¿Cómo influyen los rodamientos en la eficacia y durabilidad de los motorreductores de engranajes cilíndricos? Este artículo profundiza en el papel fundamental de los rodamientos, analizando su selección y disposición, y cómo gestionan las complejas cargas de los sistemas de engranajes helicoidales. Los lectores obtendrán información para optimizar los diseños de motorreductores, garantizar la fiabilidad y reducir los problemas de mantenimiento. Aprenda cómo la colocación precisa de los rodamientos puede afectar a la precisión del engranaje y al rendimiento general del motor.
Hoy en día, muchos dispositivos persiguen la miniaturización y la ligereza, de ahí que a menudo se exija una mayor integración entre motores y cajas de cambios. A veces, el motor se diseña para que forme parte integral de un eje de la caja de cambios.
Por ejemplo, el eje del motor sirve directamente como eje de alta velocidad de la caja de cambios, conectándose directamente al engranaje.
Sin duda, este diseño reduce el tamaño de los equipos y simplifica las conexiones. Si se diseña correctamente, también puede mejorar la fiabilidad y reducir los costes generales.
Sin embargo, este diseño integrado plantea nuevos retos a los fabricantes de motores en cuanto a diseño, fabricación e instalación. En este artículo se analizan los problemas que plantean los motorreductores para la selección y disposición de los rodamientos.
Por comodidad en la discusión, optamos por hablar del motorreductor de engranajes cilíndricos con una situación de carga relativamente compleja.
A continuación se muestra un diagrama de fuerzas de un sistema de eje de engranaje helicoidal (la discusión que sigue supone que ambos lados son rodamientos rígidos a bolas; las situaciones con otros tipos de rodamientos requieren un análisis específico siguiendo este proceso de pensamiento):
Cuando se diseñan motores, la fuerza tangencial de la parte del rotor no suele incluirse en el cálculo de la carga del rodamiento. La razón principal es que la fuerza tangencial del rotor del motor siempre está contrarrestada por una fuerza igual pero dirigida en sentido opuesto, por lo que esta carga no se transmite al rodamiento.
Sin embargo, la situación es diferente en el caso de las transmisiones por engranajes. Por ejemplo, en la figura anterior, el motor está conectado directamente a un engranaje helicoidal. El engranaje transfiere el par y soporta la fuerza tangencial unidireccional.
Sin una fuerza opuesta que la equilibre, esta fuerza tangencial debe incluirse en el cálculo de la carga de apoyo.
Por lo tanto, en la figura anterior, las fuerzas radiales soportadas por todo el sistema del eje del motor incluyen:
Mientras tanto, como el engranaje es helicoidal, el motor soportará la fuerza axial, Fa, del engranaje helicoidal. Por lo tanto, al verificar la vida útil de los rodamientos del sistema de ejes, es necesario tener en cuenta todas las cargas anteriores.
Utilicemos la ilustración anterior como ejemplo. La imagen no muestra los marcadores del extremo de posicionamiento y del extremo de no posicionamiento del sistema de ejes.
En artículos anteriores, hemos tratado que un sistema de eje de motor necesita tener un extremo de posicionamiento y un extremo de no posicionamiento. Por lo tanto, vamos a intentar analizar la disposición de los rodamientos de este sistema de eje de engranaje helicoidal.
Dado que el eje del motor está directamente conectado al engranaje, el ingeniero de motores debe tener en cuenta la precisión de engrane del engranaje. Si hay un problema con el engrane del engranaje, las consecuencias podrían ser graves.
En el ejemplo anterior, el factor que afecta más directamente a la precisión de engrane de los engranajes es la excentricidad axial y radial del eje.
La excentricidad radial del rodamiento puede garantizarse aproximadamente mediante el juego radial del rodamiento.
Sin embargo, la excentricidad axial del eje requiere considerar la relación de posicionamiento del sistema de rodamientos.
Por ejemplo, si el extremo de posicionamiento se coloca en el cojinete trasero, como en el diagrama, cuando el motor pasa de un estado frío a una temperatura de trabajo estable, la temperatura del rotor aumentará.
La dilatación térmica resultante se transmitirá desde el extremo flotante del eje hacia el exterior. Esta transmisión llega directamente al engranaje del extremo del eje del motor. El movimiento axial del engranaje afectará inevitablemente al engrane.
Por lo tanto, desde la perspectiva del engrane del engranaje, el extremo de posicionamiento debe colocarse lo más cerca posible del lado del engranaje.
Desde el punto de vista del mantenimiento, si el cojinete trasero es el extremo flotante, el mantenimiento del cojinete trasero y del muelle de precarga puede realizarse de forma independiente, sin afectar al cojinete delantero. Por el contrario, si se dispusiera de otro modo, el mismo mantenimiento requeriría desmontar todo el motor.
Sin embargo, colocar el extremo de posicionamiento más cerca del lado del engranaje también conlleva impactos adicionales.
En primer lugar, el tamaño del rodamiento. En esta estructura, hay una diferencia aparente en la distribución de la fuerza radial entre los dos rodamientos. La carga radial soportada por el cojinete izquierdo es mayor que la del cojinete derecho, por lo que la selección del tamaño del cojinete izquierdo será mayor.
En segundo lugar, sabemos que el extremo de posicionamiento en un rodamiento de motor soporta la fuerza axial. Si establecemos el lado izquierdo como el rodamiento del extremo de posicionamiento, el tamaño de este rodamiento aumentará aún más bajo la condición de la fuerza axial del rodamiento.
En realidad, el diseño del sistema de ejes de un motor simple requiere una consideración para distribuir uniformemente la carga soportada por los dos rodamientos tanto como sea posible.
Sin embargo, en esta aplicación, debido a los requisitos especiales del engranaje frontal, el ingeniero de motores tiene que llegar a un compromiso.
Lo anterior sólo trata un aspecto de la disposición de los cojinetes del motorreductor. En la práctica, un diseño de este tipo planteará otros retos, como:
Al utilizar rodamientos de rodillos cónicos, los conocimientos adicionales en el campo de la caja de cambios aplicación del rodamiento como el ajuste de la precarga del rodamiento.
Esto supone otro reto importante para los ingenieros de motores. Se aconseja a los ingenieros de motores que no "copien" ciegamente las estructuras de motores anteriores al diseñar estos sistemas de ejes de motor para evitar pérdidas innecesarias.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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