UT6 Cojinetes y Lubricación

Transcripción

cojinetes
Los cojinetes se usan para soportar una carga y al
mismo tiempo permitir el movimiento relativo entre
dos elementos de una máquina.
Sus partes principales son:
UT6 Cojinetes y
Lubricación
Elementos rodantes: bolas esféricas o
rodillos cilíndricos o cónicos
Separadores
Anillos interior y exterior
La figura 6-1.
Mott
1A Parte
Diseñ
Diseño de Elementos de Maquinas
MC. Daniel Ramirez Villarreal
1
El coeficiente de fricción típico es de 0.001 a
0.005 aproximadamente. La presencia de sellos,
demasiado lubricante, o cargas excepcionales
aumenta esos valores.
Diseñ
2
Los cojinetes soportan un eje rotatorio estacionario
y resisten cargas puramente radiales
o una
combinación de cargas radiales y axiales o solamente
cargas de axiales o de empuje.
La trayectoria de la carga es: del eje, a la pista
interior, a las bolas, a la pista exterior y por último a
la caja.
Figura 6-1 Cojinete de una hilera de bolas con ranura honda
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
POSGRADO. INGENIERIA MECANICA
3
Diseñ
4
1
cojinetes
Tipos de cojinetes con contacto de
rodadura
Fr
Las cargas radiales
Las cargas Axiales
5
El desalineamiento es la desviación angular de la
línea central del eje en el rodamiento, respecto al eje
real del mismo rodamiento.
Una evaluación excelente del desalineamiento
indica que el rodamiento puede adaptarse a una
desviación angular hasta de 4.0°, tabla 6.1.
Una evaluación regular puede resistir hasta 0.15°.
Una evaluación mala indica que los ejes rígidos
requieren menos de 0.05°de desalineamiento.
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
Fa
Son las que actúan
paralelas a la línea central del
eje.
Las
causan
las
componentes axiales de las
fuerzas
sobre
engranes
helicoidales, sinfines-coronas
y engranes cónicos, entre
otros sistemas mecánicos.
Actúan hacia el centro del cojinete,
a lo largo de un radio, causadas por
los elementos de transmisión de
potencia, como los engranes rectos,
las poleas para bandas V y las
transmisiones por cadena, en los ejes.
Diseñ
Tipos de cojinetes con contacto de
rodadura
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Diseñ
6
Tabla 6.1 Comparación de los tipos de rodamientos
Tipo de rodamiento
Capacidad
de carga
radial
Capacidad de
carga de empuje
Capacidad
desalineamiento
Buena
Regular
Regular
Excelente
Buena
Regular
Buena
Excelente
Mala
Rodillos cilíndricos
Excelente
Mala
Regular
Agujas
Excelente
Mala
Mala
Rodillos esfericos
Excelente
Regular a buena
Excelente
Rodillos conicos
Excelente
Excelente
Mala
Una hilera de bolas,
con ranura profunda
Doble hilera de bolas,
con ranura profunda
Contacto angular
Diseñ
8
2
cojinetes
Rodamiento de una hilera de bolas y ranura
profunda (Conrad).
La pista interior entra en el
eje casi siempre con presión
en el asiento del rodamiento,
con un ajuste de interferencia
pequeña, para asegurar que
gire con el eje. presenta
capacidad de carga radial, la
ranura
profunda
permite
soportar una carga de empuje
bastante apreciable aplicada a
un lado de la pista interior,
mediante un hombro en el eje.
Diseñ
Para incrementar la capacidad de un rodamiento
de una sola hilera, usar rodamiento con mayor
numero de bolas, o bolas mayores que trabajen en
pistas de mayor diámetro.
9
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
Anillo
Anillo
Anillo
Diseñ
Un lado de cada pista, en
un rodamiento de contacto
angular, es mas alto, para
permitir
la
adaptación
a
mayores cargas de empuje que
con los rodamientos normales.
Figura 6.2 Rodamiento
de doble hilera y
ranura profunda.
Anillo
10
Rodamiento de bolas con contacto angular
Rodamiento con doble hilera de bolas y
ranura profunda
Con una segunda hilera
de bolas (figura 6.2) se
incrementa la capacidad de
carga radial porque hay mas
bolas que comparten la
carga. El mayor ancho de los
cojinetes con doble hilera de
bolas suele afectar de forma
adversa la capacidad de
desalineamiento.
El radio de la bola es un poco menor que el radio
de la ranura, para permitir la rodadura libre de las
bolas.
11
La figura 6-3 muestra el
ángulo preferido de la fuerza
resultante (carga radial y de
empuje combinadas) y los
rodamientos comerciales tienen
ángulos de 15°a 40°.
Diseñ
Fr
Fa
Figura
6.3
Rodamiento de bolas
una hilera y de e
contacto angular.
12
3
cojinetes
Rodamiento de rodillos cilíndricos
La capacidad de carga
empuje es mala,
porque
cualquier carga de empuje
aplicaría
al costado de
rodillos, lo cual causa fricción
no movimiento verdadero
rodadura.
Características
Con
los
rodillos
cilíndricos, figura 6.4, se
obtiene una
mayor
capacidad de carga radial.
Los valores resultantes
del esfuerzo de contacto
son menores que en
rodamientos de
bolas de
igual tamaño.
Diseñ
de
se
los
y
de
Tienen poca capacidad de
adaptarse a los desalineamientos
angulares.
Figura 6.4 Rodamiento
de rodillos cilíndricos.
13
Diseñ
14
Rodamiento de agujas
Los rodamientos de agujas,
figura 6.5 tienen mucho menor
diámetro, Se requiere un espacio
radial menor.
Su aplicación es en equipos y
componentes, tales
como
bombas, juntas universales,
seguidor de leva, instrumentos
de precisión y electrodomésticos.
Las capacidades de empuje
y desalineamiento son malas.
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
Figura 6.5 Rodamientos de agujas
15
Diseñ
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4
cojinetes
Rodamientos de rodillos esféricos
Rodamientos de rodillos cónicos
Son una forma de cojinete autoalineante, figura
6.6, porque existe una rotación real de la pista
exterior en relación con los rodillos y con la pista
interior,
cuando
existen
desalineamientos
angulares.
Figura 14-7 Rodamientos
de rodillos cónicos
Figura 6.6 Rodamientos
de rodillos a rótula
Diseñ
Están diseñados para cargas de empuje y
cargas radiales, figura 6.7, se usan en rodamientos
de rueda de vehículos, equipos móviles y en
maquinaria pesada con grandes cargas inherentes de
empuje.
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Diseñ
Fr
Fa
18
Rodamientos de empuje o axiales
Pueden ser de; bolas esféricas, rodillos cilíndricos
y rodillos cónicos, figura 6.8. La mayoría de los
rodamientos de carga axial pueden tomar poca o
ninguna carga radial.
Fa
Figura 6.8 Rodamientos de empuje
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
Figura 6.8 a) y b) Rodamientos de empuje
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Diseñ
20
5
cojinetes
Rodamientos montados
Fa
Es el montado en una caja acero moldeado,
hierro colado o acero colado; con orificios o
ranuras para su fijación, figura 6.9 y 6.10, se ajusta
el alineamiento de la chumacera.
Figura 6.8 c) Rodamientos de empuje de rodillos
Diseñ
Figura 6-9 Chumacera con rodamiento de bolas
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Diseñ
22
Unidad de compensación
Es un rodamiento montado en una caja, la cual a
su vez esta montada en una carcasa que permite el
movimiento de la chumacera con el eje ya instalado,
figura 6.10.
Aplicaciones
Transportadores, transmisiones por cadenas,
por bandas y permiten ajustar la distancia entre
centros durante la instalación y durante el
funcionamiento, para adaptarse al desgaste o al
estiramiento de piezas del ensamble.
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
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Figura 6.10 Formas de cojinetes montados y de
compensación
Diseñ
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6
cojinetes
Materiales de los rodamientos
Aceros para herramienta: M1 y M50.
Las bolas, rodillos y pistas son fabricadas con
acero o cerámica muy duros, de alta resistencia.
Materiales usados:
Acero AISI 52100, con: 0.95 a 1.10% C, 1.30 a
1.60% Cr, 0.25 a 0.45% Mn, 0.20% a 0.35% Si, y
otros elementos de aleación en cantidades bajas,
pero controladas, con dureza de 58 a 65 RHC.
Diseñ
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Tabla 6.2 Comparación de materiales de rodamiento.
Aceros cementados como los AISI 3310, 4620 y
8620, para alcanzar la gran resistencia superficial
requerida, pero conservando un núcleo resistente.
Acero inoxidable AISI 440C. para cargas menores,
y los que están expuestos a ambientes
corrosivos.
Cerámicos, como el nitruro de silicio (Si3N4)
tabla 6.2
Diseñ
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Relación entre carga y duración
Todos los rodamientos tienen una duración
finita y fallan debido a la fatiga causada por altos
esfuerzos de contacto.
los cerámicos por su poco peso, alta resistencia
y capacidad a altas temperaturas los hacen
adecuados para aplicaciones aeroespaciales, en
motores de combustión, militares y otras
aplicaciones muy rigurosas.
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
27
Mientras menor sea la carga, la duración será
mayor y viceversa. La relación entre la carga P y la
duración L se determina, para los cojinetes con
contacto de rodadura.
Diseñ
MC. Daniel Ramí
Ramírez Villarreal
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7
cojinetes
Vida o duración de un cojinete de rodamientos
L2
P
= 1
L1
P2
Cargas radiales y de empuje combinadas
k
Ecuación para el calculo de la carga radial equivalente
(AFBMA)
(6.1)
P = XVFr + YFa
Si, L1 =106 revoluciones y P1 es la capacidad
dinámica básica C la ecuación 6.1 queda:
L = 106
C
P
k
Donde;
(6.2)
X
Factor radial, tabla 6.5
Y
Factor axial, tabla 6.5
V=1
P Carga radial equivalente
Fr Fuerza radial
Donde; k = 3.00 para los rodamientos de bolas
k = 3.33 para los rodamientos de rodillos.
Diseñ
(6.2)
Fa Fuerza axial
29
Diseñ
30
anillo interior no gira
V=1.2 anillo exterior gira.
Factor e para los cojinetes que definen una razón
mínima entre las fuerzas axiales y radiales.
Si;
Fa
≤ e entonces X = 1 y Y = 0
VFr
Para la cual la fuerza axial se desprecia.
P1-2A
Diseñ
MC. DANIEL RAMIREZ
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8

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