Cojinete De Deslizamiento
jcanepac11 de Noviembre de 2013
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G. González Rey, A. García Toll, T. Ortiz Cardenas Elementos de Máquinas. Cojinetes de deslizamiento. Transmisiones Mecánicas.
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Tema 5. Cojinetes de Deslizamiento.
Objetivos.
Analizar, diseñar y seleccionar un cojinete de casquillo,
tomando en cuenta los diferentes factores que intervienen en
la lubricación, como viscosidad, temperatura, espesor de la
película, excentricidad del eje y presión máxima de la película
de aceite.
Contenidos:
Introducción. Clasificación. Materiales. Selección de
lubricantes y sistema de lubricación. Diseño de cojinetes de
deslizamiento radiales.
Cantidad de horas del tema: 5
Cantidad de horas de clases: 3
Evaluación: Prueba parcial. 1 hora
Bibliografía.
• Mott, R. L. Machine Elements in Mechanical Design.
Editorial Prentice. 1999.
• Dobrovolski. Elementos de Máquinas. Editorial MIR.
1981.
• Reshetov. Elementos de Máquinas. Editorial Pueblo y
Educación. 1985.
• Norton. Diseño de Máquinas. Editorial Prentice Hall.
1999
♦ Fuller D. Teory and Practice of Lubrication for Engineers,
Mc Graw-Hill, N. York, 1984.
♦ García F. Lubricación y Lubricantes, Empresa Nacional
de producciones del MES, C.Habana, 1986.
♦ Orlov, Ingeniería de Diseño, Editorial MIR, Moscú, 1985.
♦ Shigley, Diseño en Ingeniería Mecánica, Mc Graw-Hill,
México, 1989.
♦ DIN 31652. Plain Bearing, Hidrodinamic Plain Journal
Bearing Designed for Operation Under Steady State
Conditions. Parts 1,2,3, 1983.
1. Introducción
Desde la antigüedad el hombre se ha preocupado por la
pérdida de potencia en las máquinas y el desgaste de las
piezas en movimiento relativo. Pero aún hoy, en la actualidad,
la investigación de estos fenómenos por su complejidad
multifactorial tiene gran vigencia.
En nuestro curso será abordado el estudio de los cojinetes de
deslizamiento o de contacto plano, como elementos de
máquinas que se emplean para guiar árboles y ejes,
permitiendo que giren las piezas libremente y soportando las
cargas que actúan sobre éstos.
A diferencia de los cojinetes de rodamiento, que trabajan con
fricción por rodadura, los cojinetes de contacto plano trabajan
con fricción por deslizamiento. Por eso las pérdidas por
fricción para los cojinetes de deslizamiento, que trabajan con
frecuentes arranques y paradas o en régimen de lubricación
límite o semi-límite, son mayores que las de los rodamientos.
Fig. - Cojinete de deslizamiento en su chumacera.
No obstante el inconveniente asociado con las perdidas por
rozamiento, el campo de aplicación de los cojinetes de
deslizamiento es amplio. Ellos pueden ser empleados:
o Para guiar árboles con elevada precisión;
o En máquinas con vibraciones, fuertes sacudidas o
golpes, como las prensas;
o Para trabajar en medios agresivos, por ejemplo el agua
salada.
o Donde no puedan existir elementos contaminantes,
como la industria farmacéutica o la industria de
alimentos;
o En apoyos de árboles acodados, ej. los cigüeñales;
o En árboles rápidos, ya que la vida útil de estos cojinetes
no depende totalmente del número de ciclos de carga;
o En árboles extrapesados, donde colocar un rodamiento
sería caro, ya que debe fabricarse a pedido;
o Para mecanismos de marcha lenta y poca
responsabilidad
o En montajes con dimensiones diametrales muy
pequeñas.
Debe ser señalado que, con relación a los rodamientos, los
cojinetes de deslizamiento necesitan mayores dimensiones
longitudinales para lograr capacidades de carga semejantes.
Además los cojinetes de deslizamiento presentan aumentos
progresivos de las holguras debido al desgaste por lo que
requieren de un cuidadoso diseño y en ocasiones de
complejos sistemas de lubricación, para garantizar un
correcto funcionamiento.
G. González Rey, A. García Toll, T. Ortiz Cardenas Elementos de Máquinas. Cojinetes de deslizamiento. Transmisiones Mecánicas.
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Los cojinetes de rodadura posiblemente sean las piezas mas
normalizadas a escala internacional, lo que no ocurre con los
cojinetes de deslizamiento, que por su sencillez pueden no
ser fabricados de forma centralizada, sin embargo en el
mundo existen firmas dedicadas a la construcción y
comercialización de cojinetes lisos. Muchos de los fabricantes
prestigiosos de rodamientos se dedican también a la
construcción y venta de cojinetes planos, ya sean enterizos,
ranurados, partidos o de configuraciones complejas, hechos
de materiales apropiados para los más variados usos, como
la industria automotriz, las construcciones navales, los
ferrocarriles, los equipos electrodomésticos, médicos y de la
construcción o de la industria en general.
Los cojinetes de deslizamiento pueden clasificarse para su
estudio, atendiendo a diferentes criterios: dirección de las
cargas, condiciones de lubricación, forma, relación longituddiámetro
y tipo de rozamiento, entre otros aspectos. A
continuación le presentamos los dos criterios de clasificación
fundamentales:
*Según la dirección en que soportan las cargas:
-Radiales
-Axiales
-Radio-axiales
*Según las condiciones de lubricación que se establecen
durante su funcionamiento:
- Hidrodinámica. Las superficies del cojinete y el árbol
están separadas totalmente por una cuña de
lubricante que se forma debido al
movimiento relativo entre ambas superficies,
y depende de las características del
movimiento, de la magnitud y dirección de la
carga en el cojinete y de las propiedades del
lubricante empleado.
-Hidrostática Se logra la separación de las superficies
garantizando un suministro lubricante a
presión en la zona de contacto.
-Límite. Se produce el contacto entre las crestas
superficies del cojinete y el muñón en la
zona de contacto.
Para comprender mejor el tipo de lubricación que puede
establecerse en el cojinete, nos referiremos a la curva de
Stribeck, mostrada en la siguiente figura.
En el gráfico aparece la dependencia entre el coeficiente de
fricción f y el parámetro de Stribeck η (n / p).
Siendo:
η : La viscosidad dinámica o absoluta del aceite que se
emplea como lubricante.
p: La carga por unidad de área proyectada.
n : la frecuencia de rotación de la superficie en movimiento.
Zona 1 -. Lubricación en régimen límite. El coeficiente de
fricción es alto, no varía con el cambio del parámetro de
Stribeck, este depende de las propiedades de las superficies
que se encuentren en contacto y del lubricante presente,
excepto la viscosidad.
Zona 2 -. Definida entre los puntos A y B, Tiene mayor
espesor la película de lubricante, que en la zona 1, sin
embargo se mantienen en contacto las crestas de las
microirregularidades superficiales. En estas condiciones, se
establece el régimen llamado semi-límite, el coeficiente de
fricción disminuye al igual que la temperatura en la medida
que se exista mayor cantidad de lubricante entre las
superficies.
Zona 3 -. Lubricación en régimen hidrodinámico. En el punto
B la capa de lubricante tiene el mínimo espesor posible para
que no se toquen las crestas, y en estas condiciones se logra
que el coeficiente de fricción sea mínimo. Para elevados
valores del parámetro de Stribeck, que propician espesores
de capa mayores, se producen aumentos del coeficiente de
fricción, ya que además existe rozamiento entre las capas de
lubricantes.
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2. Lubricantes.
La función de los lubricantes es disminuir las pérdidas por
rozamiento y el desgaste de las superficies de los elementos
en movimiento que componen el cojinete. El lubricante es
también importante para disipar el calor que se produce
durante el funcionamiento, trasladar los productos del
desgaste, y proteger las piezas contra la corrosión. Los
lubricantes más conocidos son los aceites y las grasas.
Los aceites son lubricantes líquidos, que sustituyen el
rozamiento exterior de los cuerpos sólidos por el rozamiento
entre las capas interiores del fluido y son capaces de evacuar
grandes cantidades de calor. Comúnmente se emplean
aceites derivados del petróleo, aunque para la lubricación de
los cojinetes pueden emplearse otros líquidos en los cuales
es necesario que trabaje el cojinete, como el agua salada en
los timones de las embarcaciones. En ese caso el árbol y el
cojinete deben fabricarse de un material adecuado al medio,
árboles de acero inoxidables y cojinetes de madera o caucho.
En los casos de cojinetes que trabajan en lubricación
hidrodinámica es importante dedicar gran atención a la
viscosidad, propiedad que indica el rozamiento interior de los
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