Una hoja de datos de husillos de bolas puede indicar una capacidad de carga dinámica de 629 kgf. ¿Significa esto que el husillo de bolas puede levantar con seguridad una masa de 629 kg? No necesariamente.
Capacidad de carga del husillo de bolasno puede representarse por un valor de catálogo. La clasificación de carga dinámica se utiliza para estimar la vida de fatiga-de rodadura, mientras que la clasificación de carga estática se relaciona con la deformación permanente bajo carga máxima. La carga real permitida también debe satisfacer los límites de pandeo del eje, soporte-cojinete, velocidad crítica-, motor, frenado e instalación.
La orientación de instalación no cambia la clasificación de carga dinámica o estática del catálogo del husillo de bolas. Cambia la fuerza axial real que actúa sobre el tornillo. Esta distinción es especialmente importante al comparar ejes horizontales y verticales.
Términos de carga principal
| Parámetro | Significado | Utilizado para | No es lo mismo que |
|---|---|---|---|
| Clasificación de carga dinámica Ca | Carga axial constante asociada con una vida nominal básica estandarizada | Cálculo de la fatiga-durante movimientos repetidos | Carga operativa máxima segura |
| Clasificación de carga estática C0a | Carga axial correspondiente a un nivel definido de deformación de contacto permanente | Carga máxima-y verificación de seguridad-estática | Carga continua recomendada |
| Carga axial real F | Fuerza transmitida a través del tornillo durante el ciclo real de la máquina. | Dimensionamiento del motor, vida útil, seguridad estática y controles estructurales. | Masa en movimiento por sí sola. |
| Carga dinámica equivalente Fm | Ciclo-carga ponderada utilizada cuando la fuerza cambia durante la operación | Cálculo de vida-dinámico | Carga media aritmética simple |
| Carga axial permitida | Fuerza permitida específica-de la aplicación después de comprobar todos los límites | Selección final del husillo de bolas | Un porcentaje universal de Ca |
Clasificación de carga dinámica
La capacidad de carga dinámica básica Caes una referencia de la fatiga-vida. Para una clasificación de husillo de bolas métrica típica, representa una carga axial constante bajo la cual un grupo de husillos de bolas nominalmente idénticos alcanza una vida nominal básica de un millón de revoluciones con un nivel de confiabilidad definido.
No significa que operar continuamente en Caes la condición de diseño recomendada. Con esa carga, la vida nominal básica calculada es sólo la vida de referencia estandarizada. Una máquina que requiere decenas de millones de revoluciones de husillo debe funcionar con una carga dinámica equivalente más baja o utilizar un husillo de bolas con una clasificación más alta.
Por lo tanto, la capacidad de carga dinámica se utiliza en una ecuación de vida. No es una declaración directa de cuánta masa puede transportar una máquina.
Clasificación de carga estática
La clasificación de carga estática básica C0aestá asociado con una deformación permanente en el contacto más estresado entre las bolas y las pistas de rodadura. Se define mediante un criterio de deformación estandarizado más que por una rotura visible del tornillo.
La indentación permanente puede afectar la suavidad, el ruido, la precarga y el comportamiento de posicionamiento aunque el husillo de bolas todavía pueda girar. Por esta razón, la carga axial máxima aplicada debe permanecer por debajo del valor permitido después de aplicar un factor de seguridad estática apropiado.
C0a= clasificación de carga axial estática básica;
Fmáximo= carga axial máxima, incluidas condiciones de impacto y emergencia.
El factor de seguridad requerido depende de la vibración, el impacto, la aceleración, la precisión de la instalación y las consecuencias del fallo. Debe provenir de las orientaciones del fabricante seleccionado y de los requisitos de diseño de la máquina, no de un porcentaje universal.
kg, kgf y kN
La confusión a menudo comienza porque los catálogos más antiguos o regionales expresan las capacidades de los husillos de bolas en kgf en lugar de newtons o kilonewtons.
| Unidad | Medidas | Conversión |
|---|---|---|
| kilos | Masa | No es una unidad de fuerza |
| kgf | Fuerza | 1 kgf=9.80665 norte |
| N | Fuerza | 1 N ≈ 0,10197 kgf |
| kN | Fuerza | 1 kN=1,000 N ≈ 101,97 kgf |
En condiciones de gravedad estándar, una masa estacionaria de 1 kg produce aproximadamente 1 kgf de fuerza gravitacional. Esto no significa que una clasificación de catálogo de 629 kgf permita automáticamente que una máquina levante 629 kg. Aún deben incluirse la aceleración, la fuerza del proceso, la fricción, la seguridad, la vida útil requerida y otros límites estructurales.
Ejemplo: ¿Qué significa 629 kgf?
Supongamos que un catálogo enumera los siguientes valores para un husillo de bolas:
- Clasificación de carga dinámica Ca= 629 kgf
- Clasificación de carga estática C0a= 1,270 kgf
Convertido a unidades de fuerza SI:
- 629 kgf ≈ 6,17 kN
- 1.270 kgf ≈ 12,45 kN
El primer valor se utiliza en el cálculo de la vida-por fatiga. El segundo se utiliza para comprobar la carga máxima y la seguridad estática. Ninguno de los valores, por sí solo, es una capacidad de elevación recomendada.
Calcular la vida nominal básica
Para un husillo de bolas que funciona bajo una carga axial equivalente constante, la vida nominal básica en revoluciones se puede estimar mediante:
Ca= clasificación de carga axial dinámica básica;
Fm= carga axial dinámica equivalente.
Usando el ejemplo Cade 629 kgf muestra por qué la clasificación dinámica no debe tratarse como una carga de trabajo recomendada:
| Carga equivalente Fm | Ca / Fm | Vida nominal básica calculada |
|---|---|---|
| 200 kgf | 3.145 | Aproximadamente 31,1 millones de revoluciones |
| 400 kgf | 1.573 | Aproximadamente 3,89 millones de revoluciones |
| 629 kgf | 1.000 | 1 millón de revoluciones |
Duplicar la carga de trabajo reduce la vida útil calculada en un factor de ocho porque la carga se eleva a la tercera potencia. Por lo tanto, se debe determinar la vida útil antes de elegir el husillo de bolas.
Si se conoce el avance del tornillo, las revoluciones también se pueden convertir en distancia total recorrida:
Este es el recorrido total acumulado de la tuerca, no la longitud física del husillo de bolas.
Cargas variables
Las cargas de las máquinas rara vez son constantes. Un ciclo puede contener aceleración, desplazamiento a velocidad-constante, mecanizado, desaceleración y movimiento de retorno. Utilizar una media aritmética simple puede subestimar el efecto de las cargas más altas.
Cuando la velocidad es constante durante los segmentos operativos individuales, se puede estimar una carga dinámica equivalente con la media cúbica:
ti= tiempo dedicado a ese segmento.
Si la velocidad del tornillo también cambia, el cálculo debe ponderarse por el número de revoluciones en cada segmento. La carga máxima aún debe verificarse por separado con respecto a los límites estáticos y estructurales.
Carga axial horizontal
En un eje horizontal, el peso de la mesa móvil normalmente lo soportan las guías lineales. No actúa directamente como una carga axial de husillo de bolas.
El tornillo debe generar la fuerza necesaria para acelerar la masa, superar la fricción y resistir la carga del proceso:
Una máquina horizontal puede mover una masa grande con una fuerza axial constante relativamente modesta cuando la fricción de la guía es baja. Sin embargo, una aceleración rápida o una fuerza de corte intensa aún pueden crear una carga elevada en el husillo de bolas.
Carga axial vertical
Sobre un eje vertical, la gravedad actúa a lo largo de la dirección del movimiento. El tornillo debe soportar la masa en movimiento además de producir aceleración y superar otras resistencias.
Para aceleración hacia arriba, una relación de fuerzas simplificada es:
Durante la aceleración o desaceleración hacia abajo, la magnitud y la dirección cambian. Por lo tanto, se debe evaluar el ciclo de movimiento completo en lugar de utilizar sólo el peso estacionario.
Un husillo de bolas también es altamente reversible. Un eje vertical requiere un freno u otra medida-de retención de carga y anti-caída. La capacidad de carga por sí sola no hace que un eje vertical sea seguro durante una pérdida de energía.
La orientación no cambia la calificación
El mismo husillo de bolas conserva el mismo catálogo C.ay C0avalores ya sea instalado horizontal o verticalmente. Lo que cambia es la carga real aplicada en la máquina.
| Artículo | Eje horizontal | Eje vertical |
|---|---|---|
| Catálogo Cay C0a | Sin alterar | Sin alterar |
| Efecto de la masa en movimiento | Afecta principalmente a la aceleración y la fricción de la guía. | La gravedad actúa directamente a lo largo del eje del tornillo. |
| Riesgo de pérdida de energía- | La carga normalmente permanece en el sistema de guía. | La carga puede retroceder y descender sin freno. |
| Selección final | Basado en la fuerza axial calculada y el ciclo de trabajo | Basado en gravedad, aceleración, ciclo de trabajo y sistema de seguridad. |
Otros límites de carga
Un husillo de bolas puede satisfacer sus capacidades dinámicas y estáticas pero seguir siendo inadecuado para el eje completo. Se deben comprobar varios límites adicionales.
| Límite | Contra qué protege | Principales factores que influyen |
|---|---|---|
| Fatiga-límite de vida | Fatiga por contacto- rodante debido a operaciones repetidas | Ca, carga equivalente, revoluciones y lubricación |
| Límite de contactos-estático | Indentación permanente de bolas y pistas de rodadura. | C0a, carga máxima, impacto y factor de seguridad |
| Límite de pandeo | Colapso lateral bajo carga axial de compresión. | Diámetro de la raíz del eje, longitud sin soporte y soporte del extremo |
| Soporte-límite de rodamiento | Sobrecarga de rodamientos, desplazamiento axial y calor. | Disposición de los rodamientos, precarga, clasificación y rigidez de la carcasa. |
| Límite de velocidad-crítica | Latigazo del eje e inestabilidad rotacional. | Diámetro del eje, longitud, velocidad y disposición de soporte. |
| Límite de conducción y freno | Empuje, aceleración o retención de carga insuficientes | Par del motor, avance, eficiencia, capacidad de acoplamiento y frenado. |
Pandeo bajo compresión
Un tornillo largo bajo empuje de compresión puede pandearse con una fuerza inferior a la capacidad de carga estática de su tuerca. El pandeo depende en gran medida del diámetro de la raíz del tornillo, la longitud sin soporte y la configuración del soporte final-.
Tirar del tornillo en tensión no crea el mismo modo de pandeo. Esta es la razón por la que la dirección en la que el tornillo transmite la carga y la ubicación del soporte fijo son importantes en las máquinas de carrera larga-.
La clasificación de la tuerca del catálogo no se puede utilizar como carga de compresión permitida hasta que también se haya verificado el límite de carga de la columna-del eje.
La carga lateral no es capacidad axial
Los husillos de bolas están destinados principalmente a transmitir empuje axial. La tuerca no debe utilizarse como componente que guía la mesa móvil o soporta una carga lateral.
Las cargas radiales o de momento pueden resultar de una mala alineación, una plataforma móvil sin soporte, un soporte de tuerca descentrado o un eje de tornillo que no es paralelo a las guías lineales. Estas cargas crean un contacto desigual de la bola y pueden acortar la vida útil incluso cuando la carga axial calculada está dentro de la clasificación del catálogo.
El sistema de guía lineal debe soportar el peso y los momentos de la mesa, mientras que el husillo de bolas proporciona la fuerza de accionamiento axial.
Errores comunes de interpretación
- Tratar la capacidad de carga dinámica como la carga continua máxima segura.
- Tratar la capacidad de carga estática como una carga operativa recomendada.
- Convertir kgf directamente en carga útil de la máquina sin calcular la aceleración y la orientación.
- Aplicando un porcentaje fijo de Caa cada eje horizontal o vertical.
- Usar un promedio aritmético cuando la carga cambia significativamente durante el ciclo.
- Verificar la clasificación de la tuerca ignorando el pandeo del eje bajo compresión.
- Suponiendo que un diseño de doble-tuerca tiene automáticamente una mayor capacidad de carga.
- Ignorar los límites de soporte-rodamiento, motor, freno y montaje.
Conclusión
La capacidad de carga del husillo de bolas no es un valor de peso máximo. Clasificación de carga dinámica Case utiliza para estimar la vida de fatiga-de rodadura, mientras que la clasificación de carga estática C0ase utiliza para evaluar la deformación permanente del contacto bajo carga máxima.
La instalación horizontal y vertical no cambia estas clasificaciones de catálogo. Modifican la carga axial real: un tornillo horizontal supera principalmente la aceleración, la fricción y la fuerza del proceso, mientras que un tornillo vertical también debe soportar la componente gravitacional de la masa en movimiento.
La selección final debe satisfacer la vida útil requerida, la seguridad estática, el pandeo del eje, la capacidad de soporte-, la velocidad crítica, el par del motor, el frenado y la alineación. La carga permitida está determinada por el primer límite alcanzado por todo el sistema.
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