UT6 Cojinetes y Lubricación

Transcripción

1 Los cojinetes se usan para soportar una carga y al mismo tiempo permitir el movimiento relativo entre dos elementos de una máquina. UT6 Cojinetes y Lubricación Sus partes principales son: Elementos rodantes: bolas esféricas o rodillos cilíndricos o cónicos Separadores Anillos interior y exterior La figura 6-1. Mott 1A Parte 1 2 El coeficiente de fricción típico es de a aproximadamente. La presencia de sellos, demasiado lubricante, o cargas excepcionales aumenta esos valores. Los cojinetes soportan un eje rotatorio estacionario y resisten cargas puramente radiales o una combinación de cargas radiales y axiales o solamente cargas de axiales o de empuje. La trayectoria de la carga es: del eje, a la pista interior, a las bolas, a la pista exterior y por último a la caja. Figura 6-1 Cojinete de una hilera de bolas con ranura honda 3 4 POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 1

2 Tipos de cojinetes con contacto de rodadura Tipos de cojinetes con contacto de rodadura Las cargas radiales F r Las cargas Axiales Actúan hacia el centro del cojinete, a lo largo de un radio, causadas por los elementos de transmisión de potencia, como los engranes rectos, las poleas para bandas V y las transmisiones por cadena, en los ejes. Son las que actúan paralelas a la línea central del eje. Las causan las componentes axiales de las fuerzas sobre engranes helicoidales, sinfines-coronas y engranes cónicos, entre otros sistemas mecánicos. 5 6 El desalineamiento es la desviación angular de la línea central del eje en el rodamiento, respecto al eje real del mismo rodamiento. Una evaluación excelente del desalineamiento indica que el rodamiento puede adaptarse a una desviación angular hasta de 4.0, tabla 6.1. Una evaluación regular puede resistir hasta Una evaluación mala indica que los ejes rígidos requieren menos de 0.05 de desalineamiento. Tabla 6.1 Comparación de los tipos de rodamientos Tipo de rodamiento Una hilera de bolas, con ranura profunda Doble hilera de bolas, con ranura profunda Capacidad de carga radial Capacidad de carga de empuje Capacidad desalineamiento Buena Regular Regular Excelente Buena Regular Contacto angular Buena Excelente Mala Rodillos cilíndricos Excelente Mala Regular Agujas Excelente Mala Mala Rodillos esfericos Excelente Regular a buena Excelente Rodillos conicos Excelente Excelente Mala 7 8 POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 2

3 Rodamiento de una hilera de bolas y ranura profunda (Conrad). La pista interior entra en el eje casi siempre con presión en el asiento del rodamiento, con un ajuste de interferencia pequeña, para asegurar que gire con el eje. presenta capacidad de carga radial, la ranura profunda permite soportar una carga de empuje bastante apreciable aplicada a un lado de la pista interior, mediante un hombro en el eje. El radio de la bola es un poco menor que el radio de la ranura, para permitir la rodadura libre de las bolas. Para incrementar la capacidad de un rodamiento de una sola hilera, usar rodamiento con mayor numero de bolas, o bolas mayores que trabajen en pistas de mayor diámetro. Anillo Anillo Anillo Anillo 9 10 Rodamiento con doble hilera de bolas y ranura profunda Con una segunda hilera de bolas (figura 6.2) se incrementa la capacidad de carga radial porque hay mas bolas que comparten la carga. El mayor ancho de los cojinetes con doble hilera de bolas suele afectar de forma adversa la capacidad de desalineamiento. Figura 6.2 Rodamiento de doble hilera y ranura profunda. Rodamiento de bolas con contacto angular Un lado de cada pista, en un rodamiento de contacto angular, es mas alto, para permitir la adaptación a mayores cargas de empuje que con los rodamientos normales. La figura 6-3 muestra el ángulo preferido de la fuerza resultante (carga radial y de empuje combinadas) y los rodamientos comerciales tienen ángulos de 15 a 40. F r Figura 6.3 Rodamiento de bolas una hilera y de e contacto angular POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 3

4 Rodamiento de rodillos cilíndricos Características Con los rodillos cilíndricos, figura 6.4, se obtiene una mayor capacidad de carga radial. La capacidad de carga de empuje es mala, porque cualquier carga de empuje se aplicaría al costado de los rodillos, lo cual causa fricción y no movimiento verdadero de rodadura. Los valores resultantes del esfuerzo de contacto son menores que en rodamientos de bolas de igual tamaño. Figura 6.4 Rodamiento de rodillos cilíndricos. Tienen poca capacidad de adaptarse a los desalineamientos angulares Rodamiento de agujas Los rodamientos de agujas, figura 6.5 tienen mucho menor diámetro, Se requiere un espacio radial menor. Su aplicación es en equipos y componentes, tales como bombas, juntas universales, seguidor de leva, instrumentos de precisión y electrodomésticos. Las capacidades de empuje y desalineamiento son malas. Figura 6.5 Rodamientos de agujas POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 4

5 Rodamientos de rodillos esféricos Son una forma de cojinete autoalineante, figura 6.6, porque existe una rotación real de la pista exterior en relación con los rodillos y con la pista interior, cuando existen desalineamientos angulares. Figura 6.6 Rodamientos de rodillos a rótula Rodamientos de rodillos cónicos Están diseñados para cargas de empuje y cargas radiales, figura 6.7, se usan en rodamientos de rueda de vehículos, equipos móviles y en maquinaria pesada con grandes cargas inherentes de empuje. Figura 14-7 Rodamientos de rodillos cónicos F r Rodamientos de empuje o axiales Rodamientos de empuje o axiales Pueden ser de; bolas esféricas, rodillos cilíndricos y rodillos cónicos, figura 6.8. La mayoría de los rodamientos de carga axial pueden tomar poca o ninguna carga radial. Figura 6.8 Rodamientos de empuje Figura 6.8 a) y b) Rodamientos de empuje POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 5

6 Rodamientos de empuje o axiales Rodamientos montados Es el montado en una caja acero moldeado, hierro colado o acero colado; con orificios o ranuras para su fijación, figura 6.9 y 6.10, se ajusta el alineamiento de la chumacera. Figura 6.8 c) Rodamientos de empuje de rodillos Figura 6-9 Chumacera con rodamiento de bolas Unidad de compensación Es un rodamiento montado en una caja, la cual a su vez esta montada en una carcasa que permite el movimiento de la chumacera con el eje ya instalado, figura Aplicaciones Transportadores, transmisiones por cadenas, por bandas y permiten ajustar la distancia entre centros durante la instalación y durante el funcionamiento, para adaptarse al desgaste o al estiramiento de piezas del ensamble. 23 Figura 6.10 Formas de cojinetes montados y de compensación 24 POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 6

7 Materiales de los rodamientos Las bolas, rodillos y pistas son fabricadas con acero o cerámica muy duros, de alta resistencia. Materiales usados: Acero AISI 52100, con: 0.95 a 1.10% C, 1.30 a 1.60% Cr, 0.25 a 0.45% Mn, 0.20% a 0.35% Si, y otros elementos de aleación en cantidades bajas, pero controladas, con dureza de 58 a 65 RHC. Aceros para herramienta: M1 y M50. Aceros cementados como los AISI 3310, 4620 y 8620, para alcanzar la gran resistencia superficial requerida, pero conservando un núcleo resistente. Acero inoxidable AISI 440C. para cargas menores, y los que están expuestos a ambientes corrosivos. Cerámicos, como el nitruro de silicio (Si 3 N 4 ) tabla Tabla 6.2 Comparación de materiales de rodamiento. Relación entre carga y duración Todos los rodamientos tienen una duración finita y fallan debido a la fatiga causada por altos esfuerzos de contacto. los cerámicos por su poco peso, alta resistencia y capacidad a altas temperaturas los hacen adecuados para aplicaciones aeroespaciales, en motores de combustión, militares y otras aplicaciones muy rigurosas. Mientras menor sea la carga, la duración será mayor y viceversa. La relación entre la carga P y la duración L se determina, para los cojinetes con contacto de rodadura MC. Daniel Ramírez Villarreal POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 7

8 Vida o duración de un cojinete de rodamientos L L 2 1 P 1 = P 2 6 C L = 10 P Donde; k = 3.00 para los rodamientos de bolas k = 3.33 para los rodamientos de rodillos. k k (6.1) Si, L 1 =10 6 revoluciones y P 1 es la capacidad dinámica básica C la ecuación 6.1 queda: (6.2) Cargas radiales y de empuje combinadas Ecuación para el calculo de la carga radial equivalente (AFBMA) Donde; P P = XVF r + Y (6.2) F r Carga radial equivalente Fuerza radial Fuerza axial X Factor radial, tabla 6.5 Y Factor axial, tabla 6.5 V=1 anillo interior no gira V=1.2 anillo exterior gira. Factor e para los cojinetes que definen una razón mínima entre las fuerzas axiales y radiales. Fa Si; e entonces X = 1 y Y = 0 VF r Para la cual la fuerza axial se desprecia. P1-2A 31 POSGRADO. INGENIERIA MECANICA 8