Engranaje helicoidal Selección de rodamientos — Cálculo de la carga de empuje, la carga radial y la vida útil L10

Sí. Un engranaje helicoidal añade una fuerza radial al eje del tornillo sin fin, pero también una fuerza axial. La fuerza tangencial del engranaje helicoidal Ft_hel actúa tangencialmente en el engranaje y contribuye a la carga radial del eje del tornillo sin fin. La fuerza axial del engranaje helicoidal Fa_hel actúa axialmente sobre el eje del tornillo sin fin, sumándose o restándose al empuje axial del engranaje Fa1 según el sentido de giro de la hélice del engranaje helicoidal. Para hélices del mismo sentido, las fuerzas se suman; para hélices de sentido opuesto, se restan. Siempre verifique el signo de la fuerza axial combinada antes de seleccionar la capacidad axial del cojinete fijo. Un engranaje helicoidal con el mismo sentido de giro que la rosca del tornillo sin fin puede aumentar significativamente la carga axial total del eje del tornillo sin fin.

Sí, y para transmisiones de tornillo sin fin de alta resistencia (D3-D4, par de salida elevado), los rodamientos de rodillos cónicos suelen preferirse a los rodamientos de bolas de contacto angular para la posición fija. Los rodamientos de rodillos cónicos tienen mayor capacidad radial y axial que los rodamientos de bolas de contacto angular de diámetro equivalente, y son más adecuados para entornos contaminados, ya que el contacto de rodillos produce una mayor carga en el elemento rodante sobre la contaminación por partículas que el contacto de bolas. El rodamiento de rodillos cónicos requiere una precarga o holgura de trabajo que debe ajustarse durante la instalación; este procedimiento de configuración es más complejo que el de los rodamientos de bolas de contacto angular en disposición espalda con espalda, pero proporciona una capacidad y robustez superiores para aplicaciones exigentes.

La tensión efectiva de la correa trapezoidal (la fuerza que produce el par) es igual al par del motor dividido por el radio de la polea: F_efectiva = T_motor / r_polea. La tensión total de la correa aplicada radialmente al eje es la suma vectorial de la tensión del lado tenso T1 y la tensión del lado flojo T2: F_correa = T1 + T2. Para una transmisión por correa trapezoidal, T1/T2 = e^(mu_V x theta) donde mu_V es el coeficiente de fricción de la correa trapezoidal (~0,4-0,5) y theta es el ángulo de envoltura. Una aproximación conservadora para el cálculo de la carga del cojinete: F_correa = 2,5 x F_efectiva para una transmisión por correa trapezoidal con tensión normal. Esta fuerza de la correa actúa radialmente en la posición de la línea central de la correa en el eje, sumándose a la fuerza radial de engranaje. La fuerza radial combinada Fr_total para el cálculo del cojinete es la suma vectorial de F_correa y Fr_malla, dependiendo del ángulo entre ellas.

Con la selección correcta de rodamientos (rodamientos de bolas de contacto angular para el eje sin fin, cálculo correcto de la carga combinada, disposición de montaje correcta), la vida útil objetivo L10 del rodamiento debería igualar o superar la vida útil del conjunto de engranajes, que suele ser de 15 000 a 30 000 horas para transmisiones industriales. Si la vida útil del rodamiento es significativamente menor que la del engranaje, la especificación del rodamiento es incorrecta o el montaje es incorrecto. En la práctica, las fallas de los rodamientos en las transmisiones de engranajes sin fin casi siempre se deben a una de estas tres causas: tipo de rodamiento incorrecto (DGBB cuando se requiere contacto angular), cálculo de carga incorrecto (sin incluir cargas externas) o montaje incorrecto (ambos rodamientos fijos, lo que crea una restricción térmica). Un rodamiento correctamente especificado y montado en una transmisión de engranajes sin fin no debería ser un elemento de reemplazo planificado durante la vida útil del conjunto de engranajes.

La magnitud de la precarga depende del tamaño del rodamiento, las condiciones de carga y la velocidad. La recomendación general es: precarga media (normalmente 1-3% con una clasificación de carga dinámica básica C) para transmisiones industriales de engranajes helicoidales a velocidad normal (eje helicoidal de 500-1500 RPM). Precarga ligera para transmisiones de alta velocidad (eje helicoidal superior a 1500 RPM) para evitar la generación excesiva de calor por el contacto rodante del rodamiento bajo precarga. Precarga pesada para requisitos de alta rigidez (articulaciones de robots de precisión, sistemas de posicionamiento) donde la deflexión del eje bajo carga debe minimizarse. La precarga se puede aplicar mediante espaciadores entre los anillos interiores, arandelas elásticas o el par de apriete de la tuerca de montaje. Consulte la tabla de precarga del fabricante del rodamiento para conocer la designación específica del rodamiento y la velocidad del eje.

Sí, casi con toda seguridad. El ruido de los rodamientos en un mecanismo de tornillo sin fin tiene características distintas al ruido de engranaje: el ruido de los rodamientos suele producir un zumbido o silbido de banda ancha que aumenta con la velocidad, en lugar del ruido tonal a la frecuencia de engranaje y sus armónicos que producen los problemas de engranaje. Para distinguirlos: calcule la frecuencia de engranaje (RPM del eje del tornillo sin fin x z1 / 60 Hz). Si la frecuencia de ruido dominante sigue la velocidad del eje pero NO está a la frecuencia de engranaje ni a sus armónicos, el ruido proviene del contacto de los elementos rodantes en los rodamientos y no del engranaje. Las frecuencias específicas de los defectos de los rodamientos (BPFI del anillo interior, BPFO del anillo exterior, BSF del elemento rodante) se pueden calcular a partir de la geometría del rodamiento, si está disponible, lo que proporciona una identificación aún más precisa.

La orientación vertical del eje sin fin cambia la dirección del componente gravitatorio con respecto al eje. En orientación vertical, el peso del eje sin fin actúa hacia abajo a lo largo del eje, lo que aumenta la carga axial en el cojinete inferior y puede reducir la carga en el cojinete superior. Para ejes verticales: el cojinete inferior debe ser el cojinete fijo (de empuje), capaz de soportar tanto el empuje axial Fa1 de la malla del sinfín como el componente del peso del eje que actúa hacia abajo. El cojinete superior es el cojinete flotante. Verifique que el componente gravitatorio del peso del eje esté incluido en el cálculo de la carga axial para el cojinete fijo inferior. Para un eje sin fin en el Módulo M5, el peso del eje puede ser de 3 a 8 kg, lo que produce una carga axial de 30 a 80 N por gravedad, pequeña en comparación con las cargas de empuje típicas de varios kN, pero debe confirmarse.

Los rodamientos de bolas de contacto angular montados espalda con espalda requieren dimensiones precisas del hombro del eje y condiciones del orificio de la carcasa para un correcto asentamiento. Parámetros críticos: la altura del hombro del eje debe estar entre 50% y 80% de la altura del anillo interior del rodamiento para proporcionar un área de contacto adecuada sin interferir con los elementos rodantes. El diámetro del hombro del eje no debe exceder el diámetro del borde exterior del anillo interior. La tolerancia del orificio de la carcasa debe ser H7 para la carga del anillo interior del eje giratorio (que se aplica al eje sin fin), proporcionando una ligera interferencia para evitar la rotación del anillo interior sobre el eje bajo carga. Anillo exterior en la carcasa: tolerancia K7 para rodamientos fijos, H7 o J7 para rodamientos flotantes. Llenado de grasa para rodamientos de eje sin fin: 1/3 a 1/2 de espacio libre en la cavidad de la carcasa del rodamiento, más que esto causa sobrecalentamiento por agitación viscosa.