Los rodamientos de empuje son uno de esos componentes que rara vez reciben atención hasta que surge una falla: una caja de engranajes se sobrecalienta, el eje de una bomba se desplaza axialmente o una turbina presenta vibración anormal.
En ese momento, la decisión de selección del rodamiento tomada meses atrás adquiere una relevancia decisiva.
Esta guía explica qué son los rodamientos de empuje, cómo funcionan, qué tipo corresponde a cada condición de carga y qué aspectos deben evaluarse al seleccionarlos para una aplicación real.
¿Qué es un rodamiento de empuje?
Un rodamiento de empuje es un rodamiento rotativo diseñado para soportar cargas axiales, es decir, fuerzas que actúan a lo largo del eje de giro del eje.
A diferencia de los rodamientos radiales, que resisten fuerzas perpendiculares al eje, los rodamientos de empuje evitan el desplazamiento longitudinal del eje bajo carga.
La consecuencia práctica es clara: sin un rodamiento de empuje en una bomba centrífuga, el impulsor se desplazaría hacia la carcasa por el empuje hidráulico y se destruiría en pocas horas.
En una transmisión automotriz, los rodamientos de empuje evitan que los trenes de engranajes se separen bajo fuerzas axiales inducidas por el par, que pueden alcanzar varios kilonewtons.
La diferencia respecto de los rodamientos radiales no es solo geométrica, sino funcional. Rodamientos radiales utilizan sus pistas de rodadura para derivar las fuerzas perpendiculares hacia la carcasa.
Los rodamientos de empuje utilizan pistas de rodadura planas o inclinadas para redirigir las fuerzas paralelas al eje.
La mayoría de los tipos de rodamientos de empuje no tolera cargas radiales elevadas, y confundir ambos conceptos en el diseño es un error frecuente y costoso.
¿Cómo funciona un rodamiento de empuje?
El mecanismo fundamental es el contacto rodante entre las pistas de rodadura.
Cuando un eje transmite una fuerza axial, esa fuerza pasa a través de los elementos rodantes — bolas o rodillos — hasta la arandela fija de alojamiento, que la transmite al bastidor de la máquina.
Un rodamiento de empuje típico consta de tres partes principales: la arandela del eje, que se monta sobre el eje giratorio o en contacto con él; la arandela de alojamiento, que queda soportada por la carcasa fija; y los elementos rodantes — bolas o rodillos — que ruedan entre ambas. La fuerza axial pasa del eje giratorio, a través de la arandela del eje, por los elementos rodantes, hacia la arandela de alojamiento y, por último, hacia la propia carcasa.
Los elementos rodantes reducen la fricción al convertir el contacto deslizante en contacto rodante, lo que disminuye el coeficiente de fricción de aproximadamente 0.1–0.3 (deslizamiento) a 0.001–0.005 (rodadura).
Distribución de carga y vida útil del rodamiento
En un rodamiento de empuje correctamente cargado, la fuerza axial se distribuye simultáneamente entre todos los elementos rodantes, a diferencia de los rodamientos radiales, en los que solo los elementos situados en la zona de carga soportan una fuerza significativa.
Esta distribución uniforme es la razón por la que los rodamientos de empuje pueden alcanzar elevadas capacidades de carga estática en relación con su tamaño físico.
La desalineación altera esta distribución: incluso una inclinación del eje de 0.001 inches concentra la carga en un lado de la pista de rodadura, reduciendo de forma notable la vida a fatiga.
La vida a fatiga del rodamiento sigue la fórmula L10 de la ISO 281: para un rodamiento axial de bolas, L10 = (C/P)³ × 10⁶ revolutions, donde C es la capacidad de carga dinámica y P es la carga dinámica equivalente.
En los rodamientos axiales de rodillos, el exponente cambia a 10/3.
Un rodamiento con una capacidad de carga dinámica de 20 kN que trabaja con solo 10 kN durará, en teoría, ocho veces más que uno que opere a plena carga nominal.
Tipos de rodamientos axiales
La selección del tipo adecuado depende de la magnitud de la carga, la velocidad, la presencia de cargas radiales y las limitaciones de espacio.
A continuación se comparan los principales tipos de rodamientos axiales y, seguidamente, se detallan sus características.
Tipo | Carga axial | Carga radial | Velocidad máxima | Aplicación típica |
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Bola | Ligera–moderada | Nula | Alta | Platos giratorios, vástagos de válvula |
Bola | Ligera–moderada | Nula | Alta | Conjuntos para carga de inversión |
De bolas de contacto angular | Moderada–alta | Moderada | Muy alta | Bombas, compresores |
De rodillos de agujas | Alta | Nula | Moderada | Transmisiones, diseños con espacio limitado |
De rodillos esféricos | Muy alta | Moderada | Baja–moderada | Extrusoras, propulsión marina |
De rodillos cilíndricos | Alta | Nula | Moderada | Cajas de engranajes, turbinas |
De rodillos cónicos | Muy alta | Alta | Baja–moderada | Ejes automotrices, cajas de engranajes cónicos |
La mayoría de estos tipos también está disponible en configuraciones de una sola dirección (carga axial en un solo sentido) o de doble dirección (carga axial en ambos sentidos); consulte más adelante los Ball Thrust Bearings para ver cómo esa elección afecta el dimensionamiento y el montaje.
Rodamientos axiales de bolas
Los rodamientos axiales de bolas utilizan bolas de acero que circulan en pistas ranuradas entre dos arandelas planas: una arandela de eje, que gira con el eje, y una arandela de alojamiento, que permanece estacionaria.
Su diseño es simple, compacto y eficaz para cargas axiales puras de leves a moderadas a velocidades relativamente altas.
Rodamientos axiales de bolas de una sola dirección soportan carga axial en una sola dirección y se encuentran entre las configuraciones de rodamientos axiales más habituales.
Rodamientos axiales de bolas de doble efecto incorporan una segunda hilera de bolas y una arandela central de eje, lo que permite soportar carga en ambos sentidos axiales; resulta útil en aplicaciones con inversión del empuje, como mecanismos alternativos o determinados actuadores de válvulas.
Estas características — bajo peso, capacidad para altas velocidades y montaje sencillo — convierten a los rodamientos axiales de bolas de una y dos direcciones en la opción de referencia para la mayoría de las aplicaciones tratadas más adelante en esta guía.
Rodamientos axiales de bolas miniatura siguen el mismo principio en diámetros de agujero a partir de 3 mm y se utilizan en instrumentos de precisión, piezas de mano dentales y mesas de posicionamiento óptico, donde el espacio es una restricción crítica.
Rodamientos axiales de bolas cerámicos y rodamientos axiales de bolas de acero inoxidable están destinados a entornos específicos.
Los elementos cerámicos (Si₃N₄) reducen el peso en aproximadamente un 40 % frente al acero, trabajan a menor temperatura en condiciones de alta velocidad y resisten la corrosión sin necesidad de recubrimientos.
El acero inoxidable 316L es la opción estándar para entornos con lavado frecuente o ligeramente corrosivos; el acero inoxidable 440C ofrece mayor dureza y capacidad de carga cuando la exigencia frente a la corrosión es menor.
Rodamientos axiales de bolas de contacto angular
Los rodamientos de contacto angular se sitúan en la intersección entre el diseño de rodamientos radiales y axiales.
Su ángulo de contacto — normalmente 15°, 25° o 40° — determina cómo se reparte la carga entre las direcciones axial y radial.
Un ángulo de contacto de 40° proporciona una capacidad axial considerablemente mayor que una versión de 15° del mismo tamaño de rodamiento, a costa de una menor aptitud para soportar carga radial.
Entre sus aplicaciones habituales figuran los ejes de bombas centrífugas, compresores de tornillo y posiciones de piñón en reductores cónicos, en cualquier caso en que el eje genere simultáneamente fuerza axial y radial.
Cuando existen cargas axiales en ambos sentidos, estos rodamientos se montan por pares en configuración espalda con espalda (DB) o cara a cara (DF) para soportar el empuje en ambas direcciones y mantener un posicionamiento preciso del eje.
Comprender la precarga del rodamiento es fundamental al montar disposiciones de contacto angular en pares.
Rodamientos axiales de rodillos
Mientras que los rodamientos de bolas establecen un contacto puntual con sus pistas, los rodillos trabajan con contacto lineal, es decir, una zona de contacto más amplia que distribuye la carga sobre una superficie mayor y eleva de forma notable la capacidad de carga.
La contrapartida es una fricción superior a altas velocidades y un régimen máximo de RPM más bajo en comparación con diseños equivalentes de bolas.
Rodamientos axiales de agujas utilizan rodillos con una relación longitud-diámetro superior a 3:1, concentrando una elevada capacidad de carga en un perfil axial extremadamente delgado.
Los paquetes de embrague de las transmisiones automáticas, por ejemplo, suelen emplear rodamientos axiales de agujas apilados con una sección axial inferior a 5 mm.
Rodamientos axiales de rodillos esféricos utilizan rodillos de perfil abarrilado que permiten la autoalineación del rodamiento, tolerando la flexión del eje y la desalineación de la carcasa hasta aproximadamente 3° sin una reducción significativa de la vida útil.
Por ello son la opción habitual en aplicaciones de gran carga y baja velocidad: husillos de grandes extrusoras, ganchos de grúa, líneas de ejes de hélices marinas y maquinaria de laminación, donde las cargas axiales pueden superar 500 kN.
Para una comparación más detallada de los tipos de rodillos, consulte rodamientos de rodillos esféricos frente a rodamientos de rodillos cilíndricos.
Rodamientos axiales de rodillos cónicos disponen de rodillos orientados en ángulo respecto al eje del árbol, lo que genera una mayor superficie de contacto que en los rodillos cilíndricos.
Admiten cargas combinadas elevadas, axiales y radiales; por ello predominan en cubos de rueda de automoción y en las posiciones del piñón del diferencial, donde las cargas en curva se combinan de forma continua con el empuje de transmisión.
Aplicaciones de los rodamientos de empuje por sector
Los rodamientos de empuje se emplean allí donde los ejes giratorios generan o soportan carga axial.
Las cargas, las velocidades y las condiciones ambientales varían lo suficiente entre sectores como para que prácticamente cualquier tipo de rodamiento de empuje encuentre aplicación en algún ámbito.
Los engranajes helicoidales y cónicos son una fuente habitual de esa fuerza axial: el contacto inclinado de los dientes empuja el eje tanto lateralmente como en sentido de giro, y un rodamiento de empuje absorbe esa carga. El mismo principio se aplica a los husillos de bolas y otros mecanismos de accionamiento por husillo, a los husillos de máquinas-herramienta y mesas rotativas, así como a las trituradoras; en definitiva, a cualquier sistema en el que un eje giratorio o alternativo genere empuje como subproducto de su función principal.
Paquetes de embrague de transmisión Rodamiento de empuje de agujas | Cubos de rueda / diferenciales Rodamiento de empuje de rodillos cónicos | Columnas de dirección Rodamiento de empuje de bolas en una dirección |
Bombas centrífugas Rodamiento de empuje de bolas de contacto angular | Tornillos de extrusora Rodamiento de empuje de rodillos esféricos | Cajas de engranajes Axial de rodillos cilíndricos |
Rodamientos axiales para motores a reacción Axial de bolas o de rodillos | Cubo de rotor de helicóptero Rodamiento de empuje de rodillos esféricos | Actuadores de control de vuelo Axial de bolas en miniatura |
Ejes de hélice Rodamiento de empuje de rodillos esféricos | Axial de bolas o de rodillos de gran diámetro | Pernos de gobierno del timón Axial de bolas de acero inoxidable |
Ejes principales de aerogeneradores Rodamiento de empuje de rodillos esféricos | Turbinas de vapor Rodamiento de empuje de rodillos cónicos | Accionamientos de trenes de laminación Rodamiento de empuje de rodillos esféricos |
Cómo seleccionar el rodamiento de empuje adecuado
La selección comienza con tres valores: carga axial (N o kN), velocidad del eje (RPM) y vida útil requerida (horas o L10 en millones de revoluciones).
A partir de esos datos se განსinen el resto de los parámetros — tipo, dimensiones, material y lubricación — hasta completar la especificación del rodamiento.
Parámetros clave de selección
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1
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Tipo de carga Solo carga axial → rodamiento axial de bolas o de rodillos cilíndricos. Carga axial + radial combinada → de contacto angular o de rodillos cónicos. Carga axial elevada + desalineación → rodamiento axial de rodillos esféricos. |
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Velocidad — valor ndm ndm = RPM × diámetro medio del rodamiento (mm). Tipos de bolas: ndm hasta ~500,000. Tipos de rodillos: ~200,000–300,000. Superar el ndm nominal provoca inestabilidad térmica. |
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3
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Requisito de vida útil (ISO 281 L10) Máquinas industriales: objetivo de 20,000–30,000 hr. Automoción: equivalente aproximado de ~150,000 km. Si P se duplica, L10 se reduce 8× (bola) o ~10× (rodillo). Seleccione C en consecuencia. |
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4
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Lubricación Grasa: adecuada hasta ~120°C y velocidades moderadas. Se requiere aceite por encima de ~80% de la velocidad límite o a >100°C. Verifique la relación de viscosidad κ: operar con κ <1 acorta de forma drástica la vida del rodamiento. |
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5
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Entorno Lavado con agua a presión → acero inoxidable 316L. Alta temperatura (>150°C) → acero estabilizado térmicamente. Vacío / sala limpia → elementos cerámicos + grasa PFPE. |
Estos cinco parámetros constituyen también el punto de partida del diseño de un rodamiento de empuje en una máquina nueva: si se definen correctamente, el resto de la especificación se deriva de ellos.
Para consultar el diámetro interior, el diámetro exterior y la altura de las series estándar de rodamientos axiales de bolas, vea el Tabla de dimensiones de rodamientos axiales sección de nuestra guía de la Tabla de dimensiones de rodamientos. Para consultar la gama completa de tamaños y configuraciones disponibles, revise la categoría de rodamientos axiales de bolas.
Instalación y mantenimiento
La mayoría de las fallas en rodamientos axiales se originan en errores de instalación, no en deficiencias de material ni de diseño.
La desalineación, los ajustes incorrectos y la contaminación durante el montaje explican una parte significativa de las fallas prematuras de los rodamientos en entornos industriales.
Lista de verificación de instalación
Los pasos siguientes describen la instalación de un rodamiento axial de bolas de una sola dirección sobre un eje, la configuración más habitual. Los tipos axiales de rodillos, cónicos y esféricos siguen la misma secuencia, aunque con geometrías de arandela diferentes; consulte más arriba Types of Thrust Bearings para conocer esas diferencias.
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1
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Identifique los componentes del rodamiento Un rodamiento axial de bolas típico consta de tres partes: una arandela de eje que apoya contra el eje o va montada sobre él, un conjunto de bolas y jaula que soporta los elementos rodantes y una arandela de alojamiento que apoya contra la carcasa. Confirme cuál es cuál antes de comenzar. |
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Verifique los ajustes del eje y del alojamiento Arandela de eje: ajuste de interferencia ligera o ajuste con holgura estrecha. Arandela de alojamiento: asiento libre. Los ajustes invertidos — asignar la arandela incorrecta al ajuste de interferencia — provocan esfuerzos en la pista de rodadura y desprendimiento prematuro, por lo que conviene revisar dos veces el sentido y la orientación de montaje antes de prensar cualquier elemento en su posición: la arandela de eje va hacia el lado giratorio y la arandela de alojamiento hacia el lado fijo. |
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Limpie todas las superficies de contacto Las partículas mayores que 1/3 del espesor de la película EHD actúan como concentradores de tensiones. Utilice paños sin pelusa y solventes aprobados. Evite el aire comprimido en rodamientos abiertos. |
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Aplique la fuerza únicamente sobre el aro correcto Nunca aplique presión sobre los elementos rodantes ni sobre la arandela opuesta. Utilice un manguito o una placa de prensado del tamaño adecuado. Los martillos de impacto no son herramientas de instalación aceptables. |
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Compruebe la alineación después del asiento Tipos con arandelas planas: tolerancia de desalineación de 0°. Axiales de rodillos esféricos: hasta ~3°. Verifique con un reloj comparador antes de cerrar el conjunto. |
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Aplique correctamente la carga inicial de grasa Llene entre 30–50% del espacio libre en el rodamiento y en la cavidad del alojamiento. El exceso de grasa la bate, genera calor y acelera la oxidación, un error de instalación muy habitual. |
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Asegure el conjunto y compruebe su funcionamiento antes de arrancar Bloquee el conjunto en su posición axial correcta mediante un resalte del eje, una tuerca y arandela, un anillo de retención, un resalte del alojamiento o una tapa final —según lo requiera el diseño—, sin añadir una precarga para la que el rodamiento no fue concebido. Antes de poner la máquina en marcha, gire el eje manualmente para confirmar que gira con suavidad, que las arandelas asientan al ras y que el rodamiento recibe carga en la dirección prevista por su diseño. |
Mantenimiento y monitoreo de condición
Los intervalos de relubricación dependen de la velocidad, la temperatura y el tamaño del rodamiento.
Como referencia general, reduzca a la mitad el intervalo de relubricación por cada aumento de 15°C en la temperatura de servicio por encima de 70°C, o por cada duplicación de la velocidad del eje por encima de la mitad de la velocidad límite del rodamiento.
El monitoreo de vibraciones detecta la mayoría de los problemas incipientes antes de que se conviertan en fallas.
Un rodamiento axial en buen estado presenta una firma de vibración estable a velocidad constante.
El aumento del ruido de banda ancha por encima de 1 kHz suele indicar degradación del lubricante.
Picos discretos de frecuencia en la frecuencia de paso de bolas o rodillos (BPFO/BPFI) indican daño en la pista de rodadura. Sustituir el rodamiento en esta etapa cuesta solo una fracción de lo que supone una parada no planificada en la mayoría de los entornos de producción.
Modos de fallo más comunes y diagnóstico
La tabla siguiente recoge los síntomas de fallo más habituales y sus causas probables.
Para una visión más amplia de los patrones de desgaste de los rodamientos en todos los tipos de rodamientos, ese artículo profundiza en mayor detalle.
Síntoma | Causa probable | Acción |
|---|---|---|
Temperatura elevada (>+15°C por encima de la referencia) | Exceso de engrase, viscosidad incorrecta del lubricante, sobrecarga | Verificar el nivel de llenado; comprobar la relación κ; confirmar la carga frente al valor C |
Patrón de desgaste unilateral en la pista de rodadura | Desalineación del eje o taladro del alojamiento fuera de escuadra | Realinear el eje; mecanizar de nuevo o sustituir el alojamiento; cambiar a un tipo de rodillos esféricos si la desalineación es inevitable |
Picaduras o descamación en la pista de rodadura (spalling) | Fatiga por sobrecarga o por fin de vida útil | Sustituir el rodamiento; recalcular L10 con el valor correcto de carga; considerar una capacidad C superior |
Picaduras por corrosión en los elementos rodantes | Entrada de agua o agentes químicos a través del sello | Mejorar la estanqueidad; sustituir los elementos por acero inoxidable o cerámica; utilizar grasa inhibidora de la corrosión |
Ruido de frecuencia discreta en BPFO/BPFI | Daño incipiente en la pista de rodadura | Planificar la sustitución controlada en la próxima ventana de mantenimiento; no esperar hasta la falla catastrófica |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la función de un rodamiento axial?
Un rodamiento axial soporta la carga axial que actúa a lo largo del eje —procedente de un impulsor de bomba, un juego de engranajes o el propio peso del eje— y permite que este siga girando con fricción mínima. El contacto rodante entre las arandelas y las bolas o rodillos sustituye al contacto deslizante, de modo que el rodamiento mantiene el eje en su posición axial prevista y evita su desplazamiento bajo empuje. En síntesis, la función de un rodamiento axial es soportar la carga axial y controlar el movimiento longitudinal del eje, al tiempo que permite la rotación; una tarea para la que un rodamiento radial, diseñado para fuerzas perpendiculares al eje, no está concebido.
¿Para qué se utiliza un rodamiento axial?
Los rodamientos axiales se emplean allí donde un eje giratorio debe mantenerse localizado a lo largo de su propio eje: entre las aplicaciones más comunes se encuentran los ejes de bombas centrífugas, los trenes de engranajes de transmisiones y cajas de engranajes, los rotores de motores a reacción y turbinas, los ejes de hélice, las coronas de giro de grúas y los husillos de extrusoras. Consulte más arriba Aplicaciones de rodamientos axiales por sector para conocer los rangos de carga y las recomendaciones de tipo de rodamiento según la industria.
¿Puede un rodamiento axial soportar cargas radiales?
Los rodamientos axiales estándar de bolas y de rodillos con arandelas planas no soportan carga radial; incluso fuerzas radiales pequeñas provocan deslizamiento y un desgaste rápido de la jaula. Los diseños de contacto angular y los rodamientos de rodillos cónicos constituyen la excepción: pueden admitir cargas combinadas significativas porque su geometría de contacto redirige la fuerza simultáneamente por los planos axial y radial.
¿Cuál es la diferencia entre un rodamiento axial y un rodamiento radial?
La dirección de la carga para la que cada uno está diseñado. Rodamientos radiales soportan fuerzas perpendiculares al eje —por ejemplo, el peso de un engranaje. Los rodamientos axiales soportan fuerzas en la dirección del eje —como el empuje de una hélice o la fuerza de separación en un engranaje helicoidal. La mayoría de los ejes giratorios necesitan ambos tipos: un rodamiento radial para soportar el peso del eje y un rodamiento axial para controlar la posición axial.
¿Cómo se instala un rodamiento axial en un eje?
Deslice primero la arandela del eje sobre el eje, asiente contra ella el conjunto de bolas y jaula y, a continuación, monte la arandela de alojamiento del lado fijo. Asegure el conjunto con el elemento de retención correspondiente —un resalte del eje, una tuerca y arandela, o un anillo de retención— y gire el eje a mano para confirmar que gira con suavidad antes de poner en marcha la máquina. Consulte la lista de verificación de instalación anterior para conocer la secuencia completa, incluidos los ajustes, la limpieza y el llenado de grasa.
¿Cómo sé cuándo es necesario sustituir un rodamiento axial?
Tres indicadores fiables: (1) análisis de vibraciones con picos de frecuencia de rodamiento en BPFO o BPFI, (2) aumento de la temperatura de servicio en más de 15°C respecto a la línea de base establecida, sin cambios en la carga ni en la velocidad, y (3) desgaste visible —holgura, aspereza durante la rotación manual o decoloración en las pistas de rodadura. Esperar a que aparezca un ruido audible de falla significa que el rodamiento ya se está autodestruyendo y que, además, puede estar afectando a los componentes circundantes.
¿Qué tipo de rodamiento axial ունի la mayor capacidad de carga?
Para cargas axiales puras, los rodamientos axiales de rodillos esféricos alcanzan los valores nominales más altos; algunos tamaños de catálogo superan una capacidad estática de 3,000 kN. Para cargas axiales y radiales combinadas a velocidades moderadas, los rodamientos de rodillos cónicos ofrecen el mejor equilibrio. Los rodamientos axiales de bolas presentan la menor capacidad de carga, pero la mayor aptitud para velocidad, por lo que son la opción adecuada cuando la carga es moderada y las RPM son elevadas.
¿Se pueden relubricar los rodamientos de empuje en servicio?
Sí, siempre que la carcasa disponga de un engrasador y un puerto de purga. Inyecte la grasa nueva lentamente — con la máquina en marcha, si es seguro hacerlo — y asegúrese de que la grasa usada tenga una vía de salida. Introducir más grasa a presión sin permitir la evacuación de la anterior solo incrementa el calor por batido y acelera la degradación.
Conclusión
Los rodamientos de empuje cumplen una función específica: soportar carga axial, pero lo hacen en un rango de dimensiones extraordinariamente amplio, desde un rodamiento de bolas miniatura de 3 mm en un instrumento de precisión hasta una unidad de rodillos a rótula capaz de soportar más de 3,000 kN en una acería. Seleccionar el tipo adecuado, dimensionarlo conforme al objetivo L10, montarlo sin introducir desalineación ni contaminación y supervisarlo en servicio abarca la gran mayoría de los factores que determinan si un rodamiento de empuje alcanza su vida útil de diseño o falla antes de tiempo.
Para obtener ayuda en la selección según la aplicación o revisar las capacidades de carga de una serie concreta, contacte al equipo técnico de LILY Bearing directamente.
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