Un sistema de husillo de bolas pretensado aplica una fuerza de tracción inicial calculada al eje del husillo a través de su disposición de soporte-cojinete. Un sistema no pretensado instala el tornillo sin este estiramiento axial intencional y comúnmente permite la expansión térmica hacia un extremo flotante o soportado.
La pretensión del eje puede mejorar la rigidez axial y la estabilidad dinámica en ejes de máquinas largos, rápidos o de precisión, pero también aumenta la carga del rodamiento, la sensibilidad de la instalación y los requisitos de diseño térmico. No debe confundirse con la precarga de la tuerca de bolas, que controla el espacio entre las bolas, la tuerca y las pistas del tornillo.
Qué significa la pretensión del husillo de bolas
En un eje de husillo de bolas pretensado, el eje del husillo normalmente está limitado por grupos de cojinetes fijos en ambos extremos. Durante el montaje, un grupo de cojinetes se desplaza o ajusta para estirar el tornillo en una cantidad calculada antes de la operación de bloqueo final.
La fuerza de tracción resultante permanece en el eje del tornillo después del montaje. Esta fuerza inicial puede aumentar la resistencia del sistema a la deformación axial y ayudar a mantener un eje giratorio más estable, siempre que el tornillo, los cojinetes, las carcasas y la estructura de la máquina estén diseñados para la carga adicional.
Se instala un husillo de bolas no pretensado sin estiramiento axial intencionado. Una disposición común utiliza un extremo fijo para ubicar el tornillo axialmente y un extremo flotante o soportado para soportarlo radialmente mientras permite el movimiento térmico axial.
Comparación de husillos de bolas pretensados y no pretensados
| Comparación | Husillo de bolas pretensado | Husillo de bolas no pretensado |
|---|---|---|
| Condición inicial del eje | El eje del tornillo se estira intencionalmente en una cantidad calculada | No se aplica ningún estiramiento axial intencional. |
| Disposición de soporte típica | Disposición de rodamientos fijo-fijo | Frecuentemente fijo-flotante o fijo-apoyado |
| Rigidez axial | Generalmente más alto cuando el sistema completo de rodamientos y soportes está diseñado correctamente | Generalmente más bajo pero suficiente para muchos ejes de máquinas convencionales. |
| Comportamiento térmico | La expansión térmica cambia la fuerza de tracción inicial y debe calcularse | El extremo flotante permite la expansión axial, aunque el alargamiento del tornillo aún puede afectar la posición |
| Estabilidad dinámica | Puede mejorar la estabilidad de tornillos giratorios largos o de alta velocidad. | Adecuado para velocidad moderada y longitudes de tornillo convencionales |
| Carga del rodamiento | Los cojinetes de soporte soportan continuamente la fuerza de pretensión inicial. | Sin carga adicional en los rodamientos debido a la pretensión deliberada del eje |
| Instalación | Requiere una alineación precisa, una extensión controlada y un bloqueo correcto | Instalación más sencilla con mayor libertad térmica |
| Aplicación típica | Ejes de avance largos, rápidos, de alta rigidez o de precisión | Equipos generales de CNC, automatización y posicionamiento. |
Cómo la pretensión del eje afecta el rendimiento del husillo de bolas
Rigidez axial
Un eje de tornillo cargado axialmente se estira o comprime bajo la fuerza operativa. La tensión inicial puede ayudar a reducir el efecto de la carga de compresión y mejorar la rigidez axial de un sistema fijo-fijo correctamente diseñado.
La rigidez final no depende únicamente del tornillo. Se deben considerar la rigidez del soporte, la precarga del rodamiento, la rigidez del alojamiento del rodamiento, las dimensiones del extremo del eje, el montaje de la tuerca y la estructura de la máquina.
Velocidad crítica y vibración
Un largo husillo de bolas giratorio puede vibrar a medida que su velocidad se acerca a la velocidad crítica del sistema. Una restricción de extremo más fuerte y una tensión controlada del eje pueden mejorar la estabilidad dinámica, pero la pretensión no elimina todos los límites de velocidad.
Antes de seleccionar la velocidad máxima de funcionamiento aún se deben verificar el diámetro de la raíz, la longitud sin soporte, la disposición de los soportes, la rectitud, la alineación de la instalación, la velocidad de circulación de las bolas, la velocidad del rodamiento y la lubricación.
Expansión térmica
Cuando la temperatura del tornillo aumenta, su alargamiento térmico libre se puede estimar durante el diseño inicial mediante:
Donde ΔL es el cambio de longitud, α es el coeficiente de expansión térmica del material, L es la longitud efectiva del tornillo y ΔT es el cambio de temperatura.
En una disposición fijo-flotante, el tornillo puede expandirse hacia el extremo flotante, pero su avance efectivo y su posición con respecto a la referencia fija aún cambian a medida que el tornillo se hace más largo.
En una disposición fijo-fijo pretensada, el calentamiento cambia la fuerza de tracción original. Si la pretensión inicial y el aumento de temperatura esperado coinciden adecuadamente, la disposición puede ayudar a controlar el comportamiento térmico del tornillo. Si el cálculo o la instalación son incorrectos, los cojinetes y el eje pueden experimentar una fuerza interna excesiva o inestable.
Para un cálculo térmico detallado, consulteCálculo y compensación de la expansión térmica del husillo de bolas.
Calor y vida útil
Una mayor carga interna no siempre es mejor. La pretensión excesiva del eje o la precarga del rodamiento pueden aumentar el par de funcionamiento, la fricción del rodamiento, la generación de calor y la carga de fatiga. El diseño debe utilizar sólo la fuerza necesaria para cumplir los objetivos de rigidez, velocidad y rendimiento térmico.
La pretensión del eje del tornillo no es la precarga de la tuerca de bolas
Los términos a veces se usan indistintamente en descripciones generales, pero se refieren a diferentes partes del sistema de husillo de bolas.
| Ajuste | Dónde se aplica | Propósito principal |
|---|---|---|
| Pretensión del eje del tornillo | A lo largo del eje del tornillo a través del sistema de soporte final | Mejore la rigidez del sistema y controle el comportamiento dinámico o térmico de los tornillos largos. |
| Precarga de tuerca de bolas | Entre las bolas y las pistas de rodadura de tornillos/tuercas | Reducir el juego axial y aumentar la rigidez de la tuerca. |
| Precarga del soporte | Dentro del grupo de rodamientos de contacto angular del lado fijo | Reduzca la holgura del rodamiento y aumente la rigidez del soporte. |
Una máquina puede utilizar una tuerca de bolas precargada sin aplicar pretensión del eje. También puede utilizar un eje de tornillo pretensado y al mismo tiempo requerir que la precarga de la tuerca de bolas y la precarga del cojinete de soporte se especifiquen por separado.
Cuándo utilizar husillos de bolas pretensados o no pretensados
Considere un sistema pretensado cuando:
- El tornillo es relativamente largo y gira a alta velocidad.
- Una alta rigidez axial es importante para el proceso de la máquina.
- El eje es sensible a vibraciones o inestabilidad dinámica.
- Se pueden calcular la temperatura esperada del tornillo y el alargamiento térmico.
- La máquina tiene alojamientos de cojinetes fijos alineados con precisión en ambos extremos.
- Los cojinetes de soporte pueden soportar las cargas iniciales y operativas calculadas.
- La instalación y el mantenimiento pueden seguir un procedimiento de pretensión controlado.
Considere un sistema no pretensado cuando:
- La longitud del tornillo y la velocidad de funcionamiento son moderadas.
- Una disposición fijo-flotante proporciona suficiente rigidez.
- La instalación sencilla y la libertad térmica son prioridades.
- La aplicación no justifica los requisitos adicionales para rodamientos y soportes.
- El error térmico es aceptable o se maneja mediante compensación o retroalimentación externa.
- El equipo utiliza disposiciones de soporte estándar BK/BF, FK/FF o EK/EF.
Antes de elegir cualquiera de los sistemas, proporcione el diámetro del tornillo, el paso, la longitud total y sin soporte, la velocidad de rotación, la carga axial, la orientación de montaje, los requisitos de precisión, el cambio de temperatura esperado y la disposición de rodamientos propuesta.
Para obtener una comparación de los métodos de soporte fijo-fijo, fijo-flotante y fijo-libre, consulteDisposiciones de rodamientos de soporte de husillo de bolas.
Suministros DLY laminados y rectificadoshusillos de bolascon mecanizado de extremos de eje y opciones de unidad de soporte correspondientes. Envíe el modelo del tornillo, la longitud, la velocidad, la carga, los requisitos de precisión, la temperatura de funcionamiento y el plano de instalación para su confirmación.
Correo electrónico: export@dlybearing.com
