Elementos mecánicos que permiten el libre movimiento entre piezas fijas y móviles. Los cojinetes de antifricción son esenciales para la maquinaria: sostienen o guían sus piezas móviles y reducen al mínimo la fricción y el desgaste. La fricción consume energía inútilmente. y el desgaste altera las dimensiones y el ajuste de las piezas hasta la inutilización de la máquina.
Julio Nuñez
rosbelys gomez
14-06-2011 22:49
Lubricantes para cojinetes.
Los aceites de Petróleo y las grasas han sido reforzados con aditivos químicos a fin de que puedan reducir el desgaste en los elementos de maquinaria sometidos a un serio esfuerzo tales como engranajes y levas. Esos aditivos químicos pueden ser naftenato de plomo, cloro, azufre, fósforo o materias similares. De ordinario se utilizan como aditivos compuestos que contienen estos elementos para formar, por reacción con la superficie del metal. cloruros, sulfuros y fosfuros que tienen una baja resistencia al cizallamiento y protegen la superficie del desgaste y la abrasión.
El factor más importante para establecer las características de rendimiento del cojinete lo constituye a menudo el método de engrase y la cantidad del mismo. Por ejemplo, al faltar el lubricante, el gorrón y el cojinete frotan uno contra el otro en seco. La fricción y el desgaste son relativamente altos, el coeficiente de rozamiento de un ele de acero al frotar con un cojinete de bronce, por ej., puede ser en seco de 0.3. Si están lubricados. aunque sólo sea en pequeña cantidad, el aceite se reparte por las superficies y, según sea su composición química. el coeficiente puede ser reducido a 0.1. Si el cojinete se engrasa en abundancia, de manera que haya incluso un exceso, es posible lograr una película de presión constante en el espacio libre. Estas presiones pueden ser suficientes para soportar una carga considerable y mantener separadas las superficies flotantes del cojinete Éste es el tipo de cojinete clásico de un cigüeña de motor de automóvil. Las presiones de estos cojinetes alcanzan y exceden los 175 kg/cm, y con algún cuidado las piezas duran casi indefinidamente. siempre que el aceite esté limpio y libre de partículas abrasivas y que los materiales no se deterioren por fatiga, desgaste o corrosión.
Los tipos de engrasadores que en general resultan insuficientes para lograr una película fluida continua son, por ej, las aceiteras, los engrasadores de goteo y los cojinetes con empaquetadura y con estopa de fieltro.
Los tipos de engrase que proporcionan una lubricación abundante son los sistemas de anillos, lubricación por baño y engrase a presión. El coeficiente de fricción de un cojinete con una película fluida continua puede llegar a ser sólo de 0,001.
Cojinetes hidrodinámicos de película fluida.
Si las superficies de los cojinetes pueden mantenerse separadas, el lubricante no necesita un agente oleaginoso (grasa, aceite o sebo). En consecuencia, se encuentran muchas aplicaciones extremas en las que los cojinetes de película fluida funcionan con lubricantes consistentes en agua, ácidos altamente corrosivos, metales molidos, vapor, gasolina, refrigerantes líquidos, mercurio, gases. etc. La autogeneración de presión en tales cojinetes tiene lugar sea cual sea el lubricante empleado, pero la presión máxima que se genera depende de la viscosidad del lubricante, Así, por ej. la capacidad de carga máxima de un cojinete lubricado por gas es mucho menor que la de un cojinete lubricado por líquido El porcentaje está en proporción directa a la viscosidad.
Gran parte de las investigaciones se refieren al funcionamiento de la maquinaria a temperaturas extremas. En las zonas bajas puede tratarse de 240' C. En las máximas se prevé que algunos aparatos pueden llegar a funcionar a 1.000-1.500 C. El gas es el único lubricante conocido con posibilidades de Ser empleado en temperaturas extremas. Debido a que la viscosidad de gas es muy baja, la fricción que resulta en el cojinete es, por tanto, de un orden inferior. Por ello las maquinas lubricadas por gas pueden funcionar a temperaturas extremadamente altas al no representar un serio problema el mantener los cojinetes refrigerados. Se ha logrado hacer funcionar hasta a 433.000 r.p.m. un rotor con cojinetes de lubricación gaseosa.
El principio de autogeneración de presión se aplica tanto a cojinetes de empuje como a cojinetes de línea, Una de las primeras aplicaciones industriales del tipo de cojinetes autogeneradores fueron los axiales de patín oscilante. Es indispensable el gran valor de los cojinetes de empuje con zapata oscilante por su baja fricción y gran regularidad.
Cojinetes hidrostáticos de película fluida.
Los cojinetes cerradas, o casquillos del tipo presión autogenerada, funcionan con un alto grado de rendimiento y regularidad una vez alcanzadas las revoluciones de régimen, Sin embargo. cuando la velocidad del gorrón es demasiado baja para mantener una película fluida continua, o cuando al arrancar, parar o invertir la marcha se rompe la película, la fricción aumenta y se acelera el desgaste del cojinete. Esta situación puede ser eliminada introduciendo aceite a alta presión entre el espacio del fondo del gorrón y el mismo cojinete. Si la presión y el caudal están en la proporción correcta, el eje hallará levantado y sostenido por una película de aceite, tanto si gira como si está parado El rozamiento puede descender a una décima parte de su valor original o aun menos, y en ciertas clases de máquinas pesadas en las que el par disponible es moderado puede representar la diferencia entre ponerse en marcha o no arrancar. Este tipo de lubricación se llama lubricación hidrostática. y aplicada de la manera indicada a los cojinetes de bolas se denomina flotación en aceite. Los condensadores sincrónicos necesitan la flotación en aceite cuando e! conjunto es de gran tamaño.
Los cojinetes de los trenes de laminación pueden ser equipados con sustentación de aceite para reducir la fricción cuando los laminadores están bajo carga. A veces el sistema hidrostático se utiliza de agujero de manera continua en cojinetes sobrecargados que no logran mantener una película de aceite o de presión automática normal.
La lubricación hidrostática en forma de cojinetes de apoyo ha sido utilizada en varias máquinas para soportar el empuje. Puede conseguirse un empuje axial este o no el eje girando, y puede mantenerse una separación completa entre las superficies en fricción.
tomas lugo
14-06-2011 22:01
SISTEMA DE LUBRICACION.
El aseguramiento de una correcta lubricación es crítico para mantener el funcionamiento y vida del motor. El uso de aceite y filtros que hayan sido diseñados para la aplicación de motor es esencial. Sin las rutinas adecuadas de cambio de aceite y filtros, el aceite se satura de impurezas y partículas contaminantes evitando el funcionamiento correcto.
Para asegurar que su sistema de lubricación trabaje correctamente, siga las siguientes indicaciones:
�� Cambiar el aceite y filtros de acuerdo al manual de instrucciones del operador.
�� Verificar el nivel de aceite diariamente, o bien cada vez que se use el motor.
�� Conducir pruebas de aceite para evitar fallas potenciales. El análisis de aceite previene el desgaste del motor y verifica el estado del aceite.
�� El motor normalmente consume cierta cantidad de aceite (pero no en exceso). Es necesario verificar el manual del operador para saber cual es la cantidad normal de aceite que debe de consumir el motor.
¿Cómo se debe de hacer el cambio de aceite?
La lubricación del motor es uno de los aspectos más importantes en el mantenimiento del motor. El aceite del motor lubrica todas las partes en movimiento, brinda protección contra la corrosión, absorbe y neutraliza los contaminantes, sirve como refrigerante y como sellador.
A través del cambio de aceite y de filtros, el aceite es capaz de remover los contaminantes del motor, reflejándose en un motor más limpio y con un desgaste reducido.
Los beneficios para una flota u organización con enfoque al mantenimiento son:
Riesgo reducido, previniendo la probabilidad de la ocurrencia de una falla de motor.
�� Mejora las eficiencias del servicio.
�� Reduce los costos de operación.
�� Prolonga la vida del equipo.
En los distintos órganos en movimiento de las maquinas, existen rozamientos en las superficies de contacto que disminuyen su rendimiento. Este fenómeno se debe a diversos factores, el mas característico de los cuales es el coeficiente de rozamiento, cuya causa principal reside en las irregularidades de las superficies de las piezas en contacto.
Se llama lubricante la sustancia capaz de disminuir el rozamiento entre dos superficies en movimiento. Sus fines son, principalmente, dos:
1) Disminuir el coeficiente de rozamiento.
2) Actuar como medio dispersor del calor producido.
Además, con el se consiguen los siguientes objetivos secundarios:
a) Reducir desgastes por frotamiento.
b) Disminuir o evitar la corrosión.
c) Aumentar la estanqueidad en ciertos órganos (cilindros, segmentos, juntas, etc.).
d) Eliminar o trasladar sedimentos y partículas perjudiciales.
bladimir
14-06-2011 15:28
CÁLCULO DE ESFUERZOS EN LOS COJINETES DE APOYO DE BANCADA
Los esfuerzos aplicados sobre un cojinete de cabeza de biela son relativamente simples
de calcular, ya que dependen de factores conocidos como la inercia de las masas en
movimiento y la presión de los gases ejercida sobre el pistón.
Las cargas que aparecen en los cojinetes de apoyo de bancada reaccionan sobre el
cigüeñal contra las anteriores. Su determinación es más complicada, ya que el cigüeñal
es una estructura flexible con un elevado grado de hiperestaticidad, por lo que la
reacción en un cojinete de apoyo dado depende de los esfuerzos aplicados sobre toda la
estructura, con coeficientes de influencia desconocidos a priori. Además, esos esfuerzos
son variables en magnitud y dirección a lo largo del ciclo del motor.
El cálculo de las reacciones en los apoyos de bancada se puede abordar mediante dos
procedimientos: el primero considera isostático al cigüeñal, lo que permite aplicar,
sacrificando la precisión, un método de cálculo determinado; el segundo mantiene la
hiperestaticidad y utiliza un procedimiento indeterminado para el cálculo de las
reacciones.
MÉTODO DETERMINADO
En el método estáticamente determinado se supone que el cigüeñal está simplemente
apoyado en el centro de cada uno de sus gorrones de apoyo. De ese modo, la reacción
de un cojinete de bancada dado depende únicamente de los esfuerzos aplicados en los
codos adyacentes a ese apoyo. El método determinado no es por tanto aplicable a
cigüeñales en los que la rigidez (o la flexibilidad) sea un parámetro de diseño
importante.
MÉTODO INDETERMINADO
El método indeterminado se basa en la resolución secuencial de la ecuación estructural
del cigüeñal, escrita en términos de coeficientes de influencia, y de la ecuación de
Reynolds, utilizando para esta última el método de la movilidad. La ecuación estructural
del cigüeñal se puede escribir de la forma:
(Fc) = (Kc) (uc) (1)
en donde (Fc) es el vector de las fuerzas (acciones y reacciones) que actúan sobre el
cigüeñal en las muñequillas y en los apoyos de bancada, (Kc) es la matriz de rigidez del
cigüeñal y (uc) el vector de desplazamientos de las muñequillas y los apoyos.
De forma más desarrollada, la ecuación (1) se transforma en:
(Ra) = (K) (ua) + (T) (Fm) + (C) ù2 (2)
donde:
(Ra) es el vector de las reacciones ejercidas por los cojinetes sobre los gorrones de
apoyo del cigüeñal, y es el objetivo del cálculo.
(Fm) es el vector de los esfuerzos aplicados por las bielas en las muñequillas.
(ua) es el vector de los desplazamientos de los apoyos de bancada.
ù es la velocidad angular del cigüeñal.
(K), (T) y (C) son las matrices de coeficientes de influencia de rigidez, transmisibilidad y
esfuerzos centrífugos respectivamente. Esas matrices se obtienen aplicando
convenientemente esfuerzos, desplazamientos y giros a un modelo de cigüeñal por
elementos finitos.
RESULTADOS DE LOS MÉTODOS DETERMINADO E INDETERMINADO
Se ha realizado un estudio comparativo de los resultados obtenidos con ambos métodos
al aplicarlos al cálculo de los cojinetes de bancada de un motor diesel turboalimentado
de cuatro cilindros en línea. Los valores de esfuerzo máximo (Fmax), espesor mínimo de
película (hmin) y presión máxima en la película (Pmax) para los tres primeros apoyos de
bancada, en las condiciones operativas de par máximo (Mmax: 265 Nm, 2000 min-1) y
potencia máxima (Nmax: 87 kW, 3600 min-1) se presentan en la tabla l.
tomas lugo
14-06-2011 15:26
CARGAS
Magnitud de la carga .
Este es normalmente el factor mas importante para determinar el tamaño del rodamiento a utilizar .En general ,para una mismas dimensiones principales ,los rodamientos de rodillos pueden soportar mayores cargas de rodamientos de bolas ,y los rodamientos llenos de elementos rodantes pueden soportar mayores cargas que los rodamientos con jaula correspondientes. Los rodamientos de bolas son las mas usados cuando las cargas son pequeñas o moderadas ;los rodamiento de rodillos son la elección mas adecuadas para cargas pesadas y ejes de grandes diámetro.
Dirección de la carga:
Carga radial :Con las excepciones de los rodamientos de rodillos cilíndricos sin pestañas en algunos de sus aros (tipo UN y N) y de los rodamientos radiales de agujas que solo son adecuados para cargas estrictamente radiales, todos los demás rodamientos radiales pueden soportar tanto cargas radiales como axiales .
Carga axial
Los rodamientos axiales de bolas y los rodamientos de cuatro puntos de contacto son los tipos mas adecuados para cargas axiales puras pequeñas y moderadas .Los rodamientos axiales de bolas de simple efecto solo pueden soportar cargas axiales en un solo sentido; para cargas axiales en ambos sentidos se necesitan rodamientos de doble efecto.
Los rodamientos axiales de bolas con contacto angular pueden soportar cargas axiales moderadas a altas velocidades ;los rodamientos de simple efecto pueden soportar también cargas radiales actuando simultáneamente , mientras que los rodamientos de doble efecto normalmente solo se usan para cargas axiales puras.
Para cargas axiales moderadas y pesada actuando en un solo sentido, los rodamientos mas adecuados son los rodamientos axiales de agujas, los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos y los de rodillo cónicos de simple efecto, así como los rodamientos axiales de rodillo a rotula , que también son capaces de soportar cargas radiales .
Carga combinada :
Una carga de carga combinada consta de una carga radial y una carga axial que actúan simultáneamente.
La capacidad que tiene un rodamiento de soportar una carga axial esta determinada por su ángulo de contacto alfa, cuando mayor sea este ángulo ,tanto mas adecuado v este rodamiento para soportar carga axial. El factor de calculo y que disminuye al aumentar el ángulo de compacto ,proporciona una indicación de esta capacidad para soportar cargas axiales .
Para soportar cargas combinadas se usan principalmente los rodamientos de bolas con contacto angular de una de dos hileras y los rodamientos de rodillos cónicos de una hilera aunque los rodamientos rígidos de bolas y los rodamientos de rodillos de rotula son también adecuados .
Momentos
Cuando la carga actúa excéntricamente sobre el rodamiento puede dar lugar a momentos flectores. Los rodamientos de dos hileras tanto los rodamientos rígidos de bolas como los de bolas con contacto angular ,pueden soportar momentos flexores ,pera son mas adecuados las parejas de una hilera de bolas con contacto angular o de rodillo cónicos sobre todo en disposición espalda con espalda ,así como los rodamientos de rodillos cilíndricos cruzados o de rodillos cónicos cruzados
Desalineacion
las desalineaciones angulares entre el eje y el soporte pueden ser originadas, por ejemplo, por flexión del eje bajo la carga de funcionamiento ,cuando los asientos de los rodamientos en los soportes no han sido mecanizados en una solo a operación o cuando los ejes están soportados por rodamientos montados en soportes separados y a gran distancia entre si.
Los llamados rodamientos rígidos no pueden compensar desalineacion alguna o su capacidad para absorber desalineaciones,sin que aparezcan sobrecargas ,es muy pequeña Por otra parte los rodamientos auto alienables ,como los de bolas a rotulas, los de rodillo a rotula y los axiales de rodillo a rotula son adecuados para absorber las desalineaciones originadas bajo las cargas de funcionamiento y también los errores de alineación resultante s del mecanizado o en montaje.
Precisión
Se requieren rodamientos de un grado de precisión mayor que la normal para aquellas disposiciones que hayan de funcionar con rigurosas exigencias de exactitud (por ejemplo ,las disposiciones de rodamientos de los husillos de maquinas-herramientas)así como la mayoría de los casos que precisan de velocidades de funcionamiento muy elevadas .
Velocidad
La velocidad a la cual un rodamiento puede funcionar viene limitada por la temperatura máxima permisible de funcionamiento .Los tipos de bajo rozamiento dan lugar a una generación interna de calor escasa en el propio rodamiento y por consiguiente los mas usados para funcionar a altas velocidades .
Las máximas velocidades pueden obtenerse con los rodamientos rígidos de bolas cuando las cargas son radiales puras, y con los rodamientos de bolas con contacto angular para cargas combinadas
tomas lugo
14-06-2011 15:22
PROCEDIMIENTO DE SELECCION DE RODAMIENTOS
Existen muchas aplicaciones que requieren un rodamiento de diseño especial. Una de esta situaciones es la falta de espacio para colocar un rodamiento normal.
Para ofrecer un solución a este problema, se crean los rodamientos de agujas, que consisten en cilindros delgados unidos por un canastillo o jaula y el aro exterior. La carencia de aro interior y el reducido diámetro de las agujas, logra un rodamiento delgado con aspecto de anillo.
Para situaciones en donde el espacio es aún mas reducido, existen rodamientos sin aro exterior que se denominan "corona de agujas" y rodamientos denominados "casquillos de agujas" compuestos por agujas y un aro exterior de acero delgado.
Los rodamientos de agujas también se aplican para cargas axiales en donde las agujas (o mas exactamente los troncos de cono) se ordenan en un canastillo y puede tener aros de variados espesores, aprovechando el espacio disponible.
Cuando se realiza el diseño de un montaje, se pueden usar soportes completos que incluyen el rodamiento, los sellos y una base de apoyo que puede ser "de pie" con dos perforaciones para unirlos a una estructura o de "brida" para unirse a una plancha. En la figura se aprecian dos soportes de pie y uno brida del tipo SY que además son a rótula.
bladimir
14-06-2011 15:05
Frecuencias características de
fallo en los componentes del
cojinete.
Las frecuencias indicadoras de deterioro de cojinete
se determinan a partir de reglas ya establecidas. Por
ejemplo, si se establece que un 60 % de las piezas
rodantes pasarán por un punto dado del aro interior del
cojinete para cada revolución del eje, y se supone un
cojinete de 12 piezas rodantes, entonces pasarán 60 x 12
/ 100 = 7,2 elementos rodantes por un punto del aro
interior por revolución del eje. Multiplicando este valor
por la frecuencia de giro del eje, se obtiene la frecuencia
de paso de los elementos rodantes por un punto del aro
interior (BPFO).
Las frecuencias fundamentales de deterioro de un
cojinete son [3, 4]:
BPFO: Frecuencia del aro exterior del cojinete
BPFI: Frecuencia del aro interior del cojinete
BSF: Frecuencia de elementos rodantes
FTF: Frecuencia fundamental del tambor.
ver ecuacion.
Las fórmulas para el cálculo de estas frecuencias son
función de los 5 parámetros siguientes:
Bd : Diámetro de elementos rodantes
Pd : Diámetro medio
Nb : Número de elementos rodantes
α : Ángulo de contacto
fr : Frecuencia de rotación del eje en Hz
Por otro lado hay que mencionar que un cojinete es
usualmente el único punto de contacto entre los
componentes rotatorios y los estáticos de una máquina,
y como tal, está visto como punto importante de
transmisión natural de vibración. Las vibraciones
pueden ser generadas por algún otro componente,
forzadas por desequilibrios, producidas por mezclas de
engranajes, etc., las cuales son combinadas y
transmitidas a través de toda la estructura estática,
llegan al tambor de los cojinetes y producen allí una
vibración que puede solapar la propia de los cojinetes y
que puede conducir a diagnósticos erróneos.
bladimir
14-06-2011 14:57
Los cojinetes son una de las causas más frecuentes de
averías en máquinas rotatorias. Estos presentan el
inconveniente de que en una fase inicial de deterioro,
los incrementos en el nivel global de vibración son
prácticamente inapreciables y difícilmente detectables.
Las principales causas de fallos son : fallo de
lubricación, fatiga, suciedad, corrosión, corrientes
eléctricas, precarga excesiva, vibraciones, montaje
incorrecto y altas temperaturas, entre otros, y la
aparición de los defectos puede acortar
significativamente su tiempo de vida. Las fallas ocurren
cuando la acumulación de desperfectos causa
atascamientos, calentamientos, etc., llevando a la
pérdida del cojinete.
Si un cojinete tiene un defecto tal como una grieta en
uno de sus aros (fallo local), habrá un impacto cada vez
que los elementos rodantes pasen sobre él . Esos
impactos excitan las frecuencias resonantes del cojinete
y del bloque que lo soporta, de la misma forma que una
campana suena cuando es golpeada. Esto resulta en una
serie de “golpes resonantes” muy cortos que suceden a
la frecuencia de paso de las piezas rodantes ver figura
).
La forma de onda resultante es un ejemplo de
modulación lineal. Si la señal se observa mediante un
analizador de espectros, no habrá casi energía a la
frecuencia de paso de elementos rodantes en el espectro,
pero habrá componentes en la banda correspondiente a
las frecuencias resonantes (habrá bandas laterales
alrededor de ellas, separadas por la frecuencia de paso
de elementos rodantes), las cuales son, en definitiva, las
que indican qué parte del cojinete está dañado.
Determinando las frecuencias asociadas a cada uno de
los componentes de los cojinetes, se puede identificar
qué parte o zona del cojinete está deteriorada.
