Por qué los rodamientos de bolas están a nuestro alrededor

Jun 11, 2023

Ian Sullivan para Deseret News

Recuerdo cuando aprendí a andar en bicicleta: tenía cinco años y medía un metro y medio. Al principio la moto era pesada e incómoda y me estrellé contra el asfalto más de una vez. Pero luego lo entendí, cómo equilibrar, pedalear y conducir, y estaba volando. Me di cuenta de que había pasado mi vida prácticamente como un objeto estacionario, pero ahora tenía ruedas y mi propia velocidad. Podía dar vueltas en círculos o ir rápido en línea recta. Se sentía como la libertad. Se sentía como magia.

En ese momento no cuestioné cómo podía ser que un niño de cinco años pudiera volar como un pájaro con muy poco esfuerzo o control. Lo di por sentado. Las bicicletas existían, por lo tanto las montaría. Por diversión. Porque pude Cuando mi bicicleta se descompuso, cualquier cosa que no fuera un pinchazo, no sabía cómo arreglarlo. Eventualmente conseguiría uno nuevo. Ignoraba la máquina, la forma en que realmente funcionaba la magia.

Cuando tenía 19 años, me mudé de casa para ir a la universidad. No tenía auto, así que necesitaba una bicicleta, y había una tienda de bicicletas frente al campus. Entré y le dije al mecánico de pelo largo que quería una bicicleta que girara bien a altas velocidades y que no se averiara. Sacó una Motobécane, roja y negra, fabricada en Francia. Lo monté y me enamoré.

El mecánico, sin embargo, me advirtió sobre la avería de la bicicleta. Dijo: "Esta es una buena bicicleta, con buenos componentes, pero incluso las mejores bicicletas necesitan mantenimiento".

Las bicicletas, me dijo, son la forma de transporte más eficiente, por mucho, porque son livianas y se mueven sobre cojinetes de bolas. Todas las partes móviles (las ruedas, los pedales y la manivela, la columna de dirección) giran sobre cojinetes de bolas.

"No puedes verlos", dijo. "Están ocultos en el interior: anillos de bolas de acero que giran dentro de conchas en forma de rosquilla, o es más como si estuvieran intercalados entre dos lados de un bagel".

Sostuvo sus manos como si estuviera sosteniendo un bagel. "Demasiado apretado y las bolas no giran. Demasiado suelto y las bolas se tambalean. Pero en el medio hay un punto mágico donde no hay fricción".

Cogió una rueda delantera que estaba en el banco, me dijo que la sostuviera por el eje, una mano a cada lado, y le dio una vuelta.

Él dijo: "Un tipo trajo esta rueda porque se tambaleaba, porque tenía los cojinetes sueltos".

La rueda en mis manos se sentía como si estuviera girando sobre mantequilla, en silencio, sin vibraciones, como si nunca fuera a detenerse.

"Ajusté los cojinetes", dijo. "Ahora esta bien."

Me dijo que los cojinetes de mi bicicleta también estaban bien, por ahora, pero eventualmente todos se desalinearían y necesitarían ser ajustados.

"Así son las cosas", dijo, "así que es hora de que aprendas a mantener la orientación".

Compré la bicicleta y un montón de herramientas, las que dijo que necesitaba.

No recuerdo cuánto tiempo pasó después de eso, o por qué específicamente comencé a desarmar la bicicleta, pero llegó un momento en que la bicicleta estaba hecha pedazos y tenía cien pequeñas bolas de acero rodando por el piso de mi cocina. Había convertido una máquina que funcionaba perfectamente en un caos y pensé: "Esto puede no terminar bien".

Resulta que los rodamientos de bolas están a nuestro alrededor, dentro de todas nuestras ruedas y motores. No los vemos en acción porque están ocultos, encerrados por diseño. Pero están aquí, dentro de nuestros ventiladores, aspiradoras y motores a reacción, así como en nuestras bicicletas, automóviles y camiones. Son literalmente cómo rodamos. Sin cojinetes de bolas, la civilización tal como la conocemos se detendría ruidosamente. Y, sin embargo, les damos muy poco reconocimiento o respeto. No pensamos de dónde vinieron o cómo llegaron aquí. No sabemos que dependemos de ellos.

Hay muchos tipos de rodamientos. Algunos tienen elementos de bolas o rodillos y otros no. Lo que todos tienen en común es su función, que es reducir la fricción. Hoy, esto es lo que necesitamos y queremos: menos fricción, en más de un sentido, pero durante la mayor parte de la historia humana, la fricción no fue un problema, no es algo que deba reducirse o superarse. La fricción solía ser algo bueno. Así evitamos resbalar al caminar. Así es como construimos nuestros fuegos.

Pero luego, hace unos 10.000 años, la gente comenzó a mover grandes rocas por el suelo para construir monumentos megalíticos sagrados. Estamos hablando de rocas del tamaño de elefantes y ballenas, a menudo transportadas muchos kilómetros, para construir estructuras que conectaban la tierra con el cielo, estructuras que tenían poderes mágicos. Fue entonces cuando la fricción se convirtió por primera vez en un problema y así comenzó nuestra dependencia de los rodamientos.

Eran personas de la Edad de Piedra, lo que significa que solo tenían herramientas de piedra para trabajar. Los caballos aún no estaban domesticados. Las enormes rocas que movieron y colocaron siguen en pie en África, Europa, Asia y las islas del Océano Pacífico. Nadie sabe con certeza por qué lo hicieron porque no escribieron las cosas. Entonces no había lenguaje escrito. Así que tampoco sabemos con certeza cómo lo hicieron, pero parece que solo hay una posibilidad.

Piense en Stonehenge, construido hace 4.600 años en lo que ahora es la llanura de Salisbury en Inglaterra. Las piedras verticales altas en el anillo exterior tienen 13 pies de alto, siete pies de ancho, cuatro pies de grosor, cada una pesa hasta 30 toneladas y provienen de una cantera a 15 millas de distancia.

Imagine que estamos parados en la cantera, hace 4600 años, mirando una de las piedras que yacen en el suelo (13 pies de largo, 30 toneladas) preguntándonos cómo vamos a moverla aunque sea un pie, y mucho menos 15 millas.

Tenemos un problema básico: demasiada fricción. La fricción proviene de las superficies que se deslizan o ruedan entre sí: cuanta más superficie entre en contacto, más fricción se crea. Si nuestra piedra tuviera la forma de una bola, no tendría mucha superficie tocando el suelo y podríamos rodarla, pero en lugar de una bola, tenemos una losa larga. Deslizarlo por el suelo parece imposible.

Nuestra única esperanza es reducir la cantidad de superficie que entra en contacto entre la roca y el suelo. Es posible que ya haya encontrado la respuesta: usamos troncos lisos como pasadores debajo de la roca. Cortamos algunos árboles con nuestras hachas de piedra y alisamos los troncos y los ponemos debajo de la roca, uno tras otro. La roca no toca el suelo, se desplaza sobre los troncos rodantes: una enorme reducción de la fricción.

Así es como creemos que lo hicieron. No lo sabemos con certeza, pero las únicas otras respuestas son por magia o extraterrestres.

Estos fueron los primeros cojinetes, el primer paso para vencer las fuerzas de fricción. Ahora los llamamos rodamientos de rodillos y todavía los usamos para cintas transportadoras.

La segunda gran innovación en la reducción de la fricción fue la invención de la rueda, o debería decir la invención de la rueda y el eje porque siempre van juntos. Este lugar, donde la rueda gira alrededor del eje, ese era el nuevo rodamiento. Ahora lo llamamos cojinete liso.

Durante miles de años, los métodos y la práctica de construir ruedas se mantuvieron esencialmente iguales. Todo esto cambió en 1869 cuando un mecánico de bicicletas francés llamado Jules Suriray diseñó y construyó cojinetes de bolas para una rueda de bicicleta. La bicicleta supuso un gran salto adelante en la evolución de los rodamientos y la reducción del rozamiento.

Comenzó con la máquina para correr, inventada en 1817. Era como una bicicleta, pero no tenía pedales. El marco era de madera, las ruedas eran de madera con cojinetes lisos. Para hacerlo avanzar o retroceder había que caminar o correr con los pies por el suelo. Los franceses lo llamaron el velocípedo. En 1860, los velocípedos en París tenían marcos de aleación de acero livianos bastante hermosos. Se agregaron pedales en los años siguientes y nació la bicicleta. Las primeras bicicletas tenían grandes ruedas delanteras porque así iban más lejos y más rápido con cada giro de los pedales.

En 1869, había jóvenes corriendo en bicicleta por todo París. La gente llamaba a las bicicletas rompehuesos por todos los golpes y rebotes sobre los caminos empedrados. Estas fuerzas de golpes y rebotes se dirigieron primero al cojinete liso de la rueda delantera y luego a través del marco de acero hasta los huesos del ciclista.

Los cojinetes se desgastan, al igual que las vértebras inferiores. Las partes móviles deben funcionar como una unidad, todo manteniendo la forma y el tamaño correctos, alineados, mientras se mueven por el suelo y están sujetos a las fuerzas de la gravedad y las aceleraciones laterales. Puede comenzar con todo funcionando muy bien en conjunto, pero eventualmente la fricción creará calor que causará hinchazón que causará más fricción... y la unidad se desmoronará, especialmente si hay golpes y rebotes involucrados.

Sabemos que Suriray era un herrero/mecánico de bicicletas en París. Sabemos que tenía una tienda cerca de la Place de la République. Pero, desafortunadamente, se sabe muy poco sobre su historia personal o cómo se le ocurrió su diseño de cojinete de bolas.

Supongo, o imagino, que los jóvenes de París le traían a Suriray sus bicicletas rotas y le pedían que las arreglara para que fueran aún más rápido. Querían una ventaja competitiva. Suriray miró las bicicletas y se dio cuenta de que los cojinetes de las ruedas delanteras se estaban desgastando por la fricción y el abuso. Si pudiera reducir la fricción, la bicicleta iría más rápido y duraría más.

Sabemos que se avecinaba una gran carrera, el 7 de noviembre de 1869, la primera carrera ciclista de larga distancia por el campo, de París a Rouen, 80 millas. Suriray no inventó el cojinete de bolas, solo fue la primera persona en construir un cojinete de bolas que realmente funcionaba para una rueda y un eje. Limó a mano las bolas de acero y luego usó un torno para hacer dos medias carcasas redondas, y luego descubrió cómo mantenerlas en su lugar, ni demasiado apretadas ni demasiado sueltas, para que las bolas giraran libremente entre el eje y la rueda. . Su diseño era simple, y funcionó muy bien. Es básicamente el mismo diseño que usamos hoy. Debe haberse sentido muy bien cuando le dio una vuelta a la rueda. Puede que se haya sentido como magia.

Ciento veinte corredores se presentaron en el Arco del Triunfo para el inicio de la carrera. El recorrido siguió caminos rurales llenos de baches con secciones cuesta arriba donde había que empujar las bicicletas. James Moore, un inglés de 20 años que montaba la bicicleta de Suriray, terminó primero, 15 minutos por delante del segundo y tercer ciclista. Moore se hizo famoso y Suriray entró en el negocio de la fabricación de ruedas de bicicleta con cojinetes de bolas.

Luego, en 1870, comenzó la guerra franco-prusiana y París se convirtió en una zona de guerra. Ya nadie estaba interesado en las bicicletas.

La fabricación de bicicletas se trasladó a Alemania, Inglaterra y Estados Unidos. Los rodamientos de bolas se convirtieron en piezas estándar, pero fabricarlos era difícil, especialmente las bolas de acero, ya que se formaban y limaban a mano, una a la vez. Luego, en 1883, Friedrich Fischer, un fabricante alemán de bicicletas, inventó la máquina pulidora de bolas que podía producir una gran cantidad de bolas de acero con una precisión fina, con una variación de no más de dos centésimas de milímetro.

Para 1890, las bicicletas se veían y manejaban de manera muy parecida a como lo hacen hoy. Las ruedas delanteras y traseras eran del mismo tamaño y tenían neumáticos de goma inflables. Los pedales estaban en el medio del marco con una cadena en la rueda trasera, y todas las partes móviles (excepto los frenos) giraban sobre cojinetes de bolas. La llamaron la bicicleta de seguridad porque era mucho más segura y fácil de manejar que la batidora de huesos.

A mediados de la década de 1890, la moda de las bicicletas se extendía por Europa y los Estados Unidos. Había cientos de fabricantes de bicicletas y millones de personas montando. Las bicicletas dieron a la gente una nueva sensación de libertad, especialmente a las mujeres.

Las mujeres que andaban en bicicleta empezaron a exigir igualdad de derechos, como el derecho al voto. Se podría decir que los cojinetes de bolas se les subieron a la cabeza: querían ser libres, sin fricción, en todos los aspectos de sus vidas, no solo cuando estaban en bicicleta.

Sin embargo, todo esto cambió con el cambio de siglo, cuando la producción en masa de automóviles asequibles volvió a colocar a los hombres en el asiento del conductor.

Los rodamientos de bolas se utilizaron en automóviles y luego en aviones, así como en generadores eléctricos y motores eléctricos. Sin cojinetes de bolas para reducir la fricción, las piezas giratorias de estas nuevas máquinas se habrían calentado y agarrotado.

De esta manera, los rodamientos de bolas se volvieron esenciales en nuestra cultura, como el agua es esencial en nuestros cuerpos. Una ilustración de esto sería el bombardeo de Schweinfurt durante la Segunda Guerra Mundial. En ese momento, 1943, la ciudad de Schweinfurt producía aproximadamente el 50 por ciento de los cojinetes de bolas que giraban dentro de la maquinaria de guerra del Tercer Reich. La estrategia, por lo tanto, era paralizar la maquinaria de guerra bombardeando las fábricas de rodamientos.

En la mañana del 17 de agosto de 1943, 230 bombarderos B-17 estadounidenses despegaron de Inglaterra y cruzaron el Canal hacia Schweinfurt, Alemania. Los bombarderos volaron en una formación que se extendía por 20 millas, cubriendo el cielo. Una vez sobre el continente, fueron interceptados por aviones de combate alemanes Messerschmitt que comenzaron a derribarlos. Todos los aviones tenían cojinetes de bolas que rodeaban sus ejes de hélice. Fue una batalla de, por y para rodamientos de bolas.

Las fábricas fueron atacadas pero sufrieron daños temporales, mientras que los estadounidenses perdieron alrededor del 20 por ciento de sus aviones y tripulantes, muertos o hechos prisioneros. Claramente, la misión de bombardeo no había sido un éxito. Así que las fuerzas aliadas lo hicieron una y otra vez, 22 veces en total. Y, sin embargo, la máquina de guerra alemana nunca sufrió por los cojinetes de bolas.

Hoy en día tenemos los rodamientos más excelentes que se desplazan sobre pasadores de rodillos y conos de rodillos, así como sobre bolas. Incluso tenemos cojinetes que funcionan con fluidos y aire. Por ejemplo, el disco de mi computadora portátil gira sobre un cojinete de aire donde ninguna superficie sólida entra en contacto, lo que reduce la fricción a casi nada. Hoy en día, la fricción ya no es un problema a resolver.

Nuestro problema ahora es que tenemos demasiadas ruedas y motores girando a nuestro alrededor. Nos hemos vuelto dependientes de ellos y de los combustibles fósiles que los mantienen funcionando: necesitamos y queremos más y más, mientras los glaciares retroceden y las especies se extinguen.

Lo que realmente necesitamos ahora es un nuevo tipo de rumbo, uno que sea puramente conceptual, un rumbo que pueda mantener juntos dos pensamientos o creencias opuestos, como la ciencia y la religión, o nosotros y ellos, de manera que puedan moverse juntos sin fricción. Jesús y Buda pensaron que la compasión podría funcionar así, como un soporte conceptual, pero la compasión siempre parece escasear o no estar disponible cuando la necesitas.

Han pasado 46 años desde que estaba en la universidad mirando las bolas de acero esparcidas en el piso de mi cocina, y debo confesar que todavía tengo que dominar el arte de mantener mi rumbo, de encontrar el lugar perfecto, ni demasiado apretado, ni demasiado suelto. - pero estoy trabajando en ello.

Esta historia aparece en la edición de octubre de Deseret Magazine. Obtén más información sobre cómo suscribirte.