Cojinetes y rodamientos

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

“FRANCISCO DE MIRANDA”

ÁREA DE TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELEMENTOS DE MAQUINAS II

ING. JULIO CHIRINOS

MARZO DE 2009

COJINETESE

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ING. JULIO CHIRINOS 2

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

COJINETES DESLIZANTES

DEFINICIONES

PRPIEDADES DE LOS COJINETES

CLASIFICACION

LUBRICACION TIPOS

TIPOS

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

RODAMIENTOS

DEFINICIÓN – CARACTERÍSTICAS

CLASIFICACION DE LOS

RODAMIENTOS

NORMALIZACIONES

MONTAJE

CAPACIDAD DE CARGAS

SELECCIÓN Y UTILIZACION DE

RODAMIENTOS NORMALIZADOS

LUBRICACIÓN

CATÁLOGOS DE RODAMIENTOS

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COJINETES DE CONTACTO DESLIZANTE

DEFINICIÓN

Se denomina cojinete de deslizamiento (COJINETE) al

tipo de APOYO en el que su funcionamiento se

sustenta en el movimiento relativo entre sus

superficies, denominado contacto por deslizamiento

PARTES

MuñónCojinete o

chumacera

PROPÓSITO

Proporcionar soporte radial

a una flecha giratoria

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INTRODUCCIÓN

COJINETE

Elemento mecánico QUE SIRVE DE

APOYO O SOPORTE, con partes

facilitan el movimiento ROTATORIO

disminuyendo EL ROZAMIENTO, se

utilizan como APOYOS en árboles o

ejes.

COJINETE DE DESLIZAMIENTO

Deslizamiento plano

RODAMIENTO O COJINETE

ANTIFRICCIÓN Fricción por rodadura de

algún tercer elemento

como rodillos o bolas

La mayoría de los cojinetes están destinados como apoyos de ejes rotativos,

de manera que absorban las cargas que actúan sobre éstos, permitiendo su

movimiento de rotación con baja fricción

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COJINETES O CHUMACERAS

ho

e

OO’

Muñón

Cojinete

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PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS COJINETES

No deben desgastar ni rayar la superficie del eje que soportan,

aunque se interrumpa el flujo de aceite entre ambos materiales

por ruptura de la bomba de aceite u otro motivo.

Tienen que soportar temperaturas superiores a los 150ºC sin

deformaciones que permitan desplazamiento de la capa

antifricción.

Tienen que ser lo suficientemente blandos como para que se

incrusten en ellos las partículas sólidas que pueda contener el

aceite sin dañar el eje que soportan.

Tienen que resistir la acción corrosiva de los ácidos presentes

en el aceite.

Se deben fabricar con las tolerancias adecuadas para un óptimo

funcionamiento

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CLASIFICACIÓN DE LAS COJINETES

Cojinetes Hidrodinámicas (autoaccionadas): Dependen por completo del

movimiento relativo del muñón y la chumacera para establecer presión en la

película para soportar la carga.

Cojinetes Hidrostáticos (externamente presurizadas): Logran soporte de la

carga por medio del suministro del fluido desde una fuente externa de alta

presión y no requiere movimiento relativo entre las superficies del muñón y la

chumacera.

Cojinetes Híbridos: Se diseñan para usarse tanto con el principio

hidrodinámico como con el principio estático para conseguir soporte para la

carga entre las superficies en movimiento.

De acuerdo con el mecanismo de fluido que

establece la capacidad de carga de la película

Cojinetes Completos: La superficie de la chumacera rodea por completo al

muñón. Son fáciles de hacer y no cuestan mucho. Más comúnmente usadas

Cojinetes Parciales: La superficie de la chumacera se extiende sólo a lo largo

de un segmento de la circunferencia, generalmente 180° o menos. Se usan en

situaciones en las que la carga es principalmente unidireccional

Cojinetes con holgura: El radio del cojinete excede el radio del muñón

Cojinetes ajustados: Los radios del cojinete y el muñón son iguales

De acuerdo a la forma del Cojinete

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LUBRICACIÓN

Hidrodinámica: las superficies de soporte de carga de un cojinete están

separadas por una capa de sustancia lubricante relativamente gruesa, que

impide el contacto directo metal con metal

Hidrostática: se obtiene introduciendo el lubricante en el área de soporte

de carga a una presión lo bastante elevada para separar las superficies con

una capa relativamente gruesa de lubricante

Elastohidrodinámica: fenómeno que ocurre cuando se introduce un

lubricante entre superficies en contacto rodante

Al límite: se genera cuando se impide la formación de una película de

lubricante lo suficientemente gruesa, lo que produce que las asperezas de

más altura queden separadas por película de lubricante de sólo unos

cuantos diámetros moleculares de espesor

De película sólida: se emplea cuando la temperatura de operación es

extrema. Un lubricante como el grafito o el disulfuro de molibdeno son del

tipo sólido

LUBRICANTE

Es una sustancia que cuando se introduce entre superficies móviles

reduce la fricción, el desgaste y el calentamiento disminuyendo el

contacto relativo de estas.

TIPOS DE LUBRICACIÓN

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TEORIA DE LA LUBRICACION HIDRODINAMICA

dydzdxdx

dpp )(

dydz

)( dydy

d

pdydz

dydy

ddxdzdydzdx

dx

dppF

2

2

:entonces

:pero

dy

ud

dx

dp

dy

du

dy

d

dx

dp

Integrando dos veces respecto a y se tiene

-Uu

0 0

:borde de scondicione

121

2

hy

uy

cycydx

dpu

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TEORIA DE LA LUBRICACIÓN HIDRODINAMICA

yh

Uhyy

dx

dpu

dx

dph

h

Uc

c

2

1

2

2

1

:por tanto

2

0

dx

dphUhQ

udyQ

h

122

3

0

DERIVANDO RESPECTO A X E IGUALANDO A CERO

x

hU

z

ph

zx

ph

x

dx

dhU

dx

dph

dx

d

6

:fugas las dodesprecian no obtiene se completaecuación Una

6

33

3

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DISEÑO DE COJINETES DE DESLIZAMIENTO

(CHUMACERAS)

rc

l

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ECUACION DE PETROFF

c

N

h

U 2

rl

WP

c

Nlrrrl

c

NrrAT

2

4))(2(

2))((

32

La fuerza de fricción se denota por:

fWF f

El par de torsión de fricción es:

flPrrrlPffWrTf22))(2)((

Igualando los pares de torsión

c

r

P

Nf 22

COJINETES DE DESLIZAMIENTO

Numero característico

P

N

c

rS

2

Multiplicando la ecuación del coeficiente

de fricción por la relación r/c

Sc

r

P

N

c

rf 2

2

2 22

Hay tres grupos adimensionales

c

r ,

P

N ,

c

rf

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

l , c, r, :cojinete del sDimensione-

N Velocidad,-

P ,proyectada Area de unidadpor Carga

,Viscosidad

oh

f

película, de mínimoEspesor

Q aceite, de Flujo

T ra, temperatud Incremento

fricción, de eCoeficient

Variables de Diseño

Grupo Nº1Grupo Nº2

DATOS

lubricante de entrada de aTemperatur-

mm o Pulen d flecha), o (ejemuñón del Diámetro-

RPMen N Giro de Velocidad-

N o Lbsen W Radial Carga-

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Cálculos y Estimaciones

5.1/25.0 dl

Pd

Wl

ld

WP

1.-Carga Unitaria: especifique una presión nominal de operación de cojinetes (tabla 13.2)

2.- Calcular la razón l/d el cual debe un valor entre:

3.- Seleccionar un espaciamiento diametral cd/d de la fig. 14.3 en función de N y d

y estime el valor c/r

pesada maquinaria para cojinetes 0.004c/r

general maquinaria de cojinetes 0.002 c/r

precisión de cojinetes 001.0/ rc

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4.- Rugosidad de la superficie del cojinete

pulidoprecisión alta de cojinete pul 16 a 8

calidad buena de lijado cojinete pul 32 a 16

5.- Calcular el espesor mínimo de la película lubricante

mm)en dy (h 00004.0005.0h

pul)en dy (h 00004.00002.0h

00

00

d

d

6.- Calcule ho/c relación de espesor de la película

7.-calcule el número de Sommerfeld en función de h0/c del gráfico 12-14

P

N

c

rS

2

1

8.- Calculamos μ1 de la ecuaciçon anterior

9. Con S1 se calcula 14)-(fig.12 / ),1812.( / ),1712.( QQyfigrcNlQfigfc

rs

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10. Se estima

2

:

/

)/(

)/(2

11

103.0

101

1

TTT

Entonces

rcNlQ

fcr

QQ

PT

s

11. En un grafico de viscosidad vs temperatura se obtiene un punto ),( 111 Tp

12.Se prueba con una viscosidad mayor μ2 y se calcula S2

13. Se calculan nuevamente los parámetros

22 Tun y Tun estima sey /y ,/ , QQrcNlQfc

rs

Se ubica el punto P2 ),( 22T

Se unen P1 y P2 con un segmento de línea recta y se intersecta la curva del lubricante deseado y se obtienen

Sy definitivos

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14. Con el S definitivo se obtienen los parámetros.

QQrcNlQfc

r

c

hs

o /y ;/ ; ;

14. Calcule el coeficiente de fricción

)/(c

rfc

rf

15. Calcule la potencia disipada en el cojinete

(HP) 63000

NTHP

f

f

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RODAMIENTOS

DEFINICIÓN

Es un tipo de soporte para ejes en el cual la carga principal se

transmite a través de elementos de contacto rodante.

Son mecanismos constituidos por un anillo interior unido solidariamenteal árbol o eje ( puede ser giratorio o no), otro anillo exterior unido al soporte( puede también ser fijo o giratorio, y un conjunto de elementos rodantes (pueden ser bolas, rodillos o conos), colocados entre ambos anillos.

Son recomendados en el caso de ejes que operen a velocidades muyvariables y para servicios intermitentes.

Son de pequeñas dimensiones, presentan bajo consumo de lubricante, bajas temperaturas de operación, y poco sensibles a imperfecciones del eje.

Su principal desventaja es su alta sensibilidad a los choques y sobrecargas, así como a los defectos de montaje, a la acumulación de suciedad, entre otras.

El coeficiente de rozamiento es muy inferior al de los cojinetes hidrodinámicos o hidrostáticos.

Son muy silenciosos.

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RODAMIENTOS


Partes de un Rodamiento

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CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES DE RODAMIENTOS

Los rodamientos se pueden clasificar en tres grupos:

De Rodillos Cónicos

1. Por su forma:

De Bolas De Rodillos Cilíndricos

De Rodillos Esféricos

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2.- Por el tipo de carga que soportan:

Radiales Axiales

Mixtos o Combinados

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3.- Atendiendo a la inclinación del eje:

Rígidos De Contacto angular

Pivotantes o a Rótula

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NORMALIZACIONES

Los rodamientos se designan por un código de letras y números. Por

ejemplo:

213 18

• La primera cifra (2) designa el tipo de rodamiento( bolas, rodillos, etc). A

veces va precedida de una letra, que designa alguna característica especial

(por ejemplo, una tapa de protección).

• La segunda cifra (1) indica la serie de anchos.

• La tercera cifra ( 3) indica la serie de diámetros.

• Las dos últimas cifras (18) son el número característico del agujero, cuyo

diámetro queda definido multiplicando este número por 5. en este caso, el

diámetro del agujero es 18*5= 90 mm).

En los rodamientos de rodillos cilíndricos esta numeración va precedida por las

siglas: NU, N, NJ, NUP, que indican el tipo de aro exterior.


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NORMALIZACIONES

Los rodamientos son elementos de maquinas internacionalmente

normalizados, siendo las más importantes normas las DIN y las

AFBMA (Anti-friction Bearing Manufactures Association).

Están referidas a las medidas externas ( diámetros delos anillos

exterior e interior, ancho, radios de los acuerdos, tolerancias de las

dimensiones, entre otros).

Para un mismo diámetro de agujero existen rodamientos de

diferentes capacidades de carga. Estas se conocen como series de

rodamientos.


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MONTAJE DE LOS RODAMIENTOS

En el montaje de los rodamientos ha de tenerse presente lo siguiente:

1. Montaje aislado o en grupo.

2. Magnitud, tipo y dirección de la carga que soportan.

3. Tipo y dimensiones de los rodamientos.

4. Tolerancias del rodamiento y ajustes precisos.

5. Condiciones de temperatura ( ambiental y de trabajo.

6. Procedimiento de montaje y desmontaje.

7. Ubicación del rodamiento en el eje ( intermedio o extremo).


Montajes Dobles

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SELECCIÓN DE RODAMIENTOS


VIDA NOMINAL:

p

P

C10L

Si la velocidad es constante, suela preferirse calcular la vida expresada en

horas de funcionamiento

Utilizando la ecuación:

10

6

10h60

10L L

n

Donde:

L10 = vida nominal con 90% de confiabilidad

L10h =vida nominal con un 90% de confiabilidad en horas de funcionamiento

C=capacidad de carga dinámica, KN

P=craga dinámica equivalente ,KN

n= velocidad de giro en rpm

P= exponente de la ecuación de la vida, (p=3, rod. De bolas) y (p=10/3) rod. De rodillos

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VIDA NOMINAL

p

SKFSKFP

CaaLaa 1101nmL

nmLn60

10L

6

nmh

Donde:

Lnm =Vida nominal SKF con un (100-n)% de confiabilidad)

a1= factot de ajuste de la vida para una mayor fiabilidad ( Tabla1)

aSKF =factor de ajuste de la vida SKF (diagramas 1 al 4).

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CAPACIDAD DE CARGA ESTATICA C0:

Se define como la capacidad máxima en N o Lb que soporta un rodamiento en reposo o

movimiento abajas revoluciones, sin que aparezcan deformaciones en cualesquiera de los

elementos rodantes o camino de rodadura superiores a 0,0001 D.

Siendo Fr y Fa las cargas radial y axial, respectivamente, y X0 y Y0 unos coeficientes que

dependen del tipo de rodamiento especificados por el fabricante en sus catálogos.

CAPACIDAD DE CARGA DINAMICA C:

Se define como la carga máxima que puede soportar un rodamiento en movimiento, sin que

aparezcan signos de fatiga en ninguno de sus elementos, durante 106 revoluciones del mismo.

Donde:

P= carga dinámica equivalente en KN

Fr = carga radial en KN

Fa = carga axial en KN

X= factor de carga radial

Y=factor de carga axial

ar FYFXP 000 .

00 CP

ar YFXFP

0

0

0P

CS

Cojinetes y rodamientos

Technology

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