Arandelas elásticas cónicas que se montan junto a los cojinetes de bolas actuando como retención del mismo, proporcionando un soporte elástico que absorbe vibraciones y elimina el ruido derivado del giro sin carga axial.
El muelle de platillo actúa además como compensador de las dilataciones térmicas producidas por el calentamiento y enfriamiento del eje en el que está montado el cojinete, incrementando significativamente la vida útil del rodamiento.
Su ventaja diferencial es la poca variación de fuerza en una amplia zona de su capacidad de desplazamiento: el muelle aporta la fuerza necesaria para una correcta sujeción axial y la mantiene dentro de un rango adecuado, sin sobrecargar ni aflojar el rodamiento.
Hay dos tipos de muelles de platillo para rodamientos. Ambos comparten el mismo principio de funcionamiento — operar en la zona regresiva de su curva característica — pero se diferencian en el nivel de fuerza de precarga y en la finura de su comportamiento.
Arandela cónica elástica cuya curva fuerza vs. deflexión es de tipo regresivo, lo que permite que la variación de fuerza sea baja respecto a su deflexión.
Variación del anterior con ranuras en la circunferencia interior. Obtiene una fuerza de precarga aún más baja y la mínima variación de fuerza para la mayor deflexión. Indicado para rodamientos de pequeñas dimensiones.
La precarga axial es la carga interna que se aplica a un rodamiento cuando el sistema está en reposo. Su correcta gestión determina directamente la vida útil, el ruido y la rigidez del conjunto.
El muelle de platillo para rodamientos resuelve este problema porque opera en la zona plana de su curva carga-deflexión: pequeñas variaciones dimensionales por temperatura o desgaste apenas modifican la fuerza ejercida. El ingeniero diseña con una precarga estable, no con una geometría rígida.
Cuéntanos tu caso de uso y nuestro equipo de ingenieros te asesorará para elegir la solución óptima.
A diferencia de un muelle helicoidal convencional (comportamiento lineal), el muelle de platillo para rodamientos trabaja en la zona regresiva de su curva característica, donde la rigidez decrece con la deflexión.
En la zona de trabajo diseñada (típicamente entre el 75 % y el 100 % de la deflexión total), la relación ΔF/Δs es muy baja:
Este comportamiento es imposible de obtener con un distanciador rígido o una tuerca de ajuste, que fijan la posición pero no la fuerza.
La zona regresiva aparece cuando la relación h/t (altura libre del cono sobre el espesor del disco) supera un valor de aproximadamente 1,41. Los muelles para rodamientos están diseñados específicamente para trabajar en esta zona.
En la mayoría de aplicaciones industriales, el eje y la carcasa tienen coeficientes de dilatación térmica similares pero no idénticos, y la masa térmica de cada componente hace que se calienten y enfríen a ritmos distintos. El resultado son variaciones dimensionales axiales de décimas de milímetro que, sobre un sistema de precarga rígido, pueden generar variaciones de carga de cientos de Newtons.
Con un muelle de platillo para rodamiento bien seleccionado, esos 0,138 mm de variación dimensional producen una variación de fuerza inferior al 10–15 % de la precarga nominal. Con un sistema rígido, la misma dilatación puede generar un incremento de precarga de varios kN, con riesgo de sobrecarga del rodamiento.
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Material eje (acero 42CrMo4) | α = 11,5 × 10⁻⁶ /°C |
| Longitud entre apoyos | 300 mm |
| Variación de temperatura | ΔT = 40 °C |
| Dilatación axial resultante | Δl ≈ 0,138 mm |
Los muelles de platillo para rodamientos se encuentran en equipos donde la combinación de precisión, temperatura variable y larga vida útil es un requisito de diseño.
Los husillos de alta velocidad son extremadamente sensibles a variaciones de precarga. Los fabricantes de husillos de precisión utilizan muelles de platillo para rodamientos angulares de contacto en tándem, donde la precarga debe mantenerse constante desde frío hasta temperatura de operación. La alternativa — ajuste manual con tuerca — requiere recalibración periódica y es fuente de errores de mecanizado.
En motores de inducción y servomotores, el rodamiento de extremo libre (lado no-accionado) trabaja con un soporte flotante axialmente. El muelle de platillo en la tapa del motor proporciona la precarga mínima necesaria para evitar el patinaje de la pista sin restringir la dilatación axial del eje rotor.
Las bombas centrífugas y los compresores de tornillo generan cargas axiales variables con el caudal y la presión. El muelle de platillo actúa como elemento de precarga que asegura el contacto en el rodamiento de empuje incluso en condiciones de carga ligera (arranque, operación en vacío).
En reductores de engranajes helicoidales, el componente axial de la fuerza de engrane debe ser absorbido por rodamientos de empuje o de contacto angular. Un muelle de platillo en el apoyo flotante del eje asegura que este rodamiento permanezca cargado en todo el rango de operación, evitando el skidding (deslizamiento de los rodantes).
Bogies y ejes de tracción trabajan en condiciones de temperatura extrema (de −40 °C a +80 °C) y requieren materiales y diseños que mantengan la función a lo largo de todo ese rango. En estas aplicaciones es frecuente el uso de aleaciones especiales (ver sección de materiales).
Cuando una aplicación requiere una fuerza mayor que la que aporta una arandela individual, es posible realizar un apilamiento en paralelo: la fuerza del muelle se incrementa en proporción al número de muelles utilizados. La histéresis debida al rozamiento de las piezas entre sí tendrá un efecto sobre la curva fuerza vs. deflexión.
Cuando el espacio axial disponible no permite escalar a un muelle de mayor diámetro, o cuando se necesita una fuerza superior a la disponible en catálogo para el diámetro exterior condicionado por el cojinete.
Con 2 muelles en paralelo se duplica la fuerza manteniendo la deflexión. Con 3, se triplica. La carrera útil de trabajo no cambia, pero la histéresis aumenta.
Para aplicaciones de alta precisión (husillos de mecanizado, instrumentación), el apilamiento en paralelo de más de 2 piezas puede introducir una histéresis de fuerza inaceptable. En estos casos se recomienda seleccionar un muelle de mayor diámetro o diferente relación h/t. Consultad con nuestros ingenieros.
Los muelles de platillo para rodamientos se fabrican en acero de muelle de alta calidad. También pueden fabricarse en otros materiales con el objetivo de ofrecer resistencia a la corrosión, a las altas o bajas temperaturas, o para aplicaciones que requieren un material de tipo no magnético.
Para ello se emplean aceros inoxidables y aleaciones como el Inconel o el Nimonic 90. Al tener estos aceros un módulo de elasticidad diferente, el cálculo del muelle variará y, en algunos casos, es necesario fabricar las piezas con un espesor diferente para cubrir las especificaciones del muelle original.
Para aplicaciones con temperatura de operación superior a 200 °C o en ambientes corrosivos, la selección del material es crítica para la vida útil del muelle. Consultadnos antes de especificar.
| Material | Norma · designación | Temp. máx. continua | Resist. corrosión | Magnético | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|---|
| Acero de muelle | 51CrV4 / DIN 17221 | ~200 °C | Baja (recubrimiento) | Sí | Uso general industrial |
| Acero inoxidable | 1.4310 (AISI 301) | ~300 °C | Alta | Débil | Alimentación, química, marino |
| Acero inoxidable | 1.4568 (17-7 PH) | ~350 °C | Alta | Débil | Aeroespacial, alta resistencia |
| Inconel 718 | UNS N07718 | ~650 °C | Muy alta | No | Alta temperatura, aerospace |
| Nimonic 90 | UNS N07090 | ~850 °C | Muy alta | No | Turbinas, criogénico |
La selección de un muelle de platillo para rodamiento requiere determinar los siguientes parámetros de partida. Con estos datos, nuestro equipo puede recomendaros el modelo de catálogo más adecuado o calcular una pieza especial si el estándar no cubre los requisitos.
Técnicamente es posible si las dimensiones y la curva de fuerza son compatibles. Sin embargo, los muelles para rodamientos están diseñados específicamente para operar en la zona regresiva de su curva, con relaciones h/t optimizadas para este propósito. Un muelle DIN 2093 estándar puede tener un comportamiento más lineal que no es óptimo para aplicaciones de precarga de cojinetes. Consultadnos.
La lubricación reduce la histéresis del muelle. En condiciones secas, el rozamiento entre muelles apilados (en paralelo) aumenta la histéresis y puede generar diferencias de hasta un 20–30 % entre la curva de carga y descarga. Con lubricante (grasa o aceite), esta diferencia se reduce significativamente. Para aplicaciones de alta precisión, se recomienda especificar siempre lubricación.
En aplicaciones de precarga estática o cuasiestática (rodamiento con pocas inversiones de carga al día), la vida útil práctica es indefinida si la tensión de trabajo no supera los límites de fatiga del material. En aplicaciones dinámicas (vibración continua, ciclos de carga frecuentes), la vida útil depende de la amplitud de deflexión y debe calcularse según los criterios de DIN 2093 / DIN EN 16983.
Para entornos húmedos o con corrosión leve: fosfatado + aceite o zincromatado. Para entornos marinos o con ácidos: acero inoxidable 1.4310 o recubrimiento de zinc-níquel. Para casos extremos: Inconel o Nimonic sin recubrimiento adicional.
Cuéntanos tu caso de uso y nuestro equipo de ingenieros te asesorará para elegir la solución óptima.
