ELEMENTOS DE MAQUINAS

TEMA: COJINETES

DOCENTE: ING. ROBERTO QUISPE CABANA

TIPOS DE COJINETES

• cojinetes de rodadura (rodamientos) o antifricción.

• cojinetes de deslizamiento(casquillos

COJINETES DE RODADURA

Los cojinetes en general tienen como finalidad servir de apoyo a los árboles y ejes que giran en el espacio, para que estos puedan rotar libremente y soportar las cargas que actúan sobre árboles y ejes.Los cojinete por rodamiento emplean cuerpos rodantes y el movimiento relativo de sus componentes es fundamentalmente de rodadura.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE COJINETE DE RODADURA

1. Elevadas dimensiones radiales.2. Altas tensiones de contacto.3. Menor capacidad para amortiguar vibraciones que los cojinetes de

deslizamiento.4. No son recomendables para velocidades

sumamente altas.5. No son convenientes en árboles acodados

(cigüeñales), aunque sefabrican algunos tipos de cojinetes

partidos para estos usos.

1. Gran estandarización y bajo costo.2. La resistencia al movimiento en el arranque de los rodamientos puede

ser entre 5 y 10 veces menor que a resistencia de los cojinetes de

deslizamiento.3. Poca generación de calor.4. Pocas exigencias de mantenimiento y

lubricación.5. Gran capacidad portante en la dirección

axial.6. Menor consumo de metales no ferrosos.7. Menores pérdidas por fricción para bajas

velocidades y movimientososcilantes.

CLASIFICACION DE COJINETE RODANTEA) BOLAS

TIPOS DE COJINETE DE BOLAS

CLASIFICACION DE COJINETE RODANTE

B) RODILLOS (Cilíndricos, Cónicos, esférico y Agujas)

TIPO DE COJINETES DE RODILLOS

Fuente: Diseño de Ingeniería Mecánica de Shigley.

CLASIFICACION DE COJINETES RODANTES SEGUN EL SENTIDO DE APLICACIÓN DE CARGA

• Radiales.• Radio-axiales.• Axiales.• Axiales-radiales.

CLASIFICACION DE COJINETES RODANTES SEGÚN SU CAPACIDAD DE AUTOALINEACION

AUTOALINEANTES NO AUTOLINEANTES

DETERIOROS

Fuente: Joseph E. Shigley

FATIGA POR ESFUERZO DE CONTACTO EL PORTARRODILLOS Y LOS RODILLOS TAMBIÉN MUESTRAN INDICIOS DE SEVERORECALENTAMIENTO.

DETERIOROS

EL COJINETE EN EL OTRO EXTREMO DEL EJE TAMBIÉN MUESTRA DAÑOS DEBIDOS A LA FALTA DE ACEITE Y A LA MALA ALINEACIÓN CAUSADA POR LA FALTA DE SOPORTE DEL COJINETE QUE FALLÓ.

DETERIOROS

PARTÍCULAS GRANDES EN EL LUBRICANTE, TALES COMO RESTOS METÁLICOS DE LA FALLA DE UN ENGRANAJE O DE OTRO COJINETE, PUEDEN CAUSAR DEFORMACIÓN PLÁSTICA DE LA SUPERFICIE O INDENTACIÓN FRAGMENTADA (LLAMADA "MAGULLADO") DE LAS PISTAS Y ELEMENTOS RODANTES.

MAGULLADO

DETERIOROS

SI SE DEJA OPERAR DURANTE UN TIEMPO SUFICIENTE, EL MAGULLADO PUEDE LLEVAR A DESCASCARAMIENTO, COMO SE VE EN ESTA PISTA DE UN COJINETE

DE RODILLOS CÓNICOS

DETERIOROS

LOS COJINETES QUE SE SACAN DE UNA MÁQUINA Y SE LIMPIAN PUEDEN OXIDARSE RÁPIDAMENTE. POR LO TANTO UNA BUENA PRÁCTICA ES PROTEGERLOS CON ACEITE, GRASA, U OTRO INHIBIDOR DE CORROSIÓN.

DETERIOROS

EL PASO DE ALTA CORRIENTE MIENTRAS EL COJINETE NO ESTÁ GIRANDO CAUSA USUALMENTE MARCAS DE ARCO Y PICADURAS, COMO VEMOS AQUÍ. LAS CAUSAS PRINCIPALES PUEDEN INCLUIR EL SOLDAR EN UNA MÁQUINA TENIENDO LA CONEXIÓN A TIERRA DE TAL MANERA QUE LA CORRIENTE ELÉCTRICA PASE A TRAVÉS DEL COJINETE.

DETERIOROS

DAÑOS POR MANPULACION E INSTALACION

DETERIOROS FRACTURAS

LAS FRACTURAS EN LAS PISTAS O ELEMENTOS DE RODADURA DE COJINETES ANTIFRICCIÓN QUE HAN SIDO TRATADOS TÉRMICAMENTE DE FORMA APROPIADA Y NO CONTIENEN IMPERFECCIONES SUBSUPERFICIALES, SE DEBEN POR LO GENERAL A CONDICIONES DE FUERTES SOBRECARGAS.SI LA MALA ALINEACIÓN ES SEVERA PUEDE SOBRECARGAR, DESGASTAR Y FRACTURAR LOS ELEMENTOS DE RODADURA, LAS PESTAÑAS Y LAS PISTAS.

CRITERIO DE SELECCION

• Según el tipo de rodamiento

Se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:

Magnitud y dirección de las cargas.Velocidad de giro

Necesidad de desplazamiento de los apoyos.Dimensiones radiales y axiales.AutoalineaciónLubricantes a emplear

RigidezFormas de montaje y desmontaje a aplicar.

Según el Tamaño• Se toman en cuenta los criterios de cálculo que permiten prever el deterioro o alargar el plazo de servicio sin

que se manifieste. Para ello se emplearán como criterios fundamentales para la selección los criterios de capacidad de carga estática y Capacidad de carga dinámica.

• La selección de rodamientos según el criterio de capacidad de carga estática se realiza cuando la frecuencia de rotación de este es menor de 10 rpm., (velocidad de rotación muy lenta). En caso contrario se emplea el criterio de capacidad de carga dinámica, si el rodamiento permanece en las paradas y arranques bajo el efecto de la carga debe realizarse adicionalmente la comprobación a capacidad de carga estática.

VIDA DE COJINETES• Si un cojinete esta limpio y se lubrica de manera apropiada, si esta montado y

sellado para evitar la entrada de polvo y suciedad, si se mantiene en esta condición y si se hace funcionar a temperaturas razonables, entonces la fatiga del metal sera la unica causa de falla.

• La medida de la vida de un cojinete individual se define como el numero total de revoluciones (u horas a una velocidad constante) de operación del cojinete hasta que se presente el criterio de falla unica causa de falla.

• La vida nominal La vida nominal de un grupo de cojinetes de bolas o de rodillos prácticamente idénticos se define como el numero de revoluciones (u horas a una velocidad constante) que 90% de un grupo de cojinetes alcanza o excede, antes de que se desarrolle el criterio de falla. Los términos vida mínima, vida L10 y vida B10 también se utilizan como sinónimos de vida nominal.

EFECTO CARGA - VIDA DEL COJINETE A CONFIABILIDAD NOMINAL

• Considere el caso de la compañía SKF, que clasifica sus cojinetes para un millón de revoluciones de manera que la vida L10 es 60LRnR = 106 revoluciones. El producto LRnR60 produce un numero familiar. Por ejemplo, la compañía Timken utiliza 90(106) revoluciones. Si se desea una vida de 5 000 horas a 1 725 rpm con una carga de 400 lbf y una confiabilidad de 90%, .con cual clasificación se debe buscar en un catalogo de SKF?

SUPERVIVENCIA DEL COJINETE: CONFIABILIDAD CONTRA VIDA

RELACIÓN CARGA-VIDA-CONFIABILIDAD

• Los parámetros de Weibull son:

• x0 = 0.02,

• (θ – x0) = 4.439

• b = 1.483.

Ejemplo

• La carga de diseño en un cojinete de bolas es 413 lbf y se considera apropiado un factor de aplicación de 1.2. La velocidad del eje o árbol será de 300 rpm y la vida de 30 kh con una confiabilidad de 0.99. .Cual es la anotación en el catalogo C10 que se debe buscar (o exceder), cuando se investigue por un cojinete de ranura profunda en un catalogo de fabricante

• basado en una vida nominal de 106 revoluciones? Los parámetros de Weibull son x0 = 0.02, (θ – x0) = 4.439 y b = 1.483.

CONFIABILIDAD DEL COJINETE

• Los arboles, por lo general, tienen dos cojinetes. A menudo son diferentes. Si la confiabilidad del cojinete del eje con su par de cojinetes debe ser R, entonces R se relaciona con las confiabilidades individuales de los cojinetes RA y RB mediante

CARGAS COMBINADAS, RADIAL Y DE EMPUJE

• Un cojinete de bolas es capaz de resistir cargas radiales y de empuje. Además, las cargas se pueden combinar.

CONSIDERANDO

• Fa es la carga de empuje.

• Fr es la carga radial.

• Fe como la carga radial equivalente que ocasiona el mismo daño que las cargas de empuje y radial combinadas.

• Factor de rotación V ( V=1 cuando el anillo gira; V=1,2 cuando el que gira es el anillo exterior.

• Es común expresar las ecuaciones como una sola ecuación,

FACTOR DE CARGA RADIAL EQUIVALENTE PARA COJINETE DE BOLAS

DIMENSIONES Y CLASIFICACIONES DE CARGA PARA COJINETES DE BOLAS DE CONTACTO ANGULAR DE UNA FILA, SERIE 02 DE RANURA PROFUNDA

Ejemplo

• En cierta aplicación se requiere un cojinete de bolas con el anillo interior giratorio, con una vida de diseño de 30 000 h, a una velocidad de 300 rpm. La carga radial es 1.898 kN y resulta apropiado un factor de aplicación de 1.2. La meta de confiabilidad es 0.90. Determine el múltiplo de la vida nominal que se requiere, xD, y la clasificación de catalogo C10 con la cual se emplea la tabla del cojinete. Elija un cojinete de bolas serie 02, de ranura profunda de la tabla 11-2 y calcule la confiabilidad existente en uso.