COJINETES DE DESLIZAMIENTO

JUNIO 2008 PROF. VLADIMIR DELGADO 1-9

INTRODUCCIÓN

Los cojinetes de deslizamientos son básicamente anillos cilíndricos de forma tubular, con o sin collar, interpuestos entre un árbol y su alojamiento, con la finalidad de facilitar el movimiento de rotación, soportando cargas y reduciendo las pérdidas por fricción.

Por lo general 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 fricción están construidos a partir de materiales que presentan baja de fricción (bronce, estaño, plomo, grafito, Teflón, Politetrofluoretileno, poliamida, Babbit, etc), pueden utilizarse seco o con lubricación.

TIPOS DE COJINETES:

• SEGÚN SU LUBRICACION

• COJINETES CON LUBRICACIÓN LÍMITE – Existe un contacto real entre las superficies sólidas de la pieza móvil y la pieza estacionaria, aunque presente una capa de lubricante

• COJINETES CON LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA - La pieza móvil y la pieza estacionaria del sistema están separadas por una película completa de lubricante que soporta a la carga.

• SEGÚN MATERIAL DE FABRICACIÓN

• COJINETES DE MATERIALES METÁLICOS

En este grupo tenemos los cojinetes fabricados de: Bronces colados (En nombre de bronce se aplica a varias aleaciones de cobre con estaño, plomo, zinc o aluminio, solos o en combinación. Ejemplos: Bronce al plomo, bronce colado SAE CA932, Bronces al estaño y bronces al aluminio), Babbitt (Pueden ser a base de plomo o a base de estaño: nominalmente tienen 80% del metal principal), Aluminio y Zinc.

COJINETES DE DESLIZAMIENTO


• COJINETES DE MATERIALES SINTERIZADOS También llamados autolubricantes, son obtenidos por sinterización (compresión de metales, generalmente bronce, en polvo a elevada temperatura), los cuales deja una alta porosidad en el material (porosidades entre 15 y 35% en volumen). Los poros contienen lubricante que, bajo el efecto centrífugo del movimiento, es aspirado y formado un cojín de aceite. Al paro, el lubricante reanuda su lugar por capilaridad.

• COJINETES COMPUESTOS

Ellos pueden funcionar tanto seco como con un ligero engrase al montaje bajo velocidades periféricas inferiores a 3 m/s. Están constituidos por 3 capas diferentes. La base es una chapa de acero cubierta de una capa de bronce sinterizado. La superficie que frota puede ser en resina acetal (POM) o en Politetrofluoretileno (PTFE) con adición de un lubricante sólido: plomo, grafito, bisulfuro de molibdeno MoS2…



• COJINETES PLÁSTICOS O POLIMÉRICOS (NYLON, PTFE, ACETAL…)

Son utilizados, sobre todo, cuando es necesario tener una gran resistencia química (ácidos, bases…). Inconvenientes: baja resistencia que limita su capacidad de carga y un escaso coeficiente de conductividad térmico que impiden una buena evacuación de las calorías.

PTFE - Politetrafloruroetileno

PA – Poliamida

PPS – Sulfuro de polifenileno

PVDF – Floruro de polivinilideno

PEEK – Polieteretercetona

PEI – Polieterimida

PES – Polietersulfona

COJINETES CON LUBRICACIÓN LIMITE O “SECOS”

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

Consideremos el árbol 2, de radio R y el cojinete 1. Estos se someten a las siguientes acciones mecánicas exteriores.



Cm: Par torsor mínimo que implica la rotación de 2/1. (N.m)

F: Fuerza radial sobre el árbol 2. (N)

F1/2: Acción mecánica del cojinete 1 sobre el árbol 2 (N), quién se divide en un componente normal al contacto (N) y un componente tangencial (T).

Durante la rotación en régimen permanente (velocidad constante y deslizamiento de 2/1) hay equilibrio de los momentos y resultados.

En caso de utilización de cojinetes con collares, es necesario añadir el par de fricción del árbol contra el hombro.

Se puede entonces determinar la potencia perdida por fricción: P = Cf x W donde: P: Potencia expresada en Vatio (W) Cf : Par de fricciones (N.m) W : Velocidad angular (en rad/s) Esta potencia corresponde a la energía que es necesario disipar para cada unidad de tiempo en forma de calor. El calor se disipa: • Por el armazón: Superficie de intercambio importante, escasa subida de la temperatura. • Por el árbol: Superficie de intercambio limitada, subida de la temperatura. La subida de la temperatura modifica: • Los juegos de funcionamiento (riesgo de agarrotamiento por insuficiente juego inicial). • Las calidades del lubricante. • Las características físicas de los materiales. En todos los casos el juego inicial instalado en el montaje debe ser superior a la reducción debida a la dilatación.



DIMENSIÓN DE LOS COJINETES “SECOS”

Para elegir un cojinete es necesario determinar tres parámetros: • d- Diámetro interior: fijado por el diámetro del árbol utilizado en la conexión pivote. • L - Longitud del cojinete, • Tipo de cojinete. Una vez que este diámetro d se conoce, es posible conocer la velocidad periférica V

Donde: V – Velocidad periférica (m/s)

n – Velocidad de giro (r.p.m.)

d – Diámetro de giro (mm)

El procedimiento de cálculo varía sensiblemente de una familia al otro y de un fabricante al otro. Para elecciones precisas utilizar los documentos fabricantes. Sin embargo estos cálculos (duración de vida, longitud del cojinete…) obligan regularmente a introducir los conceptos de presión diametral P y de producto PV.

Este factor es determinante en la dimensión del cojinete. Su valor permite medir la capacidad del material para soportar la energía generada por la fricción. En caso de rebasamiento, la temperatura del transporte aumenta y la destrucción es rápida.

PV = Presión diametral (N/mm2) X Velocidad periférica (m/s)



VALORES DE REFERENCIA COMPARATIVOS DE LOS COJINETES USUALES

Tipos de cojinete Velocidad máximo

admisible (m/s)

Temperaturas límitede funcionamiento

(°C)

Presión diametral admisible en

funcionamiento (N/mm2)

Producto P.V Admisible

(N/mm2). (m/s)

Bronce Sinterizado 6 -20 a 100 20 1,8

Compuesto - PTFE 2,5 - 200 a 280 140 1,8

Compuesto - POM 2,5 -40 a 120 140 3

Glaciar PTFE 3 -200 - 280 20 0,9 - 1,5 Grafito 13 400 5 0,5

Bronce-estaño 7 - 8 >250 7 a 35 1,7 Bronce-plomo 7 - 8 250 20 a 30 1,8 - 2,1

Nylon 2 - 3 -80 - 120 7 a 10 0,1 - 0,3 Acétal 2 - 3 -40 - 100 7 a 10 0,1

Un valor práctico de diseño para PV es la mitad del valor admisible.

Por otro lado, tenemos fabricantes que ofrecen diagramas P vs V, en vez de dar información de producto PV. Estos diagramas ayudan a los cálculos requeridos, tomando para el diseño, el sector definido bajo la curva.



MONTAJE



COJINETES DE DESLIZAMIENTO HIDRODINÁMICOS Se asemejan a los cojinetes secos con una diferencia fundamental: en funcionamiento normal no hay nunca contacto metal sobre metal entre el árbol y el cojinete, excepto al comienzo. La velocidad tangencial del árbol por acción de la rotación, a condición de que sea suficiente, crea una fuerza de sustentación hidrodinámica comparable al esquí náutico o al hidrodeslizamiento. Permanentemente una película de aceite separa las dos superficies respectivas (régimen hidrodinámico). El desgaste entonces es prácticamente nulo y la fuerzas de fricciones reducidas.

La alimentación en aceite debe ser suficiente para compensar las fugas laterales. El grosor más bajo de la película de aceite (h0) varía entre 0.008 mm. y 0.020 mm. Las alimentaciones (canal de llegada, surco de engrase) se colocan generalmente en la zona donde hay depresión.

COJINETES DE DESLIZAMIENTO

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