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enero-2006 Depto. LinealPágina 2

El sistema de circulación de bolas necesita la máxima precisión geométrica, para garantizar una rodadura suave en todas las velocidades, con el mínimo rozamiento.

Los husillos a bolas IPIRANGA se fabrican en dos tipos de retorno interno:

-Retorno interior de bolas por deflector radial, para pasos cortos. Cada uno de los circuitos es independiente, y contiene una vuelta completa en la circunferencia.

-Retorno interior de bolas por Liner axial, para pasos largos. Se compone de un solo circuito de varias vueltas, con retorno por agujero a través de la tuerca y reenvío de bolas con dos Liners.

Introducción


Introducción-recirculación de las bolas

RETORNO CON DEFLECTOR: PASOS CORTOS

HUSILLOS DE UNA ENTRADA

RETORNO CON LINER: PASOS LARGOS

HUSILLOS MULTIENTRADA


Los husillos a bolas se fabrican con una estudiada sección de rosca, para obtener las máximas prestaciones de suavidad, rendimiento, capacidad de carga y rigidez. Las pistas de rodadura de husillo y tuerca tienen perfil de rosca con arcos góticos simétricos (ojival), y el ángulo de contacto óptimo, que determina un juego axial Samuy reducido.

Perfil de la pista de rodadura


Sistema de precarga

Utilizando montajes de tuerca única, entre las bolas y las pistas de rodadura existe un juego axial mínimo. En muchos casos es necesario anular este juego para aumentar la precisión de posicionamiento y la rigidez del conjunto. Esto se consigue precargando dos tuercas, lo cual produce una deformación elástica de los elementos de rodadura. El valor de la precarga debe ser indicado por el usuario, en función de las características de su trabajo. Recomendamos que no sea superior al tercio de la fuerza media de trabajo Fm. Siempre que no se indique este valor, los husillos a bolas rectificados con tuerca doble se suministran con una precarga axial equivalente al 7% de la capacidad de carga dinámica Cam.

El sistema de precarga en las tuercas IPIRANGA es de TRACCIÓN al husillo, en el que las tuercas se separan forzadas por una arandela intermedia.

Tener en consideración que los aumentos de temperatura pueden producir una disminución de la precarga, por alargamiento del husillo.


Almacenaje y manipulación

Los husillos a bolas son elementos de gran precisión, por lo que deben ser manipulados con sumo cuidado y almacenados en locales secos y limpios, manteniendo los husillos apoyados en varios puntos de su longitud, y en su embalaje original hasta el momento de ser montados.

El lugar de montaje debe estar limpio y en la manipulación del husillo deben evitarse los golpes, los movimientos bruscos o las posiciones de apoyo que puedan producir pandeo. Los husillos a bolas deben ser utilizados evitando aplicar fuerzas excéntricas o radiales; los husillos a bolas son apropiados para transmitir únicamente fuerzas axiales.

Si el husillo ha sido suministrado con la tuerca montada y, por cualquier motivo, es preciso desmontar ésta, deben seguirse los pasos siguientes:

- Fabricar un tubo, de mayor longitud que la tuerca a desmontar, con un diámetro interior adaptado al extremo cilíndrico del husillo y con un diámetro exterior igual al de fondo de rosca (d3 en Tabla de medidas). La longitud del tubo deberá ser un 50% mayor que L1 o L5 de la tuerca.

- Colocar el tuvo en un extremo del husillo y hacer girar la tuerca hasta que salga de la rosca, quedando montada en el tubo.


Almacenaje y manipulación

Inmovilizar la tuerca sobre el tubo con cinta adhesiva o tira de goma, para evitar que se desplace y caiga del tubo.

Para volver a montar la tuerca en el husillo, proceder de manera inversa, cuidando de no dañar los rascadores de la tuerca.


Desviación del paso

Desviación del paso

La desviación del paso respecto al recorrido nominal es uno de los parámetros que caracterizan a un husillo a bolas. La desviación del paso “e” es la diferencia entre el recorrido nominal y el recorrido medio, siendo éste el centro de dos paralelas en los límites del recorrido real:

La anchura de banda v 300 es la variación del recorrido en 300 mm, paralela al recorrido medio

Los husillos a bolas están concebidos como elementos de posicionado y se fabrican las calidades ISO 7 e ISO 8:


Capacidad de carga y duración de vida

Capacidades de carga

Capacidad de carga dinámica C es la carga axial concéntrica al husillo, constante en módulo, dirección y sentido, bajo la que una cantidad suficientemente grande de husillos a bolas funcionando bajo las mismas condiciones, alcanzan una duración de vida de 1 millón de revoluciones antes de que se presenten los primeros síntomas de fatiga del material.

Capacidad de carga estática C0 es la carga axial concéntrica al husillo, aplicada en reposo, que produce una deformación permanente entre la pista de rodadura y las bolas del orden de 0,0001 x diámetro de las bola.

Duración de vida

La duración de vida de un husillo a bolas se expresa mediante el número de revoluciones alcanzado por el 90% de una cantidad suficientemente grande de husillos:

L: Duración de vida, en revoluciones

C: Capacidad de carga dinámica, N

Fm: Carga axial media, N

63

10⋅

=

mFCL

Lh: Duración de vida, en horas de funcionamiento

nm: Velocidad media de rotación, min-1

fn: Factor de utilización

O bien por el número de horas de funcionamiento:

60⋅⋅=

nmh fn

LL

3 6001,0 3 ⋅⋅⋅⋅⋅= nmmh fnFLL


Velocidad y carga media

En los ciclos de trabajo normales de una máquina, la velocidad de rotación del husillo y las cargas suelen ser variables. Los valores medios se obtienen de:

...100100100 33

22

11 +⋅+⋅+⋅= nqnqnqnm

Con carga y velocidad variable, la carga media es:

3 2232

1131 ...

100100+⋅⋅+⋅⋅=

qnnFq

nnFF

mmm

Con carga variable y velocidad constante:

3 333

232

131 ...

100100100+⋅+⋅+⋅=

qFqFqFFm


Carga axial admisible


Cuando una carga axial de compresión actúa sobre un husillo a bolas, éste puede fallar por pandeo antes de alcanzar la capacidad de carga estática C0. La carga de compresión que puede soportar un husillo depende de su diámetro, longitud y del tipo de apoyos.

La carga máxima admisible se obtiene de:

Fad: Carga máxima admisible (C0), kN

Fku: Carga de columna (diagrama), kN

fk: Factor de corrección del tipo de apoyos

8,0⋅⋅= kkuad fFF


Velocidad

Velocidad crítica

Los husillos a bolas deben funcionar a velocidad de rotación inferior a la de su frecuencia natural de vibración, en la que aparecen fuerzas desequilibradas.

La velocidad crítica de giro de un husillo está definida en función de su diámetro, longitud y del tipo de apoyos.

La velocidad máxima admisible es:

{ncr:velocidad crítica(diagrama), min.-1

fc:factor de corrección del tipo de apoyos18,0 −⋅⋅= minfnn ccrad

Velocidad periférica

La velocidad de rotación máxima del husillo, limitada por la recirculación de las bolas, está definida por el producto del diámetro nominal del husillo y su velocidad de giro (Dpw . n)

Dpwn 90000máx =

Dpwn 60000máx =

(series 10 y 12)

(series 14 y 16)


Velocidad


Par motor

Par motor

Par necesario para convertir el movimiento rotativo del husillo en traslación de la tuerca:

Ma: Momento de arranque, Nm

F: Carga de trabajo, N

S: Factor de seguridad (1,25 a 2)

P: Paso de la rosca del husillo

η: Rendimiento (< 0,9)

ηπ ⋅⋅⋅⋅

=2000

SPFMa

Potencia

Potencia motriz en el arranque:

Pa: Potencia motriz, kW

n: Velocidad de rotación, min-1

9550nMP a

a⋅

=


Material constructivo

Para la fabricación de los husillos a bolas laminados IPIRANGA, se utilizan aceros especiales templados, que garantizan un rendimiento óptimo. La dureza de las pistas tiene total importancia para asegurar la máxima capacidad de carga y duración de vida. En esta tabla, se indican los materiales normalizados de cada componente, con sus equivalencias aproximadas, su tratamiento térmico y su dureza.


Lubricación

Una lubricación adecuada es fundamental par mantener un reducido rozamiento y para proteger contra la oxidación y reducir el desgaste de los husillos a bolas.

En caso de lubricación con grasa, son adecuadas las grasas a base de jabón de litio, reengrasando cada 200 a 1000 horas, según las condiciones de funcionamiento.

La lubricación con aceite puede ser continua o intermitente; en este segundo caso la aportación de aceite puede oscilar entre 1 y 25 cm3/hora, en función del tamaño de la tuerca del husillo, de la velocidad de rotación y de la carga de trabajo.

Si se ha previsto la lubricación por niebla de aceite, se puede estimar una cantidad de 6 a 120 gotas/minuto de aceite en el aire comprimido.

Para los husillos a bolas no deben ser utilizados, en ningún caso, lubricantes que contengan bisulfuro de molibdeno o grafito coloidal.

La viscosidad nominal del aceite base, necesaria para cada caso de aplicación, en función de la temperatura, la velocidad, las cargas,etc., se indica, como orientación, en la tabla siguiente. Las viscosidades altas se utilizaran para los husillos de menor diámetro.


Tolerancias de posición

En los husillos a bolas, la precisión geométrica de los elementos asegura una rotación perfecta del conjunto husillo-tuerca.

Tolerancias de posición según DIN69051:


Husillos laminados de una entrada


Husillos laminados multientrada


Husillos rectificados estándar


Husillos rectificados bajo plano – tuerca con brida


Husillos rectificados bajo plano – tuerca lisa


Husillos rectificados bajo plano – tuerca brida central


Mecanizado tipo A – soporte lado fijo


Mecanizado tipo B – soporte lado libre


Otros mecanizados

Mecanizado tipo A

Mecanizado tipo C

Mecanizado tipo B

Mecanizado tipo D


Otros mecanizados

Mecanizado tipo E

Mecanizado tipo G

Mecanizado tipo F

Mecanizado tipo H


Rodamientos de apoyo

Rodamientos

El sistema de apoyos de un husillo a bolas exige unos requisitos especiales que no cumplen, de manera óptima, los rodamientos convencionales. Por ello, INA ha desarrollado una gama de rodamientos para apoyos de husillos que:

- tienen una elevada precisión

- permiten altas velocidades de rotación

- tienen una alta rigidez

- absorben elevadas cargas axiales

- presentan un reducido rozamiento

- requieren un volumen constructivo muy pequeño

- se montan de forma muy sencilla

- requieren un escaso mantenimiento


Rodamientos de apoyoSerie ZKLN...2RS (2Z)

Esta serie consta de rodamientos a bolas de dos hileras con un ángulo de contacto y disposición en “O”. El anillo interior, en dos piezas, está ajustado con ambas coronas de bolas y con el anillo exterior, muy rígido, de tal manera que, al apretar la tuerca de fijación, el rodamiento queda adecuadamente precargado.

Estos rodamientos disponen, por ambos lados, de obturaciones rozantes (2RS) o por paso estrecho (2Z), están lubricados con engrase permanente y listos para el montaje.

Para aquellas aplicaciones en las que una precisión menor es suficiente, están disponibles rodamientos con tolerancias ampliadas (sufijo PE) con los que se logra:

- una precisión adecuada a la aplicación

- apoyos de husillos con costes menores de fabricación.

Rodamientos a bolas de contacto angular ZKLN...2RS(PE)

Serie ZKLN...2RS 2AP

Esta serie está formada por dos rodamientos apareados de la serie ZKLN...2RS. Cada uno de los rodamientos de la pareja dispone, por su cara exterior, de una obturación por rozamiento.

Rodamientos a bolas de contacto angular ZKLN...2RS 2AP



Serie ZKLF...2RS (PE)

Los rodamientos de esta serie coinciden con los de la serie ZKLN...2RS si bien se diferencian por la utilización de su anillo exterior como brida de fijación.

Rodamiento a bolas de contacto angular ZKLF...2RS (PE)

Serie ZKLF...2RS 2AP

Esta serie está formada por dos rodamientos apareados de la serie ZKLF...2AP. Cada uno de los rodamientos de la pareja dispone, por su cara exterior, de una obturación por rozamiento.

Rodamientos a bolas de contacto angular ZKLF...2RS 2AP



Serie ZARN

Estos rodamientos axial-radial combinados consisten en un rodamiento axial de rodillos cilíndricos, de doble efecto, cuyo disco intermedio ejerce, al mismo tiempo, la función de anillo exterior de un rodamiento de agujas.

Rodamientos de agujas y axial de rodillos cilíndricos ZARN Rodamientos de agujas y axial de rodillos cilíndricos ZARF

Serie ZARF

Los rodamientos de la serie ZARF corresponden a los de la serie ZARN, si bien se diferencian por la utilización de su anillo exterior como brida de fijación.


Soportes de rodamiento

Soportes

Los soportes INA para apoyos de husillos a bolas combinan las ventajas de los rodamientos a bolas de contacto angular y de los robustos soportes de acero, para formar unidades listas para montar y de reducido mantenimiento. Se pueden suministrar en las siguientes series:

Soportes lado fijo

Serie SGKF...2RS

Estas unidades están formadas por un soporte de acero con un rodamiento a bolas INA de contacto angular de la serie ZKLN..2RS, obturado por ambos lados y con engrase inicial. Los soportes disponen de un agujero roscado M8x1 para un engrasador, en aquellos casos en los que sea necesario el reengrase. La base de los soportes tienen agujeros para los tornillos y para pasadores de fijación, así como una cara de apoyo para la alineación con la construcción anexa.

Serie SGKF...2RS 2AP

Estas unidades están formadas por un soporte de acero con dos rodamientos a bolas INA de contacto angular, apareados, de la serie ZKLN..2RS, obturados por las caras exteriores de ambos rodamientos.

Soporte SGKF..2RS 2AP


Soportes de rodamiento

Soportes lado libre

Serie SGNL...2RS

Estos soportes se componen de un soporte de acero y de un rodamiento radial de agujas de la serie NA 49..2RS obturado por ambos lados y con engrase inicial. Es posible el reengrase a través de un agujero roscado en el soporte.


Tuercas estriadas de precisión


Las tuercas estriadas de precisión INA se emplean siempre que:

- se deban transmitir grandes fuerzas axiales

- se exija una elevada precisión de salto lateral

- se deba fijar la posición de la tuerca después de apretarla

Las tuercas estriadas de precisión INA de las series AM, ZM y ZMA son apropiadas para precargar los rodamientos a bolas de contacto angular de las series ZKLN y ZKLF y los rodamientos de agujas y axiales de rodillos cilíndricos ZARN y ZARF.

La rosca y la cara plana de la tuerca que se apoya contra el rodamiento están fabricadas en una sola fijación con lo que se garantiza la perpendicularidad entre ambas y una elevada precisión de salto lateral: salto lateral máx. 0,005 mm. Las tuercas estriadas de precisión INA se pueden utilizar varias veces si se emplean de manera adecuada.



Serie AM

Las tuercas de esta serie tienen unos segmentos para la aplicación de las fuerzas de fijación. Los cuatro o seis segmentos son deformados elásticamente apretando los tornillos DIN 912(Allen). Los flancos roscados de estos segmentos son presionados contra los flancos de la rosca del eje, provocando una elevada fuerza de rozamiento que se opone al aflojamiento de la tuerca. El salto lateral de la tuerca no queda afectado por este sistema de seguridad.

Series ZM y ZMA

Estas tuercas estriadas de precisión se aseguran contra el giro mediante dos elementos de bloqueo que se rectifican junto con la rosca de la tuerca, en la que encajan en forma de peine, sin que por ello se modifique el salto lateral. Los elementos de bloqueo quedan fijados mediante tornillos prisioneros con hexágono interior, centrados sobre dichos elementos.


Ejemplos de montaje

Husillo con ambos extremos empotrados, apoyado en rodamientos a bolas de contacto angular INA de la serie ZKLF...2RS, precargados mediante tuercas de precisión ZM.


Ejemplos de montaje

Husillo con extremo empotrado, apoyado en un rodamiento de agujas y axial de rodillos cilíndricos ZARF, el cual incorpora un anillo porta-obturador. El otro apoyo, con un rodamiento de agujas INA de la serie NA 49...2RS.


Ejemplo de cálculo – Duración de vida

Condiciones de trabajo:

Carga máxima F1 = 38.000 N

Carga normal F2 = 15.000 N

Carga mínima F3 = 8.000 N

Velocidad n1 = 30 r.p.m.



Tiempo q1 = 20 %

Tiempo q2 = 50 %

Tiempo q3 = 30 %

Vida mínima deseada para la máquina = 40.000 horas de trabajo

Funcionamiento del husillo = 75 % del tiempo de la máquina



1- Cálculo de la velocidad media:

rpmqnqnqnnm 136%)30300%5080%2030()(01,0 332211 =⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅⋅=

3- Factor de utilización:

75,010075

==nf

4- Capacidad de carga necesaria:

=⋅⋅⋅⋅⋅= 3 3. 6001,0 nmmhnec fnFLC

NCnec 212.976075,0136540.15000.4001,0 3 3. =⋅⋅⋅⋅⋅=

2- Carga media:

=⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅= 3 333322

3211

31 )(01,0 qnFqnFqnF

nF

mm

NFm 540.15%)303008000%508015000%203038000(13601,0

3 333 =⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=



- En las tablas de dimensiones seleccionamos un husillo a bolas rectificado, de diámetro 63 y paso 20, el cual tiene una capacidad de carga dinámica = 114.100 N

- Esta capacidad es más alta de la necesaria, por tanto, ese será el husillo propuesto.

- Referencia: KGT 3.6320.5

5- Duración de vida en horas:

vueltasL 663

108,39510540.15100.114

⋅=⋅

=

horasLh 677.646075,0136

108,395 6

=⋅⋅

⋅=

6- Par motor:

NmSPFMa 18,969,0200075,120540.15

2000=

⋅⋅⋅⋅

=⋅⋅

⋅⋅=

πηπ

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