Para evitar alcanzar la velocidad crítica de un husillo de bolas, primero calcule la velocidad de rotación requerida por la velocidad lineal objetivo. Luego compárelo con la velocidad crítica del eje del tornillo, la velocidad permitida de la tuerca de bolas según el DN y los límites de los cojinetes de soporte, el acoplamiento y el motor.
La velocidad de funcionamiento permitida está determinada por el más bajo de estos límites. Para un tornillo giratorio largo, la velocidad crítica del eje es a menudo el factor de control porque disminuye rápidamente a medida que aumenta la longitud del tornillo sin soporte.
¿Qué es la velocidad crítica del husillo de bolas?
La velocidad crítica es la velocidad de rotación a la que el eje del tornillo giratorio se acerca a una de sus frecuencias de flexión naturales. A esta velocidad o cerca de ella, el eje puede resonar y desarrollar una vibración lateral severa, comúnmente descrita como látigo de tornillo.
Las posibles consecuencias incluyen:
- Vibración y ruido en rápido aumento;
- Errores de posicionamiento inestable y acabado superficial;
- Carga adicional sobre la tuerca de bolas y los cojinetes de soporte;
- Daños en el acoplamiento, sello o rodamiento;
- Flexiones permanentes o fallas mecánicas en casos severos.
La velocidad crítica no es una rpm fija para todos los husillos de bolas. Cambia con el diámetro de la raíz del tornillo, la longitud sin soporte, la condición del soporte del extremo, la rectitud, la alineación de la instalación y la masa giratoria.
La longitud del husillo sin soporte y la rigidez del soporte terminal afectan fuertemente la velocidad crítica de un husillo de bolas giratorio.
La velocidad crítica no es el único límite de velocidad
Un tornillo puede permanecer por debajo de la velocidad crítica de su eje pero aun así exceder la velocidad permitida del sistema de circulación de bolas. Por tanto, la selección completa debe comparar varios límites.
| Límite de velocidad | lo que protege | Entradas principales |
|---|---|---|
| Velocidad crítica del eje del tornillo | Previene la resonancia del eje y el látigo lateral. | Diámetro de la raíz, longitud sin soporte y disposición del soporte terminal. |
| Velocidad permitida basada en DN | Protege el sistema de circulación de bolas y la tuerca de una velocidad excesiva de la bola. | Diámetro del círculo esférico, estructura de la tuerca y velocidad de rotación. |
| Velocidad de soporte | Previene una temperatura excesiva de los rodamientos y daños prematuros a los mismos. | Tipo de rodamiento, precarga, lubricación y estructura de la unidad de soporte. |
| Límite del motor y del acoplamiento | Mantiene la transmisión y el control estables | Velocidad del motor, índice de acoplamiento, inercia y aceleración. |
Paso 1: convertir la velocidad lineal en velocidad de rotación del tornillo
La velocidad requerida del husillo se calcula a partir de la velocidad lineal objetivo y el avance del husillo de bolas:
norte = v × 1000 / p
n = velocidad del tornillo en rpm
v = velocidad lineal en m/min
p = paso del husillo de bolas en mm/revolución
Por ejemplo, un eje que requiera una velocidad lineal de 20 m/min necesitaría:
| Paso del husillo de bolas | Velocidad lineal objetivo | Velocidad de tornillo requerida |
|---|---|---|
| 5mm | 20 m/min | 4.000 rpm |
| 10 milímetros | 20 m/min | 2.000 rpm |
| 20mm | 20 m/min | 1.000 rpm |
Este ejemplo muestra por qué un avance más grande puede ayudar a que un eje de alta velocidad permanezca por debajo de su límite de rotación. Esto no demuestra que el paso de 20 mm sea automáticamente adecuado: aún deben comprobarse el par, la capacidad de carga, la resolución de posicionamiento, la velocidad de circulación de la tuerca y la aceleración.
Paso 2: Confirme la longitud del tornillo sin soporte
La velocidad crítica es muy sensible a la longitud no soportada entre los puntos efectivos de soporte del rodamiento. La relación es aproximadamente:
Velocidad crítica ∝ diámetro de raíz ÷ longitud sin soporte2
Debido a que el término de longitud es al cuadrado, aumentar la longitud sin soporte puede reducir la velocidad crítica mucho más de lo esperado. Utilice la distancia entre los puntos efectivos de soporte del rodamiento, no simplemente la carrera ordenada de la máquina o la longitud total de corte del tornillo.
También incluye:
- Las secciones de tornillo entre los cojinetes de desplazamiento y soporte de la tuerca;
- La longitud de los extremos mecanizados del eje que afectan la posición del rodamiento;
- Cualquier sección sobresaliente más allá del rodamiento;
- La ubicación real y rigidez de los soportes fijos y flotantes.
Paso 3: utilice el diámetro de raíz correcto
Los cálculos de velocidad crítica normalmente utilizan la raíz del tornillo o el diámetro menor, no el diámetro exterior nominal impreso en el número de modelo. Por ejemplo, un husillo de bolas nominal de 25 mm tiene un diámetro de raíz más pequeño una vez formada la ranura de bolas.
Usar el diámetro nominal en lugar del diámetro de cálculo real sobreestimará la rigidez del eje y la velocidad crítica. Obtenga el diámetro de la raíz a partir de los datos técnicos del fabricante o del dibujo de tornillo confirmado.
Aumentar el diámetro del tornillo generalmente aumenta la rigidez a la flexión y la velocidad crítica, pero también aumenta la inercia de rotación, la demanda del motor, el tamaño de la unidad de soporte y el costo. Por lo tanto, se debe comprobar la selección del diámetro junto con la aceleración y la capacidad del motor.
Paso 4: Verifique el acuerdo de soporte final
La velocidad crítica depende de cómo se restringe el eje del tornillo en ambos extremos. Una disposición de soporte más rígida normalmente proporciona una velocidad crítica más alta que un tornillo con un extremo libre o mal soportado.
| Condición de soporte | Capacidad de velocidad crítica relativa | nota practica |
|---|---|---|
| Fijo-gratuito | Más bajo | Generalmente inadecuado para un tornillo giratorio largo y de alta velocidad. |
| Soportado-soportado | Más alto que fijo-libre | El rendimiento real depende del juego del rodamiento y de la rigidez de la carcasa. |
| Fijo-soportado | Disposición práctica común | El lado fijo controla la posición axial; El lado flotante soporta el extremo opuesto. |
| Fijo-fijo | La más alta entre las condiciones finales comunes | Requiere una cuidadosa alineación y diseño de expansión térmica. |
Las etiquetas de apoyo por sí solas no son suficientes. Los ajustes flojos de los rodamientos, el apriete incorrecto de las contratuercas, las carcasas flexibles o las superficies de montaje deficientes pueden hacer que una instalación se comporte menos rígida que la disposición de soporte teórica.
Suministros DLYUnidades de soporte de husillos de bolas BK/BF, FK/FF y EK/EFque se pueden combinar según el diámetro del tornillo, el mecanizado del extremo del eje y el diseño de instalación.
Los cálculos de velocidad crítica deben utilizar la distancia efectiva entre los puntos de soporte de rodamientos reales.
Paso 5: aplique el margen de seguridad correcto
No opere deliberadamente a la velocidad de resonancia teórica. El valor operativo permitido debe incluir el factor de seguridad especificado por el fabricante del husillo de bolas o el método de cálculo.
Algunos métodos de cálculo del catálogo ya multiplican la velocidad crítica teórica por un factor de seguridad como 0,8. Verifique la definición antes de aplicar un factor adicional; de lo contrario, el margen de seguridad podría contarse dos veces accidentalmente.
El ajuste de velocidad final también debe considerar:
- Tolerancias de fabricación e instalación;
- Atornille la rectitud y el equilibrio;
- Estado del acoplamiento y del cojinete;
- Aceleración, desaceleración y sobrevelocidad transitoria;
- Cambios en la estructura de la máquina durante el funcionamiento a largo plazo.
Formas prácticas de aumentar la velocidad lineal segura
| Cambio de diseño | Por qué ayuda | Compensación para verificar |
|---|---|---|
| Utilice un diámetro de tornillo mayor | Aumenta la rigidez a la flexión del eje y la velocidad crítica. | Mayor inercia, demanda del motor, tamaño y costo. |
| Reducir la longitud sin soporte | Aumenta considerablemente la velocidad crítica porque la longitud es un término al cuadrado. | Carrera, posición del rodamiento y juego de recorrido de la tuerca |
| Utilice una ventaja más grande | Produce la misma velocidad lineal a menores rpm del tornillo. | Par de accionamiento, resolución, tipo de tuerca y límite DN |
| Mejorar la rigidez del soporte. | Aumenta el coeficiente de fijación final efectivo. | Precarga, alineación y expansión térmica de rodamientos. |
| Limitar la velocidad del motor en el controlador. | Previene el exceso de velocidad en estado estable y comandado | Tiempo de ciclo de proceso real |
| Utilice una disposición de tuerca giratoria | Mantiene estacionario un eje de tornillo largo y evita el latigazo del eje giratorio. | Estructura de transmisión, rodamientos y lubricación de tuercas más compleja |
Para aplicaciones convencionales de tornillo giratorio, DLYopciones de husillos de bolas de alta velocidadSe puede revisar según el diámetro, avance, velocidad, carrera y estructura de tuerca requeridos. Aún así, en la instalación real se debe comprobar la velocidad de rotación permitida del producto.
Para un eje muy largo donde la velocidad crítica del eje giratorio se convierte en la principal limitación, unjuego de husillo de bolas con tuerca giratoriaPuede considerarse porque el eje largo del tornillo permanece estacionario mientras la tuerca gira.
Problemas de instalación que pueden parecerse a vibraciones de velocidad crítica
No todas las vibraciones a alta velocidad significan que se ha alcanzado la velocidad crítica calculada. Síntomas similares pueden resultar de:
- Desalineación entre el motor, acoplamiento, tornillo y unidades de soporte;
- Un eje de tornillo doblado o un error de rectitud excesivo;
- Cajas de cojinetes o pernos de montaje flojos;
- Precarga del rodamiento o apriete de contratuerca incorrecto;
- Un acoplamiento desequilibrado o componente giratorio;
- Componentes de circulación de bolas dañados;
- Un problema de servoajuste o resonancia estructural en otra parte de la máquina.
Si se produce vibración a una velocidad repetible, reduzca la velocidad y verifique el conjunto completo antes de continuar con la operación. No pase repetidamente por un rango de resonancia severo simplemente para confirmar el ruido.
Información necesaria para un control de velocidad
Para evaluar un husillo de bolas para velocidad crítica y funcionamiento a alta velocidad, prepare:
- Modelo de husillo de bolas y diámetro nominal;
- Diámetro real de la raíz o dibujo completo del tornillo;
- Avance y número de inicios de hilo;
- Longitud total del tornillo y longitud sin soporte;
- Carrera efectiva y velocidad lineal requerida;
- Disposición de soporte de lado fijo y flotante;
- Perfil de aceleración y velocidad máxima del motor;
- Carga de funcionamiento y dirección de instalación;
- Tipo de tuerca de bolas y límite DN del fabricante.
En la selección práctica, la longitud total del tornillo por sí sola no es suficiente. DLY normalmente necesita la carrera efectiva, las posiciones de soporte, el dibujo del mecanizado final, el avance y la velocidad objetivo para verificar si la configuración propuesta del husillo de bolas es apropiada.
Conclusión
Evitar la velocidad crítica del husillo de bolas comienza con el cálculo de las rpm reales requeridas para la velocidad lineal objetivo. Luego, esas rpm deben permanecer por debajo del valor permitido determinado por la velocidad crítica del eje, el límite DN, los cojinetes de soporte, el acoplamiento y el motor.
Para ejes largos o de alta velocidad, los cambios más efectivos suelen ser aumentar el diámetro del tornillo, reducir la longitud sin soporte, mejorar el soporte del extremo, aumentar el avance o mantener el tornillo estacionario con una estructura de tuerca giratoria. También se debe comprobar el diseño final en cuanto a capacidad de carga, rigidez, precisión, aceleración y expansión térmica.
¿Necesita ayuda para comprobar la velocidad crítica de un husillo de bolas?
Envíe el diámetro del tornillo, el avance, la longitud sin soporte, la disposición del soporte, la velocidad lineal objetivo y el plano de mecanizado final a DLY para confirmar las especificaciones.
Correo electrónico:dlyexport2@dlybearing.com
