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CAP. 5 COJINETES DE RODAMIENTO 5.1 INTRODUCCION Def. Rodamiento.- Un rodamiento es un elemento de máquina compuesto, cuyo objetivo es reducir significativamente la fuerza de rozamiento entre un eje móvil y su apoyo permitiendo de esta manera que el eje gire con menor esfuerzo al existir menor fuerza de fricción que se oponga a ello y por lo tanto disminuyendo el desgaste propio por fricción de los elementos en contacto. Principio de Funcionamiento.- El principio básico de funcionamiento sobre el cual se basan estos elementos, es el de reducir la magnitud de la fuerza de rozamiento con la superficie base, introduciendo entre ellas dos, elementos rodantes pequeños, consecuentemente la fuerza de fricción opuesta al movimiento es mucho menor y por otra parte, al introducir elementos rodantes se hace posible el fácil movimiento entre los elementos en contacto por las características de rodadura propias de estos. Muchas veces, debido a esto, éstos elementos son llamados “cojinetes antifricción” pero en realidad la fricción siempre esta presente, claro que en mucho menor magnitud. PARTES FUNDAMENTALES DE UN RODAMIENTO Todos los rodamientos de contacto rodante básicamente están formados por las siguientes partes constructivas, pero también existen excepciones a estas. Anillo Exterior

Jaula o Rejilla

Jaula o Rejilla

Sello o Reten Anillo Interior

Elemento Rodante

Algunos tipos de rodamientos no poseen sellos laterales, o por el contrario los tienen solo en una cara, muchos otros no tienen la jaula o rejilla y están completamente llenos de elementos rodantes. Algunos tipos de rodamientos no tienen anillo interior y ruedan directamente sobre la superficie del eje.

5.2 CLASIFICACION DE RODAMIENTOS EN GENERAL En toda maquinaria la presencia de cojinetes (conocidos como apoyos) es de suma importancia y como tales, estos se someten a diferentes tipos de cargas. Además de muchos otros factores, las cargas son: - Cargas Radiales - Cargas Axiales - Cargas Combinadas - Momentos - Desalineaciones Para cada combinación de estos factores, existe un o unos, rodamientos adecuados que cumplen con las características requeridas. Todos los tipos de rodamientos existentes, se los clasifica de acuerdo con:

CLASIFICACION DE RODAMIENTOS

Según CAPACIDAD DE SOPORTAR LOS TIPOS DE CARGA

Rodamientos Radiales

Rodamientos Axiales

Según GEOMETRIA DE LOS ELEMENTOS RODANTES

Rodamientos de Bolas

Rodamientos de Rodillos

Lo que hace la diferencia entre los distintos tipos de rodamientos son los llamados “elementos rodantes” (ver Fig. 5.1), y la geometría del rodamiento. Rodillos Cilíndricos

Rodillos Extra Fino (agujas)

Bolas

Fig. 5.1 Vista en 3D de los componentes de rodamientos Podemos poner, para una mejor comprensión la clasificación de rodamientos en el siguiente cuadro:

RODAMIENTOS DE BOLAS

RADIALES

AXIALES

RODAMIENTOS DE RODILLOS

RADIALES

AXIALES

Una clasificación detallada tanto de los rodamientos de bolas como de rodillos se detalla a continuación. 5.3 RODAMIENTO DE BOLAS 

Los rodamientos de bolas son los más utilizados y simples, por sus características y precio, son los más populares y difundidos en muchas aplicaciones.  Básicamente los rodamientos de tipo “de bolas” se caracterizan por que sus elementos rodantes son esferitas de acero muy pulimentadas y precisas. Tal como se vio en el punto anterior, los rodamientos de bolas se dividen en dos grandes grupos de acuerdo a su aplicación, estos son:

Fig. 5.2 Aplicación de las cargan en los tipos de rodamientos de bolas Cada grupo se subdivide en una variedad de modelos cada uno con características especiales las cuales se detallarán y explicarán a continuación. (ver Figuras 5.3 y 5.4) CLASIFICACIÓN RODAMIENTOS DE BOLAS RADIALES

Fig. 5.3 Subdivisión de los rodamientos de bolas radiales

CLASIFICACIÓN RODAMIENTOS DE BOLAS AXIALES

Fig. 5.4 Subdivisión de los rodamientos de bolas radiales 5.4 RODAMIENTO DE RODILLOS Los rodamientos de rodillos conforman el segundo gran grupo de rodamientos en cuanto a características físicas se refiere. Éstos rodamientos tienen la característica o diferencia respecto a los rodamientos de bolas, en que han sido diseñados para soportar cargas radiales, axiales y/o combinadas, mayores que las que soportaría un rodamiento de bolas, esto debido a que el contacto ya no es puntual como en las esferas, sino que el contacto se da en una línea. Básicamente los rodamientos de tipo “de rodillos” se caracterizan por que sus elementos rodantes son rodillos de acero muy pulimentadas y precisas, rodillos que dependiendo del modelo varían en su forma física al variar entre longitud, forma esferoidal, forma cilíndrica cónica, etc. Los rodamientos de rodillos al igual que los rodamientos de bolas, se dividen en dos grandes grupos, de acuerdo a su aplicación, estos son:

a)

b)

Figura 5.5 Rodamientos de rodillos

5.5 CLASIFICACION DE RODAMIENTO DE RODILLOS CLASIFICACIÓN RODAMIENTOS DE RODILLOS RADIALES

CLASIFICACIÓN RODAMIENTOS DE RODILLOS AXIALES

Figura 5.6 Clasificación de rodamientos de rodillos radiales y axiales

5.6 REPRESENTACIÓN DE COJINETES RODANTES Las representaciones se realizan en función del tipo de dibujo que se quiera realizar. Allí, donde no se requiere el tipo de rodamiento, entonces se usa la primera variante. Si s necesario como información el tipo de rodamiento, se usa la segunda variante. Y por ultimo, en dibujos detallados se aplica la tercera variante, con la salvedad de poder dibujar un lado detallado y la otra simbólicamente. Generalmente, se representa ambos lados detallados.

a)

b)

c)

Figura 5.7 Representación de rodamientos rodantes

5.7 APLICACIONES y REPRESENTACIONES SIMPLIFICADAS Leva de Tipo disco plana

Cojinete de Cont. Plano

Transmisión Transmisión de de EC EC de de dientes dientes rectos rectos

Resorte Compresión Resorte dede Compresión

Mecanismo de Trinquete Rodamiento Axial de Empuje d SE

Resorte de Tracción Transmisión por Engranajes Cónicos Cojinete de CP

Transmisión por Correa

Transmisión por Engranajes de dientes helicoidales

Motor Eléctrico

Figura 5.8 Representación de la aplicación general de los sistemas de trasmisión

Transmisión por Tornillo sin Fin

Representación detallada del cojinete

Representación simplificada del mismo cojinete .

Figura 5.9 Representación de un cojinete en un montaje

Figura 5.10 Caja reductora por tornillo sin fin

5.8 INTRODUCCION A COJINETES DE CONTACTO PLANO Los cojinetes de contacto plano se remontan, según su historia al descubrimiento y uso de la rueda y el eje, representando una de los grandes descubrimientos. Inherente a la idea del eje y la rueda subyace un par muñón – cojinete, al cual los cinemáticos llaman “par de revolución”, cuyos fines son los siguientes:  

Permitir el movimiento rotatorio relativo Controlar (permitir) la naturaleza movimiento.

de

ese

El campo de aplicación de estos cojinetes es inmenso. El cigüeñal y los cojinetes de la biela de un motor de automóvil deben de operar durante

Fig. 5.11

miles de kilómetros a altas temperaturas bajo condiciones de cargas variables. Esto es posible si y solo si entre superficies existe la presencia de una sustancia que tiene como objetivo reducir “la fricción, el desgaste y el calentamiento de los componentes”. A esta sustancias se les llama “Lubricantes” y a su aplicación “Lubricación”. Entonces, antes de clasificar estos cojinetes amerita un previo estudio de los tipos de lubricación. 5.9 TIPOS DE LUBRICACION TIPOS DE LUBRICACION

L.E.H. DURA

Lubricación LIMITE Lubricación ELASTOHIDRODINAMICA

Lubricación MIXTA Lubricación HIDRODINAMICA

L.E.H. BLANDA

Figura 5.12 Tipos de lubricación LUBRICACION LIMITE.- Se produce al iniciarse el movimiento, el rozamiento entre las superficies es altísimo debido al contacto metal – metal. h = (5*10 - 10*10 ) m. LUBRICACION MIXTA.- Se presenta al aumentar la velocidad. El rozamiento disminuye rápidamente debido a que el aceite empieza a introducirse entre las superficies, disminuyendo el contacto metal – metal. Entonces el espesor de la película del lubricante será: h = 10 m l. HIDRODINAMICA.- Se presenta al aumentar mas la velocidad, la película de aceite se hace cada vez mas gruesa, hasta separar por completo las dos superficies. Entonces: h = 10 m = 1μ L. ELASTOHIDRODINAMICA.- Es una forma de Lubricación hidrodinámica. Aquí se produce la deformación elástica de las superficies. L. E. H. DURA.- Relacionada con materiales que poseen un alto modulo de elasticidad. Ejemplo Acero que posee: E = 207 GPa L. E. H. BLANDA.- Relacionada con materiales que poseen un bajo modulo de elasticidad Ejemplo el . Aluminio, que posee E = 69 GPa

5.10

TIPOS DE COJINETES DE CONTACTO PLANO

Un cojinete puede ser tan simple como un agujero maquinado en un elemento de máquina de fundición. No obstante, su simpleza requiere procedimientos de diseño detallados, como por ejemplo, el cojinete de dos piezas rasurado y lubricado a presión en un motor de automóvil. O puede ser tan complejo como los cojinetes grandes con lubricación por anillos y enfriados por agua, con depósitos de lubricantes integrados, empleados en maquinaria pesada. Los tipos de cojinetes existentes son:

I COJINETES DE UNA SOLA PIEZA O DE CAMISA

a) De buje sólido

b) De buje revestido

II COJINETES DE DOS PIEZAS

a) Con bridas

b) Rectos

III COJINETES QUE SOPORTAN CARGAS DE EMPUJE

a) Con almohadillas fijas

b) De camisa con brida.

Figura 5.13 Clasificación de los cojinetes de contacto plano

5.11

MATERIALES DE LOS COJINETES

En cuanto a materiales, se distinguen tres aplicaciones: a)

Aleaciones para cojinetes plásticos → (HB < 50)

   

Babbits Bronces de plomo Aleaciones a base de aluminio plásticas Plata

b)

Cojinetes de aleaciones blandas → (HB 50 - 100)

 

Bronces blandos (de estaño, de estaño y plomo, plomo y zinc) Aleaciones a base de aluminio

c)

Cojinetes de aleaciones duras→ (HB > 100)

 

Bronces duros (de aluminio e hierro) Fundiciones

Para los cojinetes de altas revoluciones y altamente cargados, calculados para trabajar en la zona de rozamiento líquido, se emplean casi siempre las aleaciones plásticas en forma de capas delgadas aplicadas en los casquillos y manguitos de acero Las aleaciones blandas y duras se aplican para fabricar cojinetes de rozamiento semilíquido y mixto que trabajan a velocidades moderadas. Babbits.- Se llama babbits a las aleaciones de metales blandos (Sn, Pb, Cd, Zn). Se caracterizan por su plasticidad y por su buena capacidad de ajustamiento en la explotación y resistencia al desgaste. Una de las desventajas de los babbits es la baja resistencia a la fatiga. Bronces de Plomo.- Son aleaciones a base de Cu (40 – 70%) y Pb (60 – 30%) con adición de pequeñas cantidades de Sn, Zn, Ni y Ag. Son más resistentes y duros que los babbits. Una de sus desventajas es su baja resistencia a la corrosión. Plata.- Se aplica para apoyos intensamente cargados fabricados en pequeñas cantidades. Se le adiciona en pequeñas cantidades Sn y Pb. 5.12

APROCEDIMIENTOS Y RANURAS PARA HACER LLEGAR EL ACEITE.

Con frecuencia el aceite se introduce en los cojinetes a través de agujeros abiertos en el cubo (Fig. 6.3 a) o en el arbol (Fig. 6.3 b) o introducción por el extremo (Fig. 6.3 e)

Fig. 5.14

RANURAS DE LUBRICACION

Figura 5.15 Ranuras para repartir el aceite en cojinetes de rozamiento liquido

Figura 5.16 Ranuras de lubricación en cojinetes de rozamiento liquido

5.13

APLICACIONES GENERALES Se visualiza en las figuras siguientes:

a) En chumaceras

b) En el Mecanismo Pistón – - Biela – Manivela de un MCI