Cojinete radial vs cojinete de empuje: ¿cuál es la diferencia?
Los dos nombres describen la dirección de la carga, no la construcción. El cojinete radial rodea el eje y soporta la carga que lo empuja de lado; el cojinete de empuje se apoya contra el extremo del eje o contra un collarín y soporta la carga que lo empuja a lo largo. Casi todas las articulaciones reales necesitan ambos, y por eso existen los bujes con brida y las arandelas de empuje.
Un cojinete radial (cojinete de muñón o, en lenguaje de taller, chumacera de fricción) sostiene el muñón cilíndrico de un eje giratorio y soporta la carga radial, la que actúa perpendicular al eje. Un cojinete de empuje o cojinete axial sostiene el eje contra la carga axial, la que actúa a lo largo del eje, a través de una cara plana o cónica. Ambos existen como cojinetes lisos (de deslizamiento) y como rodamientos. En su forma lisa, el cojinete radial es un buje cilíndrico y el cojinete de empuje, una arandela de empuje o la brida de un buje.
- Cojinete radial: diámetro interior cilíndrico, carga radial, dimensionado sobre el área proyectada diámetro interior × longitud.
- Cojinete de empuje: cara anular plana, carga axial, dimensionado sobre el área anular π/4 (D² − d²) menos las ranuras.
- Buje con brida: una sola pieza que soporta la carga radial en el cuerpo cilíndrico y una carga axial ligera en la brida.
- Arandela de empuje: un anillo independiente de bronce, bimetal o compuesto de PTFE colocado entre el collarín y el alojamiento.
¿Qué es un cojinete radial?
El muñón es el tramo del eje que gira dentro de un cojinete. Un cojinete radial es, por lo tanto, cualquier cojinete que rodea ese tramo del eje y soporta la carga que actúa perpendicular a él: el peso de un rotor, el tiro de la banda sobre una polea, la reacción del perno en un varillaje. En su forma lisa más sencilla es un buje cilíndrico: un cilindro de bronce, bimetal, compuesto de PTFE o acero endurecido prensado en el alojamiento, con un juego de funcionamiento respecto al eje y, normalmente, una película de lubricante entre ambos.
Los cojinetes radiales lisos se dimensionan por carga específica, la fuerza radial dividida entre el área proyectada del diámetro interior (diámetro × longitud), y por velocidad de deslizamiento. El bronce C93200 engrasado admite 45 N/mm² en estático y 25 N/mm² en movimiento hasta 0.5 m/s; un buje compuesto de PTFE, 250 N/mm² en estático, pero solo a baja velocidad y en seco; un buje de acero endurecido JBM-ST, 250 N/mm² a 0.1 m/s. Un rodamiento radial hace el mismo trabajo con bolas o rodillos entre dos anillos y se dimensiona, en cambio, por capacidad de carga dinámica y vida útil.
¿Qué es un cojinete de empuje?
Un cojinete de empuje soporta la carga que intenta desplazar el eje a lo largo de su propio eje: la reacción de un engrane helicoidal, la presión sobre el impulsor de una bomba, el peso de un eje vertical, la carga lateral que un varillaje desalineado aplica sobre un perno de pivote. Presenta una cara plana en ángulo recto con el eje, y el eje se apoya en ella a través de un collarín, un resalte o su propio extremo.
La forma lisa es la arandela de empuje: un anillo plano de bronce, bimetal con respaldo de acero, compuesto de PTFE o bronce con insertos de grafito, casi siempre con ranuras radiales para que el lubricante cruce la cara y la carga se reparta en sectores de apoyo independientes. Se dimensiona dividiendo la fuerza axial entre el área anular de esos sectores. Como la velocidad de deslizamiento cambia del interior al exterior del anillo y en una cara plana no hay cuña que forme una película hidrodinámica, las arandelas de empuje soportan cargas específicas menores que el mismo material en un buje cilíndrico, y son las primeras en fallar cuando la carga no se reparte de manera uniforme. Los rodamientos axiales (de bolas y de rodillos cilíndricos) y los cojinetes de empuje hidrodinámicos de zapatas basculantes son las alternativas para alta velocidad.
Cojinete radial vs cojinete de empuje: las diferencias
La tabla pone los dos lado a lado en su forma de cojinete liso, que es de lo que tratan la mayoría de las solicitudes de bujes.
| Cojinete radial | Cojinete de empuje (axial) | |
|---|---|---|
| Dirección de la carga | Perpendicular al eje | A lo largo del eje |
| Geometría | Diámetro interior cilíndrico alrededor del muñón | Cara anular plana contra un collarín o un resalte |
| Forma de cojinete liso | Buje cilíndrico, medio cojinete | Arandela de empuje, brida de un buje, placa de empuje |
| Forma de rodamiento | Rodamiento rígido de bolas, de rodillos cilíndricos, de agujas | Rodamiento axial de bolas, de rodillos cilíndricos o de rodillos cónicos |
| Base de cálculo | Área proyectada d × L | Área anular de los sectores de apoyo |
| Película de lubricante | La cuña hidrodinámica se forma sola en el juego | Necesita ranuras o sectores; la película se forma con dificultad |
| Falla típica | Diámetro interior ovalado, rayado, agarrotamiento | Desgaste de la cara, desgaste desigual por inclinación, pérdida de las ranuras |
| Productos de Bushing MFG | Bujes cilíndricos de bronce, bimetal, PTFE, POM y acero | Arandelas de empuje de bronce, bimetal, PTFE y POM; bujes con brida |
La mayoría de las articulaciones necesitan ambos
El perno de pivote del brazo de un cargador es un cojinete radial hasta que el brazo recibe un empujón lateral; entonces el extremo del buje se convierte en una cara de empuje. El eje de una bomba soporta su propio peso en sentido radial y el empuje hidráulico del impulsor en sentido axial. Los ejes de un reductor con engranes helicoidales reciben ambas cargas de forma continua. El diseño resuelve esto de tres maneras.
- Buje con brida. Un buje cilíndrico con una brida integral en un extremo (también llamado buje con pestaña o buje bridado). El cuerpo soporta la carga radial; la brida recibe una carga axial ligera u ocasional y posiciona el buje en el alojamiento. Disponible en bronce, bimetal y compuesto de PTFE y de POM. La brida es una cara de empuje de área limitada; no la dimensione como si fuera una arandela de empuje.
- Buje cilíndrico más arandela de empuje. Dos piezas, cada una dimensionada para su propia carga. La arandela puede ser de un material distinto al del buje, se reemplaza con facilidad y puede llevar ranuras de lubricación. Es la solución estándar para cargas axiales mayores o continuas.
- Cojinete de empuje independiente. Para carga axial alta a velocidad, un rodamiento axial o un cojinete hidrodinámico de zapatas toma la carga axial, y al cojinete radial le queda únicamente la carga radial.
En la solicitud de cotización, indique la carga radial y la carga axial por separado. Un solo número etiquetado como «carga» no se puede dimensionar.
Cómo seleccionar un cojinete de empuje liso
Una cara plana es un cojinete menos tolerante que un diámetro interior, así que cuatro detalles deciden si una arandela de empuje dura.
- Carga sobre la cara: la fuerza axial dividida entre el área de los sectores de apoyo, comparada con el límite del material para una cara de empuje, que es menor que el límite del mismo material en un buje cilíndrico.
- Planitud y perpendicularidad del collarín y de la cara del alojamiento: una inclinación de unas centésimas concentra toda la carga en un borde.
- Camino del lubricante: ranuras radiales o bolsillos que dejen pasar el lubricante a través de la cara; una arandela sin ranuras bajo rotación continua trabaja en seco en el centro.
- Retención: la arandela debe quedar fija con un pasador, una lengüeta o un rebaje para que no gire contra el alojamiento y desgaste la cara equivocada.
Preguntas frecuentes
¿Un cojinete radial es lo mismo que un buje?
Un buje cilíndrico es la forma lisa del cojinete radial. «Cojinete radial» (o cojinete de muñón) nombra la función: soportar la carga radial alrededor del muñón de un eje; «buje» nombra la pieza. Los rodamientos radiales también son cojinetes radiales en el sentido funcional.
¿Puede un cojinete radial soportar carga axial?
Un buje cilíndrico liso, no: su cara frontal es demasiado pequeña y no está diseñada como superficie de cojinete. Añada una brida (buje con brida) para una carga axial ligera, o una arandela de empuje para cualquier cosa mayor. Algunos rodamientos, como los rígidos de bolas, soportan una carga axial moderada por diseño.
¿Qué es una arandela de empuje?
Un anillo plano de material antifricción, normalmente bronce, bimetal con respaldo de acero o compuesto de PTFE, colocado entre un collarín giratorio y una cara fija para soportar la carga axial. Es la forma de cojinete liso del cojinete de empuje.
¿Por qué los cojinetes de empuje admiten menos carga que los radiales del mismo material?
Una cara plana no tiene un juego convergente en el que se forme la cuña hidrodinámica de aceite, la velocidad de deslizamiento varía a lo largo de la cara y cualquier inclinación carga un solo borde. El material es el mismo; la geometría es menos favorable.
¿Qué cojinete soporta la carga en una bomba vertical?
El cojinete de empuje soporta el peso del eje y del impulsor más el empuje hidráulico; los cojinetes radiales solo guían el eje y absorben el desbalance y las fuerzas radiales hidráulicas.
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