Par de arranque del husillo de bolas frente a par de funcionamiento: ¿por qué son diferentes?

El par de arranque y el par de funcionamiento del husillo de bolas describen diferentes condiciones de funcionamiento. El par de arranque debe iniciar la rotación y acelerar el eje, mientras que el par de funcionamiento mantiene el sistema en movimiento una vez que el movimiento se ha estabilizado.

En un sistema de husillo de bolas correctamente ensamblado, el par de arranque puede ser moderadamente mayor que el par de funcionamiento estable. Sin embargo, un gran aumento del par, una fuerte resistencia dependiente-de la posición o un aumento continuo de la corriente del motor pueden indicar una lubricación inadecuada, una precarga excesiva, una resistencia del sello, problemas-en los cojinetes de soporte o una desalineación de la instalación.

Comprender de dónde proviene el torque ayuda a distinguir la resistencia normal del husillo de bolas de un problema mecánico en desarrollo.

1. ¿Qué es el par de arranque del husillo de bolas?

El par de arranque es el par requerido en el momento en que el husillo de bolas comienza a girar desde el reposo. También se le llama par de arranque en algunos contextos de ingeniería y mantenimiento.

El par de arranque puede incluir:

• Torque requerido para mover la carga axial externa
• Torque requerido para acelerar la masa en movimiento.
• Par requerido para acelerar el husillo de bolas, el acoplamiento y el rotor del motor
• Arrastre interno debido a la precarga del husillo de bolas
• Resistencia de sellos de tuercas y rascadores.
• Soporte-resistencia de rodamientos y-sellos de aceite
• Resistencia de la grasa antes de que empiece a circular.
• Resistencia de la guía, la-cadena portacable y la máquina-sello

El par de arranque no es necesariamente un valor fijo. Puede cambiar con la temperatura, la condición de lubricación, la posición del tornillo, la dirección de desplazamiento y el tiempo que la máquina ha permanecido estacionaria.

2. ¿Cuál es el par de torsión de funcionamiento del husillo de bolas?

El par de funcionamiento es el par requerido después de que el husillo de bolas ha comenzado a moverse. Se puede evaluar durante la aceleración, el desplazamiento a velocidad-constante o la desaceleración, por lo que se debe indicar la condición de funcionamiento al comparar los valores.

Para un análisis práctico, el par de funcionamiento se puede dividir en dos condiciones:

Par de marcha durante la aceleración

El motor debe continuar acelerando la masa en movimiento y los componentes giratorios. El par puede permanecer cerca del valor inicial hasta que se alcance la velocidad objetivo.

Par de funcionamiento constante

Una vez que el eje alcanza una velocidad constante, el par de aceleración se vuelve aproximadamente cero. El motor necesita principalmente superar la carga de trabajo externa y la resistencia mecánica del sistema de husillo de bolas.

Esta es la razón por la que el par de funcionamiento constante suele ser menor que el par de arranque o aceleración.

3. Torque inicial versus torque en funcionamiento

Comparación	Par inicial	Par de marcha constante
Condiciones de funcionamiento	El eje comienza a moverse desde el reposo.	El eje se mueve a una velocidad aproximadamente constante.
Par de aceleración	Normalmente incluido	Aproximadamente cero a velocidad constante
Resistencia a la grasa	Puede ser mayor después de una parada prolongada o a baja temperatura	Puede disminuir después de que se redistribuya el lubricante.
revisión de motores	Comprobar el par máximo	Compruebe el par continuo y RMS
Síntoma típico si es excesivo	Pico de corriente de inicio o falta de movimiento	Calor continuo, alta corriente o velocidad inestable.

4. Componentes básicos del torque del husillo de bolas

El par total del motor durante el arranque se puede representar conceptualmente como:

A velocidad constante, la ecuación se vuelve aproximadamente:

Dónde:

• T_cargaes el par necesario para superar la carga axial externa.
• T_{aceleración lineal}es el par requerido para acelerar la mesa móvil y la carga útil.
• T_{inercia giratoria}es el par requerido para acelerar el husillo de bolas, el acoplamiento y otras piezas giratorias.
• T_arrastrarIncluye precarga de tuerca de bolas, sellos, lubricación y resistencia a la rodadura interna.
• T_otroIncluye cojinetes de soporte, guías, cadenas portacables y otras resistencias de la máquina.

Esta distinción es importante porque el propio husillo de bolas puede representar sólo una parte del par motor medido.

5. Cálculo del par a partir de la carga axial

El par necesario para convertir el movimiento giratorio en fuerza axial se puede estimar mediante:

Este cálculo no incluye automáticamente el par de precarga de la tuerca, los sellos, los cojinetes de soporte o la inercia de rotación. Estos componentes de torque adicionales deben considerarse por separado.

Por ejemplo, supongamos que un husillo de bolas mueve una carga axial de 1000 N con un avance de 10 mm y una eficiencia de conducción estimada de 0,90:

Si el par de funcionamiento constante medido es de 2,10 N·m, los 0,33 N·m adicionales pueden provenir del arrastre de la tuerca de bolas, los cojinetes de soporte, los sellos y otras resistencias de la máquina.

Si el par de arranque alcanza los 3,00 N·m, la diferencia también puede incluir el par de aceleración y una mayor resistencia del lubricante en el arranque. El resultado debe analizarse separando las condiciones de funcionamiento en lugar de asumir que el husillo de bolas está defectuoso.

6. Cómo la precarga del husillo de bolas afecta el par

La precarga del husillo de bolas elimina o reduce el juego axial interno manteniendo un contacto controlado entre las bolas y las pistas de rodadura. Esto mejora la rigidez y la precisión de la inversión, pero también aumenta la resistencia a la rodadura interna.

Una precarga mayor generalmente produce:

• Juego axial inferior
• Mayor rigidez del sistema
• Mejor estabilidad de reversión
• Mayor par de arrastre
• Mayor corriente del motor
• Más calor por fricción a gran velocidad

Por lo tanto, una tuerca precargada puede sentirse más apretada que una tuerca con holgura-incluso cuando ambos productos funcionan correctamente.

Sin embargo, una mayor precarga no siempre es mejor. Una precarga excesiva puede provocar un calor anormal, una velocidad máxima reducida, una mayor demanda del motor y una vida útil más corta del husillo de bolas.

El par de precarga debe evaluarse utilizando las especificaciones del fabricante para el diámetro real del tornillo, el avance, el tipo de tuerca y el nivel de precarga. No se puede aplicar un único estándar universal de tacto-a todos los husillos de bolas.

7. Resistencia del sello y del limpiador

Los sellos de tuercas de husillos de bolas ayudan a limitar la entrada de polvo y contaminantes al tiempo que retienen el lubricante dentro de la tuerca. Debido a que los labios de sellado contactan o siguen estrechamente la superficie del tornillo, contribuyen a la resistencia al funcionamiento.

La resistencia del sello puede volverse más notoria cuando:

• Los sellos son nuevos.
• El material del sello es relativamente rígido.
• La temperatura de funcionamiento es baja.
• La superficie del tornillo está seca.
• Los sellos están contaminados o dañados.
• La junta no es adecuada para la geometría del tornillo.

Una cantidad pequeña y constante de arrastre del sello puede ser normal. La resistencia que cambia bruscamente en una posición de tornillo o produce daños visibles en el sello requiere inspección.

8. Cómo cambia la lubricación el par de arranque

La lubricación reduce el contacto con el metal y favorece una circulación suave de las bolas, pero el tipo, la cantidad, la temperatura y la condición del lubricante también afectan el par de arrastre.

Viscosidad de la grasa

Una grasa de alta-viscosidad o alta-consistencia puede crear más resistencia que un lubricante más ligero, especialmente durante el arranque. El lubricante debe seleccionarse según la carga, la velocidad, la temperatura y los requisitos del fabricante del husillo de bolas.

Baja temperatura

La grasa se vuelve más resistente al movimiento a medida que baja la temperatura. Un husillo de bolas que funciona normalmente en un taller cálido puede requerir un par de arranque notablemente mayor en un ambiente frío.

Grasa excesiva

Llenar demasiado la tuerca puede provocar que la grasa se agite. Las bolas deben empujar el exceso de grasa a través del sistema de circulación, aumentando la resistencia y la temperatura.

Lubricación insuficiente

Muy poco lubricante también puede aumentar la resistencia porque los contactos rodantes y los sellos funcionan sin una película lubricante adecuada. Puede provocar ruidos, aumento de temperatura y desgaste progresivo.

Largos periodos sin movimiento

Después de una parada prolongada, es posible que el lubricante ya no se distribuya uniformemente por la zona de trabajo. El par de arranque puede cambiar temporalmente hasta que un movimiento lento-de carrera completa lo redistribuya.

Para conocer los principios detallados de selección y mantenimiento de lubricantes, consulteLubricación de husillos de bolas: aceite frente a grasa y prácticas de mantenimiento.

9. Por qué un husillo de bolas nuevo puede parecer más apretado

Un husillo de bolas nuevo puede tener una resistencia mayor o más notable que un conjunto de tipo-con holgura desgastado porque el contacto entre la bola-y-la pista de rodadura, la precarga, los sellos y el lubricante aún están en su estado original.

Un husillo de bolas nuevo puede sentirse uniformemente apretado debido a:

• Precarga de tuerca especificada
• Nuevo contacto de sello
• Grasa nueva que aún no se ha distribuido
• Baja temperatura durante la inspección
• Rodamientos de soporte que también están precargados.

La resistencia uniforme es diferente de la unión. Un tornillo ensamblado correctamente debe girar suavemente sin puntos apretados repentinos, raspaduras, clics metálicos o grandes variaciones de torque a lo largo de la carrera.

No haga funcionar deliberadamente un husillo de bolas anormalmente apretado a alta velocidad para "desgastarlo". Primero confirme las especificaciones del producto, la lubricación y las condiciones de instalación.

10. Instalación desalineada y alto torque

Un husillo de bolas está diseñado principalmente para soportar fuerza axial. No se debe forzar para compensar un motor desplazado, unidades de soporte desalineadas o una carcasa de tuerca de bolas mal colocada.

Los problemas de alineación comunes incluyen:

• El eje del motor y el husillo de bolas no son coaxiales.
• El acoplamiento está instalado con un desplazamiento excesivo o un error angular.
• Las unidades de rodamientos fijas y soportadas no están alineadas.
• La carcasa de la tuerca tira de la tuerca de bolas hacia un lado.
• El eje del tornillo no es paralelo a las guías lineales.
• Los asientos de los rodamientos o los hombros del eje no coinciden con las dimensiones del soporte final-.
• Los pernos de montaje se aprietan antes de permitir que el conjunto se auto-alinee.

La desalineación a menudo produce un torque que cambia con la posición del tornillo. Por ejemplo, el eje puede girar fácilmente cerca de un extremo pero quedar tenso cerca del centro o del extremo opuesto.

En esa situación, aumentar la potencia del motor no elimina la causa mecánica. Puede permitir que la máquina continúe moviéndose mientras acelera el desgaste de la tuerca, los cojinetes de soporte y el acoplamiento.

11. Los cojinetes de soporte también pueden aumentar el torque

El alto par no siempre es causado por la tuerca de bolas. Las unidades de soporte de extremo fijo-normalmente utilizan rodamientos de contacto-angulares para controlar el movimiento axial. La disposición de los rodamientos y la precarga influyen en la resistencia a la rotación.

El par de soporte-del rodamiento puede volverse excesivo debido a:

• Precarga excesiva del rodamiento
• Orientación incorrecta del rodamiento
• Contratuerca demasiado apretada
• Cantidad de grasa inadecuada
• Ajuste incorrecto del asiento-rodamiento
• Contaminación o daños en los rodamientos.
• Los extremos fijos y soportados se desalinean

Si el husillo de bolas gira suavemente antes de apretar la contratuerca de soporte, pero se aprieta después, se debe revisar el conjunto-del cojinete de soporte antes de cambiar la tuerca de bolas.

12. Par inicial en los ejes horizontal y vertical

Eje horizontal

Las guías lineales normalmente soportan sobre un eje horizontal el peso de la mesa móvil. El par de arranque del husillo de bolas está determinado principalmente por la aceleración, la fuerza del proceso, la resistencia de la guía y el arrastre interno del sistema.

Eje vertical

En un eje vertical, el motor también debe vencer la gravedad durante el movimiento ascendente. Por lo tanto, el par de arranque puede ser sustancialmente mayor que en un eje horizontal por lo demás similar.

Un eje vertical puede retroceder-cuando se elimina el par del motor. El cálculo del par no reemplaza la necesidad de un freno de motor, un contrapeso o un sistema de retención de carga mecánica-adecuado.

13. Cómo medir el par de arrastre del husillo de bolas

El par de arrastre se mide mejor bajo una condición claramente definida. Registre si la medición incluye solo la tuerca de bolas, los cojinetes de soporte, los sellos, el acoplamiento o el eje completo de la máquina.

Un procedimiento de inspección práctico es:

1. Haga que la máquina sea segura y elimine las fuerzas externas del proceso.
2. Para ejes verticales, apoyar mecánicamente la carga antes de desconectar el motor o el freno.
3. Desconecte el motor o el acoplamiento si la prueba tiene como objetivo aislar el conjunto mecánico.
4. Utilice un instrumento de medición de torque de rango bajo-adecuado en el extremo del tornillo.
5. Gire el tornillo lentamente hacia adelante y registre el pico inicial.
6. Continúe girando a una velocidad baja estable y registre el par de funcionamiento.
7. Repita la prueba en dirección inversa.
8. Mida en varias posiciones a lo largo de la carrera utilizable.
9. Repita después de que el lubricante y el conjunto alcancen una temperatura estable.

La medición debe repetirse en las mismas condiciones al comparar diferentes tornillos o monitorear los cambios a lo largo del tiempo.

La corriente del motor puede proporcionar información útil sobre el estado, pero no es automáticamente igual al par del husillo de bolas. La conversión requiere que el par del motor sea constante y debe tener en cuenta la condición del variador, el motor, el acoplamiento y el eje completo.

14. Cómo interpretar la medida

Torque uniforme a lo largo de toda la carrera

Una resistencia constante puede indicar una precarga normal, un arrastre del sello o una resistencia a la lubricación. Compare el valor con las especificaciones del producto o de la máquina.

Una posición apretada

Un aumento de torque localizado puede indicar daño al eje, contaminación, defectos en la pista de rodadura, flexión local o distorsión de la instalación.

El par aumenta hacia un extremo

Esto puede indicar una-unidad de soporte desalineada, un desplazamiento de la tuerca-carcasa o una pérdida de paralelismo entre el husillo de bolas y las guías lineales.

El torque es alto en ambas direcciones después de la instalación del soporte.

Verifique la precarga del rodamiento del extremo fijo-, la contratuerca, el ajuste del rodamiento y la alineación de las dos unidades de soporte.

El par de arranque es alto en frío pero disminuye después de varios ciclos.

La viscosidad del lubricante y la rigidez del sello pueden estar contribuyendo. Confirme que la grasa sea adecuada para la temperatura mínima de funcionamiento.

El par de marcha sigue aumentando

Un aumento continuo es más preocupante que un breve pico de inicio. Deténgase e inspeccione si hay problemas de lubricación, precarga excesiva, desalineación, daños en los cojinetes o calor anormal.

15. ¿Resistencia normal o un problema?

Observación	Posible interpretación
Resistencia suave y uniforme	Puede ser precarga normal, sello o arrastre de lubricante.
Breve aumento de arranque a baja temperatura.	Verifique la clasificación de temperatura del lubricante y la cantidad de grasa.
Punto difícil repentino en la misma posición	Inspeccionar la alineación, la contaminación y el estado de la pista de rodadura.
Cambios de par después de apretar la carcasa de la tuerca	Posible desalineación-de la carcasa
Cambios de torque después de apretar la contratuerca del soporte	Posible problema de precarga del rodamiento-de soporte
Alto par de funcionamiento con temperatura creciente	Detener e inspeccionar el conjunto completo.

16. ¿Qué par se debe utilizar para la selección del motor?

La selección del motor no debe utilizar sólo el par de arranque o sólo el par de funcionamiento. Se debe comprobar el ciclo de movimiento completo.

• Par máximo del motordebe cubrir el arranque, la aceleración, la desaceleración y los picos de fuerza de proceso-cortos.
• Par continuodebe cubrir el movimiento sostenido y las condiciones de retención cuando corresponda.
• par RMSdebe permanecer dentro de la capacidad térmica del motor durante todo el ciclo de trabajo.
• Par disponible a la velocidad de funcionamientodebe comprobarse a partir de la curva de par-velocidad del motor.

Agregar un factor de seguridad es útil, pero no debe usarse para ocultar una resistencia mecánica desconocida. El arrastre del husillo de bolas, el par de soporte-del rodamiento, la resistencia de la guía y las fuerzas externas deben estimarse o medirse por separado siempre que sea posible.

17. Solución de problemas de par de arranque excesivo

Si el par de arranque es superior al esperado, verifique el sistema en este orden:

1. Confirme si el eje es horizontal o vertical y si el cálculo de la carga es correcto.
2. Comprueba la configuración del perfil de aceleración, velocidad del motor y-movimiento.
3. Confirme el tipo de tuerca de bolas y la precarga especificada.
4. Inspeccione el tipo, cantidad, condición y rango de temperatura del lubricante.
5. Revise los sellos y los limpiadores en busca de daños o contaminación.
6. Gire el tornillo de bolas antes de conectar la carcasa de la tuerca para identificar cambios en el ensamblaje.
7. Verifique la precarga del cojinete del extremo fijo-y el estado de la contratuerca.
8. Verifique la alineación entre el motor, el acoplamiento y el husillo de bolas.
9. Compruebe el paralelismo entre el husillo de bolas y el sistema de guía lineal.
10. Mida el torque en varias posiciones y en ambas direcciones.

Reemplazar el motor por un modelo más grande no debería ser la primera respuesta a un par inexplicable. Si la resistencia mecánica es anormal, un motor más fuerte sólo puede retrasar la falla y al mismo tiempo aumentar la tensión en el acoplamiento, la tuerca y los cojinetes de soporte.

Conclusión

El par de arranque del husillo de bolas es normalmente mayor que el par de funcionamiento estable porque el motor debe iniciar el movimiento, acelerar los componentes móviles y giratorios y superar la resistencia inicial de la precarga, los sellos, el lubricante y los cojinetes de soporte.

La diferencia debe ser suave, repetible y consistente con el husillo de bolas seleccionado y el diseño de la máquina. Las grandes variaciones de par, los puntos estrechos localizados, el aumento del par de funcionamiento o el calor excesivo no deben descartarse como comportamiento de rodaje normal.

Una evaluación confiable requiere que la carga externa, la aceleración, el arrastre del husillo de bolas, la resistencia-de los rodamientos y la alineación completa de la máquina se consideren por separado. Esto permite seleccionar el motor correcto e identificar problemas mecánicos antes de que causen un desgaste prematuro.

Suministros DLYhusillos de bolasen diferentes diámetros, pasos, estructuras de tuercas, condiciones de precarga y grados de precisión. El mecanizado final y las unidades de soporte coincidentes también se pueden confirmar según el diseño de la máquina.

Para inspecciones y cuidados de rutina, consulte laGuía de mantenimiento de husillos de bolas laminadas.

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