A. ACEPTACIÓN DEL HUSILLO
R.A.S. tiene estándares de calidad rigurosos donde todos los componentes críticos son inspeccionados al 100% y documentados para futuras referencias (Figuras 10 a 12). La aceptación requiere que todos los criterios de conformidad se ajusten a los R.A.S. y a los requerimientos del cliente.
1. Ejes
- 100% inspected and documented for dimensional and geometric tolerances. Ver Appendix II.
- 100% balanceo dinámico en dos planos especificación G.O.4 y documentado.
2. Separadores de tubo
- 100% inspeccionados y documentados para tolerancias dimensionales y geométricas. Ver el Apéndice III.
- 100% balanceo dinámico en dos planos especificación G.O4 y documentado
3. Carcasas
- 100% inspeccionados y documentados para tolerancias dimensionales y geométricas.
- Carcasas por suministro de enfriamiento por agua son presurizadas y probadas con aire 120 psi durante una hora.
4. Componentes
- 100% inspeccionados con documentación limitada.
5. Ensamble final
- 100% inspección y documentación.
i. El Índice de precarga axial del husillo por medio de una conformidad axial verificada donde el 50% de la corriente máxima o ampacidad del rodamiento es utilizada como una carga aplicada y la deflección es medida.
ii. Condiciones de temperatura en estado estable.
iii. Corriente de carga inactiva para husillos motorizados.
iv. Tasas y presiones de flujo del líquido de enfriamiento para los husillos.
v. Tasas y presiones de flujo del aceite lubricante.
vi. Tolerancias dimensionales y geométricas.
vii. Análisis de vibración (desplazamiento, velocidad, aceleración y picos de energía)im.
viii. Excentricidad estática de los ejes de rotación cuando aplique.
B. ESCAPE
En R.A.S. los procedimientos de escorrentía implican monitoreo térmico, análisis de vibración y verificación del eje de rotación.
1. Monitoreo térmico
El monitoreo térmico es requerido en todos los husillos durante el escape. las velocidades deben incrementarse para prevenir un sobre calentamiento de los rodamientos generalmente en incrementos del 20%. EL procedimiento estándar se describe a continuación.
a. Haga funcionar el husillo al 20% de la velocidad durante 1/2 hora o hasta que se alcance una temperatura estable esperada. La temperatura no debería exceder los los 55°C en el alojamiento del husillo y 65°C en el eje del mismo. Si la temperatura excede los límites, apague el husillo y deje que se enfríe hasta los 15°C. Vuelva a arrancar el husillo a un 20% de la velocidad y repita (a) hasta que se alcance la temperatura estable.
b. Repita el proceso (a.) Al 40%, 60% y 80% de velocidad.
c. Al 100% de la velocidad, el husillo debe funcionar durante un mínimo de 4 horas, incluso si el estado de las condiciones es alcanzado antes de la toma de las lecturas de vibración.
Nota: Para acelerar “la interrupción” de los husillos, apagar los husillos durante le primera y la segunda etapa del funcionamiento, puede ser utilizado un ventilador para enfriar el husillo.Se debe tener precaución al monitorear cuidadosamente los diferenciales de temperatura del eje y la carcasa. El diferencial de temperatura nunca debe superar los 10 ° C.
2. Análisis de vibraciones
El análisis de vibración se realiza en todas las unidades de husillo según el esquema de especificación en VI. C o los requerimientos del cliente.
3. Control Sputnik (Eje de rotación)
El eje instantáneo de rotación es una función directa de la geometría del componente y no puede ser medida de la manera tradicional. Es decir, el uso de un indicador en la cara del husillo y la medición de la prueba piloto. La prueba tradicional es muy relevante pero esta deberá ser realizada, ya que en estas medidas los grados de concentricidad de las superficies locales con respecto a los ejes de rotación los cuales pueden ser mostrados por desviaciones de la superficie.
R.A.S utiliza una avanzada técnica llamada “verificación Sputnik” la cual permite la detección de cargas radiales y axiales en los instantáneos ejes de rotación. Esto es los ejes instantáneos de rotación los cuales son lo más importante cuando nos referimos a husillos de ultra precisión debido a la redondez de los agujeros maquinados por una simple herramienta de punta seguirá la misma trayectoria que los ejes de rotación del husillo.
En el Apéndice VI se anexa un reporte típico suministrado al cliente cuando se requirieron husillos de bolas de ultra alta precisión para pistones de perno de aros para perforación. Típicamente, un husillo de ultra precisión debería ser usado en aplicaciones de perforación fina o rectificado donde son empleados husillos de rodamientos de bola de ultra precisión, aerostáticos o hidrostáticos.
C. BALANCEO DINÁMICO MULTI PLANO DE PRECISIÓN
En R.A.S. El balanceo dinámico de dos planos es efectuado en ejes de husillo que deben incluir todos los componentes rotacionales ensamblados en el eje (por ejemplo, rotores eléctricos, llaves, rondanas, etc.) siempre que sea factible. Las tolerancias de balanceo de los ejes ensamblados así como los componentes deben cumplir con ISO 1940 G0.4 o superior. Las consideraciones adicionales se describen en la sección VI.C.
D. MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE VIBRACIÓN.
R.A.S. ha establecido especificaciones de vibración con la intención de proveer a sus clientes husillos de larga duración, confiables, calidad y productividad. El análisis de vibración es una herramienta que indica las condiciones del sistema de la máquina y estas directrices proveen un objetivo para la aceptabilidad de la máquina asegurando la integridad de nuestros productos.
La medición de la vibración en maquinaria rotativa es una función de la condición de los rotores, es decir, rígida, semi rígida o flexible. En estas especificaciones solo se tratará la vibración rotor rigido. En máquinas con sistemas de rotor rígido, los indicadores medidos de los niveles de vibración de la excitación de las fuerzas generadas por el desequilibrio del rotor, las tensiones térmicas, rodamientos defectuosos, desequilibrio eléctrico y otras fuentes de excitación.
l. Especificaciones
No hay una sola técnica de análisis de vibración ni un estándar absoluto en el que pueda ser evaluado cada husillo. Para establecer estándares se requieren datos físicos basados en el tipo y tamaño de la máquina, tipo de aplicación, sistemas de montaje y los efectos de la vibración R.A.S ha establecido sus propias especificaciones para su propósito (consulte el gráfico 15) y también reconoce varios estándares de vibración como las siguientes directrices:
a. Balanceo de husillos de precisión estándar de acuerdo con I.S.O. 1940, Grado de calidad GO.4 o superior.
b. Husillos de precisión:
Velocidad - de acuerdo con I.R.D. La "Tabla General de Severidad de la Vibración de la Maquinaria" no debe exceder la MUY BUENA ZONA <.040 in./sec. Aceleración máxima: de acuerdo con I.R.D. La "Tabla General de la Severidad de Aceleración de la Vibración" no debe exceder la MUY BUENA ZONA <l.0 in./sec.2 Máximo.
c. Husillos de Super Precisión:
Velocidad - de acuerdo con I.R.D. "Gráfico general de severidad de la maquinaria" no debe exceder la ZONA SUAVE <.020 in./sec. Pico.
Aceleración - de acuerdo con I.R.D. "Tabla General de Severidad de Aceleración de la Vibración" no debe exceder la REGIÓN SUAVE <0.5 in./sec.2 Máximo.
2. Bancos de prueba y frecuencias de la máquina
Las tolerancias de vibración utilizadas por R.A.S. y I.R.D. se basan en vibraciones medidas en la rigidez del ensamble de los husillos atornillados a una base rígida. Los husillos que son ensamblados con aislantes resilientes, bobinas helicoidales o protectores de caucho, tendrán más altas amplitudes. En General, la regla sigue que uno vería al menos el doble de la vibración para un husillo ensamblado de aislantes. Si los bancos de prueba son resilientes estas consideraciones deben considerarse.
a. Las subbases de prueba que son más livianas que el husillo y que están destinadas a reforzar el husillo deben tener una masa inferior a un cuarto de la máquina.
b. Las subbases de prueba las cuales son más pesadas que el husillo, están destinadas a fijar los pies de la máquina en su lugar, deben ser al menos diez veces la masa de la máquina.
Para propósitos de prueba, no debe haber una resonancia estructural importante en el rango de operación del husillo. La subbase de la máquina combinada y las monturas blandas deben diseñarse para que todas las frecuencias naturales del cuerpo rígido del sistema sean inferiores al 25% de la frecuencia natural más baja. Es importante tener en cuenta que los husillos, las máquinas y las estructuras de soporte pueden tener sus propios grados de libertad. Este puede ser el caso donde el nivel aceptable de desbalanceo en el husillo puede excitar los sistemas, por lo tanto, un análisis cuidadoso del sistema debe ser realizado para identificar la vibración perjudicial.
E. DIAGNÓSTICO Y ANÁLISIS DE MAQUINARIA
En R.A.S. Los departamentos de Ingeniería, Calidad y servicio trabajan estrechamente con el cliente para garantizar un husillo de precisión superior para la aplicación y el diseño. La responsabilidad del departamento de ingeniería es analizar los requerimientos del cliente, y diseñar un husillo óptimo mediante el uso de modelos asistidos por computadora. El departamento de calidad asegura el cumplimiento de las especificaciones utilizando rigurosas técnicas de prueba y el departamento de servicio proporciona una retroalimentación verificando la conformidad con los requerimientos mediante análisis y observaciones.
l. Análisis de maquinaria
a.) Modelado
Los ingenieros R.A.S. realizan un modelado y análisis rigurosos para diseños de nuevos husillos y aplicaciones críticas. Todas las variables son consideradas en la etapa de análisis previo para la finalización del diseño. La variable más importante la cual puede sobretodo afectar el desempeño del husillo es la configuración de la herramienta. R.A.S. modela la herramienta junto con el husillo, trabajando estrechamente con el proveedor de la herramienta para optimizar el sistema husillo/herramienta. A continuación se se enumeran los principales programas que se emplean para obtener un sistema integrado optimizado.
TLEFF Analiza los efectos de la carga de herramientas en el sistema del husillo.
RIGID Analiza los efectos estáticos de las cargas y la determinación de los índices de elasticidad en los sistemas del husillo.
Optimiza los intervalos del rodamiento y el saliente de herramientas.
BSDRL Analiza las variables dinámicas y estáticas de los límites de los índices de elasticidad, consumo de energía, vida útil y distribución de carga.
BTHRM Analiza los efectos de ajustar la temperatura para determinar la precarga de trabajo y estrés.
BRFRQ Calcula la frecuencia natural de los componentes del rodamiento.
TORSYM Analiza la dinámica de los sistemas de torsión con varios grados de libertad, calculando frecuencias naturales de sistemas de engranaje.
RHPDARB Análisis dinámico y estático que estudia los efectos de la velocidad y la carga en los sistemas de husillo.
CKYANS Boundary Element Analysis (B.E.A.)
Programado para análisis estático de sistemas elásticos y térmicos.
ANSYS Análisis de elementos finitos (F.E.A.)
Programado para el análisis dinámico y estático de sistemas mecánicos.
b.) Diagnósticos
El personal R.A.S. encargado de calidad pruebas y documenta cada husillo antes del envío (descrito en la sección V.I.B.l a VI.B.3) para el funcionamiento térmico, de vibración y del eje de rotación, una situación en la que R.A.S. ha utilizado el análisis de temperatura y vibración se describe a continuación.
Antes de ser utilizado en la producción, un husillo había sido sometido al análisis de vibración estándar por R.A.S., el personal de calidad y el cliente, pasando todas las especificaciones de vibración. El eje se montó en la máquina y se puso en producción, después de un corto período de tiempo, se experimentó la ovalidad en las partes. El husillo fue monitoreado para detectar vibraciones que indican amplitudes elevadas de energía espiga (gSE) y un incremento en el ruido de aceleración. En este punto, el constructor del eje recibió notificación de un rodamiento defectuoso por parte del cliente.
El husillo se retiró de la producción y se colocó en una base de prueba para monitorear las perturbaciones aparentes; sin embargo, no se encontró ruido excesivo para identificar un rodamiento defectuoso. Luego se supuso que posiblemente el sistema de la máquina podría estar indicando la vibración de alta frecuencia, pero el análisis mecánico no reveló ninguna perturbación. Se consideró entonces el entorno en el que funcionaba el husillo, donde se observó que la salpicadura de refrigerante incontrolado estaba en cascada sobre un lado del husillo. Resultó interesante simular esta salpicadura de refrigerante en nuestra instalación de prueba colocando un ventilador de refrigeración a un lado del eje y observando su influencia sobre la vibración (consulte la Figura 11-14).
R.A.S. observó que el eje Spike Energy (gSE) era .6 gSE, correcto dentro de I.R.D. estándares de 1.0 gSE cuando el ventilador de enfriamiento no estaba en el husillo. Sin embargo, cuando se encendió el ventilador, la Sobrecarga de energía comenzó a elevarse a la amplitud de 4,5 gSE, en este punto los cojinetes del husillo comenzaron a emitir un "silbido" por lo que el ventilador se apaga. La amplitud de Sobrecarga de energía comenzó a descender a la amplitud de estado estable de .6 gSE y la
"Ruido de siseo" desapareció. Sabiendo eso, los elementos de choque o cojinete de banda ancha bajo estrés pueden ser causados por la energía de Sobrecarga y la aceleración.
El cliente fue notificado de los hallazgos y se hicieron sugerencias para proteger los husos del medio ambiente. R.A.S. el departamento de servicio e ingeniería no estaba satisfecho con el grado de protección contra el refrigerante errante, el cliente podría proporcionar y rediseñar la carcasa del husillo para facilitar las camisas de enfriamiento del líquido del husillo alrededor del bolsillo del cojinete evitando el estrés térmico localizado. R.A.S. ha visto un aumento en la vida del diseño original de husos en un 200% o 3 años.
Las conclusiones extraídas del análisis de diagnóstico son: la refrigeración desigualmente distribuida crea la ovalidad de la pista exterior de los rodamientos, aumenta la tensión, reduce la vida útil del rodamiento y reduce la calidad de la pieza y Spike Energy es un parámetro errático que nunca debe usarse para concluir sin necesidad adicional investigación y medición.
Los datos de campo acumulados y la tendencia de nuestro departamento de servicio demuestra ser una herramienta de diagnóstico invaluable cuando los parámetros originales comienzan a deteriorarse. Ninguna técnica única de diagnóstico debe considerarse como un indicador absoluto de las condiciones del huso sin suficientes datos o pruebas.
d. Los husos estándar de precisión y súper precisión deben tener Spike Energy o B.C.U. mediciones solo para tendencias de comparación Cabe señalar que estas amplitudes han sido buenos indicadores de problemas inminentes para husillos con cojinetes de rodillos cónicos.
e. Husillos especiales y estándar que se clasifican de acuerdo con I.S.O. 2372 Estándar.
f. Todos los husillos nuevos y reconstruidos requieren firmas de vibración completas antes del envío para garantizar el cumplimiento de los requisitos del cliente.
g. Los transductores / equipos deben ser capaces de monitorear el desplazamiento, la velocidad, la aceleración y la energía de alta frecuencia (es decir, Spike Energy o B.C.U.).
h. Las mediciones de vibración deben tomarse en cada ubicación del rodamiento en las direcciones vertical, horizontal y axial (si es posible). Las mediciones de vibración deben tomarse a velocidades de operación que incluyen el espectro o las ventanas que ilustran las amplitudes en la frecuencia de funcionamiento y sus frecuencias de orden. Ver el Apéndice.
i. Teniendo en cuenta las vibraciones en sus frecuencias componentes para identificar la fuente de las perturbaciones.
j. Los soportes de prueba y los husos deben montarse rígidamente para simular más de cerca sus máquinas y la frecuencia natural debe eliminarse al menos un 25% de las velocidades de funcionamiento.
k. El balanceo del eje del husillo debe realizarse con todos los componentes giratorios montados en el eje (es decir, rotores eléctricos, llaves, laberintos, poleas, etc.) siempre que sea posible. Las tolerancias de equilibrio de los ejes ensamblados con componentes deben cumplir con I.S.O. 1940 GOA o mejor.
l. Cuando sea posible, el cliente debe poner a disposición del constructor del eje, antes del balance del eje, todos los accesorios del eje (herramientas, roldanas, acoplamientos de fluidos, etc.) para equilibrar los accesorios y el eje in situ.
m. Los pesos de equilibrio agregados a los husos motorizados deben ser de un material no conductor (es decir, acero inoxidable). El equilibrio mediante la eliminación de metal se puede lograr mejor al presionar un collar en el conjunto del eje / rotor y quitar el metal del collar. Esto asegurará la integridad estructural del rotor.
n. Se deben tomar medidas de vibración con respecto a la consistencia de los montajes del transductor. Los titulares de pastillas magnéticas son los más comúnmente utilizados por beneficios. Cuando se usan transductores montados en poste, se transfiere más vibraciones que desde los soportes magnéticos produciendo lecturas más altas. Sin embargo, las varillas de mano transfieren menos vibración y producen lecturas más bajas.
o. Los transductores montados en espárrago requieren l / 4 - 28 orificios para grifería con una almohadilla diametral mínima de 1,6 cm hacia el centro del orificio roscado de la máquina.