletas del agitador y cargas axiales de la geometría del agitador helicoidal, en ambientes corrosivos en contacto con alimentos que requieren anillos de cojinete recubiertos o de acero inoxidable.
• Cabezales de accionamiento del transportador: Los cojinetes del eje impulsor en los sistemas transportadores de alimentos transportan cargas radiales combinadas de la tensión de la correa y cargas axiales de los rodillos transportadores coronados que crean fuerza lateral a medida que avanza la correa. Los rodamientos sellados de calidad alimentaria de la serie 33 proporcionan los intervalos de mantenimiento extendidos necesarios en instalaciones de producción continua.
• Sistemas de accionamiento de máquinas envasadoras: Las máquinas empacadoras de alta velocidad con ejes impulsados por levas o servoimpulsados utilizan rodamientos de la serie 33 en el eje de levas y en las posiciones de transmisión donde las cargas radiales y axiales combinadas de la geometría de la leva y las fuerzas de inercia están presentes a velocidades de hasta 2.000 a 4.000 rpm

Resumen de la aplicación: dónde se utilizan los rodamientos de la serie 33

Selección del rodamiento serie 33 adecuado para su aplicación

La amplia gama de aplicaciones de Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera serie 33 significa que los detalles de las especificaciones importan tanto como la propia designación de la serie. Al seleccionar una aplicación específica, confirme estos parámetros:

1. Calcule la carga dinámica equivalente (P). Utilizando los componentes de carga radial (Fr) y axial (Fa) con los factores X e Y para la serie 33 en la relación Fa/Fr aplicable según ISO 281, confirme que la clasificación de carga dinámica C del rodamiento seleccionado proporciona la vida útil L10 requerida a la velocidad y temperatura de funcionamiento.
2. Confirme el requisito de grado de precisión. Las aplicaciones industriales generales utilizan la clase P0 (Normal). Los husillos de máquinas herramienta y los instrumentos de precisión requieren la clase P5, P4 o P2. Cada paso adelante en el grado de precisión aumenta el costo; especificar sólo la calificación que la solicitud realmente requiere
3. Seleccione la configuración de lubricación correcta. Para posiciones inaccesibles o con mantenimiento limitado, especifique variantes selladas (2RS) engrasadas de fábrica. Para aplicaciones de alta velocidad que exceden el límite de velocidad con grasa, especifique rodamientos abiertos con lubricación por baño de aceite o por chorro.
4. Verifique que el eje y la carcasa encajen. Confirme la tolerancia recomendada del eje (normalmente k5 o m5 para el aro interior giratorio) y la tolerancia del orificio del soporte (normalmente H6 o J6 para el aro exterior estacionario) según ISO 286. El ajuste de interferencia incorrecto es una de las principales causas de falla prematura del rodamiento, independientemente de la capacidad de carga del rodamiento.
5. Considere variantes aisladas para aplicaciones VFD. Si el rodamiento está en un motor eléctrico accionado por un variador de frecuencia de más de 75 kW, especifique la variante de anillo exterior aislado para evitar daños al rodamiento inducidos por la corriente del eje.

el Rodamientos de bolas de contacto angular de doble hilera serie CNCJ 33 se fabrican según los estándares ISO dimensionales y de tolerancia en toda la gama de tamaños de orificio y clases de precisión necesarios para las aplicaciones descritas en este artículo. Su gama de productos abarca el grado estándar P0 para uso industrial hasta el grado de precisión P4 para aplicaciones de máquinas herramienta e instrumentación, con configuraciones selladas y abiertas, múltiples opciones de espacio libre y soporte de ingeniería de aplicaciones para asistencia en el cálculo de carga y vida útil.