Coronas de orientación: tipos, curvas de carga y selección

El aro mide un metro de diámetro, pesa 91 kg y gira a una fracción de revolución por minuto. El dato que decide si sobrevivirá no está en la columna de capacidad de carga.

Esa es la primera sorpresa al especificar una corona de orientación, y detrás vienen otras tres. Ninguna norma fija sus dimensiones principales, de modo que la intercambiabilidad en la que confía responde a una convención del mercado, no a una especificación. El tipo que muchos consideran más débil soporta más carga estática que la alternativa que suelen elegir. Y una gran parte de los fallos se origina en la estructura soldada que hay debajo, no en el rodamiento. Esta guía repasa los seis tipos y el diagrama de carga que realmente se utiliza para dimensionarlos. Después aborda los dos sistemas de factores de seguridad que conviven en el mercado, el dentado y el círculo de pernos, y cómo distinguir un aro desgastado de uno mal montado. Para entender la terminología de capacidades en la que se apoya todo lo demás, empiece por nuestra guía sobre capacidades de carga dinámica y estática.

Puntos clave

• No existe una norma dimensional. SKF indica que las dimensiones principales de sus coronas de orientación de bolas de cuatro puntos y de rodillos cruzados no cumplen ninguna norma internacional ni nacional. Aun así, sus series ligera y media son dimensionalmente intercambiables con productos de la competencia.
• Dimensione con el diagrama, no con la capacidad nominal. Cada corona de orientación incluye un diagrama de carga límite estática con dos curvas: una línea continua para la capacidad de la pista y otra discontinua para la capacidad de la unión atornillada. El punto de trabajo debe quedar por debajo de ambas. C y C₀ solo sirven para llegar a la página correcta del catálogo.
• Multiplique primero la carga. SKF aplica un factor de carga de aplicación que va de 1.15 para mesas giratorias a 2 para compactadores y carruseles. Kaydon aplica un factor de servicio de 1.00 a 1.50, definido por el régimen de trabajo en lugar del tipo de máquina. Además, añade una regla sin equivalente en SKF: la capacidad máxima de empuje debe superar tres veces el empuje máximo de funcionamiento.
• Las bolas no son la opción más débil. Con un diámetro medio de pista coincidente de 1,094 mm, la corona de bolas de cuatro puntos de SKF tiene C₀ = 2,710 kN, frente a 1,450 kN para la de rodillos cruzados, con la misma masa. La versión de rodillos aporta rigidez, precisión de giro y juego cero, a costa de velocidad.
• La estructura de apoyo forma parte del rodamiento. El mecanizado es obligatorio, con Ra de 3.2 a 6.3 µm, y la planitud total se limita a (dₘ + 1000)/10000 mm. La brida de montaje debe tener un espesor de 0.03 a 0.05 × dₘ. Un aro de sección reducida adopta la forma de la superficie a la que se atornilla.
• Las marcas son instrucciones de montaje. Una marca roja y la letra F identifican la zona blanda, el arco sin endurecer donde comienza y termina el temple por inducción. Durante el montaje, las marcas F de los dos aros deben quedar separadas 180°.
• El desgaste se mide, no se calcula a ojo. Registre el juego axial de vuelco durante la instalación y vuelva a comprobarlo tras 2,000 horas de funcionamiento o, como mínimo, una vez al año.

¿Qué diferencia a una corona de orientación de un rodamiento de bolas grande?

Una corona de orientación soporta al mismo tiempo carga axial, carga radial y momento de vuelco, en cualquier sentido, y sustituye a un conjunto de pivote en lugar de instalarse dentro de él. Esa es la diferencia funcional. Puede efectuar un movimiento de orientación, es decir, oscilar dentro de un ángulo limitado, con la misma facilidad con la que puede girar (SKF).

Su construcción responde a esa función. Un aro interior y otro exterior alojan bolas o rodillos cilíndricos separados por espaciadores de poliamida, en lugar de una jaula de una sola pieza. Uno de los aros suele llevar dentado. Ambos incorporan taladros lisos o roscados para los pernos de fijación. Solo las pistas se templan y rectifican con precisión, por lo que el resto del aro, incluidos los dientes, conserva el estado de revenido. Las obturaciones integrales de caucho de acrilonitrilo-butadieno retienen la grasa e impiden la entrada de contaminantes, y los engrasadores permiten relubricar durante el servicio.

Hay dos consecuencias importantes en la fase de diseño. El gran agujero y la reducida altura de sección simplifican todo lo que rodea al rodamiento y, en la mayoría de los casos, los componentes adyacentes solo necesitan caras planas mecanizadas. Esa misma sección reducida hace que el aro tenga muy poca rigidez propia en relación con su diámetro. Por eso el catálogo publica tolerancias para la estructura soldada, no solo para el rodamiento.

El intervalo de tamaños es más amplio que el de la mayoría de las familias de rodamientos. SKF fabrica aros de una sola pieza desde 50 hasta 7,900 mm de diámetro exterior y aros segmentados de hasta 14,000 mm. Todos los datos publicados sobre capacidad corresponden a disposiciones apoyadas, en las que la carga presiona el rodamiento contra su estructura. Las disposiciones suspendidas, en las que el rodamiento queda colgado, deben remitirse al departamento de ingeniería de aplicaciones.

¿Cuáles son los seis tipos de corona de orientación?

Las coronas de una hilera de bolas de cuatro puntos de contacto y las de una hilera de rodillos cilíndricos cruzados cubren la gran mayoría de las aplicaciones. Las otras cuatro existen porque alguna exigencia concreta de rigidez, capacidad o masa supera lo que pueden ofrecer los dos diseños de una hilera.

Dos entradas de la tabla merecen una advertencia. Las coronas de rodillos de tres hileras ofrecen las mayores capacidades y son también las menos tolerantes. SKF señala que son sensibles a las deformaciones de los componentes asociados, por lo que necesitan una estructura de apoyo extremadamente rígida y fabricada con precisión para alcanzar su máxima vida útil. Comprar la mayor capacidad y atornillarla a un bastidor flexible es desperdiciar esa capacidad. La gama de NSK para la industria metalúrgica utiliza el mismo diseño de tres hileras, con diámetros exteriores de 1 a 6 m y dentado interior, exterior o sin dentado (NSK).

El ahorro de peso publicado para las coronas con pistas de alambre ha cambiado. El catálogo de 2019 las presenta como un 70% más ligeras que rodamientos totalmente de acero de tamaño similar. La página actual de productos de skf.com indica un 60% menos de peso (SKF). Ambas cifras son de SKF para la misma comparación, así que conviene considerar vigente la página más reciente y citarla con fecha, no sacar un promedio. Esa página también incluye la afirmación de SKF para el diseño de bolas de ocho puntos de contacto: un aumento de capacidad del 80% respecto a una corona de una hilera de bolas de cuatro puntos del mismo tamaño. Es una comparación del fabricante, no un resultado medido.

¿Bolas o rodillos cruzados? El catálogo contradice la opinión general

Con el mismo diámetro medio de pista y la misma masa, la corona de orientación de bolas de cuatro puntos tiene una mayor capacidad axial estática. No la de rodillos cruzados.

Cuatro filas de un mismo catálogo, todas con un diámetro medio de pista de 1,094 mm, bastan para demostrarlo (SKF):

Mismo diámetro, misma opción de dentado, la misma masa al kilogramo, y la versión de bolas soporta un 87% más de carga axial estática y un 9% más de carga dinámica. Ese porcentaje es un cálculo nuestro a partir de las dos filas del catálogo, no una cifra publicada.

Entonces, ¿qué aporta realmente el rodillo cruzado? SKF es muy concreta, y nada de ello es capacidad. Cuando se precarga, la gran superficie de contacto entre rodillos y pistas proporciona un alto grado de rigidez y una elevada precisión de giro, por lo que se elige cuando el posicionamiento exacto es un parámetro operativo esencial. También es el tipo que debe especificarse cuando se requiere juego operativo cero o precarga, o cuando importa mantener una resistencia constante al giro.

La contrapartida tiene cuatro partes.

• Velocidad. Las coronas de bolas de cuatro puntos generan menos fricción y, por tanto, giran más rápido. La serie media de bolas alcanza una velocidad periférica de 4 m/s y la ligera, 2 m/s, mientras que la de rodillos cruzados se limita a 1.5 m/s en funcionamiento continuo y a 2 m/s durante periodos breves.
• Tolerancia del apoyo. Los rodillos cruzados exigen especificaciones de planitud y rigidez de la superficie de apoyo más estrictas que las bolas de cuatro puntos.
• Intercambiabilidad dimensional. Las series ligera y media de bolas de cuatro puntos son dimensionalmente intercambiables con productos de la competencia. Para los rodillos cruzados, SKF solo declara intercambiabilidad hasta un diámetro medio de pista de 1,094 mm inclusive.
• La tolerancia de diámetro se invierte. Los rodillos cruzados mantienen ±1 mm en el diámetro interior o exterior sin dentado en todos los intervalos de tamaño. En las bolas de cuatro puntos es de ±2.5 mm hasta 1,000 mm, ±3.5 mm hasta 2,000 mm y ±5 mm hasta 2,500 mm. La altura total es de ±1 mm en ambos tipos.

La propia guía de selección de SKF recomienda los rodillos cruzados para la precisión de giro y no los recomienda para alta velocidad, mientras que no recomienda la serie ligera de bolas cuando se necesita precisión de giro. Convertido en regla de decisión: elija rodillos cuando la máquina deba saber exactamente dónde está y bolas cuando deba moverse y soportar carga.

Los cuatro puntos de contacto de ese primer diseño de pista utilizan la misma geometría de arco gótico descrita en nuestra guía de rodamientos de bolas de contacto angular, ampliada hasta un metro de diámetro.

Por qué C₀ no basta para dimensionar una corona de orientación

Una corona de orientación se selecciona representando un punto, no comparando una capacidad nominal. Reduzca la máquina a una carga axial resultante y un momento de vuelco resultante. Multiplique ambos por un factor de aplicación y confirme que el punto queda por debajo de las dos curvas del diagrama de carga límite estática de ese rodamiento.

Primero se define el caso de carga. SKF lo expresa mediante dos ecuaciones para la disposición de su figura. La carga axial es Fₐ = Qₐ + G₁ + G₂ + G₃. El momento de vuelco es Mₜ = Qₐ × L + Fᵣ × Hᵣ + G₃ × L₃ − G₁ × L₁ − G₂ × L₂. Aquí, Qₐ es la carga de elevación; los términos G son fracciones de peso, como el contrapeso, la cabina y la pluma; y los términos L y H son sus brazos de palanca. Cuando los radios de trabajo varían, deben utilizarse los máximos.

Después, dos reglas determinan si la carga radial llega a ser relevante. La carga radial externa puede despreciarse mientras sea igual o inferior al 5% de la carga axial. Si actúa fuera del plano del rodamiento, debe calcularse y soportarse el momento de vuelco resultante. Y si la relación Fᵣ/Fₐ supera 0.6, SKF recomienda consultar a ingeniería de aplicaciones en lugar de limitarse a leer una curva. Para combinar ambos componentes de fuerza en un caso de carga general, consulte carga axial frente a carga radial.

Luego se aplica el multiplicador. Tanto la carga axial como el momento de vuelco se multiplican por el mismo factor de carga de aplicación: Fₐᵣ = fL × Fₐ y Mₜᵣ = fL × Mₜ.

El diagrama es el último paso y el que omiten los competidores. Cada rodamiento de las tablas de producto tiene un diagrama de carga límite estática con dos curvas. La línea continua representa la capacidad de la pista, definida como la carga estática máxima que el rodamiento admite sin efectos perjudiciales sobre su comportamiento de giro. La línea discontinua representa la capacidad de la unión atornillada y depende de los elementos de fijación. Presupone una disposición apoyada, el número indicado de pernos de clase 10.9 que fijan ese rodamiento, roscas recubiertas con una fina capa de aceite ligero y el par de apriete del catálogo. El punto donde se cruzan la carga axial nominal y el momento de vuelco nominal debe quedar por debajo de ambas.

El ejemplo resuelto por la propia SKF es lo bastante breve como para reproducirlo completo y es justo lo que muchos lectores vienen buscando. Una miniexcavadora necesita una corona de orientación con dentado interior. Carga axial Fₐ = 65 kN, carga radial externa Fᵣ = 12 kN y momento de vuelco Mₜ = 120 kNm. La relación de carga Fᵣ/Fₐ = 12/65 = 0.184 queda holgadamente dentro del límite de 0.6, por lo que cualquier serie cumple ese requisito. Con fL = 1.33 para una miniexcavadora, Fₐᵣ = 1.33 × 65 = 87 kN y Mₜᵣ = 1.33 × 120 = 160 kNm. Tanto RKS.062.20.1094 como RKS.162.14.1094 superan la comprobación del diagrama. Cuando importa la rigidez, elija rodillos cruzados. En caso contrario, el rodamiento de bolas cumple.

Fíjese en qué datos han hecho el trabajo. Los 87 kN y 160 kNm no se comparan en ningún momento con C₀. Nuestra guía sobre capacidades de carga dinámica y estática sitúa el dimensionado de una corona de orientación con C en lugar de C₀ como el primer error habitual. Los números anteriores explican por qué: las coronas de giro lento fallan por brinelado de la pista mucho antes de que se acumule fatiga. Las propias capacidades estáticas están definidas por la ISO 76 y las dinámicas por la ISO 281, y ambas aparecen en las tablas de producto. Sirven para filtrar candidatos, no para aceptarlos.

El factor de carga de SKF y el factor de servicio de Kaydon no son el mismo valor

Dos grandes fabricantes publican métodos de selección que multiplican magnitudes distintas por factores obtenidos de forma diferente. Pasar un diseño de la curva de un proveedor a la del otro cambia sin avisar el margen que creía tener.

La tabla de Kaydon distingue cómo trabaja la máquina, no solo qué máquina es. Una grúa móvil sobre neumáticos en trabajos normales de construcción utiliza 1.00; la versión sobre orugas, 1.10; la misma grúa en producción con chatarra y en astilleros, 1.25; y en manipulación forestal, 1.50. Las excavadoras se dividen según qué limita la carga: 1.25 si lo hace el vuelco y 1.50 si lo hace la válvula de alivio de la presión hidráulica. Las mesas indexadoras y los torniquetes van de 1.00 a 1.50 en función de la frecuencia y los impactos, y los mecanismos de dirección utilizan 1.25 con neumáticos frente a 1.50 con ruedas macizas (Kaydon).

La comparación con la lista de SKF muestra que la diferencia es real, no meramente formal. SKF asigna a las grúas móviles un 1.5 fijo. Kaydon asigna a la misma máquina entre 1.00 y 1.50 según lo que levante a diario. Ninguna de las dos está equivocada. Son abstracciones distintas, y un diseñador que traslade un factor sin volver a derivarlo estará aplicando un valor calibrado para otra curva.

El margen de empuje marca una diferencia aún más clara. Kaydon indica que la capacidad máxima de empuje debe superar tres veces la fuerza máxima de empuje en servicio, con independencia del momento en esa condición. Los motivos son la rigidez estructural y la distribución de la carga. El método de SKF no contiene una regla equivalente, porque su curva de capacidad de la unión atornillada absorbe parte de esa misma preocupación. Si dimensiona con el diagrama de SKF y después cotiza una pieza Kaydon para el mismo servicio, compruebe por separado la regla de 3×.

Conviene convertir los límites de velocidad porque los dos fabricantes emplean unidades distintas y llegan a un resultado interesante. El límite de Kaydon para una aplicación normal es de 500 fpm en rodamientos de una hilera y 300 fpm en los de varias hileras. A 0.3048 m por pie, equivalen a 2.54 m/s y 1.52 m/s. La cifra de Kaydon para varias hileras coincide, por redondeo, con el límite de 1.5 m/s de SKF para rodillos cruzados, mientras que la de una hilera queda muy por debajo de los 4 m/s que SKF admite para una corona de bolas de tamaño medio. Ambos fabricantes coinciden de cerca en el límite de rodillos y varias hileras y difieren por un factor aproximado de 1.6 en las bolas de una hilera. Las conversiones son nuestras; las cifras originales proceden de Kaydon.

La definición de Kaydon de una aplicación normal es, por sí sola, una lista útil de comprobaciones previas. Supone un eje de giro vertical, carga de empuje de compresión, carga de momento y una carga radial inferior al 10% del empuje. También presupone oscilación o giro intermitente, una temperatura de servicio de −20 °F a +140 °F (−29 a +60 °C), instalación correcta, lubricación periódica y comprobación regular de la tensión de los pernos. Si alguna de esas condiciones no se cumple, la curva publicada deja de ser toda la respuesta.

Qué limita realmente la temperatura de funcionamiento

El acero de los aros no es el límite. Lo son los separadores de poliamida, las obturaciones de caucho y la grasa, y el intervalo publicado por SKF para la gama de catálogo es de −25 a +70 °C.

El llenado estándar es una grasa de aceite mineral con espesante de jabón de litio y aditivos de extrema presión, de consistencia NLGI 2. La viscosidad del aceite base es de 200 mm²/s a 40 °C y 16 mm²/s a 100 °C. Según el concepto de semáforo de SKF, la lubricación fiable se sitúa entre +30 y +110 °C, una indicación más estrecha y útil que el propio intervalo de la grasa. Para entender cómo la viscosidad del aceite base y la química de los aditivos condicionan esta elección, consulte nuestra guía de lubricación de rodamientos.

Hay una trampa térmica que conviene mencionar porque es fácil introducirla en el diseño. Si el aro exterior funciona más frío que el interior, disminuye el juego interno o aumenta la precarga. SKF señala esta situación como motivo para consultar a ingeniería de aplicaciones, y es justo lo que ocurre con un cubo caliente dentro de un aro expuesto al aire ambiente.

Las reglas prácticas de lubricación son breves y poco exigentes, algo inusual y posible porque estos rodamientos giran despacio:

• El espacio libre entre los aros puede llenarse por completo de grasa.
• Engrase inmediatamente después del montaje hasta que salga grasa nueva por las obturaciones alrededor de toda la circunferencia.
• Relubrique mientras gira el rodamiento para que la grasa se distribuya.
• Relubrique mediante cuatro engrasadores cónicos equidistantes conforme a DIN 71412:1987, diseño A, situados en el aro interior de los rodamientos con dentado exterior y en el aro exterior en los demás.
• Los intervalos de relubricación se obtienen de un diagrama en función de las horas de funcionamiento semanales, válido con grasa en buen estado y una temperatura de servicio de 70 °C. La suciedad, la humedad o una temperatura mayor acortan el intervalo.

El dentado se lubrica por separado y se entrega protegido con conservante, no engrasado. Su lubricante necesita una viscosidad de aceite base de al menos 500 mm²/s a 40 °C, buena adherencia, alta resistencia al lavado por agua y tolerancia de, como mínimo, +100 °C.

Las obturaciones integrales no sustituyen la protección exterior. SKF deja claro que no están pensadas para rodamientos expuestos al agua, al vacío, a concentraciones elevadas de contaminantes abrasivos o a la radiación. Como obturación secundaria suele utilizarse un anillo V grande disponible en el mercado o una cubierta de chapa de acero atornillada a la parte giratoria o fija. La obturación como variable general de especificación se explica en rodamientos obturados frente a rodamientos con placas de protección.

El dentado: por qué los dientes se dejan blandos a propósito

El dentado integral es un engranaje cilíndrico de evolvente de 20° y no está templado. SKF lo talla conforme a una especificación propia muy próxima al grado de precisión 12 de la ISO 1328-2 y lo clasifica mediante dos fuerzas distintas sobre el diente, no una sola.

Ese par de valores es lo que conviene entender. Tf normal es la fuerza tangencial sobre el diente para cargas normales de funcionamiento, basada en la tensión de fatiga en el pie del diente y calculada para 3,000,000 ciclos de funcionamiento. Tf max es la fuerza tangencial máxima admisible, basada en la fractura en el pie del diente. Ambas se publican para cada designación y son válidas para engranajes sin templar. Un ciclo de trabajo que pasa la mayor parte de su vida por debajo de Tf normal y alcanza ocasionalmente Tf max plantea un caso de diseño distinto de otro que trabaja cerca de cualquiera de los límites. Un solo valor no podría expresarlo.

La posición del dentado es una decisión de diseño, no una preferencia, y aparece en la designación. En la gama media de SKF con bolas de cuatro puntos, 061 indica dentado exterior, 062 interior y 060 sin dentado. En un dentado exterior, el piñón hace contacto a la mayor distancia del centro; en uno interior, a la menor. Eso cambia el brazo de palanca que ve el accionamiento.

El juego entre dientes tiene valores publicados y un mínimo que puede resultar contraintuitivo.

Mídalo, después de colocar el piñón, con una galga de espesores en la marca azul y la letra B, que señalan el punto de la circunferencia donde el hueco entre dientes es menor. Un juego mayor en otras zonas de la circunferencia es una tolerancia normal de forma y no tiene efectos negativos. Y un juego cero es un defecto, no precisión: SKF afirma que la experiencia práctica demuestra que puede generar sobrecargas estructurales que reducen considerablemente la vida del dentado.

El piñón aporta la dureza que se sacrifica en la corona. Normalmente está templado y rectificado, y debe sobresalir aproximadamente 5 mm a cada lado del dentado del rodamiento. También necesita un rebaje de cabeza de 0.01 × módulo, con una altura de rebaje de 0.4 a 0.6 × módulo y un radio de 0.1 a 0.15 × módulo. Ese rebaje evita interferencias de engrane en el pie de los dientes más blandos de la corona. Si falta, el desgaste de rodaje resultante se manifiesta como un aumento del ruido que SKF no considera realmente perjudicial: la velocidad de desgaste disminuye de forma progresiva y el nivel sonoro debería bajar. Nuestra guía sobre ruido de rodamientos explica cómo distinguir ese rodaje de un fallo real del rodamiento.

Los dientes tallados de esta forma permanecen en estado revenido, por lo que muestran un acabado mecanizado, no rectificado.

Montaje: la estructura de apoyo forma parte del rodamiento

Una corona de orientación tiene una rigidez limitada porque su sección es pequeña en relación con su diámetro. Adopta la forma de aquello a lo que se atornilla. Por eso el catálogo publica tolerancias para el trabajo del fabricante de la estructura, y por eso son más estrictas de lo que esperan muchos talleres de soldadura.

Estructura. La brida de montaje debe apoyar el aro del rodamiento en toda su cara lateral. El espesor mínimo es de 0.05 × dₘ para un diámetro medio de pista de hasta 500 mm, de 0.04 × dₘ entre 500 y 1,000 mm y de 0.03 × dₘ por encima de 1,000 mm. El espesor mínimo de pared de la estructura es S₁ = 0.35 × S. Las estructuras cilíndricas de pared gruesa con brida interior o exterior dan mejores resultados que las construcciones de pared delgada con bastidor de celosía. Las paredes de la subestructura y la superestructura deben alinearse con el conjunto de elementos rodantes para mantener directa la trayectoria de carga.

Superficie. El mecanizado es obligatorio, la rugosidad debe quedar entre Ra 3.2 y 6.3 µm y las caras deben ser planas y estar libres de óxido, pintura y rebabas. También deben lavarse y secarse, sin dejarles una capa de conservante, aceite o grasa. La unión entre el aro y la estructura trabaja por fricción, y lubricarla anula ese efecto.

La planitud se comprueba de tres formas distintas:

• La planitud total en sentido circunferencial se limita a tc = (dₘ + 1000)/10000 mm.
• La separación entre puntos de medición no debe superar el paso de los taladros de los pernos de fijación. Entre dos puntos consecutivos, las desviaciones en el mismo sentido no deben exceder 0.0002 × n, donde n es la distancia entre ellos. Cuando cambia el sentido de la inclinación, la suma de las dos desviaciones no debe superar 0.002 × n.
• La planitud en sentido radial o transversal, es decir, la conicidad a lo ancho de la superficie de apoyo, se limita a tt = B/1000, donde B es ese ancho.

En la unión atornillada, los dos fabricantes vuelven a diferir. SKF especifica pernos de cabeza hexagonal conforme a DIN EN ISO 4014:1999, de clase de resistencia 10.9 (EN ISO 898), con una longitud mínima de unión de _L_K = 5 × G. Las arandelas planas bajo la cabeza y la tuerca deben estar endurecidas o templadas y revenidas, y nunca deben utilizarse arandelas elásticas de ningún tipo. El apriete se realiza en al menos dos etapas con una llave dinamométrica precisa o un tensor hidráulico.

Kaydon admite SAE J429 Grade 8 o ISO 898-1 Class 10.9. Aplica la tensión en tres etapas, al 30%, 80% y 100% de la tensión final de diseño establecida por el diseñador del equipo, siguiendo un patrón en estrella. También desaconseja colocar placas elevadoras delgadas bajo el rodamiento (Kaydon). Sus límites de planitud y deformación se publican como gráficos en función del diámetro primitivo y del diámetro de las bolas, no como fórmulas. Es una buena razón para tener a mano los valores en forma cerrada de SKF incluso cuando la pieza sea de otra marca.

Conviene detenerse en la zona blanda. Solo las pistas reciben temple por inducción, y ese proceso tiene que empezar y terminar en algún punto. Queda así un pequeño arco sin templar que SKF identifica mediante una marca roja y la letra F. Siempre que es posible, coincide con el orificio utilizado para introducir las bolas o los rodillos, que después se cierra con un tapón adaptado al contorno de la pista. Cuando se instala la segunda estructura, la marca F del aro libre debe quedar a 180° de la marca F del aro montado. La nomenclatura no es universal: muchas coronas chinas y de recambio identifican la misma característica con una S. Misma característica, letra distinta; quien solo conozca una convención buscará una marca que no existe. Ya hemos documentado este patrón de marcas de orientación con información real de montaje en los rodamientos de rodillos cilíndricos de cuatro hileras.

Dos comprobaciones de aceptación completan la instalación. Gire el aro libre y confirme que el par no presenta variaciones excesivas ni puntos duros. Es normal que el par absoluto sea alto por la precarga, la grasa y la fricción de las obturaciones; la variación no lo es e indica ovalidad. A continuación, mida el juego axial de vuelco en la línea de carga principal con un reloj comparador, bajo un momento de vuelco definido. Confirme que el juego radial sea prácticamente cero a 180° del punto de medición. Marque los puntos de medición en el componente adyacente y anote el valor en el informe de instalación. Ese dato registrado es la referencia de desgaste para el resto de la vida de la máquina y no puede reconstruirse más adelante.

Los aros con un diámetro medio de pista superior a 2,000 mm llevan una marca negra y requieren un paso adicional. Alinee las marcas negras, mida la ovalidad en seis puntos separados por intervalos de 30° sobre los diámetros de centrado y manténgala dentro de 0.5 mm para un diámetro medio de pista de entre 2,000 y 3,000 mm. La corrección se realiza mediante una pequeña deformación elástica con gatos o una herramienta en forma de estrella, no a la fuerza.

¿Cómo distinguir una corona desgastada de una mal montada?

Comparando el juego axial de vuelco actual con el valor registrado durante la instalación. El desgaste de las pistas y el juego axial evolucionan juntos, por lo que la tendencia del juego es la medida del desgaste. Sin un valor de referencia, no hay medición posible.

SKF establece una comprobación después de 2,000 horas de funcionamiento o, como mínimo, una vez al año. Registre cada resultado y represéntelo en un gráfico para ver la tendencia antes de que el juego sea excesivo.

Cuando no pueda medirse el juego de vuelco con la corona instalada, se utiliza en su lugar la reducción de altura: ΔHw = Hs0 − Hs1, donde Hs0 es la altura después de la instalación y Hs1, la altura actual. Aplique siempre el mismo procedimiento de medición. La reducción admisible aumenta con el diámetro del elemento rodante. Va desde 1 mm con un elemento de 14 mm hasta 1.2 mm con uno de 16 mm, 1.5 mm con uno de 20 mm y 2.2 mm con uno de 30 mm. Las coronas de bolas de cuatro puntos de la serie ligera utilizan bolas de 20 mm, por lo que 1.5 mm es el límite habitual, y la propia designación indica el tamaño del elemento.

Las uniones atornilladas merecen al menos tanta atención como las pistas, porque es ahí donde se desarma realmente una gran parte de los conjuntos de orientación:

• Vuelva a apretar todos los pernos de fijación entre la tercera y la duodécima semana de funcionamiento; después, antes de volver a poner en marcha el equipo tras una parada prolongada, tras 2,000 horas de funcionamiento o, como mínimo, una vez al año.
• Si un perno ha perdido un 20% o más de la precarga prescrita, sustituya ese perno y los dos contiguos.
• Si al menos el 20% de los pernos de un aro están por debajo del 80% de la precarga prescrita, sustitúyalos todos.
• Nunca afloje ni cambie más de un perno a la vez y utilice el mismo método de apriete, las mismas herramientas y el mismo tipo de perno que en el montaje original.
• Sustituya siempre los pernos al cambiar el rodamiento.

Las obturaciones deben inspeccionarse como mínimo cada seis meses durante el mantenimiento normal y limpiarse o sustituirse ante cualquier señal de daño. Compruebe que haya grasa alrededor de toda la circunferencia del labio de obturación.

El almacenamiento puede provocar fallos reales en las piezas de repuesto. Una corona de orientación se conserva durante aproximadamente un año en su embalaje original, siempre que la humedad relativa se mantenga por debajo del 60%, sin vibraciones ni grandes oscilaciones de temperatura. Si necesita almacenarla más tiempo, debe indicarlo al cursar el pedido porque cambia el embalaje. Guarde la corona en posición horizontal y con toda su cara lateral apoyada, nunca de pie, ya que el peso de los aros y los elementos rodantes puede deformarla de forma permanente. Lo mismo se aplica al transporte, y nunca debe suspenderse de un solo punto ni de un único perno. Si el daño ya se ha producido, el marco de modos descrito en nuestra guía de análisis de fallos de rodamientos se aplica a las pistas de orientación igual que a cualquier otra.

Cómo interpretar la designación cuando no existe una norma dimensional

Como ninguna norma fija las dimensiones principales de las coronas de orientación, la designación es un código propio del fabricante. La intercambiabilidad solo funciona porque las grandes marcas han convergido en las mismas envolventes para las series ligera y media, y deja de funcionar en cuanto se sale de ellas.

El sistema de SKF está publicado por completo, lo que lo convierte en un ejemplo práctico útil. RKS. identifica una corona de orientación SKF. Después viene la serie: 2 para bolas de cuatro puntos de la serie ligera, 06 para bolas de cuatro puntos de la serie media y 16 para rodillos cilíndricos cruzados de la serie media. A continuación se indica la posición del dentado: 1 exterior, 2 interior, 0 sin dentado en la serie media y 3 sin dentado en la ligera. Luego aparece el tamaño del elemento rodante: 20, 25 o 30 mm para las bolas y 14, 16 o 20 mm para los rodillos. Por último, el diámetro medio de pista en milímetros. Así, RKS.062.20.1094 corresponde a una corona de orientación de bolas de cuatro puntos de contacto de la serie media, con dentado interior, bolas de 20 mm y un diámetro medio de pista de 1,094 mm. Los rodamientos personalizados utilizan otro sistema que codifica un intervalo de diámetro exterior, el tipo y el tamaño del elemento.

La consecuencia práctica es qué debe incluir una consulta. El diámetro exterior y el círculo de pernos no bastan para asegurar la intercambiabilidad.

Hay dos datos de material que deben tratarse en la misma conversación, porque cambian al superar un diámetro determinado, no según una clase. SKF fabrica los aros en acero templado y revenido C45E conforme a EN 10083-2 hasta un diámetro medio de pista de 1,094 mm, y en acero para temple por inducción 42CrMo4 conforme a EN 10083-3 por encima de ese valor. Las bolas y los rodillos son de 100Cr6, templado en todo su espesor conforme a EN ISO 683-17. Solo las pistas reciben temple por inducción; el resto de los aros y los dientes quedan deliberadamente sin endurecer. Esas son las ediciones citadas por el catálogo de SKF de 2019, y varias se han revisado desde entonces, por lo que deben entenderse como la referencia de especificación del fabricante, no como las ediciones vigentes de las normas.

Para conocer el método de equivalencias entre marcas —la misma disciplina aplicada cuando sí existen normas—, consulte nuestras guías sobre equivalencias de rodamientos y cómo leer un número de rodamiento. Si está midiendo una corona instalada para identificarla, empiece por cómo medir un rodamiento. Y en cuanto a su lugar de fabricación, el clúster de Luoyang descrito en nuestro análisis de fabricantes de rodamientos concentra una gran parte de la producción china de coronas de orientación.

ANDE no fabrica coronas de orientación. Sí fabricamos rodamientos de bolas de cuatro puntos de contacto que utilizan la misma geometría de arco gótico en diámetros menores, con agujeros de 30 a 500 mm. Realizamos equivalencias y especificaciones con los mismos datos de carga y tolerancia descritos anteriormente. Si su geometría entra en ese intervalo, o quiere una segunda opinión sobre la selección de una corona antes de incorporarla a un plano, envíela a nuestro equipo de ingeniería.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una corona de orientación?

Un rodamiento de gran diámetro que soporta simultáneamente carga axial, carga radial y momento de vuelco en cualquier sentido, y se atornilla directamente a las estructuras situadas por encima y por debajo. Puede oscilar dentro de un ángulo limitado o girar de forma continua, normalmente a baja velocidad. Solo las pistas están templadas y uno de los aros suele llevar dentado.

¿Un rodamiento de mesa giratoria es lo mismo que una corona de orientación?

En el uso industrial, los términos son intercambiables, al igual que corona giratoria o rodamiento de giro. La confusión está en el mercado, no en la terminología. Al buscar un rodamiento de mesa giratoria también aparecen placas giratorias de consumo y herrajes tipo Lazy Susan, que no tienen capacidad de momento ni ninguno de los datos de ingeniería tratados aquí.

¿Qué tipos de coronas de orientación existen?

Una hilera de bolas de cuatro puntos de contacto, una hilera de rodillos cilíndricos cruzados, dos hileras de bolas de cuatro puntos, dos hileras de rodillos cilíndricos, rodillos de tres hileras y pistas de alambre. Los dos primeros cubren la gran mayoría de las aplicaciones. El diseño de tres hileras ofrece las mayores capacidades, pero es el más sensible a la deformación de la estructura circundante.

¿Cómo se calcula la capacidad de carga de una corona de orientación?

Reduzca la máquina a una carga axial resultante y un momento de vuelco resultante, y multiplique ambos por el factor de carga de aplicación. Confirme que el punto queda por debajo de las curvas de capacidad de la pista y de la unión atornillada en el diagrama de carga límite estática del rodamiento. Los factores de SKF van de 1.15 a 2 según el tipo de máquina. C₀ por sí solo no resuelve la selección, porque el círculo de pernos puede ser la restricción determinante.

¿Qué significa la marca S o F de una corona de orientación?

Señala la zona blanda de la pista, el arco sin templar donde empieza y termina el temple por inducción, que normalmente coincide con el orificio de carga de los elementos rodantes cerrado con un tapón. SKF la identifica mediante una marca roja y la letra F, mientras que muchos otros proveedores utilizan S. Durante el montaje, las zonas blandas de ambos aros deben colocarse a 180°.

¿Cuánto desgaste es excesivo?

Compare el juego axial de vuelco actual con el valor registrado durante la instalación y compruébelo tras 2,000 horas de funcionamiento o, como mínimo, una vez al año. Si no puede medir el juego, utilice la reducción de altura del rodamiento en función del diámetro del elemento rodante: 1 mm para un elemento de 14 mm, 1.5 mm para uno de 20 mm y 2.2 mm para uno de 30 mm.

La versión breve

Una corona de orientación es un componente estructural que contiene elementos rodantes y debe especificarse como tal. Seis puntos concentran casi toda la decisión:

• No existe una norma dimensional. Verifique la envolvente, el dentado y el patrón de pernos en lugar de confiar en el nombre de una serie, y recuerde que la intercambiabilidad publicada tiene un límite de diámetro definido.
• El diagrama de carga es la prueba de aceptación. Dos curvas, una para la pista y otra para la unión atornillada, y el punto de trabajo por debajo de ambas. Las capacidades nominales sirven para filtrar candidatos, no para aprobarlos.
• Multiplique antes de representar el punto y sepa de qué sistema procede el factor. SKF lo define por tipo de máquina; Kaydon, por régimen de trabajo, y añade un margen de empuje de tres veces que no existe en el método de SKF.
• El tipo de bolas no es el más débil. Con el mismo diámetro y masa, soporta un 87% más de carga axial estática en las filas del catálogo anteriores. Elija rodillos cruzados por la rigidez y la precisión, y acepte la pérdida de velocidad.
• La estructura soldada forma parte del alcance. Espesor de la brida, Ra, tres comprobaciones de planitud, clase de los pernos y precarga. Un rodamiento perfecto sobre un bastidor flexible acaba siendo un rodamiento desgastado.
• Registre el juego desde el primer día. El desgaste es una tendencia, y la primera medición es la única que no podrá hacer más tarde.

Envíe la carga axial, la carga radial, el momento de vuelco, el ángulo de orientación, la velocidad, el ciclo de trabajo y el intervalo de temperatura a nuestro equipo de ingeniería. Trabajaremos con usted en la selección, tanto si la pieza termina siendo nuestra como si no.

Sobre el autor

Jeff Li escribe sobre ingeniería de rodamientos y aprovisionamiento internacional para ANDE Bearing. Trabaja directamente con compradores de fabricantes de equipos originales y del mercado de recambios en los sectores de automoción, industria pesada y energías renovables. Contacte con él en LinkedIn.