¿Por qué la mayoría de la maquinaria minera opta por rodamientos en lugar de cojinetes deslizantes?

Como componente indispensable en productos mecánicos, los rodamientos desempeñan un papel fundamental en el soporte de ejes giratorios. Según sus propiedades de fricción, se clasifican en rodamientos de fricción por rodadura (también llamados rodamientos de rodadura) y rodamientos de fricción por deslizamiento (también llamados rodamientos de deslizamiento). Ambos tipos de rodamientos presentan características estructurales propias, así como ventajas y desventajas en su rendimiento.

Comparación de cojinetes de rodillos y cojinetes lisos

1. Comparación de la estructura y el modo de movimiento.

La diferencia más obvia entre los rodamientos ycojinetes lisoses la presencia o ausencia de elementos rodantes.

Los rodamientos tienen elementos rodantes (bolas, rodillos cilíndricos, rodillos cónicos, rodillos de aguja) que, gracias a su rotación, soportan el eje giratorio, por lo que la parte de contacto es un punto, y cuantos más elementos rodantes haya, más puntos de contacto habrá.

Cojinetes lisosNo tienen elementos rodantes y dependen de superficies lisas para soportar el eje giratorio, por lo que la parte de contacto es una superficie.

 

La diferencia en la estructura de ambos determina que el modo de movimiento del cojinete de rodadura sea de rodadura, y el modo de movimiento del cojinete de deslizamiento sea de deslizamiento, por lo que la situación de fricción es completamente diferente.

 

2. Comparación de la capacidad de carga

En general, debido a la gran superficie de apoyo del cojinete deslizante, su capacidad de carga suele ser mayor que la del cojinete de rodadura. La capacidad de este último para soportar cargas de impacto es menor, mientras que el cojinete completamente lubricado con líquido puede soportar grandes cargas de impacto gracias a la función de amortiguación y absorción de vibraciones que proporciona la película de aceite lubricante. A altas velocidades de rotación, la fuerza centrífuga de los elementos rodantes en el cojinete de rodadura aumenta, reduciendo así su capacidad de carga (lo que puede generar ruido). En el caso de los cojinetes lisos dinámicos, su capacidad de carga aumenta con la velocidad.

 

3. Comparación del coeficiente de fricción y la resistencia a la fricción inicial.

En condiciones normales de funcionamiento, el coeficiente de fricción de los rodamientos es menor que el de los cojinetes lisos, y su valor es más estable. La lubricación de los cojinetes deslizantes se ve fácilmente afectada por factores externos como la velocidad y la vibración, y el coeficiente de fricción varía considerablemente.

 

En el arranque, la resistencia es mayor que la del cojinete de rodadura porque el cojinete deslizante aún no ha formado una película de aceite estable, pero la resistencia a la fricción inicial y el coeficiente de fricción de trabajo del cojinete deslizante hidrostático son muy pequeños.

 

4. Comparación de las velocidades de trabajo aplicables

Debido a la limitación de la fuerza centrífuga del elemento rodante y al aumento de temperatura del rodamiento, la velocidad de este no puede ser demasiado alta, siendo generalmente adecuado para condiciones de trabajo de velocidad media y baja. En el caso de los rodamientos con lubricación líquida incompleta, debido al calentamiento y desgaste, la velocidad de trabajo no debe ser excesiva. El rendimiento a alta velocidad de los rodamientos totalmente lubricados con líquido es excelente, especialmente cuando los cojinetes lisos hidrostáticos se lubrican con aire, pudiendo alcanzar velocidades de rotación de hasta 100 000 rpm.

 

5. Comparación de la pérdida de potencia

Debido al bajo coeficiente de fricción de los rodamientos, su pérdida de potencia generalmente no es significativa, siendo menor que la de los rodamientos con lubricación líquida incompleta. Sin embargo, esta pérdida aumenta drásticamente al lubricarse e instalarse correctamente. La pérdida de potencia por fricción en los rodamientos con lubricación líquida completa es baja, pero en los cojinetes lisos hidrostáticos, la pérdida total de potencia puede ser mayor debido a la pérdida de potencia de la bomba de aceite.

 

6. Comparación de la vida útil

Debido a la corrosión por picaduras y fatiga del material, los rodamientos suelen diseñarse para una vida útil de 5 a 10 años, o bien se reemplazan durante la revisión. Las almohadillas de los rodamientos con lubricación líquida incompleta se desgastan considerablemente y requieren reemplazo periódico. La vida útil de los rodamientos con lubricación líquida completa es teóricamente ilimitada, pero en la práctica, la fatiga del material puede producirse debido a los ciclos de tensión, especialmente en los cojinetes lisos dinámicos.

 

7. Comparación de la precisión de rotación

Los rodamientos generalmente presentan una alta precisión de rotación debido a su reducida holgura radial. Los rodamientos con lubricación líquida incompleta, al presentar lubricación límite o mixta, experimentan inestabilidad en su funcionamiento, un desgaste severo y una baja precisión. Gracias a la presencia de una película de aceite, los rodamientos con lubricación líquida completa amortiguan y absorben las vibraciones con gran precisión. Los cojinetes lisos hidrostáticos ofrecen una mayor precisión de rotación.

 

8. Comparación de otros aspectos

Los cojinetes de rodillos utilizan aceite, grasa o lubricante sólido en cantidades muy pequeñas, que aumentan considerablemente a altas velocidades. Se requiere una alta pureza del aceite, por lo que deben estar sellados, pero el cojinete es fácil de reemplazar y, por lo general, no necesita reparación del muñón. En el caso de los cojinetes lisos, además de la lubricación líquida incompleta, el lubricante suele ser líquido o gaseoso, en cantidades muy grandes, con requisitos de pureza del aceite muy elevados. Las almohadillas del cojinete deben reemplazarse con frecuencia y, en ocasiones, se requiere reparación del muñón.

 

Selección de rodamientos y cojinetes lisos

Debido a las complejas y diversas condiciones de trabajo reales, no existe un estándar unificado para la selección de rodamientos y cojinetes de deslizamiento. Gracias a su bajo coeficiente de fricción, baja resistencia al arranque, sensibilidad, alta eficiencia y estandarización, los rodamientos ofrecen una excelente intercambiabilidad y versatilidad, además de ser fáciles de usar, lubricar y mantener. Por ello, suelen ser la opción preferida y se utilizan ampliamente en maquinaria general. Los cojinetes lisos, por su parte, presentan algunas ventajas únicas y se emplean generalmente en situaciones donde los rodamientos no son viables, resultan inconvenientes o carecen de ventajas, como en los siguientes casos:

 

1. El tamaño del espacio radial es limitado o la instalación debe dividirse.

Debido a la estructura compuesta por anillo interior, anillo exterior, elemento rodante y jaula, el tamaño radial del rodamiento es grande, lo que limita su aplicación. Los rodamientos de agujas son una opción cuando las dimensiones radiales son estrictas; en caso necesario, se requieren cojinetes lisos. Para piezas donde resulta inconveniente instalar rodamientos, o que no pueden montarse axialmente, o donde las piezas deben dividirse, se utilizan cojinetes lisos partidos.

 

2. Ocasiones de alta precisión

Cuando se requiere alta precisión en el rodamiento, generalmente se opta por el cojinete deslizante, ya que la película de aceite lubricante absorbe las vibraciones. En aplicaciones que exigen una precisión extremadamente alta, solo se puede utilizar el cojinete deslizante hidrostático. Los cojinetes deslizantes se utilizan ampliamente en rectificadoras de precisión y alta precisión, diversos instrumentos de precisión, etc.

 

3. Ocasiones de carga pesada

Los rodamientos, ya sean de bolas o de rodillos, son propensos al sobrecalentamiento y la fatiga en situaciones de trabajo pesado. Por lo tanto, cuando la carga es elevada, se suelen utilizar cojinetes deslizantes, como en laminadoras, turbinas de vapor, accesorios de motores aeronáuticos y maquinaria minera.

 

4. Otras ocasiones

Por ejemplo, si la velocidad de trabajo es particularmente alta, si los golpes y vibraciones son extraordinariamente grandes y si es necesario trabajar en agua o medios corrosivos, etc., también se pueden seleccionar cojinetes deslizantes de forma razonable.

 

En maquinaria y equipos, la aplicación de cojinetes de rodillos y cojinetes deslizantes presenta ventajas y desventajas, por lo que su selección debe realizarse de forma adecuada según las necesidades del proyecto. Antiguamente, las trituradoras de gran y mediano tamaño solían utilizar cojinetes deslizantes de metal antifricción, ya que soportaban grandes cargas de impacto, eran más resistentes al desgaste y más estables. Las trituradoras de mandíbulas pequeñas, en cambio, suelen utilizar cojinetes de rodillos, que ofrecen una alta eficiencia de transmisión, mayor sensibilidad y facilidad de mantenimiento. Con el avance de la tecnología en la fabricación de cojinetes de rodillos, la mayoría de las trituradoras de mandíbulas de gran tamaño también los utilizan.