INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECNICA Y ELECTRICAUNIDAD TICOMAN

INFORME ASIGNATURA: DISEO DE ELEMENTOS DE MAQUINA

Profesor: Daz Salcedo Juan ManuelAlumnos: Espino Paz Rogelio 2012370074 Garca Mares Arturo Cesar 2012370092 Hernndez Gmez Alejandro 2012370129 Morales Snchez Ana Daniela 2011370052 Prez Estrada Kevin 2012370180 Pimentel Estrada Andrea 2012370230 Saul

GRUPO: 6AM2 TURNO: MATUTINOFecha de asignacin:Fecha de entrega

MARZO-2014LUNES-7- ABRIL-2014

INDICE

Lubricacin (tribologia y lubricantes

Definicin y clasificacin

Teoria de lubricacin hidrodinamica

Contactos no concordantes

Relacin de variacin de variables y relacin de formulas

Ejemplo de calculo

Conclusiones sobre ejemplo de calculo

Cojinetes

En deslizamientoDefinicin y clasificacin

Materiales y asociaciones internacionales

Geometria

Componentes

Diseo de cojinetes hidrodinamicos

Procesos de manufactura

Pruebas e inspeccin

Graficas para el diseo de cojinetes hidrodinmicos

Disispacin de calor y equilibrio de temperatura

Carga estatica y carga dinamica

Relacin de variables y relacion de formulas

Diseo de cojinetes hidrodinamicos

Ejemplo de calculo

Dibujo final

LUBRICACIN (TRIBOLOGIA) Y LUBRICANTESDEFINICIN Y CLASIFICACINLos lubricantes pueden ser lquidos, solidos o gaseosos. Los lubricantes lquidos o solidos comparten las propiedades de baja resistencia al corte y alta resistencia a la compresin. Un lubricnate liquido como el aceite derivado del petrleo es bsicamnete incompresible a niveles de esfuerzo que se encuentran en los cojinetes, pero se corta facilmente. Por lo tanto resulta el material mas dbil en el punto de contacto, mientras su baja resistencia al corte reduce el coeficiente de friccin.Los lubricantes lquidos son los que se utilizan con mas frecuencia y los aceites minerales, los mas comunes entre ellosLa friccin y el desgaste tienen efectos negativos que tenemos que evitar:1. El desgaste es a mayor causa de prdida de materiales, por lo que cualquier reduccim del mismo puede aportar grandes beneficios.2. La friccin o rozamiento es una de las principales causas de disipacin de energia, por lo que su control puede traducirse en un importante ahorro energtico.3. La lubricacin es el modo as efectivo de reducirla friccin y controlar el desgaste.El proposito de la lubricacin o engrase es el de interponer una pelicula de un material fcilmente cizallable, de modo que el deslizamiento se realice en su seno, etre elementos de mquinas con movimiento relativo y cargados. Los lubricantes lquidos son de uso ms generalizado, y los ms comunes de estos son los acites minerales. Las grasas son aceites mezclados con jabones, para que formesn un lubricante mas espeso y ms pegajoso, que se aplican donde no puedan ser suministrados en forma lquida o donde no sea posible retenerlossobre la superficie. Los lubricantes slidos sirven para aquellas propiedades, como resistencia a temperaturas elevadas. Los lubricantes gaeosos se aplican en situaciones especiales, como en los cojinetes neumticos, para lograr una friccin mucho muy baja. Los lubricantes, en particular los lquidos, tambien eliminan calor. Una menor temperatura reduce interaccin y desgaste superficiales.TIPOS DE LUBRICANTES DE PELICULA SLIDALUBRICANTES DE PELCULA SLIDASon de dos tipos: materiales con deducudos esfuerzo cortante, como el grafito o el bisulfito de molibdeno, y que se agregan a las superficies en contacto, adems de recubrimietos como fosfatos, xidos o sulfuros que se provoca que se formen en la interfaz del material. El grafitos y los materiales de MoS2, suelen suministrarse en polvo, y pueden se r llevados hasta la interfaz junto con alglutinante de grasa de petrleo o en algn otro material. Estos lubricantes secos tienen la ventaja de ofrecer una baja friccin y resistencia a altas temperaturas, aunque esto ltimopuede quedar limitado por la eleccin de aglutinantes. Recubrimientos como fosfatos u xidos llegan a depositarse qumica o electroqumicamente. Estos recubrimientos son delgados y tienen tendecia a desgastarse en corto tiempo. Los aditivos EP de algunos aceites proporcionan una renovacin continua de sulfuros o de otros recubrimientos, qumicamente inducidos. LUBRICANTES LQUIDOSSe trata de aceites petroqumicoso sintticos, aunque a veces en entornos acuosos se recurre al agua como lubricantes. Muchos aceites lubricantes comerciales estn mezclados con diversos aditivos que reaccionan con los metales para formar contaminantes de una sola capa. Los lubricantes conocidos como EP (de presin extrema) agregan cidos grasos u otros compuestos al acite, que atacan qumicamente al metal formandos una capa de contaminante que protege y reduce la friccin, aun cuando la pelcula de acite haya sido expulsada de la interfaz debido a cargas de contacto elevadas. Los acites se clasifican en funcin de su viscosidad, as como por presencia de aditivos para aplicaciones EP.

TIPOS DE LUBRICACINEn el cojinete suelen ocurrir tres tipos de lubricacin: de pelicula completa, de pelicula mixta y el de lubricacin marginal. La lubricacin de pelcula completa describe una situacin en la cual las superficies en los cojinetes estn totalmente separadas por una pelicula lubricante, con lo que se elimina cualquier contacto. La lubricain de pelcula completa puede ser hidrosttica, hidrodinmica o esltohidrodinmica.La lubricacin marginal describe una situacin en la cual, por razones de geometra, de aspereza superficial, de exceso de carga o de carencia de lubricante suficiente, la superficie de los cojinetes entra fsicamente en contacto, pudiendo ocurrir desgaste por adhesin o por abrasin. La lubricacin de pelcula mixta describe una combinacin de pelcula parcial de lubricante, adems de algn contacto entre asperezas entre superficies.Viscosidad absoluta de la temperatura de aceites lubricantes de petrleo en grados de viscosidad ISO.La figura muestra una curva que ilustra la relacin entre friccin y velocidad de deslizamiento relativo en un cojinete. A bajas velocidades, ocurre lubricacin marginal, con alta friccin contamientante. Conforme la velocidad de deslizamiento se incrementa mas all del punto A, se empieza a formar una pelicula hidridinmica de fluido que reduce el contacto entre asperezas y la friccin, en regimen de pelicula mixta. A velicidades an superiores, se forma una pelicula completa en el punto B, separando completamente las superficies, con friccin an ms reducida. (se trata del mismo fenmenos que hace que las llantas de automovil hidroplaneen en carreteras mojadas. Si la velocidad relativa de la rueda, en comparacin con la carretera mojada, excede un cierto valor, el movimiento de la llanta bombea una pelicula de agua hacia la superficie de roce, lo que levanta la rueda de la carretera. El coeficiente de friccon de la llanta se reduce de manera radical, y la prdida sbita de traccin puede causar derrapes peligrosos). A velocidades an ms elevadas, las prdidas viscosas al corte en el lubricante incrementan la friccin.

Cambio en la friccon en relacin con la velocidad relativa, en un cojinete deslizante LUBRICACON DE PELICULA COMPLETATres mecanismos pueden crear una lubricacin de pelicula completa: la lubricacin hidrosttica, la hidrodinmica y la elastohidrodinmica.LUBRICACIN HIDRODINMICASe refiere al suministro de suficiente lubricante (aceite, por lo general) a la interfaz en deslizamiento para permitir que la velocidad relativa de las superficies en contacto bombeen lubricante dentro del espacio, que las separa, mediante una pelcula deinmica de lquido. Esta tcnica muy efectiva en cojinetes , donde en su holgura la flecha y el cojinete generan un anillo delgado que puede atrapar lubricante y permite as que la flecha lo bombee alrededor de este anillo. En los extremos hay una trayectoria de fuga, por lo que para reemplazar lo perdido debe proporcionarse un suministro continua de acite.Este suministro puede estar alimentado por gravedad o por presin. Tal sistema se aplica para lubricar los cojinetes del cigeal y del rbol de levas de un motor de combustin interna. Se bombea aceite filtrado a los cojinetes a una presin relativamente baja para reponer el aceite perdido por los extremos de los cojinetes, pero el estado dentro de stos es hidrodinmico, lo que crea presiones mucho ms elevadas para soportar cargas en cada cojinete.En un cojinete de manguito o buje hidrodinmico en reposo, la flecha o superficie de rodamiento se asienta ponindose en contacto con la parte inferior del cojinete, segn se observa en la Figura 10-3a. Conforme empieza a girar, la lnea de centros de la flecha se desplaza excntricamente dentro del cojinete y la flecha acta como una bomba, para succionar una pelcula de aceite que se adhiere todo alrededor de la superficie, segn se observa en la Figura 10-3b. (El lado exterior de la pelcula de aceite queda adherida al cojinete estacionario.) As se establece un flujo dentro del pequesimo espesor de la pelcula de aceite. Si la velocidad relativa es suficiente, la flecha se monta sobre una cua del aceite bombeado, con lo que desaparece el contacto metal a metal con el cojinete, segn se muestra en la Figura 10-3c.Por lo que un cojinete lubricado hidrodinmicamente slo entra en contacto con la flecha al detenerse o al girar a una velocidad inferior a su velocidad de hidroplaneo. Esto significa que slo puede ocurrir desgaste por adhesin durante los periodos transitorios de arranque y de parada. Siempre que el lubricante y la velocidad presentes a la velocidad de operacin sean suficientes para permitir la elevacin hidrodinmica de la flecha, que la separa del cojinete, esencialmente no habr desgaste por adhesin. Esto incrementa de manera importante la vida por desgaste, comparado con la situacin de un contacto continuo. De la misma manera que en el caso de la lubricacin hidrosttica, el aceite debe mantenerse libre de contaminantes, a fin de evitar otras formas de desgaste, como la abrasin. El coeficiente de friccin de una interfaz hidrodinmicamente lubricada es de 0.002 a 0.010.(c) Flecha girando con rapidez lubricacin hidrodinmica no en contacto entre metales la flecha bombea el fluido la flecha va atrasada en relacin con el centro de la lnea del cojinete(b) Flecha en giro lento lubricacin marginal el punto de contacto precede a la lnea de centros(a) Flecha estacionaria - contacto entre metales - fuerzas y centros alineados

Figura B TEORA DE LA LUBRICACIN HIDRODINMICAImagnese el cojinete de manguito que aparece en la FiguraB. La Figura C muestraun mun y un cojinete similar, pero concntrico y de eje vertical. La holgura diametralCd entre la superficie de rodamiento y el cojinete es muy pequea, de ms o menos unamilsima del dimetro. Debido a que el espacio h es tan pequeo comparado con el ra-dio de curvatura, lo podemos modelar como dos placas planas. La Figura C muestrados de estas placas separadas por una pelcula de aceite, con un espacio de dimensin h.Si las placas son paralelas, la pelcula de aceite no soportar carga transversal. Esto es tam-bin cierto en una superficie de rodamiento y cojinetes concntricos. Un mun horizontalconcntrico se convierte en excntrico debido al peso de la flecha, como en la Figura 10-3.Si el eje es vertical, como la Figura 10-5, el mun puede girar de forma concntricacon el cojinete, ya que no hay fuerza de gravedad transversal.

Figura CEcuacin de Petroff para el par de torsin sin cargaSi mantenemos estacionaria la placa inferior de la Figura B y movemos la superiorhacia la derecha con una velocidad U, ser cortado el fluido entre las placas, igual queocurre en el espacio concntrico de la Figura I0-5c. El fluido moja y se adhiere a ambas placas, haciendo que su velocidad sea cero en la placa estacionaria y U en la placaen movimiento. La Figura 10-5c muestra un elemento diferencial del fluido en el espacio. El gradiente de velocidad causa la distorsin angular f). En el lmite, J3 = dx/dy.El esfuerzo cortante xt, que acta sobre un elemento diferencial de fluido dentro delespacio, es proporcional a la tasa de corte:y la constante de proporcionalidad es la viscosidad x\. En una pelcula de espesor constante h, el gradiente de velocidad du/dy = U/h y es constante. La fuerza necesaria para cortar toda la pelcula es:donde A es el rea de la placa.Para el mun y cojinete concntricos de la Figura 10-5a, supongamos que el espacio h = cj2, donde c es la holgura diametral. La velocidad es U = ndn', donde n' son las revoluciones por segundo, y el rea de corte es A = ndl. El par de torsin de 7o requerido para cortar la pelcula es por lo tanto

CONTACTOS NO CONCORDANTESLos contactos no concordantes como los dientes de engrane, las uniones leva-seguidor, y los cojinetes de elementos rodantes (de bolas y rodillos) pueden operar en los modos de lubricacin marginales mixtos y elastohidrodinmicos (EHD). El factor principal que determina cules de estas situaciones ocurrir es el espesor especfico de pelcula, que se define como el espesor mnimo de pelcula en el centro de la huella, dividido entre la aspereza rms superficial compuesta de ambas superficies.

EJEMPLO DE CALCULO1. La viscosidad de un aceite ISO VG 460 es 6.5 mreyn a 180F.

4. Encuentre el modulo de elasticidad efectivo

9. Conversion del valor mnimo en la salida a un espesor aproximado en el centro de la huella de contacto.

COJINETES EN DESLIZAMIENTOCOJINETES DE ELEMENTOS RODANTESLos cojinetes de elementos rodantes se agrupan en dos categoras generales, cojinetesde bolas y de rodillos, ambos con muchas variantes dentro de esta divisin.Cojinetes de BOLAS Capturan cierta cantidad de esferas de acero endurecido yrectificado entre dos pistas, una interior y otra exterior en cojinetes radiales, y una pis-ta superior y una inferior en cojinetes de empuje. Segn se muestra en la Figura F,se emplea un retn (tambin conocido como jaula o sujetador) para mantener las bolascorrectamente separadas alrededor de las pistas. Los cojinetes de bolas soportan cargasradiales y de empuje combinadas en grado variado, dependiendo de su diseo y cons-truccin.La Figura muestra un cojinete de bolas de canal profundo, es decir,de tipo Conrad, que soportar cargas a la vez radiales y de empuje moderadas. La Figura muestra un cojinete de bolas de contacto angular diseado para manejarms elevadas cargas de empuje en una direccin, as como cargas radiales. Cojinetes DE rodillos Tienen rodillos rectos, cnicos o contorneados entre pis-tas, segn se muestra en la Figura En general, los cojinetes de rodillos puedensoportar cargas estticas y dinmicas (impacto) superiores a los cojinetes de bolas, enrazn a su lnea de contacto, y son menos costosos para tamaos y cargas mayores. Amenos de que los rodillos sean cnicos o con contorno, slo soportan carga en una soladireccin, ya sea radial o de empuje, segn el diseo de cojinete. La Figura muestra un cojinete de rodillos rectos y cilindricos diseado slo para soportar cargasradiales. Tiene muy baja friccin y flota axialmente, lo que puede ser una ventaja enflechas largas, donde la expansin trmica puede someter la carga en direccin axial aun par de cojinetes de bolas si no han sido montados adecuadamente. La Figura muestra un cojinete de agujas que usa rodillos de pequeo dimetro y que puede o no.

COJINETE DE DESLIZAMIENTOEl cojinete de deslizamiento es junto al rodamiento un tipo de cojinete usado en ingeniera. Un cojinete de deslizamiento es un cojinete en el que dos casquillos tienen un movimiento en contacto directo, realizndose un deslizamiento con friccin, buscando que esta sea la menor posible. La reduccin del rozamiento se realiza segn la seleccin de materiales, y lubricantes. Los lubricantes tienen la funcin de crear una pelcula resbaladiza que separe los dos materiales, evitando el contacto directo, y con ello el calentamiento y desgaste de las superficies. Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso ms solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita la vida til. La generacin de la pelcula lubricante que separa por una lubricacin completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presin, y que se usa slo en mquinas de gran tamao para grandes cojinetes de deslizamiento. La resistencia al deslizamiento provoca la conversin de parte de la energa cintica en calor, que desemboca en las partes que sostienen los casquillos del cojinete.ay que distinguir entre los cojinetes simples (lubricado o lubricados con grasa), cojinetes hidrodinmicos y Cojinetes hidrostticos. La resistencia al deslizamiento es friccin seca, friccin mixta o friccin lquida.CLASIFICACIONCOJINETES FRICCIN SECAEn rodamientos con friccin en seca se utilizan materiales de baja friccin y combinaciones. A veces tambin los hay "autolubricante" (tal como con una aleacin de plomo u hojalata, un plstico como el PTFE o cermicos). La otra opcin de friccin seca es con rodamientos de acero.COJINETES DE FRICCIN LQUIDAEn cojinetes de friccin, cuando se requiere baja prdida de energa y durabilidad (por ejemplo, para la conversin de energa en una turbina, o en generadores), aplica la lubricacin completa, es la friccin fluida. La pelcula lubricante debe estar a presin para separar las superficies de contacto, para lograr la resistencia al apoyo de uno sobre el otro. En cojinetes hidrostticos se dispone de alguna bomba de aceite (p.ej. en motores de combustion motores), en cojinetes hidrodinmicos la presin de la pelcula del aceite de lubricacin entre las dos superficies en contacto entre s, se autogenera por su en movimiento, pero esto significa que al iniciar y detener el movimiento no hay presin y existe friccin mixta.COJINETES DE FRICCIN MIXTA En los rodamientos lubricados se produce friccin mixta. El lubricante, grasas o aceites (de petrleo), al menos en algn punto de las superficies de contacto, y tocando slo las puntas, que establece una reducida resistencia al deslizamiento.

MATERIALES Y NORMAS INTERNACIONALESLos cojinetes estn regulados y certificados por DIN EN ISO. La fabricacin de cojinetes de acero-metal, los materiales y el proceso de fabricacin estn sujetos a controles de calidad continuos con una documentacin permanente despus de una fase de trabajo. Los reglamentos especficos para la fabricacin de cojinetes es la DIN ISO 12301, que se encarga de las tcnicas de prueba de cojinetes deslizantes y del examen de os atributos de calidad de geometra y materia.De los materiales base de los cojinetes de pared gruesa se emplean materiales base (fundidos, forjados y laminados) Considerando DIN ISO 6280. Estos son en la mayora de acero C10, o C15, segn DIN 17210 (con un contenido C hasta mximo 0.25%) Aleaciones de fundicin de cobre segn DIN EN 1982, por ejemplo Cuns12-C o CuSn7Zn4Pb7-C Acero fundido segn DIN 1681 Hierro fundido segn DIN 1561Hierro fundido de estructura modular segn DIN en 1563, para el funcionamiento seguro de los cojinetes es imprescindible una otima unin entre el material base y el metal antifriccin.Todas las superficies de unin tienen una rugosidad de Ra=4um hasta 8um segn DIN ISO 6280El contenido de hidrogeno en las piezas de apoyo de acero con un espesor de ms de 40mm no debe sobrepasar 1,7mg/kg.

GEOMETRIALos rodamientos se fabrican para soportar: Cargas puramente radiales Cargas de empuje axial Combinacin de cargas radiales y axiales

La nomenclatura de un cojinete se indica en la figura, en la que se aprecian las cuatro partes principales: aro externo, aro interno, elementos rodantes (bolas), y separador. En cojinetes de bajo coste a veces se omite el separador cuya misin es impedir el contacto entre las bolas del rodamiento.

En la tabla se representan los tipos principales de rodamientos de bolas. Todos estos cojinetes pueden obtenerse con cubiertas o protectores en uno o ambos lados. Las cubiertas no proporcionan un cierre completo, pero s ofrecen proteccin contra la entrada de polvo y suciedad. Una variedad de cojinetes se fabrica con sellos hermticos en uno o ambos lados. Cuando los sellos estn en ambos lados se lubrica en fbrica. Los cojinetes de bolas de un fila soportan un pequeo des alineamiento o deflexin del eje, pero es posible tambin usar cojinetes autoalineantes. Los cojinetes de bolas de doble fila se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaos para soportar cargas radiales y axiales ms intensas.

CONCLUSIN PIMENTEL ESTRADA ANDREASiempre que dos piezas tienen movimiento relativo forman un cojinete por definicion, por ello es importante lubricar cualquier cojinete con el fin de reducir la friccin y el liminar el calor. El proposito de la lubricacin o engrase es el de interponer una pelicula de un material fcilmente cizallable, de modo que el deslizamiento se realice en su seno, etre elementos de mquinas con movimiento relativo y cargados. Los cojinetes son puntos de apoyo de ejes y rboles para sostener su peso, guiarlos en su rotacin y evitar deslizamientos. El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido. Para los cojinetes deben tener un material que debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre l.

MARIO SAL SANDOVAL ROAEl nombre de cojinetes de rodamiento, o simplemente rodamientos, se emplea para describir la clase de soporte de eje en el que la carga principal se transmite a travs de elementos que estn en contacto rodante y no deslizante. La carga, la velocidad y la viscosidad de operacin del lubricante afectan a las caractersticas friccionales de un cojinete de rodamiento. El Shigley nos da un gran marco de referencia no solo para el diseo de estos mecanismos, sino para el desarrollo de ciertos criterios a analizar en su manejo y aplicacin, como la corrosin, la fatiga, los esfuerzos cortantes, etc.