Tema Iv(A) Cojinetes Y Rodamientos
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tema 5 de elemento II

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Tema Iv(A) Cojinetes Y Rodamientos Tema Iv(A) Cojinetes Y Rodamientos Presentation Transcript

  • UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” ÁREA DE TECNOLOGÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELEMENTOS DE MAQUINAS II ING. JULIO CHIRINOS MARZO DE 2009
  • COJINETES E CONTENIDO L INTRODUCCIÓN E COJINETES DESLIZANTES M DEFINICIONES E PRPIEDADES DE LOS COJINETES N CLASIFICACION T LUBRICACION TIPOS O TIPOS S PROCEDIMIENTO DE DISEÑO D E RODAMIENTOS M DEFINICIÓN – CARACTERÍSTICAS A CLASIFICACION DE LOS RODAMIENTOS Q NORMALIZACIONES UI MONTAJE N CAPACIDAD DE CARGAS A SELECCIÓN Y UTILIZACION DE S RODAMIENTOS NORMALIZADOS II LUBRICACIÓN CATÁLOGOS DE RODAMIENTOS ING. JULIO CHIRINOS 2
  • COJINETES E COJINETES DE CONTACTO DESLIZANTE L E DEFINICIÓN M Se denomina cojinete de deslizamiento (COJINETE) al E tipo de APOYO en el que su funcionamiento se N sustenta en el movimiento relativo entre sus T superficies, denominado contacto por deslizamiento O S PROPÓSITO D E Proporcionar soporte radial a una flecha giratoria M A Q UI N PARTES A S II Muñón Cojinete o chumacera ING. JULIO CHIRINOS 3 View slide
  • COJINETES E INTRODUCCIÓN L E COJINETE M Elemento mecánico QUE SIRVE DE E N APOYO O SOPORTE, con partes T facilitan el movimiento ROTATORIO O disminuyendo EL ROZAMIENTO, se S utilizan como APOYOS en árboles o ejes. D La mayoría de los cojinetes están destinados como apoyos de ejes E rotativos, de manera que absorban las cargas que actúan sobre éstos, permitiendo M su movimiento de rotación con baja A fricción Q RODAMIENTO O COJINETE UI ANTIFRICCIÓN Fricción por rodadura de N algún tercer elemento A como rodillos o bolas S II COJINETE DE DESLIZAMIENTO Deslizamiento plano ING. JULIO CHIRINOS 4 View slide
  • COJINETES E COJINETES O CHUMACERAS L E M E N T O S D E M Cojinete A Q UI e N O’ A O S II ho Muñón ING. JULIO CHIRINOS 5
  • COJINETES E PROPIEDADES QUE DEBEN TENER LOS COJINETES L E No deben desgastar ni rayar la superficie del eje que M soportan, aunque se interrumpa el flujo de aceite entre ambos E materiales por ruptura de la bomba de aceite u otro motivo. N Tienen que soportar temperaturas superiores a los 150ºC sin T deformaciones que permitan desplazamiento de la capa O antifricción. S Tienen que ser lo suficientemente blandos como para que se D incrusten en ellos las partículas sólidas que pueda contener el E aceite sin dañar el eje que soportan. Tienen que resistir la acción corrosiva de los ácidos presentes M en el aceite. A Se deben fabricar con las tolerancias adecuadas para un óptimo Q funcionamiento UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 6
  • COJINETES E CLASIFICACIÓN DE LAS COJINETES L E De acuerdo con el mecanismo de fluido que establece la capacidad de carga de la película M E Cojinetes Hidrodinámicas (autoaccionadas): Dependen por completo del N movimiento relativo del muñón y la chumacera para establecer presión en la T película para soportar la carga. O Cojinetes Hidrostáticos (externamente presurizadas): Logran soporte de la S 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. D Cojinetes Híbridos: Se diseñan para usarse tanto con el principio E hidrodinámico como con el principio estático para conseguir soporte para la carga entre las superficies en movimiento. M A De acuerdo a la forma del Cojinete Q Cojinetes Completos: La superficie de la chumacera rodea por completo al UI muñón. Son fáciles de hacer y no cuestan mucho. Más comúnmente usadas N Cojinetes Parciales: La superficie de la chumacera se extiende sólo a lo largo A de un segmento de la circunferencia, generalmente 180° o menos. Se usan en S situaciones en las que la carga es principalmente unidireccional II Cojinetes con holgura: El radio del cojinete excede el radio del muñón Cojinetes ajustados: Los radios del cojinete y el muñón son iguales ING. JULIO CHIRINOS 7
  • COJINETES E LUBRICACIÓN L E LUBRICANTE M Es una sustancia que cuando se introduce entre superficies móviles E reduce la fricción, el desgaste y el calentamiento disminuyendo el N contacto relativo de estas. T O TIPOS DE LUBRICACIÓN S Hidrodinámica: las superficies de soporte de carga de un cojinete están separadas por una capa de sustancia lubricante relativamente gruesa, que D impide el contacto directo metal con metal E Hidrostática: se obtiene introduciendo el lubricante en el área de soporte de carga a una presión lo bastante elevada para separar las superficies con M una capa relativamente gruesa de lubricante A Elastohidrodinámica: fenómeno que ocurre cuando se introduce un Q lubricante entre superficies en contacto rodante UI Al límite: se genera cuando se impide la formación de una película de N lubricante lo suficientemente gruesa, lo que produce que las asperezas de A más altura queden separadas por película de lubricante de sólo unos S cuantos diámetros moleculares de espesor II 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 ING. JULIO CHIRINOS 8
  • COJINETES E TEORIA DE LA LUBRICACION HIDRODINAMICA L E M E N T O d S ( dy ) dy dp (p dx ) dydz pdydz dx D dydz E M dp d A F p dx dydz dxdz dy Integrando dos veces respecto a y se tiene dx dy Q 1 dp dp d 2 UI u y c1 y c2 pero : dx N dx dy A condicione s de borde : du entonces : S dy y 0u 0 II 2 y hu -U dp du 2 dx dy ING. JULIO CHIRINOS 9
  • COJINETES E TEORIA DE LA LUBRICACIÓN HIDRODINAMICA L E M c2 0 E h N U h dp Q udy c1 T h 2 dx 0 O por tanto : 3 S Uh h dp Q 1 dp U 2 12 dx 2 u y hy y D 2 dx h E DERIVANDO RESPECTO A X E IGUALANDO A CERO M A 3 d h dp dh Q 6U dx dx dx UI N Una ecuación completa se obtiene no desprecian do las fugas : A 3 3 S h p h p h 6U II x x z z x ING. JULIO CHIRINOS 10
  • COJINETES E L DISEÑO DE COJINETES DE DESLIZAMIENTO E M (CHUMACERAS) E N T r O c S D E l M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 11
  • COJINETES E COJINETES DE DESLIZAMIENTO L E ECUACION DE PETROFF Numero característico M E U 2 N 2 N r N h c S T c P O 2 3 2rN 4 rlN T ( A )( r ) ( 2 rl )( r ) S c c Multiplicando la ecuación del coeficiente W P de fricción por la relación r/c 2 rl D La fuerza de fricción se denota por: E 2 r N r 2 2 Ff fW f 2 2 S c P c M El par de torsión de fricción es: A Q T f fWr ( f )( 2 rlP )( r ) 2 r 2 flP UI Igualando los pares de torsión Hay tres grupos adimensionales N A r N r Nr S f , , 2 f 2 c P c II Pc ING. JULIO CHIRINOS 12
  • COJINETES E L COJINETES DE DESLIZAMIENTO E M PROCEDIMIENTO DE DISEÑO E N Variables de Diseño T Grupo Nº2 Grupo Nº1 O Viscosidad , Coeficient e de fricción, f S Carga por unidad de Area proyectada , P Incremento d temperatu ra, T D Flujo de aceite, Q - Velocidad, N E Espesor mínimo de película, h o - Dimensione s del cojinete : r, c, ,l M A DATOS Q UI - Carga Radial W en Lbs o N N - Velocidad de Giro N en RPM A - Diámetro del muñón (eje o flecha), d en Pul o mm S - Temperatur a de entrada de lubricante II ING. JULIO CHIRINOS 13
  • COJINETES E L COJINETES DE DESLIZAMIENTO E M E Cálculos y Estimaciones N 1.-Carga Unitaria: especifique una presión nominal de operación de cojinetes (tabla 13.2) T O W W S P l ld Pd D 2.- Calcular la razón l/d el cual debe un valor entre: E 0 . 25 l/d 1 .5 M 3.- Seleccionar un espaciamiento diametral cd/d de la fig. 14.3 en función de N y d A y estime el valor c/r Q UI c/r 0 . 001 cojinetes de precisión N c/r 0.002 cojinetes de maquinaria general A S c/r 0.004 cojinetes para maquinaria pesada II ING. JULIO CHIRINOS 14
  • COJINETES E L E M E N T O S D E M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 15
  • COJINETES E L COJINETES DE DESLIZAMIENTO E M 4.- Rugosidad de la superficie del cojinete E N 16 a 32 pul cojinete lijado de buena calidad T 8 a 16 pul cojinete de alta precisión pulido O S 5.- Calcular el espesor mínimo de la película lubricante D h0 0 . 0002 0 . 00004 d (h y d en pul) 0 E h0 0 . 005 0 . 00004 d (h y d en mm) 0 M 6.- Calcule ho/c relación de espesor de la película A Q 7.-calcule el número de Sommerfeld en función de h0/c del gráfico 12-14 UI 2 r N N S1 c P A 8.- Calculamos μ1 de la ecuaciçon anterior S r 9. Con S1 se calcula II f ( fig . 12 17 ), Q / rcNl ( fig . 12 18 ), y Q s / Q (fig.12 - 14) c ING. JULIO CHIRINOS 16
  • COJINETES E L E M E N T O S D E M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 17
  • COJINETES E COJINETES DE DESLIZAMIENTO L E M E 10. Se estima 0 . 103 P (r / c) f T1 N 1 Q / rcNl 1 (Q s / Q ) T 2 O Entonces : T1 S T1 T0 2 p1 (T1 , 1) 11. En un grafico de viscosidad vs temperatura se obtiene un punto D E 12.Se prueba con una viscosidad mayor μ2 y se calcula S2 M 13. Se calculan nuevamente los parámetros A r f , Q / rcNl , y Q s / Q y se estima un T 2 y un T 2 Q c UI Se ubica el punto P2 (T 2 , 2) N A Se unen P1 y P2 con un segmento de línea recta y se intersecta la curva del lubricante deseado y se obtienen S y S definitivos II ING. JULIO CHIRINOS 18
  • COJINETES E L E M E N T O S D E M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 19
  • COJINETES E L COJINETES DE DESLIZAMIENTO E M 14. Con el S definitivo se obtienen los parámetros. E N ho r ; f ; Q / rcNl ; y Q s / Q T c c O S 14. Calcule el coeficiente de fricción r D /( r f f ) c c E 15. Calcule la potencia disipada en el cojinete M Tf N A HP f (HP) 63000 Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 20
  • COJINETES E L E M E N T O S D E M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 21
  • COJINETES E RODAMIENTOS L DEFINICIÓN E Es un tipo de soporte para ejes en el cual la carga principal se M transmite a través de elementos de contacto rodante. E N Son mecanismos constituidos por un anillo interior unido solidariamente T al árbol o eje ( puede ser giratorio o no), otro anillo exterior unido al soporte O ( puede también ser fijo o giratorio, y un conjunto de elementos rodantes ( pueden ser bolas, rodillos o conos), colocados entre ambos anillos. S Son recomendados en el caso de ejes que operen a velocidades muy D variables y para servicios intermitentes. E Son de pequeñas dimensiones, presentan bajo consumo de M lubricante, bajas temperaturas de operación, y poco sensibles a A imperfecciones del eje. Q Su principal desventaja es su alta sensibilidad a los choques y sobrecargas, así como a los defectos de montaje, a la acumulación de UI suciedad, entre otras. N A El coeficiente de rozamiento es muy inferior al de los cojinetes S hidrodinámicos o hidrostáticos. II Son muy silenciosos. ING. JULIO CHIRINOS 22
  • COJINETES E RODAMIENTOS L E M E N Partes de un Rodamiento T O S D E M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 23
  • COJINETES E CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES DE RODAMIENTOS L E M E Los rodamientos se pueden clasificar en tres grupos: N T 1. Por su forma: O S D E M A De Bolas De Rodillos Cilíndricos Q UI N A S II De Rodillos Esféricos De Rodillos Cónicos ING. JULIO CHIRINOS 24
  • COJINETES E CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES DE RODAMIENTOS L E M E 2.- Por el tipo de carga que soportan: N T O S D E M Axiales Radiales A Q UI N A S II Mixtos o Combinados ING. JULIO CHIRINOS 25
  • COJINETES E CLASIFICACIÓN DE LOS COJINETES DE RODAMIENTOS L E M E 3.- Atendiendo a la inclinación del eje: N T O S D E M A De Contacto angular Rígidos Q UI N A S II Pivotantes o a Rótula ING. JULIO CHIRINOS 26
  • COJINETES E NORMALIZACIONES L E M Los rodamientos se designan por un código de letras y números. Por E ejemplo: N 213 18 T La primera cifra (2) designa el tipo de rodamiento( bolas, rodillos, etc). A • O veces va precedida de una letra, que designa alguna característica especial S (por ejemplo, una tapa de protección). La segunda cifra (1) indica la serie de anchos. • D La tercera cifra ( 3) indica la serie de diámetros. • E Las dos últimas cifras (18) son el número característico del agujero, cuyo • diámetro queda definido multiplicando este número por 5. en este caso, el M diámetro del agujero es 18*5= 90 mm). A Q En los rodamientos de rodillos cilíndricos esta numeración va precedida por las UI siglas: NU, N, NJ, NUP, que indican el tipo de aro exterior. N A S II ING. JULIO CHIRINOS 27
  • COJINETES E NORMALIZACIONES L E M Los rodamientos son elementos de maquinas internacionalmente E normalizados, siendo las más importantes normas las DIN y las N AFBMA (Anti-friction Bearing Manufactures Association). T Están referidas a las medidas externas ( diámetros delos anillos O exterior e interior, ancho, radios de los acuerdos, tolerancias de las S dimensiones, entre otros). Para un mismo diámetro de agujero existen rodamientos de D diferentes capacidades de carga. Estas se conocen como series de E rodamientos. M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 28
  • COJINETES E MONTAJE DE LOS RODAMIENTOS L E M En el montaje de los rodamientos ha de tenerse presente lo siguiente: E N 1. Montaje aislado o en grupo. T 2. Magnitud, tipo y dirección de la carga que soportan. O 3. Tipo y dimensiones de los rodamientos. S 4. Tolerancias del rodamiento y ajustes precisos. 5. Condiciones de temperatura ( ambiental y de trabajo. D 6. Procedimiento de montaje y desmontaje. E 7. Ubicación del rodamiento en el eje ( intermedio o extremo). M A Q UI N A S II Montajes Dobles ING. JULIO CHIRINOS 29
  • COJINETES E SELECCIÓN DE RODAMIENTOS L E VIDA NOMINAL: M E p C N L 10 P T O Si la velocidad es constante, suela preferirse calcular la vida expresada en horas de funcionamiento S Utilizando la ecuación: D 6 E 10 L 10h L10 60 n M Donde: A L10 = vida nominal con 90% de confiabilidad Q L10h =vida nominal con un 90% de confiabilidad en horas de funcionamiento UI N C=capacidad de carga dinámica, KN A P=craga dinámica equivalente ,KN S n= velocidad de giro en rpm II P= exponente de la ecuación de la vida, (p=3, rod. De bolas) y (p=10/3) rod. De rodillos ING. JULIO CHIRINOS 30
  • COJINETES E SELECCIÓN DE RODAMIENTOS L E M VIDA NOMINAL E p N C 6 10 L nm a 1 a SKF L 10 a 1 a SKF L nmh L nm T P 60 n O S Donde: D Lnm =Vida nominal SKF con un (100-n)% de confiabilidad) E a1= factot de ajuste de la vida para una mayor fiabilidad ( Tabla1) aSKF =factor de ajuste de la vida SKF (diagramas 1 al 4). M A Q UI N A S II ING. JULIO CHIRINOS 31
  • COJINETES E SELECCIÓN DE RODAMIENTOS L CAPACIDAD DE CARGA ESTATICA C0: E M 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 E elementos rodantes o camino de rodadura superiores a 0,0001 D. N T P0 X 0 .F r Y0 Fa O Siendo Fr y Fa las cargas radial y axial, respectivamente, y X0 y Y0 unos coeficientes que S dependen del tipo de rodamiento especificados por el fabricante en sus catálogos. C0 D S0 P0 C0 P0 E CAPACIDAD DE CARGA DINAMICA C: Se define como la carga máxima que puede soportar un rodamiento en movimiento, sin que M aparezcan signos de fatiga en ninguno de sus elementos, durante 106 revoluciones del mismo. A Q P XF r YF a UI Donde: N P= carga dinámica equivalente en KN A Fr = carga radial en KN S Fa = carga axial en KN II X= factor de carga radial Y=factor de carga axial ING. JULIO CHIRINOS 32