Comprender la carga radial: un factor clave en el dimensionamiento de los cojinetes del motor

El dimensionado de los cojinetes de un motor es primordial para su funcionalidad y longevidad.

Elegir el rodamiento adecuado garantiza un funcionamiento eficiente del motor, mientras que una elección incorrecta puede provocar problemas de rendimiento, desgaste prematuro e incluso el fallo del motor.

Antes de seleccionar el tamaño adecuado para los rodamientos del motor, es esencial determinar la carga del motor y las cargas asociadas del rodamiento.

A continuación, determine la vida útil prevista en función de la velocidad y la carga para elegir el rodamiento adecuado.

En particular, la medición de la carga radial sobre el rodamiento es un paso fundamental en este proceso.

Este blog pretende desmitificar el concepto de carga radial, cómo calcularla, destacando su importancia y su impacto en el dimensionado de los rodamientos del motor, proporcionando perspectivas valiosas para ingenieros, diseñadores y otros profesionales del sector en busca de una funcionalidad óptima del sistema.

¿Qué es la carga radial?

La carga radial se refiere a la fuerza perpendicular ejercida sobre el eje de un motor.

En esta fuerza influyen principalmente diversos componentes, como engranajes, correas y poleas, que interactúan con el eje del motor.

Los componentes, junto con las fuerzas externas que puedan encontrar, contribuyen significativamente a la carga radial global del motor.

Distribución de la carga radial de los rodamientos del motor

Piense en el sistema de ejes como una viga definida estáticamente y reforzada por rodamientos.

La carga sobre este sistema de ejes se dispersa uniformemente entre sus rodamientos de apoyo, como se ve con los rodamientos A y B en la ilustración.

_FrA=(a+b)_FI /b+ _dFII/(c+d)

_{FrB=-aFI/b+cFII/}(c+d)

Donde:

_FrA: Carga radial que actúa sobre el rodamiento A N{kgf}

_FrB: Carga radial que actúa sobre el rodamiento B N{kgf}.

_FI，FII: Carga radial que actúa sobre el sistema de ejes

Este ejemplo es sencillo; sin embargo, la mayoría de las situaciones exigen cálculos más complejos.

Cargas sobre el rodamiento A y el rodamiento B en el sistema de ejes

El efecto "palanca" para la carga radial

La carga radial varía en función de la "distancia desde el extremo del eje de salida del reductor".

Esta distancia significa el espacio entre el extremo del eje y el lugar donde se ejerce la fuerza sobre el eje (el punto de instalación de la carga).

A medida que aumenta la distancia desde el extremo del eje, aumenta también la carga radial admisible.

Esto se debe a que la carga se desplaza más cerca del rodamiento de apoyo interno dentro de la brida del reductor.

Cuando la carga se sitúa más cerca del cojinete de apoyo, que actúa como punto de apoyo, puede soportar más peso.

Cálculo de las cargas radiales estáticas

Las cargas radiales estáticas proceden principalmente de fuerzas constantes e invariables que actúan perpendicularmente al eje del motor.

Peso del motor

El peso del rotor ejerce una carga estática.

Utilice el peso del rotor (a menudo proporcionado por el fabricante o puede medirse) y considere su distribución a lo largo del eje.

Fuerzas externas

Si hay algún equipo externo montado en el eje (por ejemplo, poleas, engranajes), calcula su peso y cómo se distribuye a lo largo del eje.

Precargas de montaje

Si los rodamientos se precargan durante el montaje para eliminar cualquier juego libre, esta precarga es una fuerza estática.

Los valores de precarga deben figurar en la documentación de montaje o pueden medirse con equipos especializados.

Carga estática total=Peso del motor+Fuerzas externas+Precarga de montaje

Cálculo de cargas radiales dinámicas

Las cargas radiales dinámicas cambian con el tiempo y están influidas por las condiciones de funcionamiento.

Desequilibrio del rotor:

Mida el desequilibrio utilizando herramientas de análisis de vibraciones. Este desequilibrio puede traducirse en fuerza mediante la fórmula:

F=mω2e

Donde:

F es la fuerza debida al desequilibrio

m es la masa del rotor,

ω es la velocidad angular en rad/seg,

e es la distancia del centro de masa al eje de rotación (excentricidad).

Cargas externas variables

Si el motor acciona un equipo en el que la carga varía (como las bombas alternativas), utilice curvas de rendimiento o mediciones directas para determinar el componente dinámico de la carga.

Desalineación del eje

La desalineación puede medirse utilizando herramientas de alineación.

La traducción de la desalineación en fuerza radial dinámica suele requerir herramientas o software especializados, ya que implica cálculos complejos basados en datos de alineación y especificaciones del motor y el equipo.

Expansión térmica

Determina el cambio de longitud del rotor/eje debido a los cambios de temperatura utilizando la fórmula:

ΔL=L×α×ΔT

Donde:

ΔL es el cambio de longitud,

L es la longitud original,

α es el coeficiente de dilatación lineal

ΔT es el cambio de temperatura.

Para convertir este cambio de longitud en fuerza, puede que necesites utilizar valores de rigidez y más cálculos.

Vibración y resonancia

Utilice herramientas de análisis de vibraciones para medir las fuerzas dinámicas debidas a vibraciones o resonancias inherentes.

Carga radial dinámica total

Suma de todas las cargas dinámicas individuales.

Tenga en cuenta que algunas pueden ser oscilatorias, por lo que deberá buscar valores pico o valores RMS (Root Mean Square) para las cargas combinadas.

Carga dinámica total = Fuerza de desequilibrio + Variación de la carga externa + Fuerza de desalineación + Fuerza de dilatación térmica + Fuerza de vibración

¿Cómo dimensionar los rodamientos del motor tras determinar la carga radial?

Tras determinar la carga radial, compare la esperanza de vida del cliente con la velocidad y la carga y seleccione el tipo de rodamiento.

Evaluar la velocidad de funcionamiento

Identifique la gama de velocidades operativas a las que funcionará el motor.

Algunos rodamientos se adaptan mejor a operaciones de alta velocidad, mientras que otros están diseñados para escenarios más lentos y de par elevado.

Adapte la carga a la capacidad del rodamiento

Cada tipo de rodamiento tiene una capacidad nominal dinámica (para cargas en movimiento) y estática (para cargas estacionarias).

Asegúrese de que el rodamiento elegido puede soportar las cargas calculadas sin riesgo de desgaste prematuro o fallo.

Tenga en cuenta la vida útil del rodamiento

La vida útil esperada de un rodamiento, a menudo expresada en términos de "vida útil _L10 ", describe cuánto tiempo se espera que dure un rodamiento antes de mostrar signos de fatiga.

Utilice fórmulas como la que se muestra a continuación para ajustar la vida operativa prevista de su motor a un rodamiento con una vida _L10 adecuada:

Para rodamientos de bolas,

_L10=(C/P)3

Para rodamientos de rodillos

_L10=(C/P)10/3

Donde:

_L10 es la vida útil del rodamiento en millones de revoluciones;

C es la capacidad de carga dinámica del rodamiento;

P es la carga dinámica equivalente del rodamiento.

Factor de las condiciones ambientales

Puede ser necesario sellar o proteger los rodamientos si están expuestos a contaminantes.

Del mismo modo, la elección de los lubricantes de los rodamientos puede afectar a su longevidad y debe adaptarse a la temperatura y el entorno de funcionamiento.

Conclusión

Comprender la carga radial es primordial para dimensionar los rodamientos del motor, garantizando su eficacia y longevidad.

Los cálculos precisos son cruciales para orientar la selección del motor adecuado a los requisitos operativos específicos.

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