¿Qué limita la velocidad del rodamiento lineal? (Parte 1)

Por Danielle Collins | 28 de mayo de 2017

El movimiento de alta velocidad es un requisito para las aplicaciones donde el rendimiento es un factor crítico, como el empaque y el ensamblaje electrónico. Estos sistemas suelen utilizar motores lineales o correas de transmisión reforzadas con acero junto con guías de cojinetes lineales recirculantes para lograr una buena rigidez y una alta capacidad de carga. Pero las velocidades exigidas por estas aplicaciones pueden representar un desafío para los rodamientos lineales de recirculación, que normalmente están clasificados para velocidades máximas de 3 m/s (9,8 pies/s).

Según el tipo de guía lineal y el fabricante, se puede recomendar un factor de carga de entre 2 y 4 cuando la velocidad máxima supere los 2 m/s (6,6 ft/s). Al calcular la vida útil del rodamiento, la capacidad de carga dinámica del rodamiento se divide por el factor de carga. Esto se hace para tener en cuenta las vibraciones y los golpes que se producen a altas velocidades.

Los rodamientos lineales de recirculación de bolas tienen muy buenas propiedades de funcionamiento, con contacto de rodadura entre superficies altamente maquinadas y fricción mínima (cuando están correctamente lubricados). Entonces, ¿por qué su velocidad máxima está limitada?

La respuesta tiene que ver con la aceleración y la segunda ley del movimiento de Newton: F = ma (fuerza = masa x aceleración).

Recuerde que las bolas en los rodamientos lineales de recirculación cambian de dirección a medida que se mueven desde la zona de carga a la zona de recirculación. Para hacer esto, deben desacelerar a medida que el mecanismo de recirculación los guía alrededor de la tapa del extremo. Esta desaceleración produce una fuerza en los elementos de recirculación, especialmente en la tapa del extremo del bloque de cojinetes. Cuanto mayor sea la velocidad de las bolas (basada en la velocidad del bloque de cojinete), mayor será la desaceleración y mayores las fuerzas en la tapa del extremo (de vuelta a F = ma).

En un rodamiento lineal de recirculación, las bolas cambian de dirección a medida que viajan a través del bloque del rodamiento. Esto da como resultado grandes fuerzas sobre los elementos de recirculación y las tapas de los extremos. Crédito de la imagen: Schaeffler Group Inc.

Al comprender el principio de recirculación, puede ver queHay dos formas de lograr velocidades más altas con rodamientos de bolas de recirculación lineal: usar una tapa de extremo capaz de soportar fuerzas más altas o reducir la masa de las bolas.

De hecho, la mayoría de los fabricantes de rodamientos lineales ofrecen rodamientos de bolas de recirculación con mecanismos de recirculación reforzados, incluidas las tapas de los extremos. Este suele ser el diseño de los rodamientos lineales etiquetados como de "alta velocidad", con velocidades máximas de hasta 5 m/s (16,4 pies/s).

Algunos fabricantes también ofrecen cojinetes de recirculación lineal de alta velocidad con cadenas de bolas (también conocidos como separadores de bolas, espaciadores de bolas o bolas enjauladas) porque eliminan el contacto entre las bolas, lo que reduce aún más la fricción y el calor, y aseguran que cada bola reciba un suministro constante. y suficiente lubricación.

Las cadenas de bolas aseguran que cada bola reciba una lubricación constante y suficiente. Crédito de la imagen: THK

La otra alternativa es reducir la masa de las bolas, reduciendo así las fuerzas impartidas en las tapas de los extremos durante la recirculación. Para lograr esto, algunos fabricantes ofrecen bloques de rodamientos lineales con bolas de cerámica. La cerámica se usa porque tiene una baja relación masa-resistencia y tiene buenas propiedades de rodadura cuando se usa sobre una superficie de acero. Los rodamientos lineales con bolas de cerámica pueden alcanzar velocidades máximas de hasta 10 m/s (32,8 pies/s), pero sus capacidades de carga dinámica se reducen hasta en un 30 % en comparación con rodamientos similares con bolas de acero convencionales.

A continuación, veremos los factores que limitan la velocidad de los cojinetes lisos lineales.

Crédito de la imagen destacada: Administración Federal de Carreteras