Presentacion sobre cojinetes, rodamientos y engranajes. Ilustracion con imagenes y descrpcion de estas. Mas de 40 laminas que pueden ayudarte a conocer mas de estos elementos que se encuentran dia a dia a donde miremos.

1. RE P UBL I C A BO L I VARI A N A DE V E NE Z UE L A
UNI V E RS I D AD YAC A M B Ú
FAC ULTAD DE I NG E NI E RÍ A
E L E M E NTO S DE M AQ UI N AS
Cojinetes, Rodamientos y
Engranajes
AUTOR: OMAR
YEPEZ
III-131-00332

2. ¿Qué es un cojinete?
Los cojinetes son componentes
tribológicos que transportan una
carga mientras están en contacto
mutuo con otro cuerpo y presentan
un movimiento relativo entre sí. El
movimiento puede ser deslizante o
rotativo.
Hay básicamente dos tipos
diferentes de
cojinetes: cojinetes de
deslizamiento y rodamientos de
elementos rodantes.

3. Cojinete de deslizamiento
El cojinete de deslizamiento, cojinete liso o buje liso, es el tipo de
cojinete más simple usado en ingeniería. Su principio de
funcionamiento se basa en la capacidad de deslice entre dos
superficies en contacto, sea por el bajo coeficiente de fricción
entre ellas o por la presencia de un lubricante entre ambas.
En el cojinete de deslizamiento, dos casquillos tienen un
movimiento relativo en contacto directo, generándose un
deslizamiento con fricción, por lo que su eficiencia será
determinada especialmente por la capacidad de reducir en lo
posible la fricción entre los elementos.
La reducción del rozamiento se realiza a través de la selección de
materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear
una película resbaladiza que separe los dos materiales, evitando
el contacto directo, y con ello el calentamiento y desgaste de las
superficies.

4. Cojinete de deslizamiento
La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de
la energía cinética en calor, lo que se traduce en que las partes que
sostienen los casquillos del cojinete deban ser muy resistentes
tanto mecánica como térmicamente.
Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados
de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto
limita la vida útil. La generación de la película lubricante que separa por una
lubricación completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presión, y
que se usa sólo en máquinas de gran tamaño para grandes cojinetes de
deslizamiento.
La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de
la energía cinética en calor, que desemboca en las partes que
sostienen los casquillos del cojinete.

5. Cojinete de empuje
El cojinete de empuje absorbe cargas
axiales (es decir, paralelas al eje)
Existe tanto en automóviles como en
barcos. En buques puede ser aplicado
directamente sobre la cara interna del
buque, o formar parte, en caso de que
exista, de la caja reductora-inversora

6. Cojinetes de fricción seca
En rodamientos de fricción seca se utilizan
materiales de baja fricción y combinaciones
de materiales distintos. A veces también los
hay "autolubricantes" (tales como con una
aleación de plomo u hojalata, un plástico
como el PTFE o cerámicos). La otra opción
de fricción seca es con rodamientos de
acero.

7. Desventajas de los cojinetes de fricción
 Admiten menos velocidad que los
rodamientos.
 En el arranque tienen un rozamiento
muy elevado comparado con los
rodamientos.
 Mayor consumo de lubricante que un
rodamiento.
 Mayor temperatura de
funcionamiento frente a un
rodamiento (Para que el lubricante
sea fluido)
 Menor capacidad de carga que un
rodamiento.
 Mayor tamaño a igualdad de carga.

8. En cojinetes de fricción, cuando se requiere baja pérdida de
energía y durabilidad (por ejemplo, para la conversión de
energía en una turbina, o en generadores), se aplica la
lubricación completa, es decir, la fricción fluida. La película
lubricante debe estar a presión para separar las superficies
de contacto, para lograr la resistencia al apoyo de una sobre
otra.
En cojinetes hidrostáticos se dispone de alguna bomba
de aceite (en motores de combustión interna). En
cojinetes hidrodinámicos la presión de la película del
aceite de lubricación entre las dos superficies en
contacto, se autogenera por su movimiento, pero esto
significa que al iniciar y detener el movimiento no hay
presión y existe fricción mixta. Además, es uno de los
más utilizados a nivel mundial.
Cojinetes de fricción líquida

9. Cojinetes de fricción mixta
En los rodamientos lubricados se produce fricción
mixta. El lubricante (grasas o aceites normalmente
derivados del petróleo), envuelve las superficies de
contacto mediante una película, minimizando el
área de contacto, limitando la fricción y
estableciendo una reducida resistencia al
deslizamiento.

10. Cojinetes de rodaduras
En ellos el gorrón del árbol y la superficie de rodadura del
soporte están separados por elementos rodantes, de forma
que con el giro del gorrón o del cojinete se genera un
movimiento de rodadura y no de deslizamiento, como el
caso anterior. Están constituidos por dos anillos rodantes
separados entre sí por unos cuerpos, también rodantes,
interpuestos entre éstos, cuya forma varía según su uso,
pueden ser de diferentes formas: bolas, rodillos, cilíndricos,
agujas, etc.

11. Cojinetes de metal-polimero
• Se componen de un soporte metálico, generalmente de acero o bronce, sobre el
cual hay sinterizada una capa porosa de bronce que luego se impregna con un
recubrimiento de PTFE y aditivos para obtener una capa de deslizamiento
resistente a la fricción y el desgaste.
• Estos cojinetes pueden funcionar en seco o con lubricación externa.
Cojinetes de fibras compuestas reforzadas
• Son otro tipo de cojinete de deslizamiento que constan de una capa de base
epoxy impregnada de fibra de vidrio de filamento continuo con distintos
revestimientos de cojinete de baja fricción resistentes al desgaste.
• Esta estructura permite que los cojinetes soporten altas cargas estáticas y
dinámicas, mientras que su naturaleza inerte los hace ideales para ambientes
corrosivos.
Cojinetes de bronce solido
• Impregnados con lubricante ofrecen un funcionamiento libre de mantenimiento
en aplicaciones de alta temperatura, mientras que los cojinetes monometálicos
y bimetálicos están diseñados para aplicaciones con lubricación.

12. Rodamientos
Es un tipo de cojinete, un elemento
mecánico que reduce la fricción entre un
eje y las piezas conectadas a este por
medio de una rodadura, que le sirve de
apoyo y facilita su desplazamiento.
Es un elemento rotativo
inventado por el ingeniero,
inventor y empresario Sueco
Sven Gustaf Wingqvist.
En los rodamientos el movimiento
rotativo, según el sentido del esfuerzo
que soporta, puede ser axial, radial, o una
combinación de ambos

13. Axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada.
Es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje,
como por ejemplo en los quicios o bisagras de puertas y
ventanas
Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de
dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje.
como por ejemplo una rueda

14. Partes de un rodamiento

19. Clasificación de los rodamientos
El ángulo de contacto es el ángulo formado
por la dirección de la carga aplicada a los
anillos y los elementos rodantes del
rodamiento y el plano perpendicular al centro
del eje cuando el rodamiento está cargado.
Por lo tanto él los rodamientos se clasifican en 2 tipos de
acuerdo con su ángulo de contacto:
•Rodamientos Radiales (0 " " 45). Diseñados
principalmente para cargas radiales.
•Rodamientos Axiales (45 < " 90). Diseñados
principalmente para cargas axiales
Rodamiento Radial
Rodamiento axial

20. Tipos de rodamientos
Rodamiento de bolas
También llamado cojinete de bolas o balero. Con una sola y
profunda ranura, soporta cargas radiales así como una carga
axial o de empuje. Las bolas se introducen en las ranuras
desplazando el aro interior lateralmente a una posición
excéntrica. Las bolas se separan después de su introducción y
luego se inserta el separador.
Radial de una hilera: Se menciona muchas veces como
rodamiento de ranura profunda, conrad o deep groove
bearing. Se encuentra con muchas variaciones:
protecciones o sellos sencillos o dobles. Se emplea
normalmente para cargas radiales y de empuje (como
máximo dos tercios de la radial). Puede soportar una carga
de empuje axial relativamente alta

21. De doble hilera: Este rodamiento está diseñado para admitir
cargas radiales fuertes y de empuje ligeras, sin aumentar el
diámetro exterior del mismo. Es, aproximadamente, de 60 a 80%
más ancho que un rodamiento comparable de una hilera. A causa
de la ranura de llenado, las cargas de empuje deben ser ligeras.
Se fabrican en una amplia variedad de tipos y tamaños para
soportar cargas radiales y axiales más intensas
Rodamiento de contacto angular: Así llamados por que la línea
que atraviesan las superficies que soportan la carga, forman un
ángulo con el plano de la cara del rodamiento, están destinados a
resistir pesadas cargas axiales. Se los utiliza frecuentemente en
pares opuestos axialmente unos a otros, y son adecuados para la
carga previa
De máxima capacidad: Tiene la misma forma que un rodamiento
de hilera, a excepción de la presencia de una ranura o canal de
llenado que admite mas bolas y en consecuencia soportará cargas
radiales más fuertes. Como su capacidad de empuje axial es
pequeña, estos rodamientos se utilizan cuando la carga es
principalmente radial.

22. Rodamiento de empuje de bolas: Estos rodamientos se
fabrican con protecciones de tipo abierto y usados para
bajas velocidades. Se utilizan en combinación con otros
rodamientos que podrían soportar la carga radial.
Rodamiento de empuje de rodillos rectos: Estos
rodamientos constan los rodillos cortos para minimizar el
deslizamiento y se les pude aplicar cargas y velocidades
moderadas.
Rodamiento de empuje de rodillos cónicos: No existe el
deslizamiento característico de los rodillos rectos pero causa
una mayor carga de empuje entre los rodillos y la brida de los
anillos del rodamiento, lo que no les permite trabajar en
velocidades altas.

23. Rodamientos Axiales:
En el tipo de rodamiento axial de
rodadura, los elementos rodantes son
bolas, rodillos cilíndricos cortos,
rodillos cónicos o rodillos esféricos
que ruedan en caminos esféricos, y
por consiguiente son a rotula. Estos
rodamientos pueden estar soportados
rígidamente, o bien uno de los aros
puede estar soportado en un asiento
esférico para que sea de
autoalineación.
De rodillos esféricos: Estos rodamientos
son excelentes para cargas radiales fuertes y
empuje moderado. Su característica de
autoalineamiento interno es útil en muchas
aplicaciones, pero no se debe abusar de ello.
Los elementos esféricos tienen la ventaja de
ampliar su área de contacto a medida que la
carga aumenta.

24. De aguja: Estos rodamientos tienen rodillos cuya longitud es, por lo menos,
cuatro veces su diámetro. Son de más utilidad en donde el espacio es un factor.
Hay con anillo interior o sin él. Si se usa el árbol como el anillo interior, se debe
endurecer y rectificar. El tipo de complemento pleno se usa para cargas altas,
oscilantes o para bajas velocidades. El tipo de jaula se debe emplear para
movimientos rotacional; no puede soportar cargas de empuje. Tiene una
capacidad de carga radial alta respecto a su altura particular, pero limitado
respecto a cargas axiales.
De rodillos cilíndricos: Los cojinetes de rodillos cilíndricos soportan una carga
radial mayor que los de bolas del mismo tamaño debido a su mayor área de
contacto. Sin embargo, tienen la desventaja de requerir casi una perfecta
configuración geométrico de pistas y rodillos. Un ligero desalineamiento
originará que los rodillos se desvíen y se salgan de alineación. Por esta razón,
el retén debe ser grueso y resistente. Desde luego, los rodillos cilíndricos no
soportarán cargas de empuje. En este tipo de rodamientos la relación
aproximada del la longitud - diámetro debe variar entre 1:1 y 1:3. Son los que
permiten mas velocidad rotacional de todos los rodamientos de rodillos.

26. Engranajes
Rueda Dentada
Una rueda dentada es una rueda que puede girar
y que tiene dientes en su periferia con la misión de
engranar (encajar) con los dientes de otra rueda
para transmitir el movimiento.
Además también se utilizan otros
mecanismos diferentes para crear
engranajes, como son la cremallera, el tornillo
sin fin y los engranajes de cadenas (estos
últimos los veremos en un apartado especial
al final).
Hay diferentes tipos de ruedas dentadas en
función de como sean sus dientes.

28. Eje: El eje de revolución de la
rueda (donde gira).
Circunferencia de Primitiva: Las
circunferencias primitivas de un
engranaje de dos ruedas dentadas son
tangentes entre si.
El Diámetro primitivo es el
diámetro correspondiente a la
circunferencia primitiva.
Ángulo de Presión: es el ángulo
que gira un engranaje desde el
instante en que dos dientes entran
en contacto.
Paso o Paso Circular: Distancia desde
un punto en un diente al mismo punto
en el diente adyacente.
Para que dos ruedas engranen ambas tienen
que tener el mismo paso circular.

29. Diámetro: El diámetro o diámetro de paso
se refiere al diámetro de la rueda. Puede
utilizar el diámetro para calcular a qué
distancia estarán los ejes de las dos ruedas
de un engranaje: la suma de los dos
diámetros de paso, dividido por 2 es igual a
la distancia entre los dos ejes de las ruedas.
Dependiendo del diámetro la rueda tendrá
más o menos dientes.
Se llama Módulo (m) al cociente que resulta
de dividir el diámetro primitivo, expresado en
milímetros, entre el número de dientes de la
rueda
Para que dos ruedas puedan
formar un engranaje deben tener
el mismo módulo. Para que dos
ruedas puedan formar un
engranaje deben tener el mismo
módulo.

30. Engranajes
Mecanismos formados por varias ruedas
dentadas unidas por sus dientes con el fin
de transmitir la velocidad de rotación de una
a otra.
Permiten transmitir un movimiento circular
entre dos ejes próximos, ya sean paralelos,
perpendiculares u oblicuos.
No necesitan correa de transmisión ni otro
medio de unión, simplemente están unidas
por sus dientes.

31. Mecanismos: Son elementos destinados a transmitir y/o
transformar fuerzas y/o movimientos desde un elemento
motriz (motor) a un elemento conducido (receptor), con la
misión de permitir al ser humano realizar determinados
trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.
Para que dos ruedas dentadas formen un engranaje
deben tener el mismo tipo de dientes, es decir deben ser
del mismo tipo de rueda dentada. Lo que varía es el
número de dientes de una u otra rueda dentada. Además
como ya vimos también deben tener el mismo paso y
módulo.Rueda Motriz se le llama a la rueda que lleva el
movimiento y Rueda Conducida a la que arrastra la motríz
por estar engranada (enganchada por los dientes) con ella.
RUEDA
MOTRIZ

32. Ventajas
Inconvenientes
 Ocupan espacios muy
reducidos.
 No tiene posibilidad de
deslizamiento.
 Tiene una gran capacidad
de transmisión de
potencia.
 Poseen un elevado
rendimiento.
 Tienen un bajo
mantenimiento.
 Son más costosos, más
difíciles de fabricar.
 Producen bastante ruido
en el proceso de
transmisión.
Engranajes

33. Tipos de engranaje
Engranajes Rectos
• Se utilizan en transmisiones de ejes paralelos. Son uno de los mecanismos
más utilizados, y se encuentran en cualquier tipo de máquina: relojes,
juguetes, máquinas herramientas, etc
Engranajes Helicoidales
• Sus dientes están dispuestos siguiendo la trayectoria de hélices paralelas
alrededor de un cilindro.
• Pueden transmitir movimiento (potencia) entre ejes paralelos o entre ejes
que se cruzan en cualquier dirección (incluso perpendiculares).
Engranajes Cónicos
• Se emplean para transmitir movimiento entre ejes perpendiculares, o para
ejes con ángulos distintos a 90 grados.
• Se trata de ruedas dentadas en forma de tronco de cono, y pueden ser
rectos o curvos (hipoides), siendo estos últimos muy utilizados en sistemas
de transmisión para automóviles.

34. Tipos de engranajes
Engranajes Exteriores
• Los dientes de ambas ruedas están
tallados en la superficie exterior.
Engranajes Interiores
• Los dientes de una de las ruedas
están tallados en la parte interna

36. Una vez definido la transmisión
entre ejes solo tendremos que
definir los tipos de ruedas del
engranaje y ya tenemos el
engranaje clasificado.
como el Piñón-
cremallera que
cambia el
movimiento de
giratorio en la
rueda dentada a
lineal en la
cremallera.

37. Calculo de engranajes
Para aprender a calcular los engranajes lo haremos
primero sobre un engranaje simple y luego sobre un
tren de engranajes.
El de la derecha será un engranaje simple y el de la
izquierda un tren de engranajes. Un tren de engranajes son
más de dos ruedas dentadas.

38. Para calcular estos mecanismos es muy
sencillo. Su fórmula es:
Numero de dientes de la rueda 1 x Velocidad
de la rueda 1 = Número dientes rueda 2 x
Velocidad rueda 2.
Resumiendo: Z1 x N1 = Z2 x N2 ==> Donde Z
es el número de dientes y N la velocidad en
rpm (revoluciones o vueltas por minuto). La
velocidad en rpm se llama N para no confundirla
con la velocidad V en metros/segundo, que son
diferentes.
De estos 4 datos de la fórmula conoceremos
siempre 3 y lo que tenemos que hacer es
despejar el dato que nos falte.
Vamos a calcular un engranaje sencillo. Si la
rueda 1 es la motriz y gira a 100rpm con 10
dientes. ¿A qué velocidad girará 2 con 20
dientes? (OJO como están colocadas las ruedas
dentadas, al revés de como hasta ahora, la
motriz que lleva el movimiento es la de la
izquierda).
Z1 x N1 = Z2 x N2;
10 x 100rpm = 20 x N2;
N2 = (10 x 100) / 20 = 50 rpm
La rueda conducida o de salida girará a 50rpm,
luego es un engranaje reductor de velocidad.
¿Fácil No?. Esto no es magia, todo lo que pierde
por un lado lo ganará por otro y viceversa.
"Cuando un engranaje reduce su
velocidad, todo lo que pierde en
velocidad, lo gana en par motor
(fuerza)"

39. Calculo de tren de engranajes
Ya sabemos que cuando tenemos más de dos ruedas
dentadas en el engranaje se llama tren de engranajes.
Como las ruedas dentadas son complicadas de dibujar
utilizamos símbolos para su representación.
Fíjate que las ruedas simples se representan
con una línea vertical que será más o menos
larga en función del número de dientes. Las
compuestas (dos ruedas sobre un mismo eje)
se representan con dos líneas verticales
separadas.
Imagina que la velocidad de entrada del tren de
engranaje de la figura (podríamos conectar un motor
al engranaje) fuera de 400 rpm. Ahora fíjate que
realmente tenemos dos engranes simples dentro del
tren, la rueda 1 (la del motor) con la 2 y la rueda 3
con la 4. La rueda 2 y la 3 van sobre el mismo eje y
por lo tanto giran a la misma velocidad en rpm. Se
llama rueda dentada doble o compuesta.
Na = Nb = Velocidad del eje en revoluciones por
minuto.
Para empezar descomponemos el sistema en los dos
engranajes simples. Tenemos el 1-2 y el 3-4.
Calculamos cada uno de forma independiente.
Recuerda la 2 y la 3 al estar en el mismo eje tendrán la
misma velocidad en rpm, las vueltas que de el eje por
minuto serán las vueltas que den las dos ruedas en un
minuto.

40. Calculo de tren de engranajes
Sistema 1-2)
Z1 x N1 = Z2 x N2 ==> 10 x 400 = 50 x N2
Despejamos N2 = (10 x 400) /50 = 80 rpm
Recuerda esta N2 será la misma que la N3.
Sistema 3-4)
Z3 x N3 = Z4 x N4 ==> 10 x 80 = 50 x N4
Despejamos N4 = (10 x 80)/50 = 16 rpm
==> Sistema Reductor de velocidad.
Ya tenemos calculada la velocidad de
salida del tren de engranaje.

41. Relación de engranajes
La relación de engranajes se llama relación de velocidad. Es la relación
entre la velocidad de salida y la velocidad de entrada total del tren de
engranajes.
Rv = Ns/Ne;
Ns = velocidad de salida en rpm.
Ne = velocidad de entrada en rpm.
Rv = Relación de velocidad del engranaje.
En el caso anterior sería:
la Rv = 16/400= 1/25 que quiere decir que el tren va 25 veces más
lento a la salida que a la entrada, por lo que reduce la velocidad.
Problema Resuelto. OJO la relación de engranajes o de velocidad
siempre se pone en forma de fracción, nunca se hace la división. En
nuestro caso solo hemos simplificado la fracción original.
Si el tren de engranajes aumentara la velocidad a la salida sería un
sistema multiplicador de velocidad y la relación de velocidad sería
siempre mayor que 1. Ejemplo serían 25/1; 100/1, 10/1; etc.

42. Multiplicador de velocidad de engranajes
Para esta caso tenemos que engranar
ruedas grandes para que transmitan la
velocidad a ruedas pequeñas, de esta
forma, la velocidad irá en aumento.
En el tren de engranaje de la figura
determinar la velocidad de la rueda D
sabiendo que la de entrada o motriz (A)
gira a 400rpm.
Como podemos fijarnos tenemos 2
engranajes en el tren, el A-B) y el C-
D). Pasamos a calcular cada uno de
forma individual como hicimos
anteriormente.
A-B)
Za x Na = Zb x Nb ==> 60 x 400 = 12 x Nb; despejamos Nb.
Nb = (60 x 400)/12 = 2.000rpm; ya vemos como aumenta la
velocidad. Esta velocidad será la misma que la velocidad en C
porque las dos giran sobre el mismo eje.
Nb = Nc = 2.000rpm;
Ahora calculamos el otro engranaje:
C-D)
Zc x Nc = Zd x Nd ==> 40 x 2.000 = 20 x Nd; despejamos Nd.
Nd = (40 x 2.000)/20 = 4.000rpm; es decir la rueda D gira a
4.000rpm.
Para acabar calculamos la relación de velocidad del tren de
engranajes:
Rv = Ns/Ne, o lo que es lo mismo Rv = Na/Nd = 4.000/400 =
10/1;

43. Es decir a la salida siempre tendremos 10 veces
más velocidad que a la entrada en este tren de
engranajes, por lo tanto es un "sistema
multiplicador de velocidad con engranajes".
"Cuando un engranaje aumenta su velocidad,
todo lo que gana en velocidad, lo pierde en par
motor (fuerza)"
Multiplicador de velocidad de engranajes