¿Es necesaria la precarga de rodamientos rígidos de bolas para un rendimiento de alta velocidad?

1. Principio de funcionamiento y juego interno de los rodamientos rígidos de bolas

Estado estándar de Rodamientos rígidos de bolas Los rodamientos rígidos de bolas están diseñados principalmente para sopotar cargas radiales y constan de un aro interior, un aro exterior, bolas de acero y una jaula. En su estado original de fábrica, estos rodamientos normalmente tienen Liquidación interna , lo que significa que hay un pequeño espacio físico entre las bolas y las pistas de rodadura. Este diseño compensa los ajustes de interferencia durante la instalación y la expansión térmica del metal durante la operación, evityo que el rodamiento se atasque. Diferencia entre holgura y precarga

• Estado de liquidación: Cuando el rodamiento está descargado o ligeramente cargado, hay espacio físico entre las bolas y las pistas de rodadura. El par de fricción se minimiza, pero la precisión rotacional y la rigidez son relativamente bajas.
• Estado de precarga: Se aplica una fuerza axial o radial permanente a través de medios físicos para que las bolas y las pistas de rodadura entren en estrecho contacto. Una vez que el rodamiento rígido de bolas entra en un estado precargado, se elimina el juego interno y los elementos rodantes están bajo compresión, lo que mejora la estabilidad del sistema.

Tabla de comparación de parámetros de juego interno y precarga

Punto técnico: Los rodamientos rígidos de bolas suelen utilizar C3 (grande) , CN (estándar) , o C2 (Pequeño) grados de autorización. En aplicaciones que requieren precarga, generalmente se seleccionan modelos estándar o de espacio pequeño para lograr el estado de trabajo ideal mediante el ajuste del desplazamiento axial.

2. Criterios de determinación para la precarga de rodamientos rígidos de bolas

En el diseño de sistemas mecánicos, los rodamientos rígidos de bolas no siempre requieren precarga. La aplicación de una fuerza de precarga depende principalmente de los requisitos específicos para precisión, velocidad y estabilidad de la aplicación.

Escenarios de precarga no obligatoria

En los siguientes escenarios comunes, los rodamientos rígidos de bolas normalmente funcionan con autorización positiva y no requieren precarga:

• Motores industriales estándar: Permite un ligero movimiento axial, priorizando la reducción de las pérdidas por fricción.
• Electrodomésticos: Como ventiladores o lavadoras, centrándose en el bajo coste y la baja generación de calor.
• Transmisiones de baja velocidad: Cuando la velocidad es significativamente menor que la velocidad límite, el impacto del espacio libre en la vida útil es mínimo.

Escenarios especiales que requieren precarga

Cuando los requisitos de la aplicación exceden las capacidades básicas de carga, se debe aplicar una precarga a los rodamientos rígidos de bolas:

• Rotación de alta precisión: Para eliminar el descentramiento radial y axial, asegurando una precisión absoluta de la trayectoria del centro del eje.
• Supresión del "Patinaje a Alta Velocidad": A velocidades extremadamente altas y cargas ligeras, las bolas pueden deslizarse en lugar de rodar debido a la inercia. La precarga proporciona la carga mínima necesaria para evitar que se manche la pista de rodadura.
• Rigidez mejorada: Cuando se somete a cargas alternas o cargas en voladizo, la precarga reduce la deflexión del eje.
• Requisitos de reducción de ruido: Eliminar el ruido del impacto de las bolas que entran en la zona de carga, haciendo que el funcionamiento sea más suave.

Comparación de parámetros operativos: precarga frente a holgura

3. Métodos principales para lograr la precarga en rodamientos rígidos de bolas

En la aplicación de rodamientos rígidos de bolas, las técnicas de precarga se dividen principalmente en Precarga axial and Precarga radial .

Precarga de resorte

Este es el método de precarga más común para rodamientos rígidos de bolas. Por lo general, se coloca un resorte ondulado o un resorte helicoidal contra el costado del anillo exterior o interior.

• Principio: El resorte proporciona una presión axial constante, empujando las bolas contra un lado de la pista.
• Ventajas: La fuerza de precarga permanece básicamente constante incluso si las dimensiones de los componentes cambian ligeramente debido a la expansión térmica; Excelente para suprimir vibraciones a altas velocidades.
• Desventajas: La rigidez del sistema es menor en comparación con la precarga fija.

Precarga fija (precarga de posicionamiento)

La posición relativa de los rodamientos se fuerza a ajustarse mediante componentes mecánicos como contratuercas, espaciadores o tapas finales de precisión.

• Principio: El desplazamiento relativo se genera entre un par de rodamientos rígidos de bolas apretando una tuerca o rectificando el espesor del espaciador para eliminar el juego interno.
• Ventajas: Proporciona una rigidez del sistema extremadamente alta y puede soportar grandes momentos de inclinación.
• Desventajas: Altamente sensible a la expansión térmica; Si el eje se expande, la fuerza de precarga puede aumentar considerablemente.

Comparación de parámetros: precarga de resorte versus precarga fija

Precarga radial

Logrado a través de Ajuste de interferencia .

• Método: Seleccionar rodamientos con juego pequeño (por ejemplo, grupo C2) y aumentar la interferencia entre el eje/anillo interior o el alojamiento/anillo exterior para expandir el aro interior o contraer el aro exterior.
• Nota: Este método requiere tolerancias de mecanizado extremadamente ajustadas.

4. Efectos de la precarga sobre el rendimiento de los rodamientos rígidos de bolas

Efectos positivos de la precarga

• Distribución de carga optimizada: Una vez que se aplica la precarga, todas las bolas entran en contacto con la pista de rodadura, distribuyendo la carga de manera más uniforme entre una mayor cantidad de elementos rodantes.
• Movimiento incontrolado reducido: La precarga elimina el juego axial y radial, asegurando una alta sincronización y baja fluctuación.
• Supresión de ruido: Al eliminar los espacios para las colisiones de componentes, se reducen las vibraciones de alta frecuencia y el ruido metálico.

Riesgos de efectos negativos

• Aumento rápido de la temperatura: La precarga aumenta el par de fricción. Una mayor fricción conduce directamente a una mayor generación de calor.
• Vida útil reducida: Si la fuerza de precarga excede el límite de diseño, la tensión interna aumenta bruscamente, provocando descamación prematura por fatiga.

Tendencias de los parámetros de rendimiento bajo diferentes niveles de precarga

5. Preguntas frecuentes sobre rodamientos rígidos de bolas

P1: ¿Pueden los rodamientos rígidos de bolas soportar una precarga alta como los rodamientos de bolas de contacto angular?

R: No. El ángulo de contacto inicial de un rodamiento rígido de bolas es de 0 grados. La aplicación de una precarga axial excesiva fuerza las bolas contra los bordes de la pista de rodadura, creando tensiones en los bordes que provocan sobrecalentamiento y fallas prematuras.

P2: ¿Cómo puedo determinar si la precarga de un rodamiento rígido de bolas es adecuada?

R: Esto se puede determinar mediante el "par de fricción" y el "aumento de temperatura de funcionamiento".

• Prueba de par inicial: La rotación debe ser suave; El par de arranque debe ser ligeramente mayor que en el estado sin precarga, pero sin una resistencia perceptible.
• Observación de temperatura: La temperatura debería estabilizarse después de 30 a 60 minutos. Si sigue subiendo, la precarga es excesiva.

P3: ¿Cómo elijo la cantidad de fuerza de precarga cuando uso un resorte?

R: Generalmente se estima en función de la capacidad de carga estática básica (C0) del rodamiento:

• Precarga ligera: 0,005 x C0 a 0,01 x C0
• Precarga media: 0,01 x C0 a 0,02 x C0

P4: ¿Cómo afecta la temperatura ambiente a la precarga de los rodamientos rígidos de bolas?

R: Tiene un gran impacto en la precarga fija. La expansión térmica del eje puede aumentar significativamente la fuerza de precarga. Por el contrario, la precarga del resorte es insensible a los cambios de temperatura y las fluctuaciones de fuerza suelen ser inferiores al 5 %.

P5: ¿Por qué algunos rodamientos rígidos de bolas se vuelven más ruidosos después de la precarga?

R: Esto generalmente se debe a una "sobrecarga" que causa deformación de la pista de rodadura o ruptura de la película lubricante. Cuando la presión de contacto excede la capacidad de carga del lubricante, se produce contacto de metal con metal, lo que produce zumbidos o chirridos de alta frecuencia.