El retroceso del husillo de bolas se produce cuando una fuerza axial externa empuja la tuerca o el tornillo y hace que el sistema de husillo gire. En lugar de que el motor convierta el movimiento giratorio en movimiento lineal, la carga convierte el movimiento lineal nuevamente en rotación.
Este comportamiento es especialmente importante en ejes verticales, equipos de elevación y mecanismos expuestos a empujes externos. Si se corta la energía y no hay un dispositivo de sujeción adecuado disponible, la carga puede moverse hacia abajo y girar el husillo de bolas, el motor y los componentes de la transmisión.
Debido a que un husillo de bolas utiliza contacto rodante y tiene una fricción relativamente baja, normalmente no debe tratarse como un componente-autoblocante. Por lo tanto, la cuestión práctica de ingeniería no es sólo si es posible la marcha atrás, sino también si el par generado por la carga es mayor que la resistencia y el par de retención disponible de todo el sistema de propulsión.
¿Qué causa la conducción de espaldas?
Durante el funcionamiento normal, el par del motor hace girar el tornillo y produce un movimiento axial. Al conducir hacia atrás, se invierte la dirección de transferencia de energía. Una fuerza axial actúa a través de la trayectoria de contacto de la bola y genera un par de rotación en el eje del tornillo.
En una máquina horizontal, esta fuerza axial puede provenir de un resorte, fuerza del proceso, presión o impacto externo. En un eje vertical, la gravedad aplica continuamente una fuerza axial a través de la masa en movimiento. Una vez que se elimina el par de accionamiento o el freno, esta fuerza puede hacer que el tornillo gire.
Fórmula de par de accionamiento trasero
El par aproximado generado en el eje del husillo de bolas por una carga axial externa se puede calcular de la siguiente manera:
- Tb= par generado por marcha atrás, en N·m
- F= fuerza axial que actúa sobre el husillo de bolas, en N
- L= avance del husillo de bolas, en mm/rev
- ηb= retorno estimado-eficiencia de conducción
- 2π= conversión entre una revolución y un movimiento angular
- 1000= conversión de milímetros a metros
La eficiencia de conducción hacia atrás-no es automáticamente idéntica a la eficiencia hacia adelante. Depende del diseño del husillo de bolas, la precarga, la lubricación, los sellos, las condiciones de instalación y el estado de funcionamiento. Para la selección final del sistema de freno o de seguridad-, utilice datos verificados del producto y considere la resistencia de la transmisión completa en lugar de confiar únicamente en un valor de eficiencia supuesto.
Ejemplo de cálculo
Considere un husillo de bolas expuesto a una carga axial de 1000 N. El avance del husillo es de 10 mm y se utiliza una eficiencia de retroceso estimada de 0,80 para un cálculo de ingeniería inicial.
Valores dados:
- F = 1,000 N
- L=10 mm/revolución
- ηb = 0.80
Tb = 1,000 × 10 × 0.80 ÷ (2π × 1000)
Tb ≈ 1.27 N·m
En este ejemplo, la carga axial puede generar aproximadamente 1,27 N·m en el eje del tornillo antes de que se consideren otras pérdidas del sistema. Este valor no es automáticamente la especificación final del freno. La selección de frenos también debe tener en cuenta la variación de carga, la aceleración, la relación de transmisión, la ubicación de los frenos, la distancia de frenado permitida, el desgaste, la temperatura, la orientación de montaje y el margen de seguridad requerido.
Cómo juzgar-El riesgo de conducción
Una comparación preliminar simplificada se puede expresar como:
| Comparación | Resultado probable | Acción requerida |
|---|---|---|
| El par generado por la carga-supera la resistencia del sistema | El eje puede retroceder | Proporcionar retención o frenado controlado |
| El par de retención está solo ligeramente por encima del par de retroceso-calculado | Pequeños cambios pueden causar movimiento. | Revisar el margen de seguridad y la carga del peor-caso |
| El par de frenado verificado supera el requisito de diseño | El freno puede sujetar el eje según lo diseñado. | Confirmar la respuesta de los frenos, el desgaste y el comportamiento de falla. |
La resistencia del sistema puede incluir el par de arrastre del husillo de bolas, la resistencia del sello, la fricción del soporte-el rodamiento, la resistencia de la caja de cambios y el par-relacionado con el motor. Sin embargo, estos valores pueden cambiar con la lubricación, la temperatura, el desgaste y las condiciones de montaje. Por esta razón, la fricción medida no debe reemplazar un dispositivo de sujeción de acción positiva donde el movimiento incontrolado podría crear un peligro.
Factores que aumentan la conducción de espaldas
Mayor carga axial
El par-de retroceso aumenta en proporción directa a la fuerza axial. En un sistema vertical, el cálculo debe incluir la masa en movimiento y otras fuerzas que actúan en la dirección de la carga. Las cargas dinámicas, las fuerzas del proceso y los impactos inesperados pueden ser mayores que la carga estática normal.
Paso de husillo de bolas más grande
Un paso más grande produce más torque en el eje con la misma carga axial. Por ejemplo, si la carga y la eficiencia permanecen sin cambios, cambiar de un avance de 5 mm a uno de 10 mm aproximadamente duplica el torque de retroceso calculado-.
La selección de cables aún debe considerar la velocidad, el par del motor y los requisitos de posicionamiento. Un cable más pequeño puede reducir el par generado al retroceder, pero no debe tratarse como un bloqueo de seguridad independiente.
Baja resistencia mecánica
La lubricación eficiente, los sellos de baja-resistencia y los rodamientos correctamente alineados reducen el par necesario para mover el conjunto. Estas son características operativas deseables, pero también significan que puede ser necesaria menos fuerza axial para retroceder el tornillo.
Pérdida de par de retención del motor
Un motor motorizado puede resistir el movimiento de la carga durante el funcionamiento normal. Durante un corte de energía, una parada de emergencia, una alarma del variador o una falla en el cable, este par de retención activo puede desaparecer. El diseño de la máquina debe definir qué sucede con la carga en cada una de estas condiciones.
Formas de controlar la conducción de espaldas
Freno de motor
Un servo-equipado con freno o un motor paso a paso se usa comúnmente para mantener un eje vertical estacionario. El freno generalmente está diseñado para mantener el vehículo en lugar de parar dinámicamente repetidamente, a menos que esté específicamente clasificado para esa función. El par de frenado debe comprobarse en el eje real donde está instalado el freno.
Cerradura Mecánica
Un bloqueo mecánico, una tuerca de seguridad, una abrazadera o un pasador de bloqueo pueden proporcionar una función de sujeción independiente. Esto puede ser necesario cuando el personal pueda ingresar al área peligrosa o cuando una carga caída causaría daños graves al equipo.
Contrapeso
Un contrapeso, un resorte de gas, un cilindro neumático u otro mecanismo de equilibrio pueden reducir la fuerza axial neta que actúa sobre el husillo de bolas. La reducción de la carga efectiva también reduce el par que debe resistir el sistema de sujeción.
Reducción de transmisión
Una correa o caja de cambios cambia el par y la velocidad vistos por el freno del lado del motor-. Cuando se utiliza un mecanismo de reducción, calcule el par en el eje del freno e incluya la eficiencia de la transmisión. No compare el par de accionamiento del tornillo-eje trasero-directamente con el par de freno del motor-sin tener en cuenta la relación de transmisión.
Plomo más pequeño
Seleccionar un cable más pequeño reduce el par de retorno-calculado para la misma carga axial. Sin embargo, también cambia la velocidad requerida del tornillo, el par del motor y el recorrido lineal por revolución. Por lo tanto, el cable debe seleccionarse como parte del diseño del movimiento completo y no como un sustituto del freno.
Por qué la precarga no es un freno de seguridad
El aumento de la precarga de la tuerca aumenta la resistencia interna y puede reducir la tendencia a moverse bajo una pequeña fuerza externa. Sin embargo, la precarga también aumenta el par motor, la temperatura y la sensibilidad a los errores de alineación. Sus objetivos principales son el control del juego y la rigidez axial, no la sujeción de carga segura-.
La condición de precarga y lubricante puede cambiar durante el servicio. Un eje vertical que permanece estacionario durante una prueba inicial puede comenzar a moverse después del rodaje, la relubricación o el desgaste. Por lo tanto, la estrategia de retención debe basarse en un freno verificado o en un dispositivo de seguridad mecánico y no en una fricción interna incierta.
Información necesaria para una verificación-de conducción anterior
Antes de calcular el par motor trasero-o seleccionar un sistema de sujeción, confirme los siguientes datos:
- Carga axial máxima, incluida la masa en movimiento y la fuerza del proceso
- Diámetro y paso del husillo de bolas
- Dirección de montaje vertical, inclinada u horizontal
- Estructura de tornillo móvil o tuerca móvil
- Transmisión directa, transmisión por correa o relación de caja de cambios
- Par de retención del motor y del freno
- Comportamiento requerido de parada y retención durante la pérdida de energía
- Necesidad de contrapeso o bloqueo mecánico independiente
Para obtener una explicación más amplia del comportamiento de la carga en un mecanismo vertical, consulteusando un husillo de bolas para sostener una carga vertical. También puede revisar la relación entre el avance y la velocidad de operación enselección de husillo de bolas de alta-velocidad.
Conclusión
El retroceso del husillo de bolas es la conversión inversa del movimiento axial en rotación del husillo. Su probabilidad y gravedad dependen principalmente de la fuerza axial, el avance del tornillo, la eficiencia del retroceso-y la resistencia del sistema de transmisión completo.
Calcular el par generado por la carga-proporciona un punto de partida útil, pero no completa la evaluación de seguridad. Los ejes verticales y críticos-para la seguridad deben incluir un dispositivo de sujeción seleccionado adecuadamente y deben evaluarse en condiciones de carga máxima,-pérdida de energía y-falla de componentes.
DLY suministra C7 laminado y C5 rectificadohusillos de bolascon diferentes diámetros, conductores, estructuras de tuercas y opciones de mecanizado de extremos de eje-. Los requisitos de dirección de carga, velocidad, avance, precisión y retención deben confirmarse antes de la selección.
