Un accionamiento de giro (también llamado accionamiento de orientación) es un conjunto integrado de rodamiento y engranajes que permite girar una carga al tiempo que soporta fuerza axial, fuerza radial y momento de vuelco. El reductor del accionamiento de giro cumple dos funciones simultáneamente: transmite el par y soporta las cargas sobre el rodamiento.
Por ello, su selección exige algo más que cotejar el par del motor con una referencia de catálogo.
Un alto valor nominal de par no compensa una capacidad insuficiente del rodamiento. Para una introducción básica al mecanismo, consulte qué es un accionamiento de giro.
Empiece por el caso de carga, no por la referencia
Un error habitual de dimensionamiento consiste en comparar solo el valor máximo de par de cada fila de catálogo. Lo correcto es partir de la máquina.
| Entrada | Lo que necesita el equipo de ingeniería |
|---|---|
| Movimiento | Orientación del eje de giro, recorrido y velocidad de salida requerida |
| Par | Par en marcha, arranque, aceleración, pico y retención en reposo |
| Cargas sobre el rodamiento | Fuerza axial, fuerza radial y momento de inclinación simultáneos |
| Servicio | Horas de funcionamiento, arranques, cambios de sentido, choques y periodos de permanencia |
| Posicionamiento | Holgura admisible, rigidez y error angular total |
| Instalación | Estructura de montaje, espacio disponible y condiciones ambientales |
Considere el funcionamiento normal, las paradas de emergencia, los eventos de viento y la retención en reposo como casos de carga independientes. El peor par y el peor momento de vuelco pueden producirse en momentos distintos.
Calcular el par de salida
Para una fuerza tangencial aplicada sobre un brazo de palanca perpendicular, T = F × r. Una fuerza de 2,000 N aplicada a 0.5 m produce 1,000 N·m.
La aceleración añade T_acc = J × α, donde J es el momento de inercia respecto del eje de rotación (kg·m²) y α es la aceleración angular (rad/s²). Con J = 500 kg·m² y α = 0.2 rad/s², la aceleración añade 100 N·m. Si actúa simultáneamente un par resistente de 1,000 N·m, la exigencia simplificada es 1,100 N·m.
En una máquina real, evalúe el perfil completo de par en función del tiempo. Compare la operación continua con la capacidad nominal del fabricante y los transitorios breves con su capacidad máxima aplicable. Aplique el factor de servicio o factor de aplicación cuando corresponda; no existe un factor universal válido para todos los accionamientos de giro ni para todos los ciclos de trabajo. Para una explicación más detallada del par de arranque y del par en régimen, consulte los cálculos de par de los rodamientos de giro.
Verifique las cargas del rodamiento de forma independiente
Fuerza axial (Fₐ) actúa a lo largo del eje de rotación. Un rodamiento montado en vertical que soporta una masa de 1,000 kg soporta aproximadamente 9.81 kN de carga gravitatoria si sostiene la totalidad del peso.
Fuerza radial (Fᵣ) actúa perpendicularmente al eje de rotación. El viento y las fuerzas laterales de la máquina son fuentes habituales.
Momento de vuelco (M) actúa alrededor de un eje transversal al eje de rotación. Para una fuerza perpendicular y una excentricidad, M = F × e.
Par de salida (T) actúa sobre el eje de rotación y impulsa o resiste el movimiento de giro.
El par y el momento de vuelco comparten la unidad N·m, pero solicitan partes distintas del conjunto. Un accionamiento puede transmitir par suficiente y, aun así, superar la carga combinada admisible del rodamiento.
Verificar simultánea la fuerza axial, la fuerza radial y el momento de vuelco simultáneos mediante la curva de carga combinada del modelo específico o el cálculo aprobado por el fabricante. En las páginas de producto de LILY Bearing esto se presenta como un diagrama de carga límite: el momento de vuelco equivalente frente a la carga axial equivalente, con una curva de perno y una curva de pista de rodadura. Los límites de carga estática, la capacidad dinámica de trabajo y la vida a fatiga responden a mecanismos de fallo distintos; por tanto, un valor máximo elevado en catálogo no garantiza por sí solo una vida útil aceptable.
El diagrama de carga límite de un fabricante es específico de cada modelo. Sus ejes pueden utilizar cargas equivalentes y supuestos sobre la fuerza radial, la carga de los pernos y la rigidez del montaje. Convierta cada caso de carga real mediante el método indicado antes de compararlo con el rango permitido; no represente la fuerza axial ni el momento de vuelco directos frente a una curva, salvo que sus instrucciones lo autoricen expresamente.
Ejemplo práctico: el rodamiento puede ser el elemento limitante
Imagine una estructura exterior de posicionamiento de eje vertical. Requiere 2,000 N·m de par de salida para girar, y su rodamiento soporta una 12 kN de carga axial. En un caso de carga lateral, una única fuerza horizontal de 8 kN actúa 1,5 m por encima del plano de referencia del rodamiento.
Esa única fuerza genera Fᵣ = 8 kN en el rodamiento y un momento de vuelco de M = 8 kN × 1,5 m = 12 kN·m. No existe una carga radial adicional que deba sumarse.
El requisito de servicio de 2.000 N·m no puede validarse únicamente con una clasificación de par máximo: primero deben verificarse el par nominal del candidato, la duración admisible del pico y el ciclo de servicio. Por otra parte, supóngase que su evaluación combinada de cargas, aprobada por el fabricante y considerando simultáneamente 12 kN de carga axial, 8 kN de carga radial y 12 kN·m de momento de vuelco, demuestra que este caso de carga supera su límite admisible. En ese escenario, el candidato no resulta adecuado aunque su par nominal sea suficiente. Incrementar el par del motor no aumenta la capacidad del rodamiento. Este es un ejemplo didáctico, no un resultado de ensayo ni una recomendación de selección para un modelo de LILY Bearing.
Ajuste la relación de transmisión al motor y a la velocidad
Para una relación de reducción i = n_in / n_out, una entrada de 60 rpm en una 60:1 de reducción da 1 rpm a la salida. La estimación del par de salida en régimen permanente es T_out = T_in × i × η, donde η es el rendimiento de la transmisión. Con T_in = 20 N·m, i = 60, y un valor ilustrativo η = 0.45:
T_salida = 20 × 60 × 0.45 = 540 N·m
La eficiencia de 0,45 es una hipótesis de cálculo para el tren reductor completo, no un valor medido para ningún accionamiento LILY Bearing. Para el dimensionamiento del motor, deben considerarse la eficiencia y la velocidad admisible en el punto real de operación. No debe inferirse autobloqueo ni capacidad de retención segura a partir de la eficiencia supuesta; verifique el comportamiento de retención y de retroarrastre publicado para el modelo e incorpore un freno o dispositivo de bloqueo cuando la aplicación lo requiera.
Si el motor gira mucho más rápido que 60 rpm, por ejemplo a 1.800 rpm, será necesario un reductor previo o una relación total mayor para alcanzar una velocidad de salida baja. Deben verificarse la curva velocidad-par de par del motor, sus límites térmicos y la velocidad de entrada permitida del accionamiento. La explicación de la Universidad de California en San Diego sobre relaciones de engranajes expone las relaciones fundamentales entre velocidad, potencia y par.
Especifique por separado el juego y el error de posicionamiento
El juego es el movimiento perdido causado por la holgura en el engrane cuando se invierte el sentido del par transmitido. Solo constituye uno de los componentes del error total de posicionamiento.
En un radio de 2 m, 0,1° (6 minutos de arco) corresponde a una distancia de arco de s = r × θ = 2 × (0,1π/180) ≈ 3,49 mm. Se trata de una conversión geométrica, no de un error medido de la máquina.
Para comparar accionamientos en condiciones equivalentes, deben especificarse el juego permitido en la salida, el par de ensayo y el método de medición. La deformación estructural, la holgura de los rodamientos, la rigidez del montaje y la ubicación del encoder pueden influir tanto como el propio engrane.
Verifique el ciclo de trabajo, la retención, la protección y la vida útil
Antes de seleccionar el número de parte final, resuelva estas cuestiones:
Carga estática frente a carga dinámica: ¿Puede el rodamiento soportar la carga estacionaria más desfavorable y el régimen de servicio proporciona una vida a fatiga aceptable?
Régimen de servicio y factor de servicio: ¿Con qué frecuencia arranca, se detiene, invierte el sentido o soporta cargas de choque la unidad? Aplique los límites de servicio y los factores especificados para el modelo.
Retención y arrastre inverso: ¿Se requiere freno o bloqueo independiente? El autobloqueo depende de la geometría, la fricción, la lubricación y el desgaste, por lo que no puede darse por supuesto en los engranajes sinfín.
Protección frente a la entrada de contaminantes: ¿A qué nivel de exposición al polvo y al agua estarán sometidos el accionamiento, el motor, los retenes y los conectores? Un grado de protección IP se aplica únicamente al conjunto o componente ensayado; no debe inferirse a partir de un alojamiento estanco.
Lubricación y entorno: ¿La grasa, el intervalo de relubricación, el rango de temperatura y la protección anticorrosiva son adecuados?
Accionamientos de giro con engranaje sinfín frente a engranaje recto, y la gama LILY Bearing
Ambos tipos de engranaje se emplean en accionamientos de giro. Se trata de tendencias generales de diseño, por lo que los detalles deben verificarse en la ficha de cada modelo.
| Aspecto | Accionamiento de giro con engranaje sinfín | Accionamiento de giro con engranaje recto |
|---|---|---|
| Reducción por etapa | Alta en una sola etapa, compacto | Menor por etapa; a menudo se sitúa un reductor o motorreductor antes del piñón |
| Eficiencia y calor | Menor eficiencia, mayor generación de calor en servicio continuo | Mayor eficiencia, menor generación de calor, apto para mayores velocidades |
| Retención | Puede autobloquearse, pero no está garantizado | Sin autobloqueo inherente; prever un freno |
| Aplicación típica | Compacto, con espacio limitado, posicionamiento intermitente | Mayores ciclos de servicio y velocidades |
LILY Bearing publica las familias WD-H y WD-L de engranaje sinfín, y las familias SP-H y SP-I de dentado recto (engranaje recto). Las dos configuraciones siguientes de un tamaño WD-H verificado ilustran por qué el par nominal y el par máximo deben tratarse por separado.
| Configuración | Tipo de engranaje | Entradas | Relación de reducción | Par nominal | Par máximo | Autobloqueo |
|---|---|---|---|---|---|---|
| WD-H 0300 / 1 drive | Sinfín | 1 | 30.5:1 | 14,000 N·m | 22,360 N·m | No |
| WD-H 0300 / 2 drive | Sinfín | 2 | 30.5:1 | 28,000 N·m | 44,720 N·m | No |
Las cifras publicadas para WD-H 0300 son valores de catálogo, no una aprobación para un caso de carga concreto. El diagrama de cargas sobre el rodamiento, así como los requisitos de instalación, motor, servicio y retención, deben revisarse por separado. Los rangos de momento de vuelco a nivel de serie no deben utilizarse como sustituto de un análisis de cargas combinadas específico del modelo. Fuente: Especificaciones técnicas de WD-H 0300 / 1 drive.
El catálogo de la serie WD-H identifica estas configuraciones como “Self Locking Gears: No”. Cuando una rotación no intencionada suponga un riesgo, debe evaluarse un freno con la capacidad adecuada o un sistema de bloqueo independiente, en lugar de asumir que el engranaje sinfín mantendrá la carga.
Lista de verificación para la selección de un slew drive para una RFQ
Envíe la tabla de datos de entrada completada, junto con el plano de montaje, un diagrama de fuerzas que indique dónde actúa cada carga, la preferencia de motor y las condiciones ambientales. Para recibir apoyo técnico en la selección, contáctenos.
Preguntas frecuentes
¿Puede un slew drive girar de manera continua?
Sí, siempre que el modelo seleccionado esté especificado para la velocidad, el régimen de servicio, la temperatura y la lubricación correspondientes. Busque en la ficha del modelo una clasificación para servicio continuo; una clasificación para posicionamiento intermitente no lo implica.
¿Es un slew drive lo mismo que un slewing ring bearing?
No. Un slewing ring bearing permite la rotación; un slew drive integra el rodamiento con un conjunto de engranaje de accionamiento, de modo que el par pueda aplicarse a través de su entrada. Los términos slew drive y slewing drive designan el mismo tipo de conjunto.
¿Puede un encoder eliminar el juego?
No. Un encoder mide la posición. El control en lazo cerrado puede compensar parte del juego repetitivo, pero la holgura mecánica permanece.
Sobre el autor
