Cojinetes de fricción. Comúnmente conocidos conocidos como cojinetes, tienen como finalidad soportar ejes y arboles, permitiendo su giro. Los cojinetes están fijos en sus soportes y los ejes giran dentro de ellos por deslizamiento. Debido a esto se produce un considerable rozamiento entre el eje y el cojinete, por lo que la mayoria de ellos van lubricados aunque también se pueden encontrar sin lubricación o secos. Normalmente tienen formas cilíndricas y si nos fijamos en las cargas que pueden soportar podemos dividirlos en dos clases: 1. Radiales: soportan solamente esfuerzos en la dirección del radio, no permiti endo solicitaciones en otras direcciones.
2. Axiales: Son capaces de soportar además de esfuerzos radiales, cargas axiales, es decir perpendicularmente al radio. Los hay que pueden soportar cargas axiales en uno o ambos sentidos dependiendo de su forma.
3. Tambien hay una clase llamada quicionera que el principal esfuerzo que realiza axial. Son cojinetes fijos pero mas robusto de lo normal.
Si en vez de las cargas analizaramos estos elementos desde el punto de vista de su construcción, podemos diferenciar los siguientes tipos: a) Cilindricos fijos: Estan construidos en una sola pieza. Se suelen emplear como cojinetes axiales y cuando el desgaste que se va a producir no es elevado. El montaje se hace a presión y van con un ajuste de aprieto, a causa de esto ha de tenerse en cuenta que el diámetro interior disminuye. b) Cilindricos ajustables: Estan formados por dos mitades, estos suelen tener salientes en los dos lados para poder soportar cargas axiales en los dos sentidos. Al estar partidos a la mitad su posicionamiento es sencillo y se pueden ajustar rebajando las superficies de union o intercalando laminas metalicas entre las mismas.
c) Elasticos: los mas comunes juntos con los fijos, se emplean cuando el espacio de que se dispone es limitado. Su ajuste se realiza es automatico debido a la elasticidad que le proporcionan el corte longitudinal.
Todos los tipos de cojinetes pueden tener tener acanaladuras internas o externas para que el elemento lubricante fluya o se aloje en ellas e irse repartiendo gradualmente. Si atendieramos a los materiales con los que se fabrican los cojinetes:
Los materiales dependeran de si el trabajo es hidrodinamico o en seco, en funcion de esta caracteristica estaran formados por unos materiales. En ambos casos y de manera general los cojinetes serán mas BLANDOS que el eje o pieza que soporten, esto hara que la primera pieza en gastarse sera el cojinete y no las piezas moviles y normalmente mas caras de las maquinas. Los materiales usados deben tener un bajo coeficiente de dilatación ya que la fricción hara que los cojinetes se calienten y dilaten, cosa que no queremos, por esta misma razon deben ser buenos conductores térmicos. Bronce macizo: Debido a su polivalencia es de los más usados. Bronce sinterizado: trabaja bien ante una amplia gama de velocidades, pudiendo llegar a 12 m/s, pero tiene el inconveniente de soportar poca carga. Bronce laminado: Soporta cargas medias, aproximadamente igual al de cobre macizo, sin embargo es capaz de trabajar a velocidades superiores. Materiales compuestos: Soportan grandes cargas, mejora la velocidad admisible de deslizamiento, algunos llegan a soportar rangos de temperatura superiores a 400 º C, se autolubrican y son los más caros, de los composites mas utilizados es el maritex. Superposición de láminas de fibras: Se les puede definir como infatigables, y soportan cargas y velocidades medias. Poliamida: Características ligeramente superiores a los de composite. Etc.
La lubricación de los cojinetes. La lubricación en los cojinetes es de vital importancia y se pueden distinguir varios tipos: Lubricación hidrodinámica es aquella en la que las superficies del cojinete que soportan la carga están separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa que impide el contacto directo entre metales. Este tipo de lubricación precisa de un abastecimiento adecuado. Este tipo de lubricación se llama también lubricación de película completa o fluida. La lubricación hidrostática se obtiene introduciendo el lubricante en el area de soporte de la carga a presión suficientemente grande como para separar las superficies deslizantes entre si con una capa de lubricante suficientemente gruesa como para impedir el contacto de metal contra metal. La lubricación elastohidrodinámica se da cuando se sitúa el lubricante entre superficies que ruedan una sobre la otra. La lubricación límite se da cuando las condiciones de trabajo son tales que impiden la formación de películas de lubricante de elevado espesor. En estos casos además de la viscosidad se precisa en los lubricantes elevada untuosidad. La lubricación con material solido se usa cuando los cojinetes tienen que trabajar a temperaturas extremas. El material utilizado como lubricante de película solida es el grafito o el disulfuro de molibdeno. Cojinetes autolubricados: son cojinetes porosos como bronces sinterizados o materiales compuestos, que después de su realización se sumergen en aceite caliente de forma que el cojinete que da impregnado de lubricante de por vida, así evitaremos operaciones de mantenimiento y engrasadores. El tipo de lubricación depende de las solicitaciones mecánicas como ya hemos visto, y los tipos más corrientes son los cojinetes de lubricación hidrodinámica, aunque con el tiempo los auto lubricados están ganando terreno a todos los demás.
Dentro de la lubricación hidrodinámica hay varios sistemas que se dan con mayor frecuencia:
Mediante las ranuras de engrase que ya mencionamos anteriormente, las ranuras de engrase deben ir en el sitio adecuado, este será dependiendo de la carga a soportar pero el parámetro mas importante en el posicionamiento de las mismas es la velocidad, ya que las zonas de presiones serán diferentes para cada caso. Hay un tipo especial de ranuras de engrase llamado depósitos de lubricante que consiste en agujerear el casquillo con lo que se consigue que toda las partes del cojinete estén lubricadas por igual.
Lubricación por anillo. El cojinete posee una ranura en la parte superior que deja al descubierto el eje. Colgando del eje, en esa ranura se encuentra un anillo, el cual en su parte inferior está en contacto directo con el aceite. Al girar el eje arrastra al anillo que va cediendo al y al cojinete el aceite que lleva adherido. Este tipo puede estar conjuntado con ranuras de lubricación.
Bomba de aceite. Las aplicaciones más exigentes requieren bombas que muevan el aceite y lo tenga a una presión determinada para evitar el aumento de fricción,
Soportes de cojinetes Los cojinetes pueden ir montados directamente sobre el cuerpo de l as maquinas pero también se les suele poner en los soportes de cojinetes que son piezas especialmente diseñadas para cada tipo de cojinetes que ya llevan agujero de engrase en caso de ser necesario. También se pueden ver cojinetes dentro de las rotulas o soporte
autoalineante, asi estas absorberán las desalineaciones que puedan sufrir ejes o arboles debidos a cargas.
Soporte de cojinete
soporte autoalineante
Determinación de la carga específica del cojinete. La carga específica para los cojinetes de fricción se pueden calcular con la fórmula: p = K F/C donde 2
p = carga específica del cojinete, N/mm . F = carga dinámica del cojinete, kN. C = capacidad de carga dinámica, (ver tablas de productos), kN. 2
K = factor de carga específica, N/mm .
Determinación de la velocidad de deslizamiento. La velocidad de deslizamiento para los cojinetes de fricción se puede calcular con la fórmula: -7 v = 5,82×10 d β f
donde v = velocidad de deslizamiento, m/s d = diámetro del agujero del cojinete de fricción o diámetro medio de la arandela axial (= dimensión J en las tablas de productos), mm -1
f = frecuencia de oscilación, min , o velocidad de giro, rpm β = medio ángulo de oscilación grados. Una oscilación completa (desde el punto 0 hasta el punto 4) = 4β .
Vida nominal básica Gh = c1 c2 c3 c4 c5 KM / (p v)
n
donde Gh = vida nominal básica, horas de funcionamiento c1 = factor de carga. c2 = factor de velocidad. c3 = factor de temperatura. c4 = factor de rugosidad superficial. c5 = factor para el tipo de carga. KM = constante del material. 2
p
= carga específica del rodamiento, N/mm .
v
= velocidad de deslizamiento media, m/s.
n
= Exponente, que vendrá determinado el tipo de mantenimiento que queramos.
Marcas de cojinetes de fricción:
