REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA SAN TOME-ESTADO ANZOTEGUI COJINETES DE DESLIZAMIENTO DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA II Abril2012Ing. Vicente Daz P COJINETES Son puntos de apoyo de ejes y rboles para sostener su peso, guiarlos en su rotacin y evitar deslizamientos.Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la piezaomquina,peroconfrecuenciavanmontadosensoportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje.LUBRICACIN Elobjetivodelalubricacinesreducirelrozamiento,eldesgasteyel recalentamientodelassuperficiesdepiezasenmovimientoquesehallan en contacto directo. Entre los factores de diseo a considerar se hallan : -Losvaloresdelascargasaplicadasylascondicionesdeservicio -Lascondicionesdeinstalacinyeltipodemantenimiento -Lastoleranciasdefabricacinpermitidas,laduracinpretendida -Los costos de instalacin y de mantenimiento TIPOS DE LUBRICACIN Se pueden distinguir cuatro tipos de condiciones de lubricacin - Lubricacin Hidrosttica - Lubricacin Hidrodinmica - Lubricacin Elastohidrodinmica - Lubricacin Marginal LUBRICACIN HIDROSTTICA Se obtiene introduciendo el lubricante que a veces es aire o agua, en el rea desoportedecargaaunapresinsuficientementealtaparasepararlas superficiesconunapelculadelubricanterelativamentegruesa.Portanto, contraria a la lubricacin hidrodinmica, esta clase de lubricacin no requiere movimiento de una superficie en relacin con la otra. LUBRICACIN HIDRODINMICA Lassuperficiesdesoportedecargadelcojineteseencuentranseparadas porunapelculadelubricacinrelativamentegruesa,paraprevenirel contactodemetalconmetal.Lalubricacinhidrodinmicanodependede la introduccin del lubricante a presin, aunque puede ocurrir; pero requiere laexistenciadeunsuministroadecuadotodoeltiempo.Tambinsellama de pelcula completa o fluida. LUBRICACIN ELASTOHIDRODINMICA Eselfenmenoqueocurrecuandoseintroduceunlubricanteentrelas superficiesencontactorodante,comoenlosengranesacoplados,en cojinetes de rodamiento o entre una leva y su seguidor. Lacargacreaunahuelladecontactocausadaporlasdeflexiones elsticasdelasuperficieyestahuellapuedehacerquesecreeuna superficieplanasuficientementegrandecomoparapermitirlaformacin deunapelculatotalmentehidrodinmica,siemprequelavelocidad relativa de deslizamiento sea lo suficientemente elevada. LUBRICACIN MARGINAL Serefiereasituacionesenlascualesunreadecontactoinsuficiente,una cada en la velocidad de la superficie mvil, una reduccin en la cantidad de lubricantesuministradoalcojinete,unincrementoenlacargadelcojineteo unaumentoenlatemperaturadellubricante,provocadisminucindela viscosidadyevitanlaacumulacindeunapelculasuficientementegruesa para impedir el contacto metal a metal. La lubricacin marginal es la situacin menosdeseableporquepermitequeentrenencontactolasasperezas superficiales y se desgasten con rapidez. ROZAMIENTO SEMILQUIDO o SEMISECO LUBRICANTES Y PROPIEDADES Un lubricante es una sustancia que tiene por funcin reducir la friccin y el consecuente desgaste entre superficies con movimiento relativo.

Propiedades de los lubricantes lquidos: -Puedenevolucionarentrelassuperficiesdeslizantesconduciendoauna lubricacin hidrodinmica. -Tienenunaaltacapacidaddedisipacintrmicadelcalorgeneradoporel contacto. - Se pueden mezclar con otros productos qumicos (aditivos) para otorgarles mejorasallubricante,comoporejemploincrementarlaresistenciaala corrosin de las partes, incrementar la vida til del lubricante, incrementar la capacidad de carga, etc. - Se pueden remover las partculas producidas por el desgaste. LUBRICANTES Y PROPIEDADES Viscosidad: Capacidad que tiene un lubricante lquido de resistir deformaciones cortantes.F duA dyt = =duUctedy h= =. .UF Ah =COJINETES HIDRODINMICOS RADIALES Loscojineteshidrodinmicosradialestienenporfuncinservirdeapoyosa ejesobienarboles(comoelcigeal)entreotrosusos.Lacaracterstica principal de este tipo de dispositivos reside en que el tipo de lubricacin que seutilizaeslahidrodinmicaypuedensoportarunacargasustancialcon poco rozamiento y en consecuencia desgaste y prdida de potencia mnimos. Las superficies del cojinete son paralelas al eje de rotacin del eje que estn conteniendo. Existendiferentestiposdecojinetes,segnsusformas,materialesy aplicaciones. MATERIALES EN COJINETES DESLIZANTES BABBITS: Todaunafamiliadealeaciones,basadasenplomoyestaocombinadoscon otroselementos,resultamuyefectivaespecialmentecuandoson electrodepositadasformandopelculasdelgadassobreunsustratoms resistente como el acero, El babbit probablemente sea el ejemplo ms comn de estafamilia,yseempleaparacojinetesdecigealyderboldelevasenlos motoresdecombustininterna.Supocadurezapermitelaincrustacinde partculasysepuededejarconacabadodebajaaspereza.Esnecesariauna buenalubricacinhidrodinmicaohidrosttica,yaquelatemperaturadefusin del babbit es baja y fallar rpidamente en condiciones de lubricacin marginal. BRONCES: Las familias de las aleaciones de cobre, principalmente los bronces, son una excelente eleccin para operar contra acero o hierro fundido. El bronce es ms blando que los metales ferrosos, pero tiene buena resistencia, buena maquinabilidad y resistencia a la corrosin. Hay cinco aleaciones comunes de cobre en la fabricacin de cojinetes: cobre-plomo, cobre-berilio, bronce al plomo, bronce al estao y bronce al aluminio. Los bujes de bronce resisten una lubricacin marginal y soportan cargas elevadas y altas temperaturas. MATERIALES EN COJINETES DESLIZANTES FUNDICIN DE HIERRO GRIS Y DE ACERO: Elgrafitolibredelhierrofundidoagregalubricidadaunquetambinse requiereunlubricantelquido.Tambinseempleaacerocontraacero,si ambas piezas estn endurecidas y lubricadas. Es una eleccin comn en cojinetes de elementos rodantes. MATERIALES EN COJINETES DESLIZANTES Dependiendodelmontajedelrbol/ejeconloscojinetes,elmaterialdelque estn hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocacin, y posterior funcionamientodetodalatransmisin.Siseconsiguemantener continuamenteseparadoselrbolyelcojinetepormediodeunacapade lubricanteevitandotodocontactoslidoentresuperficiesdedeslizamiento, entonceselmaterialdelqueestnformadosnoinfluyeennadasobredicha calidad.Sinembargo,elrozamientofluidodependedeunascondicionesde velocidad,cargaytemperatura.Deestamanera,paralasvelocidadesbajas (arranqueyparada),loscojinetesgiranensentidoderozamientomixto cuandonoseca,haciendoinevitableelcontactodirectoentrelassuperficies de friccin.Formacin de la pelcula lubricante con el movimiento El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido. Elmaterialtienequeserunbuentransmisordelcalorparaquenose produzcaunaacumulacinexcesivadecalor,daandooperjudicandoel ajuste creado. Elmaterialdebepoderunaciertadurezaqueayudeasoportar,sinquese deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre l. Cualidades de los Cojinetes Clasificacin de los cojinetes Loscojinetesseclasificanencojinetesdefriccinyderodamiento.Enlos cojinetes de friccin, los rboles giran con deslizamiento en sus apoyos.En los de rodamiento, entre el rbol y su apoyo se interponen esferas, cilindros o conos,lograndoqueelrozamientoseasoloderodaduracuyocoeficientees notablemente menor.Por la direccin del esfuerzo que soportan se clasifican los cojinetes en: Los cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la direccin del radio.Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la direccin del ejeLoscojinetesmixtoshacenalmismotiempoelefectodeloscojinetes radiales y axiales. Clasificacin de los cojinetes Cojinetes de friccin Tienenlaventajadesumarchatranquilaysilenciosayquepueden construirsepartidosendos,haciendoposibleunmontajeydesmontaje radial. Tienenelinconvenientedequenosonindicadosenloscasosenquese deseenelevadonmeroderevoluciones,anoserquela cargaquegravita sobre ellos sea mnima. MATERIALES SINTERIZADOS: Se forman a partir de polvo y se conservan microscpicamente porosos despus deltratamientotrmico.Suporosidadlespermiteabsorbercantidades importantesdelubricanteyalmacenarloporaccincapilar,ascomoexpulsarlo haciaelcojinetecuandosecalienta.Elbroncesinterizadoseaplicamucho contra acero o hierro fundido.

MATERIALES NO METLICOS: De tener suficiente lubricidad, algunos tipos de estos materiales ofrecen la posibilidaddelubricacinenseco.Unejemploeselgrafito.Algunos termoplsticoscomoelnylon,elacetalyelteflnofrecenuncoeficiente de friccin bajo contra cualquier metal, pero tienen baja resistencia y baja temperaturadefusin,quealcombinarseconsumalaconduccin trmica,limitaseveramentelascargasyvelocidadesdeoperacinque puedesoportar. Clases de cojinetes de friccin. Cilndricos fijos Secomponedeunasolapiezaderevolucin,denominadacasquillo.Se emplea cuando el cojinete no est sometido a grandes desgastes. El problema viene a raz de que no admite correccin en el dimetro interior una vez sufre los efectos del desgaste y no se puede emplear para gorrones intermedios por laimposibilidaddemontaje.Estoscojinetessemontanapresinensu correspondiente montaje.

Cilndricos ajustables o partidos

Elcojineteestconstituidopordosmitadescuyasuperficiecomnde contactocoincideconunplanodiametralparafacilitarelmontajean enelcasodegorronesintermedios.Permiteelmontajedeejesy rbolesconelrestoderganosmontadossobreellosdebidoasu aplicacin de las dos mitades. Cnicos ajustables Seempleaenaquellosmontajesquetenganquegarantizarunjuegoentreel rbolyelcojinete.Elcojineteexteriormenteescnicoyamedidaquese introduce en el agujero cnico de su soporte ir reduciendo el dimetro interior graciasalRanuradolongitudinalquelleva.Tienelaventajadequesepueden corregir holguras producidas por el desgaste. LEY DE PETROFF ElfenmenodelafriccinfueexplicadoporprimeravezporPetroff mediantelasuposicindequeelrbolesconcntrico.Esteanlisises importante porque define grupos de parmetros adimensionales y porque el coeficientedefriccinpredichomedianteestaleyresultasermuyexacto, incluso con rboles no concntricos.

Partiendodelafiguraydelaec.deviscosidadsehallaelcoeficientede friccin,suponiendoqueactaunacargaWpequeayllamandoTalpar que hay que aplicar para hacer girar el eje. Eje girando a una velocidadN rps en un cojinete.2WPrl=22. .. T fWrrflP = =22NrfPct =(Carga por unidad derea proyectada)(Par de torsin)(Ecuacin de Petroff - 1883)LEY DE PETROFF ESTABILIDAD DE LA LUBRICACIN CURVA DE STRIBECK El grfico puede dividirse en tres zonas: - zona I: lubricacin hidrodinmica y elastohidrodinmica. Las superficies del cojinete estn perfectamente separadas con un pelcula gruesa de fluido: no hay contacto directo entre las superficies que deslizan y por tanto prcticamente no hay desgaste. A medida que la viscosidad disminuye, decrece la pelcula hasta el punto C. - zona II: lubricacin mixta o elastohidrodinmica parcial. - zona III: lubricacin marginal Estado inicial : Reposo - c = holgura radial - ho = altura mnima de pelcula - e = excentricidad - O y O = centros de las circunferencias del mun del eje y del cojinete. - Tambin se define una relacin de excentricidad: NOMENCLATURA DE UN COJINETE ecc =NMERO CARACTERSTICO DEL COJINETE O NMERO DE SOMMERFELDdonde S = nmero caracterstico del cojinete r = radio del mun, pulg. c = holgura radial, pulg. =viscosidad absoluta, reyn N = velocidad significativa, rps P = carga por unidad de rea proyectada de cojinete r/c = relacin de holgura radial 2r NSc P| |= |\ .GRFICAS DEL ESPESOR MNIMO DE PELCULA En el diseo se distinguen dos grupos de variables: independientes y dependientes. Las primeras pueden ser modificadas por el diseador, algunas impuestas por el proyecto general de mquina: - la viscosidad . - la carga por unidad de rea proyectada de cojinete, P. - la velocidad de giro, N. - las dimensiones del eje y del cojinete: r, c, L y.

Las segundas (llamadas tambin factores de diseo) no estn directamente controladas por el diseador pero deben mantenerse dentro de los lmites admisibles: - coeficiente de rozamiento, f. - incremento de temperatura,T. - flujo de lubricante, Q. - espesor mnimo de pelcula, ho. CONSIDERACIONES DE DISEO donde D es el dimetro del mun en pulgadas.CRITERIOS DE DISEO DE TRUMPLER PARA CHUMACERAS Si la carga que se somete a una chumacera se incrementa de manera repentina, el aumento en la temperatura de la pelcula en el anillo es inmediato. Como con frecuencia se tienen vibraciones del suelo debidas al trnsito de camiones, trenes y temblores de tierra, Trumpler us un factor de diseo 2 o mayor sobre la carga de operacin, pero no sobre la carga de inicio empleada en la ecuacin anterior: 00.00020.00004 h D > +max250 T F s300stWpsilDs2dn >DISTRIBUCION DE PRESION Espesor mnimo de la pelcula de aceite