¿Cuál es el par de un rodamiento giratorio?

El par de la corona de orientación es la resistencia rotacional total que el sistema de accionamiento (como el motor y el piñón) debe vencer para hacer girar el equipo y mantener su funcionamiento. No es un valor de muerte único y fijo. Contiene la suma de múltiples resistencias: tanto la fricción como la fuerza de arrastre aportada por las juntas. Si se trata de un soporte dentado, también está la resistencia del engrane del engranaje.

Para que la selección del accionamiento no sea errónea, solemos utilizar la siguiente fórmula para calcular el par total (M total ):

M total =M f +M s +M g

La lógica es clara:

M f= Par de fricción bajo carga (es el par de carga)
M s = par de fricción generado por la junta
M g = par de fricción generado por el engranaje (si es dentado)
Es fácil que los ingenieros confundan la diferencia entre par de arranque (empujar el dispositivo desde el reposo hasta la rotación) y par de funcionamiento (mantener la rotación). El primero suele ser mucho mayor que el segundo. Además, la precarga dentro del rodamiento giratorio, la viscosidad de la grasa, la temperatura ambiente y la carga específica de sus condiciones de trabajo harán que este valor fluctúe. Por lo tanto, calcular este número es el primer paso para garantizar el funcionamiento fiable del equipo.

Permítanme desglosar estas partes clave.

Par de carga (Mf)

Es la parte más importante y compleja de la composición del par, que se deriva directamente de la carga externa aplicada al rodamiento. Ya se trate de una fuerza axial, radial o de un momento de vuelco, acabará transmitiéndose al cuerpo rodante, provocando fricción en la pista de rodadura. La fórmula de estimación habitual en la industria es la siguiente

M f = ( F a * f a + F r * f r ) * μ * d m/ 2

Entre ellas:

Fa = Carga axial (N)
Fr = Carga radial (N)
fa, fr = Factores de cálculo para cargas axiales y radiales, específicos del tipo de rodamiento (por ejemplo, bola de cuatro puntos de contacto, rodillo cruzado), que son facilitados por el fabricante.
μ (mu) = Coeficiente de fricción. Se trata de un valor empírico, que suele oscilar entre 0,004 y 0,008 para rodamientos limpios y correctamente lubricados.
dm = Diámetro medio de la pista de rodadura (diámetro del círculo primitivo) en metros (m).
Recordatorio especial: Si su escenario de aplicación es como una grúa o excavadora, hay un momento de vuelco enorme, normalmente convertimos este momento en "carga axial equivalente" cuando calculamos F a F a Para calcular, para que los resultados sean fiables.

Par de fricción de la junta (Ms)

La mayoría de los rodamientos giratorios están equipados con juntas de goma para bloquear la grasa y la suciedad. Estas tiras de sellado se deslizan cerca de la superficie de la virola, y la resistencia generada no puede ignorarse. Curiosamente, esta parte del par tiene poco que ver con la carga externa, pero guarda una gran relación con la temperatura y la lubricación. Su cálculo suele basarse en fórmulas empíricas:

Ms ≈ Cs * ds^2

Cs = Constante de obturación proporcionada por el fabricante del rodamiento, que depende del material y del diseño de la obturación.
ds = El diámetro del contacto del labio de la junta en metros (m).
En muchas muestras de ingeniería, encontrará que M s M s da directamente un valor de referencia (N - m). Lo que quiero destacar es que, para los rodamientos de pequeño tamaño y carga ligera, el par de obturación suele ser la principal fuente de par en vacío, e incluso puede representar la mayor parte del par total. No lo ignore al seleccionar el tipo.

Par de fricción del engranaje (Mg)

En el caso de la corona giratoria dentada, el engrane del piñón de arrastre y la corona grande también se "comerá" parte de la fuerza. Esto está relacionado con la potencia transmitida y la eficiencia del engranaje. Las estimaciones son las siguientes:

Mg = Tdrive * (1 - ηg)

Tdrive = El par motor transmitido a través de los dientes del engranaje (N-m).
ηg (eta) = La eficiencia de la malla del engranaje. Para engranajes rectos o helicoidales estándar y bien lubricados, la eficiencia suele ser alta, en torno a 98% a 99% (es decir, ηg ≈ 0,98 - 0,99).
En otras palabras, alrededor de 1-2% de la fuerza motriz se perderá en la fricción del engranaje, pero esta parte es también el motor debe superar.

Par de arranque Vs. Par en marcha

Comprender la diferencia entre estos dos estados es la clave del éxito de su selección de motor.

Par de arranque: Es el par máximo necesario para iniciar la rotación a partir de un estado estacionario. Es elevado porque hay que superar el rozamiento estático (el coeficiente de rozamiento estático es mucho mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico), pero también para superar el efecto "viscoso" de las juntas y la grasa viscosa (Stiction). El par de arranque suele ser de 1,5 a 3 veces el par de funcionamiento calculado. Especialmente en un entorno de baja temperatura, o después de que el equipo esté parado durante mucho tiempo, este múltiplo es aún mayor.
Par de funcionamiento: Una vez en movimiento, se establece una película de aceite estable en la pista de rodadura, se reduce la fricción y se estabiliza el par. Las fórmulas anteriores calculan principalmente el par de rodadura.
Al seleccionar un motor, hay que asegurarse de que puede proporcionar un par de arranque pico suficiente para "empujar" el equipo; y la capacidad de funcionamiento continuo y el rendimiento de disipación térmica del motor se evalúan con referencia al par de funcionamiento. Ignorar este punto es una causa común del fallo del accionamiento "pequeño carro tirado por caballos" y de la carga de arranque.

Factores clave que influyen en el par de giro de los rodamientos

Además de los cálculos sobre el papel, hay varios factores operativos sobre el terreno que modificarán realmente el par total:

Precarga interna: Para aumentar la rigidez del soporte, a menudo aplicamos un juego negativo (precarga) durante la fabricación. Esto aumenta directamente la tensión de contacto entre el elemento rodante y la pista de rodadura, lo que inevitablemente conlleva un aumento del par de fricción.
Estado de lubricaciónEs muy importante saber si el aceite se inyecta correctamente y si la viscosidad no es la adecuada. Una lubricación insuficiente o una viscosidad incorrecta aumentarán el par y acelerarán el desgaste.
Temperatura de funcionamientoLas fluctuaciones de temperatura modifican la viscosidad de la grasa. Si hace demasiado frío, la grasa se espesa y el par de arranque se dispara; si hace demasiado calor, la grasa se diluye y la película de aceite puede no aguantar.
Precisión de la instalación: Si la superficie de la estructura de instalación no es plana, o la rigidez es insuficiente, el soporte se verá forzado a deformarse. Esto provoca una sobrecarga local de la pista de rodadura, generando una fricción anormal y "picos de par" imprevisibles.

AutorDavid

Con años de experiencia en ingeniería mecánica, he sido testigo directo de cómo los malentendidos sobre el par pueden provocar fallos en el sistema. He escrito esta guía para desmitificar los cálculos de par de los cojinetes de giro, desde la carga y la fricción del sellado hasta las diferencias críticas entre el par de arranque y el de funcionamiento. Espero que le proporcione los conocimientos prácticos necesarios para seleccionar el sistema de accionamiento adecuado y garantizar que su equipo funcione con la fiabilidad y el rendimiento que usted espera.