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Guía sobre cargas en rodamientos
Cargas de rodamiento La capacidad es fundamental para su vida útil y rendimiento. Una capacidad de carga insuficiente puede provocar un desgaste prematuro, calentamiento excesivo y fallas catastróficas, por lo que es fundamental considerar la carga del rodamiento al diseñar nuevas aplicaciones o modificar aplicaciones existentes, especialmente después de una falla del rodamiento. Este blog tiene como objetivo presentar información sobre cargas en los rodamientos y brindar sugerencias constructivas para que usted elija los rodamientos adecuados.
¿Qué es la carga de soporte?
La carga del rodamiento es la cantidad de fuerza o presión ejercida sobre el rodamiento. En concreto, la fuerza se transmite de un aro de rodamiento a otro a través de algunos o todos los elementos rodantes. Normalmente, la carga aplicada se transfiere al eje, luego a la pista interior del rodamiento y finalmente a la pista exterior. Los rodamientos pueden soportar diversas cargas, como carga radial, carga axial, carga centrífuga, etc. La magnitud y dirección de las cargas de los rodamientos dependen de varios factores, incluido el peso del equipo, la velocidad de funcionamiento, la aceleración, la desaceleración, los golpes, la vibración, la temperatura y la lubricación. Una alineación, instalación o mantenimiento inadecuados también pueden afectar las cargas de los rodamientos.
Forma de carga del rodamiento
Cargas de rodamiento en el sentido tradicional incluyen carga axial, carga radial y momento de vuelco. Los rodamientos soportan muchos tipos de cargas. Ya sea que estén en funcionamiento o no, soportarán cargas de trabajo, cargas de peso muerto, cargas de pendiente, cargas de colisión, cargas de temperatura, etc. A continuación presentamos en detalle las manifestaciones de la carga de soporte.
Carga radial del rodamiento
Las cargas radiales de los rodamientos son perpendiculares al eje del eje y actúan sobre el aro exterior del rodamiento. Son causados por el peso del equipo o las fuerzas de las piezas giratorias. Para calcular la capacidad radial, determine el peso de los componentes soportados y las fuerzas que actúan sobre ellos, distribuya la carga entre los rodamientos y asegúrese de que la carga calculada utilizando las especificaciones del fabricante esté dentro de la capacidad máxima del rodamiento seleccionado. Si su aplicación requiere rodamientos para manejar cargas radiales, los rodamientos de bolas radiales o los rodamientos de contacto angular de ángulo de contacto bajo serían una buena opción.
Carga axial del rodamiento
Las cargas axiales, también llamadas cargas de empuje, actúan paralelas al eje del eje y actúan sobre los aros interiores o exteriores del rodamiento. Son provocados por empuje o tensión y pueden ser unidireccionales o bidireccionales. Transmiten fuerza de manera uniforme para producir una distribución equilibrada de la carga. Los rodamientos de contacto angular con ángulos de contacto más altos (aproximadamente 25°) son buenas opciones para aplicaciones de carga axial; sin embargo, para cargas axiales desplazadas, los momentos actúan sobre la pista interior, lo que resulta en una distribución desigual de la carga en los elementos rodantes del rodamiento. Para calcular la capacidad de carga axial, considere el tamaño, el material y la geometría del rodamiento, así como la dirección y magnitud de la carga. Los fabricantes clasifican los rodamientos basándose en fórmulas y pruebas estandarizadas, y las aplicaciones con cargas axiales elevadas incluyen bombas, transmisiones automotrices y compresores.
La capacidad de carga de los rodamientos se puede calcular utilizando una variedad de fórmulas y programas de software, incluidos catálogos de fabricantes de rodamientos, calculadoras en línea y simulaciones de análisis de elementos finitos (FEA). Las fórmulas más utilizadas para cargas radiales y axiales son:
Capacidad de carga radial = (C/P)^(1/3)x Fr, capacidad de carga axial = (C0/P)^(1/2)x Fa.
Entre ellos, C es la capacidad de carga dinámica básica, P es la carga dinámica del rodamiento equivalente, C0 es la carga dinámica básica carga estática clasificación, Fr es la carga radial y Fa es la carga axial. Para obtener resultados precisos al calcular la capacidad de carga del rodamiento, busque la recomendación de expertos o utilice un programa de software proporcionado por el fabricante del rodamiento.
Carga centrífuga del rodamiento
Las cargas centrífugas de los rodamientos son generadas por la velocidad de rotación de la aplicación, especialmente aplicaciones de alta velocidad como turbinas y centrífugas. A medida que el aro interior hace girar los elementos rodantes, estos se mueven tangencialmente en una trayectoria recta, pero el aro exterior debe obligarlos a seguir el arco del rodamiento. Esta interacción crea cargas radiales centrífugas y la velocidad máxima de la aplicación a veces está limitada por la fuerza que crea. Limitaciones de carga centrífuga.
Carga estática
La carga estática del rodamiento se refiere a la fuerza máxima o el momento máximo al que está sujeto el rodamiento en las direcciones radial, axial y otras cuando el rodamiento no está girando. La carga estática es un parámetro importante en el diseño de rodamientos. Forma parte de la capacidad de carga básica del rodamiento y también es uno de los datos de referencia importantes para determinar la vida útil del rodamiento.
Carga dinámica
La carga dinámica del rodamiento se refiere a la carga máxima que soporta el rodamiento durante la rotación. Generalmente se calcula utilizando la fórmula de cálculo de carga dinámica equivalente. La magnitud de la carga dinámica sobre el rodamiento afecta directamente la vida útil y el rendimiento del rodamiento. Por lo tanto, los fabricantes de rodamientos deben considerar el impacto de la carga dinámica al diseñar y producir rodamientos. El método de cálculo de las cargas dinámicas de los rodamientos depende de la tipo de rodamiento y las condiciones de uso. Generalmente se utiliza la fórmula de cálculo de carga dinámica equivalente y el método de cálculo es el siguiente:
P = (Fr^2 + Fa^2)^0.5
Entre ellos, P es la carga dinámica equivalente; Fr es la carga radial; Fa es la carga axial. Los valores de carga radial y carga axial deben calcularse de acuerdo con condiciones de uso específicas, mientras que la carga dinámica equivalente se calcula de manera integral en función de factores como la geometría del rodamiento, el material, la desviación y la cantidad de rodamientos.
Capacidad de carga estática del rodamiento
La capacidad de carga estática básica de un rodamiento (Cor radial, Coa axial) se refiere a la carga radial fantasma equivalente o carga estática axial central cuando se provoca una cierta tensión de contacto en el centro de contacto entre los elementos rodantes del rodamiento y la pista de rodadura debajo del aplicación de carga máxima. . La clasificación de carga estática se determina bajo condiciones de carga asumidas. Para los rodamientos radiales, la capacidad de carga estática se refiere a la carga radial. Para los rodamientos de empuje radial (rodamientos de bolas de contacto angular), se refiere al componente radial de la carga que carga la pista de rodadura semicircular del rodamiento. Para los rodamientos axiales se refiere a la carga axial central. Es decir, la capacidad de carga estática básica radial y la capacidad de carga estática básica axial del rodamiento se refieren a la carga máxima que el rodamiento puede soportar cuando está estático o gira. La capacidad de carga de los rodamientos rígidos de bolas cuando están estacionarios o giran lentamente (velocidad n≤10r/min) es la carga estática nominal.
Clasificación de carga dinámica del rodamiento
La carga dinámica nominal del rodamiento es la carga radial constante (carga axial constante) que teóricamente el rodamiento puede soportar. La vida nominal básica bajo esta carga es de 100 W revoluciones. La capacidad de carga dinámica básica del rodamiento refleja la capacidad del rodamiento para resistir la fatiga por rodadura. . Las capacidades de carga dinámica básica de los rodamientos radiales y los rodamientos de empuje se denominan respectivamente capacidad de carga dinámica básica radial y capacidad de carga dinámica básica axial, representadas por Cr y Ca. La capacidad de carga de los rodamientos rígidos de bolas cuando giran (velocidad n>10r/mim) es la capacidad de carga dinámica básica.
Carga fija
La carga radial resultante que actúa sobre el anillo del rodamiento es soportada por el área local de la pista de rodadura del anillo y transmitida al área opuesta del eje o del asiento del rodamiento. Esta carga se llama carga fija. La característica de una carga fija es que el vector de carga radial resultante es relativamente estacionario con respecto al casquillo. Ni el casquillo ni la carga radial resultante giran o giran a la misma velocidad y se consideran cargas fijas. Los casquillos que soportan cargas fijas pueden utilizar un ajuste más holgado.
Carga giratoria
La carga radial sintética que actúa sobre el anillo del rodamiento gira a lo largo de la dirección circunferencial de la pista de rodadura, y la carga soportada por cada parte en secuencia se denomina carga rotacional. La carga rotacional se caracteriza por la rotación del vector de carga radial resultante con respecto al casquillo. Hay tres situaciones de carga giratoria:
a. La dirección de la carga es fija y la férula gira;
b. El vector de carga gira y el casquillo está estacionario;
C. El vector de carga y el casquillo giran a diferentes velocidades.
Cargas oscilantes y cargas indefinidas.
A veces no es posible determinar con precisión la dirección y el tamaño de la carga. Por ejemplo, en maquinaria giratoria de alta velocidad, además de la carga en dirección fija del peso del rotor, también existe una carga giratoria causada por una masa desequilibrada. Si esta carga giratoria es mayor que la carga fija, si es mucho mayor, la carga resultante seguirá siendo una carga rotacional. Y si la carga giratoria es mucho menor que la carga fija, la carga resultante es una carga oscilante. Independientemente de la carga giratoria o oscilante, su magnitud y dirección cambian constantemente. En condiciones de trabajo variables, la carga en algunos casquillos puede ser cargas giratorias, cargas fijas o cargas oscilantes. Este tipo de carga se llama carga indefinida.
Las cargas oscilantes y las cargas indefinidas deben tratarse de la misma manera que las cargas rotacionales en términos de ajuste. Un ajuste demasiado holgado causar daño a la superficie de contacto. La férula y el eje o el orificio del asiento que giran con respecto a la dirección de la carga deben elegir ajuste de transición o ajuste de interferencia. El tamaño de interferencia se basa en el principio de que cuando el rodamiento funciona bajo carga, el anillo no se "desliza" sobre la superficie de contacto del eje o en el orificio del asiento. Para aplicaciones de carga pesada, el ajuste generalmente debe ser más ajustado que para aplicaciones de carga ligera y carga normal. Cuanto más pesada sea la carga, mayor debe ser la interferencia de ajuste.
Carga de trabajo
Cuando el rodamiento está funcionando, soporta la suma del peso de la máquina y el peso del objeto pesado, y transfiere lentamente el peso total al rodamiento.
Carga de temperatura
Los equipos mecánicos generarán una cierta temperatura durante el funcionamiento, y estas temperaturas deben ser absorbidas por los rodamientos para que puedan soportar todas las temperaturas.
Carga de viento
Cuando la máquina está trabajando al aire libre, se debe considerar el efecto de la carga del viento, incluida la dirección del viento, la lluvia, las tormentas eléctricas, etc. Las anteriores son solo algunas de las cargas que soporta el dispositivo de rodamiento giratorio. De hecho, el conjunto del rodamiento giratorio debe soportar carga para hacer frente a todo el peso y cargas de la máquina en funcionamiento. En circunstancias normales, el propio cojinete del plato giratorio tiene orificios de montaje, aceite lubricante y dispositivos de sellado, que pueden satisfacer las diferentes necesidades de varios tipos de anfitriones que trabajan en diferentes condiciones de trabajo.
Carga de riesgo
Carga inesperada e impredecible soportada por el rodamiento giratorio, fuerza lateral, fuerza de riesgo, violencia accidental, etc. Por lo tanto, la selección de rodamientos debe tener un factor de seguridad para garantizar que sea infalible.
Carga mínima del rodamiento
Los rodamientos se utilizan para reducir la fricción en maquinaria giratoria eliminando la mayor fricción de deslizamiento posible del sistema mediante el uso de fricción de rodadura con un coeficiente de fricción más bajo. Sin embargo, aunque los rodamientos con elementos rodantes intentan reducir la fricción total en el sistema, los elementos rodantes individuales dentro del rodamiento aún requieren una cierta cantidad de fricción para rodar en lugar de deslizarse. Esta fricción interna se crea aplicando carga al rodamiento. Esta carga se puede generar internamente mediante precarga o mediante una carga aplicada externamente.
Con muchos rodamientos radiales, generalmente se proporciona una cierta cantidad de espacio entre los elementos rodantes y la pista de rodadura para permitir la expansión térmica y evitar que el rodamiento se atasque. “Este interno espacio crea las llamadas zonas de carga y descarga dentro del rodamiento. A medida que el eje gira, los elementos rodantes entran y salen de la zona de carga del anillo exterior. A medida que los elementos rodantes entran y salen de la zona de carga, la velocidad de los elementos rodantes cambia. Si no existe una carga mínima sobre los elementos rodantes y la aceleración dentro y fuera de la zona de carga puede ser muy perjudicial.
¿Por qué es importante la carga para los rodamientos?
Si un rodamiento no cumple con la carga mínima, pueden ocurrir una serie de condiciones que acortan significativamente la vida útil del rodamiento. El deslizamiento que se produce entre los elementos rodantes y las pistas de rodadura puede destruir la película lubricante y provocar daños por embadurnamiento. Las manchas no sólo dañarán la superficie de rodadura sino que también harán que la temperatura aumente. La carga se coloca sobre una jaula dentro del rodamiento. Normalmente, las jaulas están diseñadas para evitar que los elementos rodantes entren en contacto entre sí. Sin embargo, cuando no se alcanza la carga mínima, es decir, cuando no hay fuerza de tracción, la jaula debe ahora impulsar los elementos rodantes en lugar de la fuerza de tracción de la pista de rodadura. Esto crea cargas inexplicables en la jaula y puede provocar una falla prematura de la jaula.
Factores que afectan la carga del rodamiento.
Los materiales, la estructura, el proceso de fabricación, la carga de trabajo, la velocidad de rotación, la temperatura y las condiciones de lubricación son los principales factores que afectan la distribución de la carga interna del rodamiento. Durante el uso y mantenimiento de los rodamientos, es necesario prestar atención a los cambios en estos factores y su impacto en la vida útil y la estabilidad operativa del rodamiento para garantizar el funcionamiento normal de los rodamientos.
Factores estructurales
La estructura del rodamiento también tiene un cierto impacto en su capacidad de carga. La estructura del rodamiento incluye principalmente anillos interiores y exteriores y elementos rodantes. Los rodamientos con elementos rodantes esféricos tienen una mayor capacidad de carga radial que los rodamientos con elementos rodantes en forma de rodillos.
Proceso de manufactura
El proceso de fabricación es uno de los factores importantes que afectan la capacidad de carga. Los procesos de fabricación incluyen tratamiento térmico, mecanizado de precisión, ensamblaje, etc. Estos afectan directamente la calidad de la apariencia y la calidad intrínseca del rodamiento, y luego afectan la capacidad de carga.
carga de trabajo
La carga de trabajo del rodamiento se refiere a la fuerza y el momento que soporta el rodamiento. Es uno de los factores más importantes que afectan la distribución de la carga dentro del rodamiento. El tamaño y la dirección de la carga de trabajo determinan directamente la tensión y la distribución de la carga de varias partes dentro del rodamiento. Cuando la carga de trabajo del rodamiento es desigual, la distribución de la carga dentro del rodamiento será correspondientemente desigual, lo que provocará daños locales y fractura por fatiga del rodamiento.
velocidad de rotación
La velocidad de rotación del rodamiento se refiere a la velocidad de rotación de los elementos rodantes dentro del rodamiento. Es uno de los factores importantes que afecta la distribución de la carga dentro del rodamiento. El aumento de la velocidad de rotación aumentará la fuerza de inercia de los elementos rodantes dentro del rodamiento, lo que resultará en una mayor carga sobre el conjunto del rodamiento. Además, cuando la velocidad de rotación es demasiado alta, el material del rodamiento es propenso a fatigarse y sobrecalentarse, lo que también afectará la distribución de la carga dentro del rodamiento.
Temperatura
La temperatura es otro factor importante que afecta la distribución de la carga dentro del rodamiento. Cuando el rodamiento está funcionando, la temperatura dentro del rodamiento aumentará debido a la generación de fricción y calor. Cuando la temperatura aumenta, las propiedades del material de varias partes dentro del rodamiento cambiarán, afectando así la distribución de la carga dentro del rodamiento. Si la temperatura es relativamente alta, la jaula de polímero dentro del rodamiento, la temperatura térmicamente estable del acero, los sellos, etc. El juego interno de un rodamiento y su cambio con la temperatura pueden tener un impacto significativo en el tamaño de la zona de carga en el rodamiento. Cuando hay una gran diferencia de temperatura entre los dos extremos del rodamiento (es decir, el eje caliente y la carcasa fría), el juego interno del rodamiento disminuirá. Esto creará cargas más altas y una mayor fricción de rodadura dentro de los rodamientos.
Condiciones de lubricación
Las condiciones de lubricación son otro factor clave que afecta la distribución de la carga dentro del rodamiento. Cuando el rodamiento está funcionando, necesita aceite lubricante o grasa para mantener el estado de lubricación, reduciendo así la fricción y el desgaste dentro del rodamiento. Cuando las condiciones de lubricación son deficientes, se producirá fricción seca local y acumulación de calor dentro del rodamiento, lo que provocará una distribución desigual de la carga dentro del rodamiento y hará probable que falle el rodamiento.
Rodamientos y dirección de carga.
En circunstancias normales, para requisitos de carga puramente radial, se pueden seleccionar rodamientos rígidos de bolas o rodamientos de rodillos cilíndricos. Y si es un rodamiento de bolas de empuje, sólo es adecuado para soportar una cantidad moderada de carga axial pura. Además, los rodamientos axiales de bolas unidireccionales solo pueden soportar cargas en una dirección. Si se trata de un rodamiento axial de bolas de dos vías o un rodamiento axial de contacto angular de dos vías, puede soportar cargas axiales en ambas direcciones. Por ejemplo, si el rodamiento está sujeto a cargas radiales y axiales combinadas, entonces rodamientos de bolas de contacto angular o se suelen utilizar rodamientos de rodillos cónicos. Y si se trata de un rodamiento de bolas de contacto de cuatro puntos y un rodamiento de bolas de contacto angular de empuje de dos vías, puede soportar la carga combinada en ambas direcciones.
Si la carga actúa lejos del centro del rodamiento, puede ocurrir un momento de vuelco. Según los fabricantes de rodamientos de acero inoxidable, los rodamientos de bolas de dos hileras pueden soportar momentos de vuelco, pero se recomienda elegir bolas de contacto angular pareadas o rodamientos de rodillos cónicos pareados. Los tipos cara a cara están disponibles y los tipos consecutivos son mejores. Por supuesto, también puede elegir rodamientos de rodillos cónicos cruzados, etc.
Conclusión
Al seleccionar rodamientos, se deben considerar los requisitos de aplicación, el tipo de carga, la velocidad, el ambiente y la temperatura. Los rodamientos de bolas son adecuados para cargas bajas y medias, mientras que los rodamientos de rodillos son adecuados para cargas más elevadas. Los cojinetes deslizantes son adecuados para maquinaria de baja velocidad y alta carga. Manteniendo periódicamente los rodamientos inspeccionándolos, limpiándolos y lubricándolos para garantizar un rendimiento y una vida útil óptimos. Aubearing ofrece una amplia gama de rodamientos para diferentes condiciones y aplicaciones, brindando productos de alta calidad y asesoramiento experto. Para información, contáctenos.