ElDisposición de rodamientos de soporte de husillo de bolas.Determina cómo se ubica el tornillo, cómo se transfiere el empuje axial a la estructura de la máquina y cómo responde el eje a la rotación, deflexión, vibración y expansión térmica. Incluso un husillo de bolas rectificado de alta precisión no puede ofrecer el rendimiento de posicionamiento esperado si sus cojinetes de soporte se seleccionan o instalan incorrectamente.
el mas comundisposiciones de rodamientos de husillo de bolasson fijo-fijo, fijo-flotante y fijo-libre. Cada configuración proporciona un equilibrio diferente de rigidez axial, velocidad permitida, resistencia al pandeo, comportamiento térmico, dificultad de instalación y costo.
¿Qué hace una disposición de rodamientos de soporte de husillo de bolas?
Una disposición de cojinete de soporte de husillo de bolas localiza y soporta el eje del husillo giratorio. Sus principales funciones incluyen:
- Ubicación del tornillo axial y radialmente
- Transferencia de empuje axial a la estructura de la máquina.
- Mantener un centro de rotación estable.
- Limitar el desplazamiento axial no deseado
- Incrementar la rigidez axial del sistema de alimentación.
- Controlar la deflexión y vibración del eje
- Acomodar o controlar la expansión térmica.
Los cojinetes de soporte normalmente no soportan la carga radial principal ni el momento de vuelco de la mesa de la máquina. Estas cargas generalmente deben ser soportadas por guías lineales, mientras que el husillo de bolas proporciona la fuerza axial necesaria para mover la carga.
Por qué es importante el soporte del rodamiento en un husillo de bolas rectificado
Los mismos principios de soporte se aplican tanto a los husillos de bolas laminados como a los rectificados. Sin embargo, la selección e instalación de los rodamientos se vuelven más críticas cuando se utiliza un husillo de bolas rectificado con precisión porque la holgura del rodamiento, el descentramiento del extremo del eje, la deformación de la carcasa y la desalineación pueden reducir el beneficio de la mayor precisión del avance del husillo.
El rendimiento de posicionamiento de un eje de husillo de bolas completo depende de varios factores relacionados:
- Precisión del avance del husillo de bolas
- Precarga de tuerca de bolas o juego axial
- Rigidez soporte-soporte y precarga
- Precisión de mecanizado del extremo del eje
- Precisión del alojamiento y del asiento del rodamiento
- Alineación entre el tornillo, la tuerca y las guías lineales
- Expansión térmica durante el funcionamiento.
- Método de retroalimentación y control.
Un husillo de bolas rectificado de alta precisión no puede compensar una holgura excesiva del rodamiento o una mala alineación de la instalación.
Rodamientos de extremos fijos en un sistema de husillo de bolas
El extremo fijo establece la posición axial del husillo de bolas. Por lo general, utiliza un par combinado de rodamientos de contacto angular capaces de soportar cargas axiales en ambas direcciones. También se pueden seleccionar rodamientos de soporte de husillo de bolas diseñados específicamente según los requisitos de carga, velocidad, rigidez y vida útil.
La precarga del rodamiento ayuda a reducir el juego interno y aumentar la rigidez axial. Sin embargo, una precarga excesiva puede aumentar la fricción, el par de funcionamiento, la generación de calor y el desgaste de los rodamientos. Por lo tanto, la precarga debe coincidir con los requisitos operativos reales en lugar de simplemente ser lo más alta posible.
Las unidades de soporte de lado fijo comunes incluyen los tipos BK, FK y EK. La unidad adecuada depende del diámetro del tornillo, las dimensiones del extremo del eje mecanizado, la dirección de montaje y la rigidez requerida.
Rodamientos de extremo flotante en un sistema de husillo de bolas
Adisposición de rodamientos flotantesno significa necesariamente que el extremo del tornillo quede sin soporte. En la mayoría de los sistemas fijo-flotante, el extremo flotante contiene un cojinete radial que mantiene la alineación rotacional del tornillo al tiempo que permite el movimiento axial.
Esta libertad axial permite que el tornillo se expanda o contraiga a medida que cambia su temperatura sin generar la fuerza interna adicional que puede ocurrir cuando ambos extremos están rígidamente restringidos.
BF, FF y EF son unidades de soporte de lado flotante comunes que se utilizan con las unidades de lado fijo BK, FK y EK. Por ejemplo, BK/BF es una combinación de uso frecuente para conjuntos de husillos de bolas estándar.
El extremo flotante no debe instalarse de manera que involuntariamente sujete el tornillo axialmente. De lo contrario, el sistema puede comportarse como una disposición fija-fija ensamblada incorrectamente y desarrollar una carga excesiva a medida que aumenta la temperatura del tornillo.
Disposición de rodamientos de husillo de bolas fijo-fijo
En una disposición de rodamiento de husillo de bolas fijo-fijo, ambos extremos del husillo proporcionan restricción axial. Cuando el tornillo está correctamente tensado entre los dos grupos de rodamientos, esta configuración proporciona una alta rigidez axial y una mayor resistencia a la deflexión del eje.
La restricción final más fuerte también puede aumentar el potencial de velocidad crítica del tornillo. Por lo tanto, el soporte fijo-fijo se considera frecuentemente para tornillos largos, ejes de alta velocidad, máquinas herramienta de precisión y aplicaciones que requieren alta rigidez dinámica.
Ventajas del soporte fijo-fijo
- Alta rigidez axial
- Mayor resistencia al pandeo bajo compresión.
- Mayor potencial de velocidad crítica
- Mejor control de tornillos largos o muy cargados
- Adecuado para ejes de avance de precisión y alta dinámica
Consideraciones de instalación
Los dos grupos de rodamientos deben estar alineados con precisión. Los errores de instalación pueden producir torsión anormal, vibración, calor, carga interna excesiva y desgaste prematuro de los rodamientos.
También se debe considerar la expansión térmica. Debido a que ambos extremos están restringidos, un aumento en la temperatura del tornillo puede crear una fuerza axial adicional. La maquinaria de precisión puede utilizar pretensión calculada del tornillo, control de temperatura, compensación de posición u otro método diseñado para controlar este efecto.
El juego incontrolado del rodamiento no debe utilizarse como sustituto de un diseño térmico adecuado porque puede reducir la rigidez axial y la precisión de inversión.
Disposición de rodamientos de husillo de bolas fijo-flotante
en undisposición de rodamientos fijos y flotantes, el extremo fijo controla la posición axial del tornillo y lleva el empuje axial. El extremo flotante soporta el tornillo radialmente mientras permite el movimiento axial causado por la expansión térmica.
Esta configuración también se denomina disposición con soporte fijo porque el extremo flotante todavía está soportado radialmente. Por lo tanto, los términos "extremo flotante" y "extremo soportado" describen a menudo la misma función en un conjunto de husillo de bolas convencional.
La disposición fijo-flotante proporciona un equilibrio práctico entre rigidez, capacidad de velocidad, libertad térmica, tolerancia de instalación y costo. Es ampliamente utilizado en equipos CNC, automatización industrial, módulos lineales, sistemas de manipulación y otros ejes de máquinas.
Ventajas del soporte fijo-flotante
- Mejor soporte del eje que una disposición fija y libre
- Posicionamiento axial controlado en el extremo fijo
- Permite el movimiento térmico axial en el extremo flotante.
- Menor sensibilidad de instalación que soporte fijo-fijo
- Adecuado para muchos ejes de máquinas estándar
Su rigidez axial y su potencial de velocidad crítica son generalmente menores que los de una disposición fijo-fijo correctamente diseñada. Sin embargo, es adecuado para muchos sistemas de husillos de bolas de longitud media y velocidad moderada.
Disposición de rodamientos de husillo de bolas fijo-libre
En una disposición fija-libre, solo un extremo del tornillo está soportado y ubicado axialmente. El otro extremo sigue sin apoyo.
Esta disposición es mecánicamente sencilla y permite que el tornillo se expanda libremente. Sin embargo, proporciona la menor resistencia a la flexión y vibración entre las tres configuraciones. Su velocidad crítica y su capacidad de carga de compresión también son limitadas.
El soporte libre fijo se utiliza generalmente para tornillos cortos, mecanismos de baja velocidad, cargas livianas y aplicaciones donde la construcción compacta es más importante que la máxima rigidez.
Un acuerdo fijo-libre no debe confundirse con un acuerdo fijo-flotante. El extremo flotante de un sistema fijo-flotante normalmente tiene soporte de rodamiento radial, mientras que el extremo libre de un sistema fijo-libre no.
Cómo afecta la disposición de los rodamientos a la velocidad crítica
Un husillo de bolas giratorio puede comenzar a vibrar cuando su velocidad de funcionamiento se acerca a su velocidad crítica. La velocidad crítica está influenciada por el diámetro de la raíz del tornillo, la longitud sin soporte, la disposición de los cojinetes finales, la precisión de la instalación y la velocidad de rotación.
Como comparación general:
- Fijo-fijo proporciona la restricción final más fuerte y el mayor potencial de velocidad crítica.
- Fijo-flotante proporciona una sujeción moderada y es adecuado para muchos ejes de máquinas convencionales.
- Fijo libre proporciona la menor restricción y normalmente se limita a tornillos más cortos y lentos.
La velocidad de trabajo debe permanecer de forma segura por debajo de la velocidad crítica calculada. También se deben considerar los límites de circulación de bolas, la velocidad del rodamiento, la lubricación, la generación de calor y el valor DN del husillo de bolas. La velocidad crítica no es el único límite a la velocidad de funcionamiento.
Cómo afecta la disposición al pandeo
Cuando un husillo de bolas empuja una carga, parte del eje del husillo puede quedar sujeto a compresión. Un tornillo largo y delgado puede pandearse antes de que el conjunto de tornillo y tuerca alcance su capacidad de carga dinámica nominal.
La condición de soporte tiene un efecto directo sobre la resistencia al pandeo. El soporte fijo-fijo generalmente proporciona mayor resistencia que el soporte fijo-flotante o fijo-libre. Sin embargo, el cálculo real debe utilizar el diámetro de la raíz del tornillo, la longitud sin soporte, la dirección de la carga y la condición real de montaje.
Cuando la estructura de la máquina lo permita, disponer el husillo de bolas de manera que funcione principalmente en tensión en lugar de compresión puede ayudar a reducir el riesgo de pandeo.
Cómo afecta la expansión térmica a la selección
El calor puede ser generado por los cojinetes de soporte, la circulación de bolas, los sellos, el lubricante, la transmisión del motor y la máquina circundante. A medida que aumenta la temperatura del tornillo, el tornillo se hace más largo.
En una disposición de rodamiento fijo-flotante, el tornillo puede expandirse hacia el extremo flotante. Esto evita que el cojinete del lado flotante se oponga rígidamente al cambio de longitud. Sin embargo, el alargamiento del tornillo aún puede afectar la precisión de posicionamiento del eje.
En una disposición fijo-fijo, la tensión del tornillo aplicada correctamente puede mejorar la rigidez y ayudar a controlar el comportamiento térmico. La tensión inicial, la temperatura de funcionamiento, la carga del rodamiento y la expansión esperada deben considerarse juntas para evitar sobrecargar el tornillo o los rodamientos.
Los sistemas de alta precisión pueden utilizar una o más de las siguientes medidas:
- Pretensión de tornillo calculada
- Estabilización de temperatura
- Lubricación controlada
- Compensación de posición
- Retroalimentación de escala lineal
- Reducción de fricción y precarga innecesarias.
Comparación de disposiciones de rodamientos de husillos de bolas
| Acuerdo | Rigidez relativa | Comportamiento térmico | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Fijo-fijo | Alto | Requiere control calculado de pretensión y expansión térmica. | Ejes largos, rápidos, rígidos o de precisión |
| Fijo-flotante / fijo-apoyado | Medio | Permite el movimiento axial en el extremo flotante. | CNC general y ejes de automatización. |
| Fijo-gratuito | Bajo | Permite la libre expansión | Mecanismos cortos, lentos y ligeramente cargados. |
Elección de una disposición de rodamientos de husillo de bolas
La disposición correcta de los rodamientos del husillo de bolas depende de todas las condiciones de funcionamiento y no sólo del grado de precisión del husillo. Antes de seleccionar el método de soporte, confirme:
- Diámetro nominal y raíz del tornillo
- Longitud total y sin soporte
- Paso de tornillo
- Velocidad de rotación máxima
- Carga axial y dirección de carga.
- Orientación de montaje
- Rigidez axial requerida
- Cambio de temperatura esperado
- Requisitos de posicionamiento y repetibilidad.
- Espacio de instalación disponible
Una disposición fijo-fijo proporciona mayor rigidez y potencial de velocidad crítica, pero requiere una alineación precisa y un control térmico adecuado. Una disposición de rodamientos fijos y flotantes ofrece un equilibrio práctico entre soporte y libertad térmica para muchos ejes de automatización y CNC. Una disposición fija-libre es más sencilla, pero normalmente se limita a tornillos cortos, de baja velocidad y con carga ligera.
Detalles de instalación que afectan el rendimiento
Incluso la disposición correcta de los rodamientos puede funcionar mal si el conjunto está desalineado. Las comprobaciones de instalación importantes incluyen:
- Concentricidad de los extremos mecanizados del eje.
- Cuadratura de las superficies de montaje del alojamiento de rodamientos
- Alineación entre el eje del tornillo y las guías lineales
- Correcta orientación y precarga de los rodamientos de extremo fijo.
- Apriete correcto de la contratuerca del rodamiento.
- Libertad axial en el extremo flotante.
- Par de funcionamiento uniforme en toda la carrera
- Lubricación correcta antes de la operación.
El husillo de bolas debe girar suavemente después del montaje. Los atascos, la variación anormal del par, el ruido repetido o el aumento rápido de la temperatura pueden indicar desalineación, precarga excesiva del rodamiento, instalación incorrecta del rodamiento o interferencia axial en el extremo flotante.
Opciones de soporte y husillo de bolas DLY
DLY suministra husillos de bolas laminados y rectificados junto con las correspondientes opciones de unidad de soporte y mecanizado de extremos de eje. Las unidades de lado fijo y flotante disponibles incluyen combinaciones comunes de BK/BF, FK/FF y EK/EF.
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Para una revisión del proyecto, proporcione el modelo de tornillo, el diámetro, el paso, la longitud, la velocidad máxima, la carga axial, el grado de precisión, la disposición de rodamientos propuesta y el dibujo del extremo del eje. El husillo de bolas, los cojinetes de soporte y el mecanizado de extremos se pueden evaluar como un solo conjunto.
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