Cómo afectan las cargas radiales y axiales del eje de salida a la selección del reductor

Las cargas radial y axial sobre el eje de salida no son dos cifras que se añaden a la solicitud: son magnitudes que solo existen con su punto de aplicación. El valor admisible de carga radial depende de la distancia en voladizo, así que una fuerza informada sin esa distancia no se puede verificar. La carga axial exige además situar el sentido —empuje o tracción— y el origen —componente de engrane o empuje externo— antes de combinarla con la radial, y ninguna de las dos se juzga por separado.

Tres magnitudes, y una que casi nunca se informa

De las tres, las dos primeras dicen cuánta fuerza hay; la tercera dice dónde se aplica. Lo que decide si el eje resiste es el momento flector que resulta de combinar ambas, no la fuerza por sí sola. Por eso una carga radial sin su punto de aplicación no es un dato verificable: es la mitad de un dato.

Dónde empieza y dónde acaba la distancia en voladizo

El origen es la cara de apoyo del resalte del eje, es decir, el escalón que posiciona axialmente el elemento montado. El otro límite es el punto de aplicación de la resultante de la carga: en una polea, el centro del ancho de la polea; en un piñón de cadena, el centro del ancho de dentado; en un engranaje, el centro de la cara del diente; en un acoplamiento, su punto medio; en una paleta de agitador, el punto de aplicación equivalente de la paleta.

El error habitual no está en el extremo de la carga, sino en el origen: quien toma el extremo del eje —la punta— como punto de partida acorta el voladizo informado. Como el momento flector crece con la distancia, un voladizo más corto que el real produce un momento más pequeño que el real y conduce a una selección insuficiente. Conviene dejarlo cerrado antes de hablar de valores: una carga radial sin su punto de aplicación no es verificable, y medir el voladizo desde el extremo del eje lo subestima.

De dónde salen las fuerzas: tres conversiones

Las fuerzas que llegan al eje de salida rara vez se miden de forma directa. En la mayoría de los casos se deducen del par transmitido y de la geometría de los elementos montados en el eje.

Fuerza tangencial, a partir del par transmitido y del diámetro de aplicación:

F_t = 2000 · T / d

T es el par transmitido (N·m), d el diámetro primitivo o el diámetro del cubo (mm) y F_t la fuerza tangencial (N).

Fuerza radial de separación en un engranaje cilíndrico de dientes rectos:

F_r = F_t · tan α

α es el ángulo de presión.

Componente axial en un engranaje cilíndrico de dientes helicoidales:

F_a = F_t · tan β

β es el ángulo de hélice en el círculo primitivo. En un engranaje de dientes rectos β es nulo, y por tanto la componente axial también lo es. Ahí está la razón de que, con la misma potencia y la misma velocidad, un engranaje helicoidal obligue al eje de salida a soportar además una carga axial y a cambiar la disposición de rodamientos.

Correas y cadenas: el caso que más se equivoca. La carga sobre el eje debe obtenerse combinando el ramo tenso y el ramo flojo según su geometría, no sustituirse por la fuerza tangencial recalculada a partir del par. La correa trabaja con un ramo tenso y otro flojo cuyas tensiones son distintas, y la resultante de ambas suele ser mayor que F_t. Informar la carga de una polea solo con F_t es una de las fuentes más frecuentes de subestimar la carga del eje.

Cómo se lee la curva de carga admisible

El valor de carga radial admisible que aparece en el catálogo nunca es un número aislado: es una curva en función de la distancia en voladizo, normalmente referida a un valor tomado a una distancia de referencia.

Para leerla basta con una relación. El momento flector en la raíz del eje de salida es:

M = F_r · L

Dentro del intervalo en que gobierna la vida del rodamiento, la conversión se hace por momento constante:

F_allowed(L) ≈ F_ref · L_ref / L

F_ref es el valor admisible a la distancia de referencia L_ref y L es la distancia en voladizo real. El significado es directo: si el voladizo se duplica, la carga radial admisible se reduce aproximadamente a la mitad. Esa conversión se aplica mientras el factor que gobierna sea la vida del rodamiento; si lo que gobierna es la resistencia del eje, el caso hay que comprobarlo por separado y el resultado de la conversión no se puede trasladar.

Esta aproximación tiene dos límites que hay que decir sin rodeos:

1. Solo es válida mientras gobierna la vida del rodamiento. Cuando el voladizo es muy corto y la carga grande, el factor que controla deja de ser la vida del rodamiento y pasa a ser la resistencia a flexión del eje. En ese intervalo la conversión ya no es aplicable y manda la comprobación de resistencia del eje.
2. Solo es válida si la dirección de la carga coincide con la condición de referencia. Si la carga se desvía hacia un acimut concreto, la capacidad de carga del rodamiento cambia, y hay que revisarla según la dirección real.

De ahí se sigue una lectura en tres pasos: primero, confirmar hasta qué punto está medida la distancia de referencia que da la curva; segundo, convertir a esa referencia el voladizo real del caso; tercero, confirmar si el factor que gobierna es el rodamiento o el eje. Comparar el propio F_r con el número de titular «carga radial admisible», sin convertir el voladizo y sin confirmar el factor que gobierna, es la mala lectura más frecuente de esta curva.

Comprobación conjunta de carga radial y axial

Cuando la carga radial y la carga axial existen a la vez, no se pueden declarar conformes por separado. La superposición modifica a la vez la carga equivalente del rodamiento y el estado tensional del eje, de modo que la comprobación debe hacerse sobre la solicitación combinada.

En la carga axial hay que separar además dos cosas:

• El sentido: empuje, que apunta hacia el reductor, o tracción, que apunta en sentido contrario. Con la misma disposición de rodamientos, la capacidad de carga no es igual en los dos sentidos, así que el valor por sí solo no basta.
• El origen: si es una componente axial interna generada por el engrane o una carga axial impuesta desde el exterior. Las dos no evolucionan igual: la componente de engrane varía con el par, mientras que una carga axial externa puede ser constante o alternante.

Una regla práctica para decidir: si la carga axial procede del engrane de un engranaje helicoidal o cónico, comparte origen con la carga radial y varía al mismo tiempo que ella; si procede del exterior, por ejemplo de un transportador de tornillo o de un empuje de presión, no guarda una relación fija con el par y su régimen de servicio hay que darlo por separado.

Ocho condiciones de servicio y qué hacer en cada una

Lista de comprobación en planta

Se puede observar con la máquina en marcha:

1. Si hay excentricidad radial visible u oscilación en el extremo del eje, sobre todo al cargar y al descargar.
2. Si la subida de temperatura en la zona de rodamientos se acelera de forma clara con la carga.
3. Si la correa presenta desgaste desigual o se sale de su plano: el desgaste desigual suele indicar que la dirección real de la carga no coincide con la hipótesis de diseño.
4. Si aparece ruido o vibración periódica ligada a la velocidad de giro.

Requiere parar la máquina para confirmarlo:

1. Medir la posición del resalte del eje y la distancia desde el punto de aplicación de la carga hasta ese resalte, no hasta el extremo del eje.
2. Registrar el tipo de elemento montado, el diámetro de polea o el ancho de dentado, y su posición de montaje.
3. Confirmar la tensión de la correa o de la cadena, distinguiendo el ramo tenso del ramo flojo.
4. Confirmar si existe carga axial y en qué sentido: empuje o tracción.
5. Registrar la naturaleza de la carga: constante, alternante o con choques.

Debe resolverlo personal especializado:

1. La carga equivalente del rodamiento y la comprobación de resistencia del eje bajo solicitación combinada.
2. La revisión específica de los casos con voladizo muy largo o fuerzas laterales del medio, y la decisión sobre si hace falta un rodamiento de apoyo adicional.

Errores habituales y límites de aplicación

Errores habituales:

1. Informar solo el valor de la carga radial, sin la distancia en voladizo ni el punto de aplicación.
2. Tomar el extremo del eje como origen del voladizo, con lo que el voladizo informado resulta más corto que el real.
3. Sustituir la carga real de eje de una correa o de una cadena por la fuerza tangencial calculada a partir del par.
4. Omitir la componente axial de los engranajes helicoidales o cónicos y comprobar únicamente la radial.
5. Informar solo el valor de la carga axial, sin el sentido.
6. Comparar F_r directamente con el número de titular «carga radial admisible» del catálogo, sin convertir el voladizo y sin confirmar el factor que gobierna.
7. Aplicar la conversión por momento constante en casos de voladizo corto y carga alta.

Límites de aplicación:

• Las definiciones, las conversiones y el método de lectura de este artículo se aplican al eje de salida de los motorreductores modulares R/F/K/S, de los reductores industriales de las series H/B y de los reductores planetarios de la serie P.
• Este artículo no ofrece ningún valor numérico de carga radial ni de carga axial. Los valores admisibles deben tomarse del catálogo vigente ya revisado y de la confirmación de ingeniería.
• La conversión por momento constante F_allowed(L) ≈ F_ref · L_ref / L solo es válida mientras gobierna la vida del rodamiento; cuando gobierna la resistencia a flexión del eje no se puede aplicar.
• Las fórmulas describen relaciones entre variables y su unidad de medida; antes de llevarlas a una conclusión de selección hay que revisarlas con los datos reales del servicio.

Datos que conviene enviar al proveedor

Al enviar estos datos hay algo que importa más que rellenar todas las casillas: si un dato no se conoce, conviene escribir «no lo sé» o «requiere medición». Un valor estimado se toma como entrada y participa en la comprobación; corregir una estimación equivocada cuesta más que completar un dato que falta.

Sobre este artículo y el responsable de la publicación

Este artículo lo ha elaborado el equipo técnico de Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd. (CHINFAR) y se publica tras la revisión técnica de la empresa. Los reductores industriales de las series H/B y los reductores planetarios de la serie P citados en el texto son suministrados por Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd.; los productos se fabrican y entregan dentro del sistema de fabricación conjunta compartido con HUIGUANG.

El caso concreto de los agitadores, con voladizos muy largos y fuerzas laterales procedentes del medio, se trata en un artículo propio y no se repite aquí.

• Motorreductores modulares R/F/K/S
• Reductores industriales de las series H/B
• Por qué hay que comprobar las cargas de eje en un accionamiento de agitador
• Contactar con el equipo técnico de CHINFAR

Siguiente paso

Envíe los 11 datos anteriores a sales@chinfar.com. Los puntos 1 a 3 —carga radial, dirección y punto de aplicación— y los puntos 7 y 8 —carga axial y su origen— son el mínimo imprescindible. La conclusión de selección queda sujeta a la revisión de ingeniería; este artículo no sustituye la comprobación de cargas de eje para un caso concreto.