El ajuste entre rodamientos, ejes y soportes de rodamientos es un aspecto crítico en las aplicaciones de rodamientos y es un tema de gran interés para los usuarios de rodamientos. En el trabajo práctico, el principio de selección de patrones para el ajuste puede satisfacer las necesidades de la aplicación.
Sin embargo, muchos ingenieros sienten curiosidad por saber cómo se calcula este principio de selección de sintonización y algunos incluso prefieren hacer los cálculos ellos mismos.
De hecho, el método de cálculo básico para seleccionar el ajuste entre rodamientos, ejes y soportes de rodamientos se puede lograr recombinando conocimientos previos desde la perspectiva de cómo el ajuste afecta el funcionamiento del rodamiento.
I. Condiciones límite para el cálculo del ajuste de rodamientos, ejes y alojamientos de rodamientos
Antes de realizar el cálculo para seleccionar el ajuste entre rodamientos, ejes y soportes, es fundamental comprender el propósito real de este cálculo, que proporciona una definición clara del método de cálculo y las condiciones límite.
Propósito del ajuste
El propósito general del ajuste entre el aro interior del rodamiento y el eje, y el aro exterior del rodamiento y la carcasa del rodamiento, es garantizar que no haya movimiento relativo entre el rodamiento y el eje, y entre la carcasa del rodamiento. y el aro exterior del rodamiento.
Deben evitarse movimientos relativos en dirección circunferencial y axial. Es importante comprender que es un desafío evitar el movimiento relativo sólo mediante el ajuste, por lo que se deben utilizar otros elementos de diseño externos para garantizarlo.
Por ejemplo, los hombros del eje y los escalones de la carcasa del cojinete se utilizan para limitar el movimiento axial; diseños que utilizan ranuras de bloqueo o anillos de sellado para detener el movimiento relativo en la dirección circunferencial. Estos métodos suelen servir como complemento cuando el ajuste por sí solo no puede cumplir su función, evitando movimientos relativos y garantizando un cierto grado de fiabilidad.
Límites de ajuste
De la discusión anterior, sabemos que existe un límite mínimo en el ensamblaje de rodamientos y componentes relacionados. Si la fuerza de montaje es demasiado pequeña provocará un movimiento relativo entre el rodamiento y la superficie de montaje, dejando de cumplir su función de fijación. Esta situación aumenta la probabilidad de que el rodamiento se desplace.
Desde el punto de vista de la teoría del diseño de piezas mecánicas: cuanto más apretado es el ajuste, mayor es la fuerza de ajuste y, en consecuencia, más significativo es el efecto de “sujeción”. Sin embargo, existe un cierto grado de ajuste “holgado” y “ajustado”.
Si el ajuste es demasiado apretado, aunque puede asegurar la fijación relativa de la superficie de contacto, otras dimensiones dentro del rodamiento y el material de acero del propio rodamiento se verán afectados. Por lo tanto, la fijación no se puede lograr simplemente aumentando el ajuste.
Por otro lado, en algunas aplicaciones, la "fuerza de ajuste" generada entre las dos superficies mutuamente ajustadas variará (por ejemplo, en algunas situaciones de vibración). Por lo tanto, cuando la tendencia al movimiento relativo de la superficie de contacto ocurre durante las fluctuaciones de fuerza antes mencionadas, la "fuerza de ajuste" requerida debe ser mayor.
¿Por qué debería ser más grande? Porque debemos asegurarnos de que durante las etapas "fuerte" y "débil" del movimiento relativo, esta fuerza de acoplamiento no cause un movimiento relativo de las superficies de contacto. Por ejemplo, si seleccionamos la "fuerza de ajuste" de acuerdo con la etapa "fuerte" de movimiento relativo, cuando la vibración cambie a la etapa "débil", esta "fuerza de ajuste" aparecerá muy grande.
Por otro lado, si elegimos la "fuerza de ajuste" según la etapa "débil", cuando vibre a la etapa "fuerte", encontraremos que esta fuerza es insuficiente y se ha producido un movimiento relativo de las superficies de ajuste. Por lo tanto, para alcanzar el pico, inevitablemente se utiliza una fuerza de ajuste mayor.
Por este motivo, en condiciones de vibración, generalmente se recomienda emplear un ajuste más ajustado para el rodamiento correspondiente.
Esto es lo que debemos discutir: existe un límite superior para el montaje de rodamientos y componentes relacionados. Si la fuerza de ajuste es demasiado grande, provocará cambios en otras propiedades del rodamiento, provocando problemas.
En conclusión, el objetivo final al seleccionar ajustes de tolerancia de rodamientos es la fuerza de ajuste entre las superficies de ajuste del rodamiento. Si esta fuerza de montaje es demasiado pequeña, puede provocar fácilmente un movimiento relativo (desplazamiento) entre el rodamiento y los componentes de montaje; Si la fuerza de montaje es demasiado grande, puede afectar el rendimiento interno del rodamiento (juego demasiado pequeño, precarga aumentada).
Este es el límite básico y la dirección de cálculo para seleccionar ajustes de tolerancia del eje del rodamiento y del alojamiento del rodamiento.
II. Fuerza mínima de ajuste entre rodamiento, eje y carcasa de rodamiento
Ejemplo: Rodamiento general de motor de rotación interna horizontal.
El sistema de eje de un motor de rotación interna horizontal común tiene la configuración de rodamientos más simple. A partir de este modelo se pueden inferir otros tipos de sistemas de ejes.
Cuando un motor de rotación interna horizontal está en funcionamiento, el eje giratorio del motor girará con el anillo interior del rodamiento. Por lo tanto, la "rotación" se transmite desde el rotor del motor al aro interior del rodamiento, lo que implica que el aro interior del rodamiento gira pasivamente. Siendo este el caso, se requiere una cantidad significativa de fuerza motriz.
Esta fuerza impulsora abarca la fuerza necesaria para que gire el aro interior del rodamiento, junto con el elemento rodante y la jaula. Por lo tanto, la condición operativa más exigente para activar la rotación del aro interior del rodamiento es durante el arranque o los cambios de velocidad. En este punto, la fuerza motriz mínima es la aceleración centrífuga multiplicada por la masa del aro interior del rodamiento.
La situación es ligeramente diferente cuando el rodamiento gira a una velocidad uniforme.
Cuando un rodamiento se mueve a una velocidad constante, la fuerza motriz requerida es mínima, principalmente para superar la fricción entre los elementos rodantes internos y las pistas de rodadura. Por lo tanto, la “fuerza de ajuste” requerida es mucho más simple que el escenario mencionado anteriormente.
Si analizamos dos aplicaciones diferentes, los motores que cambian de velocidad o arrancan con frecuencia requieren mucha más “fuerza de ajuste” que aquellos que funcionan a una velocidad constante. Esto explica por qué las tablas de ajuste recomendadas anteriormente a menudo requieren un ajuste más estricto para velocidades variables o situaciones de arranque frecuentes.
Hasta ahora hemos hablado del “anillo giratorio”, el anillo interior. Pero ¿qué pasa con el anillo exterior? En los motores de rotor interno horizontal, el aro exterior del rodamiento normalmente está estacionario y la carcasa del rodamiento también es fija.
La única fuerza que tiende a girar el aro exterior del rodamiento es el rodamiento de los rodillos del rodamiento dentro del aro exterior. En circunstancias normales, generalmente solo hay fricción de rodadura entre los rodillos del rodamiento y el aro exterior, por lo que esta fuerza de ajuste solo necesita exceder esta fricción de rodadura para superar la tendencia a la rotación del aro exterior del rodamiento.
Además, debido a que la fricción de rodadura es muy pequeña, la fuerza de montaje requerida por el rodamiento para superar la fricción de rodadura también es muy pequeña. Sin embargo, existe una fricción por deslizamiento entre la carcasa del rodamiento y el aro exterior del rodamiento.
Al mismo tiempo, la carga radial entre el aro exterior del rodamiento y el alojamiento del rodamiento puede considerarse igual a la carga radial interna del rodamiento. Además, hay un lubricante dentro de la pista del rodamiento para reducir la fricción, mientras que no hay lubricante entre el aro exterior del rodamiento y el alojamiento del rodamiento.
En conclusión, al colocar de forma segura la pista exterior del rodamiento dentro de la carcasa del rodamiento, se puede superar la tendencia al movimiento relativo mediante la fricción por deslizamiento. Por lo tanto, es fácil entender por qué la pista del rodamiento exterior en un motor de rotación interna horizontal a menudo se ajusta sin apretar.
Volviendo al tema principal, es bastante sencillo calcular la fuerza de fricción ejercida sobre la pista exterior de un rodamiento por los elementos rodantes. Por supuesto, mi experiencia personal en ingeniería sugiere que dichos cálculos generalmente no son necesarios en la práctica, ya que las tablas de selección de ajuste estándar suelen ser suficientes. Sin embargo, los ingenieros que tengan curiosidad por aprender tal vez quieran intentarlo.
Aquí hay algunas preguntas adicionales que los ingenieros deben considerar (el proceso de pensamiento se describió anteriormente, simplemente sígalo):
1. ¿Por qué es necesario apretar el ajuste en condiciones de vibración y apretar la pista exterior?
2. ¿Cómo se debe seleccionar el ajuste de tolerancia para un motor vertical?
3. ¿Cómo se debe seleccionar el ajuste de tolerancia para un motor que gira externamente?
El contenido anterior no proporcionó respuestas a las preguntas anteriores. Se anima a todos a pensar en esto por sí mismos y creo que todos pueden obtener las respuestas. (Un pequeño consejo: considere la elasticidad).
En caso de movimiento uniforme, ¿el ajuste de la pista exterior antes mencionado daría como resultado la órbita?
III. Máximo ajuste de interferencia entre el rodamiento, el eje y la carcasa del rodamiento.
Mencionamos el límite máximo de ajuste de interferencia. Si la interferencia es demasiado grande, puede provocar cambios en el rendimiento de otros rodamientos.
En primer lugar, el factor más importante es el cambio en las dimensiones del propio rodamiento. Cuando el rodamiento está bien ajustado, el juego interno del rodamiento disminuirá. Cuando la holgura del rodamiento es demasiado pequeña, el rodamiento puede atascarse. Por lo tanto, el primer requisito para un ajuste más ajustado del rodamiento es satisfacer el requisito de juego residual del rodamiento.
Estos métodos se utilizan comúnmente en ciertos campos, como la aplicación de rodamientos para cajas de engranajes.
En segundo lugar, los factores afectados por el ajuste apretado son los materiales del rodamiento, como el agrietamiento del aro interior. Esta situación en realidad ocurrió en aplicaciones prácticas. Sin embargo, generalmente, el impacto del material del rodamiento se produce después del efecto de contragolpe.
II. Conclusión
Este artículo analiza principalmente los métodos básicos de cálculo de ajuste de rodamientos y componentes relacionados.
Sin embargo, es fundamental comprender que, en el caso de los sistemas de cojinetes de motor, estos cálculos complejos suelen ser innecesarios. Esto se debe a que las tablas de ajuste de tolerancias diarias recomendadas ya han considerado los factores antes mencionados. La selección directa basada en estos principios suele ser suficiente. Escribimos este contenido para informarle cómo se obtienen estos resultados comparativos que utilizamos a diario.
A menos que sea una aplicación muy específica o le apasione especialmente comprender el proceso teórico, no recomendamos que cada selección de ajuste se someta a una consideración tan compleja.
Por supuesto, para los ingenieros de cajas de engranajes, especialmente al calcular la precarga de rodamientos de rodillos cónicos y rodamientos de bolas de contacto angular, estas consideraciones se vuelven inevitables y requieren una comprensión cuidadosa.
