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La importancia de la selección de rodamientos en el rendimiento de la caja de engranajes
- Oct 16, 2018 -

Las cajas de engranajes de reducción grandes están diseñadas para transmitir un par alto al reducir la alta velocidad de entrada a la velocidad de salida deseada. Esta es la razón por la cual una caja de engranajes es ampliamente utilizada y un equipo común a través de transportadores, molinos, trituradoras y bombas de conducción de la industria pesada.

Los engranajes a lo largo de una caja de engranajes se fabrican con precisión con una alta precisión que requieren técnicos capacitados para ensamblar e instalar. No es inusual que una caja de engranajes de reducción simple tenga muchas etapas que pueden incluir engranajes cónicos y de piñón para los cambios de dirección de la unidad / entrada, así como múltiples engranajes helicoidales de diferentes proporciones para lograr la salida deseada.


El objetivo es hacer que la caja de cambios funcione lo más silenciosamente posible. Para ayudar con esto, los engranajes helicoidales se usan generalmente en lugar de engranajes rectos (o de corte transversal) para reducir el ruido audible de la malla del engranaje. ¿Todos recordamos el 'gemido' de nuestros autos manuales cuando retrocedimos? En estos casos, invertir es un engranaje recto.

Los engranajes helicoidales son excelentes para la transmisión de potencia, la durabilidad y el funcionamiento silencioso, sin embargo, este diseño tiene un inconveniente. Como estos engranajes se fabrican con un ángulo, siempre hay una fuerza axial (empuje) resultante que requiere atención.

En aplicaciones donde esta carga axial se vuelve extremadamente grande, los engranajes helicoidales se cortan en direcciones opuestas, a menudo denominadas "engranajes de espiga". Este diseño requiere:

  • 1. Incrementar el tamaño de la caja de engranajes.

  • 2.Más precisión en el montaje y

  • 3.Agrega costo adicional en la precisión.

  • Sin embargo, en operación, este diseño de engranaje no resultará en cargas axiales (de empuje). En los accionamientos helicoidales y de piñón / piñón más comunes, la carga axial resultante (empuje) debe ser soportada por los cojinetes de soporte. A menudo, la elección de los rodamientos se basa en la capacidad de carga y la vida teórica del rodamiento, sin una comprensión esencial del rodamiento y su diseño fundamental.

  • Hay muchos rodamientos diferentes disponibles, cada uno con un conjunto único de características de carga. Estas características deben entenderse claramente junto con las características de carga de la aplicación antes de la instalación. En la mayoría de las aplicaciones, el eje requiere ubicación, así como la capacidad de girar.

  • Las cargas de rodamientos pueden ser radiales puras, axiales puras o una combinación de las dos. En general, la mayoría de las aplicaciones tienen una combinación de estos dos. Los rodamientos están diseñados para soportar diferentes cargas, con la mayor capacidad para acomodar combinaciones de cargas. Un cojinete de bolas, por ejemplo, está diseñado para acomodar cargas radiales, sin embargo, puede soportar cierta carga axial (empuje) y, por lo tanto, es excelente para usar en un motor eléctrico, ya que este cojinete ubicará positivamente el rotor. En este ejemplo también habrá algún crecimiento térmico del eje. Para eliminar el riesgo de rodamientos 'ubicación cruzada', se puede utilizar un rodamiento de rodillos cilíndricos. Este tipo de rodamiento está disponible en muchas configuraciones. Se puede usar ya que hay configuraciones que permitirán el movimiento axial dentro del propio rodamiento, mientras se mantiene la carga radial.

  • Algunos rodamientos también están diseñados para permitir la desalineación. Esto puede ser beneficioso cuando existe la posibilidad de falta de precisión de la carcasa o del eje, o la posibilidad de desviación del eje. Al igual que en el diseño del engranaje helicoidal, estos rodamientos tienen ventajas y desventajas.

  • En el caso de los rodamientos de rodillos a rótula, la capacidad de desalineación mientras permite la rotación sin comprometer la capacidad de carga es excelente. Estos rodamientos son un diseño excelente para usar en una polea transportadora, ya que siempre hay dificultades para mantener una alineación precisa y la carga radial aplicada es generalmente alta. Además, estos rodamientos también tienen la capacidad de "ubicar" el eje al acomodar pequeñas cargas axiales (empuje).

  • La desventaja, o desventaja, de un rodamiento de rodillos esféricos es que, debido a la naturaleza de su diseño interno, existe un compromiso con la eficiencia del rodamiento. Imagínese tratando de hacer rodar un barril de vino cuesta abajo, no es probable que ruede recto. Lo mismo ocurre dentro del rodamiento de rodillos esféricos: los elementos rodantes tienden a inclinarse y deslizarse, lo que aumenta las temperaturas de funcionamiento. El componente crítico que mantiene la alineación del elemento rodante es la jaula. Sin la jaula, los elementos rodantes se inclinan fácilmente, lo que resulta en un fallo catastrófico.

  • Las ineficiencias de rodadura de un rodamiento de rodillos a rótula se pueden comparar fácilmente refiriéndose a las clasificaciones de velocidad en cualquier catálogo de fabricantes de rodamientos. Revise las velocidades de los rodamientos del mismo tamaño total: ID, OD y ancho. Compare esta velocidad para rodamientos de bolas, rodamientos de rodillos cilíndricos, incluso rodamientos de rodillos cónicos y es muy probable que la velocidad nominal del rodamiento de rodillos esféricos sea significativamente menor.

  • ¿Por qué? Las clasificaciones de velocidad se basan en un estándar que requiere que se aplique una carga específica con el rodamiento capaz de mantener una temperatura prescrita a esta velocidad "limitante". Algunos fabricantes tienen "velocidades de referencia" que difieren de la "velocidad límite". La medida sin embargo es fundamentalmente la misma. Las cajas de engranajes a menudo tienen rodamientos de rodillos esféricos instalados en ejes de reducción de velocidad más lenta, lo que es interesante desde la perspectiva de la aplicación de los rodamientos.

  • Las cajas de cambios son precisas por diseño. La malla, el juego y la alineación de los engranajes son fundamentales para la vida útil y el funcionamiento confiable de los engranajes. El diseño del eje debe mantener esta precisión sin desviación. La alineación del orificio de la carcasa debe garantizar que el eje mantenga los requisitos de precisión del engranaje.

  • Dadas estas restricciones de precisión, parece haber una falta de conocimientos fundamentales de ingeniería de rodamientos en la selección de rodamientos. La aplicación no requiere la capacidad de desalineación. Es probable que se produzca una carga axial (de empuje) y que las fuerzas de separación de los engranajes sean insuficientes para mantener el requisito mínimo de carga del rodamiento para mantener el contacto de rodadura. Las ineficiencias internas de la rodadura y la carga radial insuficiente se pueden combinar con la carga axial (empuje) para dar como resultado una falla prematura del rodamiento. Un cojinete que es ideal para una polea transportadora que se usa en una aplicación de caja de cambios puede no ser la mejor opción.

  • Se puede considerar un rodamiento que está diseñado específicamente para tener la capacidad de acomodar una combinación de carga radial y axial (empuje), junto con una capacidad de carga que mantiene los requisitos mínimos de carga. El rodamiento de rodillos cónicos es a menudo una excelente alternativa si los rodamientos de rodillos esféricos fallan prematuramente o no proporcionan una vida útil adecuada en las aplicaciones de la caja de cambios.