Cojinetes De Dezplazamiento

INTRODUCCIÓN

Desde el inicio de los tiempos el hombre se encuentra en la búsqueda constante de mejorar todo lo que los rodea es así como surgen los cojinetes que ayudan a aumentar el rendimiento de las máquinas.

El estudio de los cojinetes de deslizamiento, 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, es el tema de interés en el presente trabajo, así como todos los elementos relacionados con este, referentes a sus nociones de cálculo y lubricación.

Un cojinete es una pieza o conjunto de ellas sobre las que se soporta y gira un árbol de transmisor del momento giratorio de máquina, de acuerdo con el tipo de contacto que exista entre las piezas (deslizamiento o rodadura), el cojinete puede ser de desplazamiento o un rodamiento respectivamente.

Para esta ocasión estudiaremos los cojinetes de desplazamientos que son anillos cilíndricos de forma tubular, con o sin collar interpuestos entre un árbol y su alojamiento, con el propósito de facilitar el movimiento de rotación, soportando cargas y reduciendo las pérdidas por fricción.

COJINETES DE DESPLAZAMIENTO

Un cojinete es un elemento mecánico que soporta o sobre el cual se mueve el otro elemento. Los cojinetes por lo general se clasifican según el tipo de rozamiento que experimentan entre los cuales se distinguen los siguientes:

Los cojinetes de fricción o de deslizamiento: Se cuentan los cojinetes de casquillo completo o buje y los de casquillo partido.

Los cojinetes de antifricción o de rodadura: Se cuentan los de bolas o rodillos.

Los cojinetes de desplazamientos o de fricción son un tipo de apoyo en donde su funcionamiento se basa en el movimiento relativo entre sus superficies y proporciona soporte radial a una flecha giratoria.

Básicamente, los cojinetes de desplazamientos son anillos cilíndricos de forma tubular, con o sin collar interpuestos entre un árbol y su alojamiento, con el propósito de facilitar el movimiento de rotación, soportando cargas y reduciendo las pérdidas por fricción.

Generalmente, los cojinetes están montados en el agujero con apriete y el árbol desliza en él. Cuando el cojinete dispone de un collar soporta esfuerzos axiales.

Los cojinetes de desplazamiento se compone de dos partes principales la cuales son el cojinete o manguito que le rodea, que puede ser estacionario o móvil y el muñón o gorrón que es la pieza cilíndrica soportada interior, generalmente un elemento giratorio u oscilante.

TIPOS DE GORRONES Y DE PIVOTES

De acuerdo a la clasificación de cojinetes según la carga que soportan, los gorrones de definen como el eje horizontal rodante que transmite las cargas radiales que soportan los cojinetes radiales, mientras que los pivotes de definen como el eje vertical rodante que transmite las cargas axiales que soportan los cojinetes axiales o de empuje.

TIPOS DE COJINETES DE DESPLAZAMIENTO

La clasificación de los cojinetes de desplazamiento depende de si la superficie de apoyo rodea completa o parcialmente al muñón, clasificándose así, de la siguiente manera:

Cojinetes Completos: La superficie de la chumacera rodea por completo al muñón. Son fáciles de hacer y no cuestan mucho. Además son los más usados común mente.

Cojinetes Parciales: La superficie de la chumacera se extiende solo 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.

También se pueden clasificar como:

Cojinetes con Holgura: El radio del cojinete excede el radio del muñón. La diferencia entre dichos radios se llama huelgo o juego diametral Cd; la diferencia entre los radios del cojinete y del muñón se le llama huelgo o juego radial Cr= Cd /2. Los cojinetes holgados pueden ser de apoyo total o parcial.

Cojinetes Ajustados: Los radios del cojinete y el muñón son iguales. Loa cojinetes de esta clase son necesariamente parcial.

MATERIALES PARA CASQUILLOS

Las condiciones de trabajo de los cojinetes son tales, que se deben tener en cuenta dos conjunto de requisitos con respecto a los materiales que van a usarse.

Estos dos conjunto de requisitos de un buen material para cojinetes son: Mostrar resistencia a la compresión y a la fatiga satisfactorias para resistir las cargas aplicadas externamente, ser suave y tener un punto de fusión y un modulo de elasticidad bajo. El segundo conjunto de requisitos es necesario para permitir que el material se desgaste o se opere inicialmente, puesto que tiene que adaptarse a irregularidades ligeras y debe absorber y liberar partículas extrañas. La resistencia al desgaste y el coeficiente de fricción son importantes porque todos los cojinetes deben funcionar, al menos parte del tiempo con una lubricación de película delgada.

Las consideraciones adicionales en la sección de un buen material para cojinetes son su capacidad para resistir la corrosión y el costo de producción.

En un cojinete de deslizamiento dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizándose un deslizamiento por fricción, con el fin de que esta sea el menor posible. La reducción de rozamiento se realiza según la selección del material y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película deslizante que separen los dos materiales o eviten el contacto directo. Como material de los casquillos se suele usar el metal babbitt el cual es uno de los metales mas usados.

Los metales babbitt tienen base de estaño o de plomo, dependiendo del metal que predomine en la aleación. Son relativamente débiles en todas las formas, y pierden resistencia rápidamente cuando aumenta la temperatura. Por lo que se usan cada vez mas en capas delgadas (menos de 0.10 cm, hasta 0.005 cm) sobre base de acero. Por su baja resistencia a la fatiga, no son satisfactorios cuando la carga es grande y variable. En algunos casos las capas muy delgadas suelen resistir bastantes.

La vida del cojinete se incrementa de manera sustancial si se deposita una capa de metal babbitt, u otro metal blanco, en espesores de 0.001 a 0.014 pulg, sobre el material de acero de respaldo. En realidad, una capa de cobre - plomo sobre acero para proporcionar resistencia, con un revestimiento de babbitt para suministrar características de resistencia de la superficie y contra la corrosión, contribuyen a formar un excelente cojinete.

A continuación se muestra una tabla con los materiales más empleados junto con su composición y características.

CLASES DE LUBRICACIÓN

Entre las clases lubricación están:

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 de metal con metal. Este tipo de lubricación también es llamada película completa o fluida.

Lubricación 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.

Lubricación Elastohidrodinámica: Este fenómeno ocurre cuando se introduce un lubricante entre superficies en contacto rodante.

Lubricación al limite: 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 películas de lubricante de sólo unos cuantos diámetros moleculares de espesor.

Lubricación 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 solido.

COJINETES RADIALES

Los cojinetes radiales son aquellos que soportan cargas radiales transmitidas por ejes horizontales rotantes o gorrones.

LUBRICANTES

Desde el momento que existe un movimiento relativo entre las superficies de contacto, una cierta cantidad de energía será utilizada en vencer la fuerza debido al rozamiento, y si las superficies se tocan entre sí, existirá elevación de temperatura y un desgaste rápido y pronunciado de éstas, con peligro de deformación, arrastre de material, avería, y otros.

A fin de reducir el rozamiento, disminuir el desgaste y evitar averías, se coloca entre ambas superficies una sustancia formando un colchón o película que las mantenga separadas, y que al mismo tiempo tenga muy bajo índice de rozamiento. Esta sustancia recibe el nombre de lubricante, siendo por lo general líquido o pastoso. De esta manera se reemplaza el rozamiento entre sólido-sólido por otro entre sólido-líquido o pastoso. En estas condiciones, se dice que los cojinetes trabajan lubricados.

En un cojinete al cual se la ha introducido un lubricante; la temperatura de lubricante aumentara hasta que la velocidad a la cual se realiza trabajo por el muñón sobre la película a través del corte del fluido es igual que la velocidad a la cual el calor se transfiere a los alrededores de tamaño mayor.

En la siguiente figura se muestra un esquema de un cojinete con un colector externo con enfriamiento;

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