¿Qué es la carga crítica de pandeo y la velocidad crítica y cómo se calculan?

Dos verificaciones de estabilidad fundamentales, imprescindibles para la seguridad y funcionalidad de husillos de elevación largos en elevadores de husillo.

Al dimensionar elevadores de husillo, especialmente en aplicaciones con carreras largas, la capacidad de carga del reductor y la potencia del motor por sí solas no son suficientes. Deben verificarse obligatoriamente dos límites físicos adicionales del propio husillo: la carga crítica de pandeo con carga de compresión y la velocidad crítica con husillos giratorios. No respetar estos límites puede provocar deformaciones, vibraciones y, en casos extremos, el fallo del sistema.

1. Carga crítica de pandeo

Un husillo largo y esbelto sometido a una alta fuerza de compresión se comporta como una barra y puede pandear lateralmente de forma repentina, mucho antes de que el material se sobrecargue. Este efecto se denomina pandeo. La fuerza de compresión máxima que un husillo puede soportar sin pandear es la carga crítica de pandeo.

¿Cuándo es necesaria la verificación?

Siempre que el husillo esté cargado predominantemente a compresión. Con carga puramente a tracción no existe riesgo de pandeo.

Cálculo:

El cálculo de la carga de pandeo se realiza según las fórmulas de Euler o Tetmajer. Depende esencialmente de:

• Longitud libre del husillo (L): La distancia máxima entre la tuerca y el punto donde el husillo está apoyado. Es el factor de influencia decisivo.
• Diámetro del núcleo del husillo: Un husillo con mayor diámetro del núcleo es más estable frente al pandeo.
• Tipo de apoyo: La forma en que se apoyan los extremos del husillo (p. ej., fijo–libre, fijo–fijo) se considera mediante un factor de corrección.

La fuerza de servicio no debería superar aprox. el 80 % de la fuerza axial admisible, y la seguridad frente a pandeo (relación entre carga crítica de pandeo y carga de servicio) suele situarse típicamente entre 3 y 6. Dado que el cálculo es complejo, en manuales técnicos y catálogos suelen facilitarse diagramas para leer directamente la fuerza de compresión admisible en función de la longitud libre del husillo.

2. Velocidad crítica (n₍crit₎

Un husillo largo y giratorio (p. ej., en versión de tuerca móvil) puede entrar en vibraciones de resonancia a una determinada velocidad. El husillo empieza a doblarse fuertemente y a “azotar”. Esta velocidad se denomina velocidad crítica y debe evitarse en cualquier caso.

¿Cuándo es necesaria la verificación?

Siempre en versiones en las que gira el husillo, especialmente en ejecuciones con tuerca móvil y husillos largos con velocidades más altas.

Cálculo:

La velocidad crítica depende de los mismos factores que la carga de pandeo:

• Longitud libre del husillo (L): La distancia entre los puntos de apoyo del husillo.
• Diámetro del núcleo del husillo: Un husillo más rígido y grueso permite mayores velocidades.
• Tipo de apoyo: La forma de apoyo del husillo se incorpora mediante un factor de corrección.
• Regla de seguridad: La velocidad máxima de servicio no debería superar aprox. el 80 % de la velocidad crítica teórica, para mantener una distancia segura a la frecuencia de resonancia. También aquí los manuales técnicos suelen aportar diagramas para determinar fácilmente la velocidad admisible.

Si la verificación muestra que se supera alguno de los límites, deben realizarse ajustes constructivos —por ejemplo, elegir un husillo de mayor diámetro, cambiar el tipo de apoyo, añadir soportes adicionales o reducir la velocidad (p. ej., mediante el paso del husillo). Así, el sistema con elevadores de husillo se mantiene seguro, estable y fiable en todo el rango de servicio.