Problemas con el uso de muelles ondulados en cojinetes de motor

Qué es un muelle ondulado

En las disposiciones de los sistemas de rodamientos de los motores, a menudo se utilizan muelles para aplicar precarga a algunos rodamientos. En los motores grandes se suelen utilizar muelles de columna. Para motores más pequeños, se suelen utilizar muelles ondulados o muelles de mariposa.
Muelle ondulados, como su nombre indica, son componentes de muelle que tienen forma ondulada. Suelen utilizarse en aplicaciones en las que la carga y la deformación son pequeñas, la rigidez del muelle es reducida y la fuerza axial aplicada es pequeña. Su ligereza y pequeño tamaño los hacen adecuados para la reducción de peso y lugares de trabajo donde el espacio es limitado.

En los sistemas de cojinetes de motor, sirve para aplicar cargas axiales a los cojinetes para minimizar el ruido de los cojinetes, así como para evitar la indentación pseudo Brinell.

• Altura de trabajo reducida

En aplicaciones con limitaciones de espacio, ahorran hasta 50% de espacio en comparación con los muelles de alambre redondo tradicionales. El ahorro de espacio puede conseguirse mediante el uso de resortes planos. material y formas de onda sinusoidales. Como resultado, se necesitan menos requisitos de material para la producción, el muelle es más compacto y se puede reducir el peso total del muelle y los componentes.

• Flexibilidad de diseño

Gracias a una serie de procesos exclusivos, cualquier aspecto del muelle puede adaptarse específicamente a los requisitos de la aplicación. El número de espiras, el grosor, el tipo de extremos, la distribución de la forma de onda y el tipo de material pueden adaptarse a las necesidades del usuario.

• Ahorrar costes

Permite una altura de trabajo inferior en comparación con los muelles de alambre redondo tradicionales. Permite reducir el tamaño de todo el conjunto, que requiere menos material para su producción, lo que hace que la fabricación sea más económica y rápida. Para aplicaciones con piezas de fundición o mecanizadas en el perímetro exterior, se pueden conseguir ahorros significativos en los costes de los muelles ondulados.

• Distribución uniforme de la fuerza

Las aplicaciones habituales que requieren una distribución uniforme de la fuerza son los materiales blandos, como los plásticos utilizados en juntas, válvulas y componentes. A diferencia de los muelles de alambre redondo, permite una distribución más uniforme de la fuerza. Durante la compresión, los muelles de alambre redondo pueden doblarse o deformarse inesperadamente. La altura reducida de productos reduce errores similares. La distribución de la fuerza es un aspecto clave de la aplicación, y puede diseñarse para que tenga una forma plana en uno o ambos extremos. Con 360 grados de contactoLos extremos planos distribuyen la fuerza del muelle más uniformemente entre los componentes adyacentes.

• Versatilidad

Se puede utilizar en una gran variedad de industrias y son adecuadas para casi todas las aplicaciones. Por ejemplo:

Válvulas de caudal: Los resortes de encimera controlan con precisión el desplazamiento lineal del pistón a medida que aumenta la presión del fluido.

Válvulas de alivio de presión: La presión de aire bajo el conjunto provoca un aumento de la carga del muelle, forzando la placa a alejarse de la superficie de sellado, proporcionando así un mecanismo de reducción de la presión. Una vez reducida la presión, el muelle vuelve a su altura de trabajo original, permitiendo que la unidad selle de nuevo.

Superficies de sellado: Aplican presión para cargar con precisión las superficies de contacto, sellando correctamente el fluido.

Aisladores de vibraciones: Bajo carga constante, los aisladores amortiguan las vibraciones durante el funcionamiento del dispositivo. Se utilizan para proporcionar una curva carga/deformación precisa y predecible.

Normas para muelles ondulados

Los productos se utilizan principalmente para aplicar una fuerza axial en un sistema de ejes. La deformación de este muelle es la fuerza elástica generada por la compresión axial. La fuerza elástica resultante es en realidad la resistencia interna del muelle a la deformación por flexión.

Los parámetros específicos pueden encontrarse en JB/T7590 "Condiciones técnicas de los muelles ondulados de acero para máquinas eléctricas" u obtenerse de los proveedores de muelles ondulados.
El material de los productos es acero para muelles, el grado es 65Mn, después del tratamiento de oxidación superficial, su dureza está entre 45-52HRC.
La gama de tamaños de las mismas en la norma nacional es D16-D240, y sus diámetros interiores van de 11,7 mm a 204 mm. Los tamaños que superen este rango requieren una consideración adicional o el uso de métodos alternativos.

Elasticidad de muelles ondulados

Es fácil deducir de la norma que los muelles ondulados tienen una altura libre H. Al mismo tiempo, en el ensayo normalizado hay una altura de ensayo h. Es decir, cuando el muelle se deforma desde la altura libre H hasta la altura de ensayo h, la fuerza del muelle debe estar dentro del intervalo dado por la norma.
Si la deformación del muelle excede este rango en condiciones reales de trabajo, la fuerza del muelle no está dentro de este rango. Este es un problema común que encuentran muchos fabricantes de motores. A veces la deformación del muelle es demasiado grande, a veces demasiado pequeña. La llamada demasiado grande o demasiado pequeña no alcanza la altura de prueba en la norma.
Por otra parte, la tensión después de la prueba y la tenacidad de los productos se especifican en la norma. El tamaño de la elasticidad del muelle no debe ser inferior a 90% del valor mínimo después de la prueba en la norma anterior. Del mismo modo, después de una cierta cantidad de flexión, no debe producirse ningún daño.
Por lo tanto, la simple aplicación de presión al muelle no debería provocar su rotura ni un gran cambio de elasticidad, siempre que se encuentre dentro del rango de deformación.

Precarga de muelles ondulados y cojinetes de motor

Dado que la función del muelle ondulado en el sistema de rodamiento del motor es aplicar carga axial, la fuerza del muelle de este muelle debe ser igual al valor de precarga que debe aplicarse. Es decir, la fuerza del muelle a la altura de prueba (es decir, la altura después de la deformación) debe estar dentro del intervalo del valor de precarga axial necesario para el rodamiento.

Aplicaciones del muelle ondulado

• Conectores eléctricos aeroespaciales

Los dos productos de enganche de una sola capa de este dispositivo ejercen una fuerza constante sobre la unión cuando se comprimen, lo que proporciona la seguridad de una conexión continua.

• Aplicaciones de válvulas de caudal

A medida que aumenta la presión del fluido, el muelle controla con precisión el desplazamiento lineal del émbolo, que posicionará el orificio de fluido para permitir un flujo de fluido adecuado.

• Herramientas de corte multidentado

La herramienta de corte utiliza un producto especialmente diseñado que se fabrica con una punta localizadora. El muelle ondulado aplica presión a las dos mitades de la herramienta de corte, uniéndolas al tiempo que les permite oscilar.

• camarilla

Cuando se aplica aire comprimido a través de la válvula, el muelle ondulado se comprime para mantener con precisión una presión determinada que regulará con precisión el caudal de la válvula.

• Válvula de conmutación de alivio de presión

La presión exacta se consigue mediante este muelle. La presión de aire bajo este dispositivo hace que aumente la carga del muelle, forzando a la placa a alejarse de la superficie de sellado, proporcionando así un mecanismo de alivio de la presión. Cuando se reduce la carga aplicada al muelle, la unidad está lista para sellar de nuevo.

• válvula de agua

Los muelles ondulados, también conocidos como muelles de compresión de alambre plano, evitan que la maneta de la válvula gire manteniendo una carga constante y engranando las roscas del vástago. A medida que la maneta gira en sentido contrario a las agujas del reloj, la resistencia del muelle aumenta, reduciendo la probabilidad de que continúe girando.

• sello facial

Ejercen presión para sellar correctamente los líquidos aplicando con precisión la carga a las superficies de acero al carbono en función de las superficies de contacto. Funcionan en un rango de funcionamiento fijo y proporcionan una fuerza exacta. Sustituyen a las arandelas onduladas estampadas que no mantienen la relación de elasticidad necesaria. Debe aplicarse una presión exacta desde la superficie de acero al carbono a la superficie de sellado proporcionada por el muelle para evitar un desgaste excesivo y mantener al mismo tiempo un sellado adecuado.

Problemas frecuentes al aplicar precargas con bobinas

• Desgaste del muelle ondulado

Algunos ingenieros piensan que las superficies de los muelles están tratadas térmicamente y que, por tanto, se producirá desgaste en las superficies de los cojinetes. ¿Es realmente así? La dureza del anillo exterior de los rodamientos rígidos a bolas es de unos 56 HRC, mientras que la dureza de los muelles ondulados es de 45-52 HRC, como ya se ha mencionado, por lo que cuando se produzca el desgaste, éste será mayor.
Sin embargo, este desgaste es perjudicial para el ola de primavera y, por tanto, a la precarga del rodamiento. Entonces, ¿por qué se produce este desgaste después de que el muelle se haya comprimido y deformado? Teóricamente, el anillo exterior del rodamiento tampoco debería estar girando y, aunque se produzca un ligero deslizamiento, no debería producirse un desgaste tan grave. (A excepción del anillo exterior que gira)
Parece muy probable que el sistema de cojinetes esté vibrando durante el funcionamiento, y la dirección de esta vibración puede tener componentes radiales y axiales. Como resultado, se ha producido fricción de contacto entre la cara del extremo del cojinete y el muelle y se ha producido dicho desgaste.
Por supuesto, también existe la posibilidad de que el anillo exterior del rodamiento esté muy deteriorado, pero este factor se puede comprobar fácilmente observando el anillo exterior.

• Rotura del muelle ondulado

Sabemos por las normas de los productos que los muelles ondulados tienen un cierto grado de tenacidad. Si se aplica una fuerza axial a un muelle en un motor, la deformación del muelle dentro de un rango razonable no daña la capacidad del muelle. Aunque se supere el rango de deformación y el muelle pierda su capacidad elástica, no se romperá teniendo en cuenta la elasticidad del metal.

Las fracturas en los metales se producen inicialmente por fatiga, por la misma razón que la fatiga en los rodamientos. A menudo, los esfuerzos cortantes se repiten un cierto número de veces, lo que provoca la fatiga.
Hay dos factores implicados, uno es el esfuerzo cortante y el otro es la recurrencia. Si la forma de onda primavera sólo en un esfuerzo cortante, es difícil a la fatiga de fractura. Ese debe ser el resultado de la ocurrencia recíproca de la tensión de cizallamiento. En el caso de los motores, la mayor posibilidad es que el motor funcione en una situación de vibración, y el muelle siga comprimiéndose, rebotando, comprimiéndose de nuevo y rebotando de nuevo.

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