¿Qué son la carga radial y la carga axial en un reductor de velocidad?
Descubra qué son la carga radial y la carga axial en los reductores de velocidad, sus causas, cómo calcular las cargas en piñones y poleas, y consejos para la selección del reductor.
¿Qué son la carga radial y la carga axial de un reductor?
La carga radial del reductor y la carga axial son dos tipos de fuerzas externas que actúan directamente sobre el eje de salida. Estos son parámetros que deben verificarse junto con la potencia del motor, la relación de transmisión y el par al seleccionar un reductor.
Un reductor puede proporcionar suficiente par, pero aun así fallar prematuramente si los piñones, poleas, tambores de enrollado o mecanismos de carga generan fuerzas que exceden la capacidad de carga del eje y los rodamientos. Las consecuencias comunes incluyen el sobrecalentamiento de los rodamientos, vibraciones, aumento de la holgura, fugas de aceite o deformación del eje de salida.
¿Qué es la carga radial del reductor?
La carga radial del reductor es la fuerza que actúa perpendicularmente al eje central del eje de salida. El símbolo utilizado habitualmente es FR.
Los términos equivalentes incluyen:
Radial load
Overhung load
OHL
Radial force
La carga radial suele generarse cuando el eje del reductor está equipado con:
Piñones de cadena
Poleas de correa
Engranajes
Tambores de enrollado
Ruedas
Mecanismos de transmisión situados fuera de la posición del rodamiento
Por ejemplo, cuando un reductor acciona una cinta transportadora mediante un piñón de cadena, la tensión de la cadena aplicada sobre el piñón genera una fuerza lateral sobre el eje. Si esta fuerza es excesiva, el eje puede flexionarse y el rodamiento de salida puede trabajar bajo sobrecarga.
¿Qué es la carga axial del reductor?
La carga axial es la fuerza que actúa paralelamente al eje central del eje. El símbolo utilizado habitualmente es FA.
Los términos equivalentes incluyen:
Axial load
Thrust load
Axial force
La carga axial puede aparecer en:
Tornillos sin fin
Agitadores que generan fuerza de empuje
Mecanismos de prensado o empuje
Engranajes helicoidales
Engranajes cónicos
Ejes sometidos a tracción o compresión
Acoplamientos mal alineados axialmente
La fuerza axial afecta directamente a los rodamientos de empuje, al eje y a los mecanismos de posicionamiento internos del reductor.
Comparación entre carga radial y carga axial
Criterio | Carga radial | Carga axial |
|---|---|---|
Símbolo | FR | FA |
Dirección de aplicación | Perpendicular al eje | Paralela al eje |
Nombre en inglés | Radial load, overhung load | Axial load, thrust load |
Fuente de generación | Piñones, poleas, engranajes, tambores | Tornillos sin fin, fuerza de tracción, fuerza de empuje, engranajes helicoidales |
Componentes afectados | Eje, rodamientos, retenes de aceite | Rodamientos de empuje, eje, mecanismos de posicionamiento |
¿Por qué es tan importante la posición de montaje de piñones y poleas?
La carga radial no solo depende de la magnitud de la fuerza, sino también de la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el rodamiento de salida.
Relación básica:
Momento flector = Carga radial × Distancia de aplicación de la fuerza
Cuanto más lejos esté el piñón o la polea del resalte del eje, mayor será el momento flector. Por lo tanto, ante una misma carga, una instalación diferente puede alterar significativamente la vida útil del eje y de los rodamientos.
Al realizar la instalación, se debe:
Colocar el piñón o la polea lo más cerca posible del resalte del eje.
Evitar que el cubo sobresalga demasiado del extremo del eje.
Tensar la correa y la cadena adecuadamente.
Alinear concéntricamente antes de la puesta en marcha.
No golpear el piñón o la polea con un martillo para montarlos en el eje.
Añadir un soporte externo cuando el eje sea largo o la carga sea elevada.
Cálculo preliminar de la fuerza en piñones o poleas
La fuerza tangencial necesaria para transmitir el par puede estimarse mediante la fórmula:
Ft = 2T / d
Donde:
Ft: fuerza tangencial, en N
T: par en el eje, en Nm
d: diámetro de trabajo, en m
Si el diámetro se introduce en milímetros:
Ft = 2.000 × T / d
Ejemplo de cálculo de fuerza en un piñón
Un reductor de velocidad tiene:
Par de salida: 200 Nm
Diámetro de trabajo del piñón: 200 mm
Fuerza tangencial:
Ft = 2.000 × 200 / 200 = 2.000 N
El valor de 2.000 N es la fuerza tangencial necesaria para transmitir el par. Esta no es necesariamente la carga radial real que actúa sobre el rodamiento.
La carga real depende además de:
La tensión en el lado tenso y en el lado flojo de la cadena
La tensión inicial de la correa
El peso del piñón, la polea o el tambor
El ángulo de contacto
El número de dientes del piñón
Las cargas de impacto
La distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el resalte del eje
Tras determinar la fuerza real, es necesario contrastarla con los límites de carga permitidos para el modelo específico de reductor.
¿Pueden aparecer simultáneamente la carga radial y la carga axial?
Sí. En muchos mecanismos, el eje de salida está sometido simultáneamente a:
Par torsor
Carga radial
Carga axial
Momento flector
Carga de impacto
Carga de inversión
Cuando FR y FA aparecen al mismo tiempo, la capacidad de carga del rodamiento puede ser inferior a la que tendría si solo existiera un tipo de fuerza.
No se debe aplicar una proporción fija entre la carga radial y la carga axial para todos los reductores. La capacidad de carga depende de:
El tamaño del reductor
El diámetro del eje
El tipo y tamaño de los rodamientos
La distancia entre los rodamientos
La posición de aplicación de la fuerza
La dirección de tracción o compresión
La posición de montaje
La velocidad de salida
El tiempo de funcionamiento
El nivel de impacto e inversión
Señales de que la carga externa supera los límites
Cuando las cargas radiales o axiales son excesivas, en el reductor pueden aparecer los siguientes síntomas:
Calentamiento anormal de los rodamientos
Vibraciones en el extremo del eje
Zumbidos o ruidos de golpeteo
Flexión del eje de salida
Aumento de la holgura en el extremo del eje
Excentricidad en el funcionamiento del retén de aceite
Fugas de aceite
Desgaste irregular de los engranajes
Reducción de la vida útil de los rodamientos
Deformación o rotura del eje
Estos fenómenos suelen confundirse con falta de lubricación o daños en los engranajes. Sin embargo, la causa real puede deberse a una carga externa excesiva o a que el elemento de transmisión está instalado demasiado lejos del resalte del eje.
¿Cuándo es necesario utilizar un soporte externo?
Se debe considerar la instalación de un soporte externo cuando:
El tambor o la polea tienen un peso elevado
El piñón está situado lejos del resalte del eje
El eje de carga es largo
La correa requiere una alta tensión
La cadena está sujeta a cargas de impacto
La máquina invierte el sentido de giro con frecuencia
El reductor soporta directamente toda la carga
La carga radial supera la capacidad de carga de los rodamientos de salida
El soporte externo ayuda a transmitir la fuerza a la estructura de la máquina, reduciendo la carga directa sobre el eje y los rodamientos del reductor.
El soporte debe estar alineado concéntricamente con el eje. Si se instala de forma excéntrica, el soporte puede generar una carga adicional en lugar de reducirla.
Cómo reducir la carga radial en el reductor
Se pueden aplicar las siguientes medidas:
Aumentar el diámetro del piñón o la polea cuando las condiciones de la máquina lo permitan.
Colocar el elemento de transmisión cerca del resalte del eje.
Ajustar correctamente la tensión de la correa y la cadena.
Utilizar acoplamientos directos cuando sea apropiado.
Instalar un soporte independiente para el tambor, la polea o el eje largo.
Reducir la carga de impacto durante el arranque.
Seleccionar un reductor con un eje y rodamientos de mayor tamaño.
Verificar la concentricidad entre el reductor y el eje de la máquina.
Evitar que el reductor soporte todo el peso del mecanismo de carga.
Recalcular al cambiar el diámetro del piñón o la polea.
Información necesaria para seleccionar un reductor
Para verificar la carga radial y axial, es necesario determinar:
Potencia y velocidad del motor
Relación de transmisión
Velocidad de salida
Par de carga
Tipo de carga: uniforme, con impacto o reversible
Detalles del elemento montado en el eje
Diámetro del piñón, polea o engranaje
Distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el resalte del eje
Tensión de la correa o cadena
Peso de la polea o del tambor
Carga axial en dirección de tracción o compresión
Tipo de montaje: por patas o por brida
Horas de funcionamiento diario
Número de arranques o inversiones de giro
Para motorreductores y reductores DSK, Nara Samyang o NK, es necesario realizar la selección según el modelo, las dimensiones del eje y las condiciones reales de instalación.
Preguntas frecuentes
¿Los piñones de cadena generan carga radial?
Sí. La tensión de la cadena actúa sobre el piñón y genera una fuerza perpendicular al eje de salida del reductor.
¿Afectan las poleas de correa a los rodamientos del reductor?
Sí. Una tensión excesiva de la correa o una polea instalada demasiado lejos del hombro del eje aumentarán la carga radial y el momento flector, provocando que los rodamientos se calienten o se desgasten prematuramente.
¿Generan carga radial los acoplamientos?
Los acoplamientos correctamente alineados suelen generar una carga externa mínima. Sin embargo, la desalineación paralela, angular o la presión axial sobre el eje pueden aumentar la carga sobre el eje y los rodamientos.
¿Ayuda a reducir la carga aumentar el diámetro del piñón?
Al mantener el par constante, aumentar el diámetro de paso del piñón reducirá la fuerza tangencial necesaria. No obstante, es necesario verificar la velocidad de la cadena, las dimensiones de montaje y la carga total del mecanismo.
¿Qué carga axial puede soportar un reductor?
No existe un valor universal para todos los reductores. La capacidad de carga depende del modelo, el tipo de eje, el diseño de los rodamientos, la posición de montaje, la dirección de la fuerza y las condiciones de operación.
¿Es suficiente seleccionar un reductor basándose únicamente en el par?
No. Además del par, es necesario verificar la carga radial, la carga axial, el factor de servicio, la velocidad, el punto de aplicación de la fuerza y el ciclo de trabajo.
MDriveTech asesora en la selección de reductores
MDriveTech ofrece asistencia en la selección de motorreductores y reductores DSK, Nara Samyang y NK para:
Cintas transportadoras
Transportadores de tornillo
Agitadores
Máquinas de envasado
Tambores de enrollado
Equipos de elevación
Sistemas de transmisión industrial
Para una verificación precisa, el cliente debe proporcionar imágenes de la máquina, la placa de características del motor, la velocidad de salida, el par de carga, las dimensiones del piñón o polea y el plano de la posición de montaje.
Línea directa: 0868 789 647
Correo electrónico: [email protected]
Conclusión
La carga radial actúa perpendicularmente al eje, mientras que la carga axial actúa paralelamente a la línea central del eje. Ambas afectan directamente a los rodamientos, el eje, los sellos de aceite y la vida útil del reductor.
Al seleccionar un reductor, no se debe verificar únicamente la potencia, la relación de transmisión y el par. Es necesario determinar la carga externa, la posición de montaje del piñón o polea, la distancia al hombro del eje y las condiciones operativas reales para elegir el modelo correcto.
