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Cojinetes

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Cojinetes

  1. 1. COJINETESElementos mecánicos que permiten el libremovimiento entre piezas fijas y móviles. Loscojinetes de antifricción son esenciales para lamaquinaria: sostienen o guían sus piezasmóviles y reducen al mínimo la fricción y eldesgaste. La fricción consume energíainútilmente. y el desgaste altera lasdimensiones y el ajuste de las piezas hasta lainutilización de la máquina.Cojinetes corrientes.En su forma más sencilla, un cojinete consisteen un eje cilíndrico, llamado gorrón. y en unsoporte que forma el cojinete propiamentedicho. Antiguamente los cojinetes sefabricaban de materiales como madera, piedra,cuero o hueso; más tarde se empleó el metal.Pronto se vio que un lubricante disminuirla lafricción y el desgaste y prolongaría la vida útilde este tipo de cojinete. Al principio seutilizaron lubricantes de origen vegetal, animal
  2. 2. o marino, tales como sebo de cordero, grasade cerdo o de pato, aceite de pescado, decastor y de semilla de algodón (las ruedas delos carros egipcios conservan todavía vestigiosdel sebo de cordero empleado comolubricante).El uso de aceites minerales empezó en el ano1859, en particular debido al descubrimientodel pozo de Drake en Titusville (Pennsylvania).En la actualidad se emplean generalmentecomo lubricantes los derivados del petróleo ylas grasas, mezclados a veces con jabones ylubricantes sólidos, tales como grafito, bisulfurode molibdeno, talco y substancias similares.Materiales para cojinetes.En el año 1839 se produjo un adelantoconcreto e importantísimo en elperfeccionamiento de los materiales paracojinetes al obtener I. Babbitt la patente paralos Estados Unidos de una aleación especialde metal. Esta aleación. en su mayor parte deestaño, contenía pequeñas cantidades de
  3. 3. antimonio, cobre y plomo. Con estas materiasy otras similares se han logrado cojinetesexcelentes. Tienen una apariencia plateada yson conocidos generalmente por metalesblancos o metales Balbbitt. Durante muchasdécadas han servido de pauta y comparaciónpara establecer la calidad de otros materialespara cojinetes.Todavía se utilizan cojinetes de madera,aunque sólo para aplicaciones limitadas enmaquinaria ligera, están hechosfrecuentemente de arce o pino duroimpregnado de un aceite neutro. También seemplean cojinetes de madera hechos deguayaco. que es la más dura y densa de todaslas maderas. El guayaco sólo se encuentra enla zona del Caribe. Esta madera pesaaproximadamente 1.280 kg/m y tiene uncontenido de resina de un 30% en volumen,por lo que es muy autolubricante, Al ser elgrano densamente entrelazado. este materialofrece una alta resistencia al desgaste ycompresión y resulta muy difícil de astillar.
  4. 4. Tiene múltiples aplicaciones, pues el guayacoes capaz de resistir la acción destructiva de losácidos débiles, álcalis, aceites, fósforo líquido,productos blanqueadores, de alimentación,drogas y cosméticos.Alrededor de 1930 empezaron a realizarsealgunos progresos importantes en el campo delos metales para antifricción. En un solocojinete se combinan hoy distintascomposiciones que constituyen algunos de lossistemas más logrados. Este paso vienedeterminado por la teoría de la fricción,ampliamente aceptada, que dice que lasubstancia ideal para cojinetes debe tenercierta dureza y resistencia, pero también unasuperficie blanda fácilmente deformable.La goma ha resultado ser un materialextremadamente bueno para cojinetes, enespecial cuando el lubricante puede contenerabrasivos. Los cojinetes de goma tienen granaplicación en las bocinas de popa marinas, enlos cangilones de las dragas. en ciertas
  5. 5. bombas centrífugas y en los ejes de lasbombas para pozos profundos. La gomaempleada es un compuesto de alta resistencia,de estructura similar a las cubiertas de ruedade automóvil Estos cojinetes rinden el máximocon lubricación de agua que sirve tanto derefrigerante como de lubricante.El hierro fundido es uno de los materiales másantiguos para cojinetes En la antigüedad ya seutilizaba en la India y en China. Con eladvenimiento de maquinaria más compleja enla evolución industrial, el hierro fundido llegó aser un material corriente para cojinete, ytodavía se utiliza cuando se destina a un usorelativamente ligero.Cuando, debido a la falta de espacio oinaccesibilidad para la lubricación, no sonprácticos los Cojinetes normales de metal, seemplean con frecuencia cojinetesporosos.Estos tienen vacíos del 16-36% de suvolumen. Estos huecos se llenan de lubricantepor un sistema de vacío. Durante su
  6. 6. funcionamiento proporcionan una cantidadilimitada de lubricante a la superficie defrotamiento entre el gorrón y el soporte. Estoscojinetes son, en general, satisfactorios paracargas ligeras y velocidades moderadas.Investigaciones recientes en ciertos camposhan demostrado. Aunque parezca extraño, quemateriales muy duros pueden tenercaracterísticas adecuadas para cojinetes enaplicaciones especiales. Se utilizan materialescomo Stellite, Carboloy. Colmonoy, Hastelloy yAlundum, A causa de su dureza, estoscojinetes deben ser extremadamente suaves ysu geometría perfecta, pues existen pocasposibilidades de que se corrijan faltas dealineación por desgaste.Lubricantes para cojinetes.Los aceites de Petróleo y las grasas han sidoreforzados con aditivos químicos a fin de quepuedan reducir el desgaste en los elementosde maquinaria sometidos a un serio esfuerzotales como engranajes y levas. Esos aditivos
  7. 7. químicos pueden ser naftenato de plomo,cloro, azufre, fósforo o materias similares. Deordinario se utilizan como aditivos compuestosque contienen estos elementos para formar,por reacción con la superficie del metal.cloruros, sulfuros y fosfuros que tienen unabaja resistencia al cizallamiento y protegen lasuperficie del desgaste y la abrasión.El factor más importante para establecer lascaracterísticas de rendimiento del cojinete loconstituye a menudo el método de engrase y lacantidad del mismo. Por ejemplo, al faltar ellubricante, el gorrón y el cojinete frotan unocontra el otro en seco. La fricción y el desgasteson relativamente altos, el coeficiente derozamiento de un ele de acero al frotar con uncojinete de bronce, por ej., puede ser en secode 0.3. Si están lubricados. aunque sólo seaen pequeña cantidad, el aceite se reparte porlas superficies y, según sea su composiciónquímica. el coeficiente puede ser reducido a0.1. Si el cojinete se engrasa en abundancia,de manera que haya incluso un exceso, es
  8. 8. posible lograr una película de presiónconstante en el espacio libre. Estas presionespueden ser suficientes para soportar una cargaconsiderable y mantener separadas lassuperficies flotantes del cojinete Éste es el tipode cojinete clásico de un cigüeña de motor deautomóvil. Las presiones de estos cojinetesalcanzan y exceden los 175 kg/cm, y con algúncuidado las piezas duran casi indefinidamente.siempre que el aceite esté limpio y libre departículas abrasivas y que los materiales no sedeterioren por fatiga, desgaste o corrosión.Los tipos de engrasadores que en generalresultan insuficientes para lograr una películafluida continua son, por ej, las aceiteras, losengrasadores de goteo y los cojinetes conempaquetadura y con estopa de fieltro.Los tipos de engrase que proporcionan unalubricación abundante son los sistemas deanillos, lubricación por baño y engrase apresión. El coeficiente de fricción de un
  9. 9. cojinete con una película fluida continua puedellegar a ser sólo de 0,001.Cojinetes hidrodinámicos de película fluida.Si las superficies de los cojinetes puedenmantenerse separadas, el lubricante nonecesita un agente oleaginoso (grasa, aceite osebo). En consecuencia, se encuentranmuchas aplicaciones extremas en las que loscojinetes de película fluida funcionan conlubricantes consistentes en agua, ácidosaltamente corrosivos, metales molidos, vapor,gasolina, refrigerantes líquidos, mercurio,gases. etc. La autogeneración de presión entales cojinetes tiene lugar sea cual sea ellubricante empleado, pero la presión máximaque se genera depende de la viscosidad dellubricante, Así, por ej. la capacidad de cargamáxima de un cojinete lubricado por gas esmucho menor que la de un cojinete lubricadopor líquido El porcentaje está en proporcióndirecta a la viscosidad.
  10. 10. Gran parte de las investigaciones se refieren alfuncionamiento de la maquinaria atemperaturas extremas. En las zonas bajaspuede tratarse de 240 C. En las máximas seprevé que algunos aparatos pueden llegar afuncionar a 1.000-1.500 C. El gas es el únicolubricante conocido con posibilidades de Serempleado en temperaturas extremas. Debido aque la viscosidad de gas es muy baja, lafricción que resulta en el cojinete es, por tanto,de un orden inferior. Por ello las maquinaslubricadas por gas pueden funcionar atemperaturas extremadamente altas al norepresentar un serio problema el mantener loscojinetes refrigerados. Se ha logrado hacerfuncionar hasta a 433.000 r.p.m. un rotor concojinetes de lubricación gaseosa.El principio de autogeneración de presión seaplica tanto a cojinetes de empuje como acojinetes de línea, Una de las primerasaplicaciones industriales del tipo de cojinetesautogeneradores fueron los axiales de patínoscilante. Es indispensable el gran valor de los
  11. 11. cojinetes de empuje con zapata oscilante porsu baja fricción y gran regularidad.Cojinetes hidrostáticos de película fluida.Los cojinetes cerradas, o casquillos del tipopresión autogenerada, funcionan con un altogrado de rendimiento y regularidad una vezalcanzadas las revoluciones de régimen, Sinembargo. cuando la velocidad del gorrón esdemasiado baja para mantener una películafluida continua, o cuando al arrancar, parar oinvertir la marcha se rompe la película, lafricción aumenta y se acelera el desgaste delcojinete. Esta situación puede ser eliminadaintroduciendo aceite a alta presión entre elespacio del fondo del gorrón y el mismocojinete. Si la presión y el caudal están en laproporción correcta, el eje hallará levantado ysostenido por una película de aceite, tanto sigira como si está parado El rozamiento puededescender a una décima parte de su valororiginal o aun menos, y en ciertas clases demáquinas pesadas en las que el par disponible
  12. 12. es moderado puede representar la diferenciaentre ponerse en marcha o no arrancar. Estetipo de lubricación se llama lubricaciónhidrostática. y aplicada de la manera indicadaa los cojinetes de bolas se denomina flotaciónen aceite. Los condensadores sincrónicosnecesitan la flotación en aceite cuando e!conjunto es de gran tamaño.Los cojinetes de los trenes de laminaciónpueden ser equipados con sustentación deaceite para reducir la fricción cuando loslaminadores están bajo carga. A veces elsistema hidrostático se utiliza de agujero demanera continua en cojinetes sobrecargadosque no logran mantener una película de aceiteo de presión automática normal.La lubricación hidrostática en forma decojinetes de apoyo ha sido utilizada en variasmáquinas para soportar el empuje. Puedeconseguirse un empuje axial este o no el ejegirando, y puede mantenerse una separacióncompleta entre las superficies en fricción.
  13. 13. Se han hecho flotar con éxito grandesestructuras sobre cojinetes de tipo hidrostático.Por ejemplo, e telescopio Hale de 200pulgadas de Monte Palomar pesa unas 450 t,.no obstante, el coeficiente de fricción desistema completo de soporte, debido alcojinete de tipo hidrostático, es inferior a0,000004. La potencia requeridaextremadamente pequeña y basta un motor de1/12 CV para hacer rodar el telescopio cuandose efectúan investigaciones. Los cojineteshidrostáticos suelen emplearse en grandesantenas de radiotelescopios y radar, algunasde las cuales deben soportar esfuerzos de2.000 o más, teniendo en cuenta la fuerza delviento, así como el peso muerto. Existe elprecedente de la construcción por laAsociación de Universidades Norteamericanasde un conjunto de este tipo con un discoparabólico o antena de 43 m de diámetro enCreen Bank (V¡rginia occidental).Rodamientos.
  14. 14. La experiencia demuestra que la resistencia alrodamiento es mucho menor que la resistenciaal deslizamiento. La carretilla de mano, la deequipajes de dos ruedas y aparatossemejantes son ejemplos evidentes de lareducción de fricción. Con el uso de la rueda,las cajas pesadas y objetos similares semueven fácilmente introduciendo rodillos bajola base de sustentación de la carga mientrasse empuja la cara u objeto, Los egipcios. alconstruir las pirámides, transportaron conrodillos enormes bloques de piedra desde lacantera al lugar de construcción, Este principio,que ha tenido una enorme difusión, se usa enel Cojinete de elementos rodantes orodamiento.La primera aplicación importante de estoscojinetes se hizo en la bicicleta y su empleollegó al máximo poco antes del año 1900. En eldesarrollo del automóvil los cojinetes de bolasy de rodillos resultaron ideales para muchasaplicaciones. y hoy son ampliamente utilizadosen casi toda clase de maquinaria.
  15. 15. Constitución- Estos cojinetes se caracterizanpor sus bolas o cilindros. confinados entre unaro interior y Otro exterior. De ordinario lasbolas o rodillos están separadosuniformemente por una aula o separador. Loselementos rodantes son los más importantesporque transmiten las cargas de las piezasmóviles de la máquina a los soportes fijos. Lasbolas son esféricas. pero los rodillos puedenser cilindros rectos o adoptar Corma de barril,cono u otras, según la aplicación. Los aros. opistas de rodamiento. proporcionan a las bolaso a los rodillos superficies suaves, duras yprecisas de rodamiento. Algunos tiros decojinete se fabrican sin separadores. Otrossólo tienen el anillo interior o exterior ylosrodamientos actúan directamente sobre uneje o un casquillo, bien templado y rectificado.Estos cojinetes pueden ser clasificados. deacuerdo con su función, en tres grupos:cojinetes radiales. axiales o de empuje y decontacto angular. Los cojinetes radiales estándiseñados para soportar una carga en un
  16. 16. sentido perpendicular al eje de rotación. Noobstante. algunos cojinetes radiales, sontambién capaces de soportar cierta carga deempuje, esto es, una carga paralela al eje derotación que tiende a empujar en sentido axial.De todos modos, algunos cojinetes se diseñanpara aguantar solamente cargas axiales. Los.cojinetes de contacto angular estánproyectados y fabricados para soportar cargasde empuje pesadas y también cargas radiales.Duración. Una característica única de losrodamientos es que su vida útil no estádeterminada por el desgaste, sino por la fatigade las superficies de trabajo que soportan lastensiones repetitivas de trabajo normal. Losdaños debidos a la fatiga se manifiestan por uncuarteamiento y un picado progresivos de lassuperficies del aro de rodamiento y elementosrodantes, lo que constituye la razón básicapara determinar el término de utilización deestos cojinetes o su Vida útil.
  17. 17. Como la carga en un comete determina laintensidad del esfuerzo en las superficies delos aros de rodamiento y elementos rodantes,si se aumenta la carga disminuirá la duracióndel cojinete, y viceversa. Esto se acostumbraexpresar con el siguiente enunciado: la vidadel cojinete es inversamente proporcional alcubo de la carga. Así pues el doblar la cargareducirá la duración del cojinete ocho veces.Por lo tanto, la duración de un cojinete bajouna carga dada vendrá expresada por unnúmero determinado de revoluciones. Según lautilización de este numero total derevoluciones. la Vida del cojinete será corta olarga; la duración es inversamenteproporcional a la velocidad. El cálculo deduración es una predicción basada enresultados obtenidos probando gran numerode cojinetes idénticos bajo cargas y avelocidades iguales. Algunos rodamientospueden diferir de un valor tomado como baseestadística. pero los fabricantes, al establecersus características. han seguido la ley de
  18. 18. promedios estadísticos Por ejemplo. algunosconstructores especifican datos de velocidad vcarga para sus cojinetes basados en 3,000horas de trabajo. El fabricante que utilice 3.000horas corno dato de duración prevista presumeque al menos el 90% de los cojinetes durarán3.000 horas en las condiciones de carga yvelocidad especificadas. Basándonos enpromedios estadísticos, esto significa. sinembargo, que el 10% de los cojinetes fallaránantes de alcanzar la duración prevista de 3,000horas, el 50% alcanzarán cinco veces la vidadesignada y unos pocos llegarán a alcanzar20-30 veces la Vida prevista de 3,000 horas.Características Los diferentes tipos derodamientos se pueden identificardenominándolos según sus característicasmás generales. Un cojinete libre o de tipomagneto es útil cuando se debe desmontarfrecuentemente. El aro de rodamiento exteriorse introduce firmemente en el bastidor, y elinterior puede calarse al eje. Uncolinere permite que se usen más bolas en el
  19. 19. cojinete que las que se Ven en otros y de estamanera soportar cargas radiales más pesadas.No obstante. a causa del alojamiento pocoprofundo de las bolas sólo deberá usarse paracargas de empuje ligeras. Si el empuje es enun sentido, el cojinete ha de montarse con lamuesca de entrada Cuera de la dirección deempuje. Los cojinetes radiales de doble fila debolas con gargantas profundas admiten cargasradiales y de empuje más pesadas que uncojinete simple de las mismas dimensiones.Los cojinetes interiores autocentrantes dedoble fila se pueden usar para cargas radialespesadas cuando se requiera la alineaciónautomática. La característica de autoalineaciónno debe usarse para corregir un diseño omontaje deficientes, pues la falta de alineaciónexcesiva daña el cojinete. Las cargas deempuje han de ser ligeras porque sonsostenidas por una sola fila de bolas. Loscojinetes de contacto angular sirven para unempuje máximo y cargas radiales modestas.Pueden ser montados uno contra otro comocojinetes dúplex y soportar el empuje en
  20. 20. ambas direcciones Para disminuir elmovimiento axial de estés cojinetes y del ejeque los retiene, pueden presentarse para evitarcualquier aflojamiento o juego.

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