Cojinetes de Deslizamiento
Son elementos de máquinas que se emplean para guiar árboles y ejes, permitiendo que giren las piezas libremente y soportando las cargas que actúan sobre éstos. A diferencia de los cojinetes de rodamiento, que trabajan con fricción por rodadura, los cojinetes de contacto plano trabajan con fricción por deslizamiento. Por eso las pérdidas por fricción para los cojinetes de deslizamiento, que trabajan con frecuentes arranques y paradas o en régimen de lubricación límite o semi-límite, son mayores que las de los rodamientos. No obstante el inconveniente asociado con las perdidas por rozamiento, el campo de aplicación de los cojinetes de deslizamiento es amplio. Ellos pueden ser empleados: o Para guiar árboles con elevada precisión; o En máquinas con vibraciones, fuertes sacudidas o golpes, como las prensas; o Para trabajar en medios agresivos, por ejemplo el agua salada. o Donde no puedan existir elementos contaminante s, como la industria farmacéutica o la industria de alimentos; o En apoyos de árboles acodados, ej.: ej.: Los cigüeñales; o En árboles rápidos, ya que la vida útil de estos cojinetes no depende totalmente del número de ciclos de carga; o En árboles extra pesados, donde colocar un rodamiento sería caro, ya que debe fabricarse a pedido; o Para mecanismos de marcha lenta y poca responsabilidad o En montajes con dimensiones diametrales muy pequeñas.
Materiales
para Cojinetes de Deslizamiento
Babbitt
Se suelen usar distintos materiales para las mangas del cojinete, pero los cojinetes con babbitt son los que se prefieren cuando el servicioes de trabajo pesado. La manga del cojinete puede consistir de una camisa de babbitt (de 3.175 mm de espesor o más) que está anclada en la concha del cojinete de fierro fundido, por medio de ranuras de cola de pato. Como se requiere una adhesión perfecta, las conchas se estañan primero y se vacía el babbitt a la temperatura de fusión del estaño.
De Cobre (Bronce, latón)
El cobre y piezas de cojinetes de base a base de cobre maquinaria que hacen son ampliamente utilizados en automóviles, motocicletas, electrodomésticos casa de espera, herramientas eléctricas, etc.
De Aluminio y Plata
Se utilizan para soportar cargas muy pesadas, pero no han sustituido al Babbit en equipo que trabaja con carga constante unidireccional y han tenido mucho éxito en aplicaciones de trabajo pesado en motores grandes de avión y diesel. Para motores de pistones, los cojinetes
con
aluminio
y
plata
normalmente
consisten
en
lata
electrodepositiva sobre un respaldo de acero y con un recubrimiento de plomo de 0.001 a 0.005%. Se utiliza una capa muy delgada de indio encima del recubrimiento del plomo, para aumentar la resistencia a la corrosión del material.
Cojinetes Sinterizados
Pueden ser de bronce, hierro y son de desplazamiento, cojinetes de auto lubricación. Contienen de un 18 a un 30% en volumen de aceite, eliminando la necesidad de engrases posteriores, por lo que no requieren mantenimiento. Estas piezas, cuentan con una alta precisión (0,001´) y se caracterizan por la uniformidad.
Algunas de sus aplicaciones son: y
Motores eléctricos de mediana y baja potencia.
y
Industria
automotriz
(pedales,
limpiaparabrisas,
bisagras,
alternadores, sistema de calefacción, asientos«). y
Electrodomésticos (afeitadoras, licuadoras, lavadoras«).
y
Equipo de computo y oficina (proyectores de diapositivas,
impresoras, maquinas de escribir, lectores de CD, sillas de oficina«). y
Maquinaria de bricolaje (taladros, lijadoras, sierra eléctricas«).
y
Maquinaria de jardinería.
y
Equipo audiovisual (lectores de DVD).
y
Ventiladores y extractores.
y
Cancelaría (ventanas correderas de aluminio, puertas de
garaje«). y
Equipo hidráulico y neumático (actuadores, cilindros«).
y
Maquinaria industrial (Embotelladoras, madera, empaque, cintas
transportadoras«) y
Ventilación
(Ventiladores,
extractores,
equipo
de
aire
acondicionado«)
Elastómeros
y plásticos
También conocidos como cauchos termoplásticos, son una clase
de copolímeros o mezcla física de polímeros (generalmente un plástico y un caucho) que dan lugar a materiales con las características termoplásticas y elastoméricas. Mientras que la mayoría de los elastómeros son termoestables, los termoplásticos son, en cambio, relativamente fáciles de utilizar en la fabricación, por ejemplo, en moldeo por inyección. Los elastómeros termoplásticos combinan las ventajas típicas de las gomas y de los materiales plásticos. La diferencia principal entre los elastómeros termoestables y los elastómeros termoplásticos es el grado de entrecruzamiento en sus estructuras. De hecho, el entrecruzamiento es un factor estructural crítico que contribuye a que el material adquiera altas propiedades elásticas. El entrecruzamie nto en
polímeros termoestables está formado por enlaces covalentes creados durante el proceso de la vulcanización. Sin embargo, el entrecruzamiento en elastómeros termoplásticos se forman a partir de dipolos débiles o de enlaces por puente de hidrógeno y o curre solamente en una de las fases del material. Cojinetes Cerámicos
Los cojinetes de cerámica están hechos normalmente de nitruro de silicio, Si3N4. En general tienen mayor dureza, mejor acabado y mejores propiedades térmicas que los fabricados en acero. El nitruro de silicio es un material cerámico resistente, tenaz y ligero, ideal para aplicaciones estructurales estos poseen las siguientes propiedades: y
El nitruro de silicio permite funcionar a altas velocidades con una
fricción reducida alargando la vida del cojinete. y
y
Alta rigidez. Fricción reducida, por lo que necesitan menos lubricación y
sufren menos desgaste. y
Aislante eléctrico.
y
No magnético.
y
Resistentes a la oxidación.
Cojinetes por Fundición
Se utiliza una caja de cojinete de aluminio fabricada por fundición enArena contiene dos piezas: una pieza de fundición bruta, como la suministra el taller de fundición, y una pieza mecanizada y seccionada. Con esto se puede aplicar en todo proceso, desde elConformado hasta el mecanizado.
De Acero Inoxidables
El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el hierro) y un no metal (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos
metálicos y no metálicos mejor todavía son los cojinetes del acero inoxidable pueden trabajar bien bajo tal ambiente donde está la humedad, el corrosivo y el abrasivo se utilizan en la industria de alimento y la bebida que procesan la maquinaria, aplicaciones médicas y los equipos de la medicina.
Zafiro Sintético
El zafiro natural es una composición química o una mezcla de óxidos de aluminio, hierro y titanio, el cual le da su color característico azul. Para fabricar un cristal de zafiro sintético, se emplea como material base una sal absolutamente pura, el alumbre amoniacal. Se calcina a 1.200 grados centígrados y de esta forma se descompone y pasa a convertirse en alúmina u oxido de aluminio. A continuación se extrae la alúmina del horno y se criba en un matiz vibratorio para obtener finísimas partículas de un diámetro inferior a una micra. A continuación una llama calienta el material hasta los 2.050 grados centígrados transformando la alúmina en piedra, mediante la combinación de oxigeno e hidrogeno. Los cojinetes de zafiro son utilizados extensamente por mecánico de relojes y de joyas, donde su fricción baja y fiable mejora la exactitud en el si stema mecánico en el caso del reloj.
De
Madera
Todavía se utilizan, aunque sólo para aplicaciones limitadas en
maquinaria ligera, están hechos frecuentemente de arce o pino duro impregnado de un aceite neutro. También se emplean hechos de guayaco que es la más dura y densa de todas las maderas. El guayaco sólo se encuentra en la zona del Caribe. Esta madera pesa aproximadamente 1.280 kg/m' y tiene un contenido de resina de un 30% en volumen, por lo que es muy autolubricante, Al ser el grano densamente entrelazado. Este material ofrece una alta resistencia al desgaste y compresión y resulta muy difícil de astillar. Tiene múltiples aplicaciones, pues el guayaco es capaz de resistir la acción destructiva de los ácidos débiles, álcalis,
aceites, fósforo líquido, productos blanqueadores, de alimentación, drog as y cosméticos.
De Vidrio
Según el American Machinist, se emplea bastante en la actualidad el vidrio para fabricar cojinetes de árboles ligeros que giran con gran velocidad. Ordinariamente no se hace más que sustituir el vidrio al bronce en las conchas del cojinete, colándolo en el espacio vacío entre el cojinete de fundición y el árbol, después de haber colocado dos láminas delgadas de palastro para dividir el cojinete en dos partes. Cuando el vidrio empieza a solidificarse se hace girar el árbol para impedir que adhiera al vidrio. Unos cojinetes fabricados de este modo, que sostenían un árbol de acero de 50 mm de diámetro, girando a razón de 180 rpm y transmitiendo un trabajo de 5 hp funcionaron durante varios meses con un gasto de engrasado insignificante, sin producir calentamiento y sin señal de desgaste.
Otros
Materiales
y Combinaciones
y
De Acero con Bronce o Aluminio con recubrimiento de babbit.
y
Bronce sin recubrimiento.
y
Trimetálicos.
y
Elastómero con respaldo metálico.
y
Fundición sinterizada impregnada con aceite.
y
Cobre, Estaño y Fosforo.
y
Bronce sinterizado impregnado con aceite.
y
Bronce al aluminio con grafito o P TFE (Politetrafluoroetileno o
Teflón). y
Cobre, Estaño y Plomo con respaldo de acero y Bronce
sinterizado. y
Acero inoxidable-Bronce poroso-P TFE.
y
Acero para prelubricación.
ji
Los odami
iezas
R
mi
tos se diseñan ara ermitir el iro relati o entre dos
ara sopor tar argas puramente radiales, puramente axiales o
ombinaciones de ambas. propiedades
ue lo
ada tipo de rodamiento presenta unas
acen más o menos adecuado para una aplicaci n
determinada. Los rodamientos son unos co jinetes en los ue se intercala entre el árbol
el sopor te, una ser ie de bolas o rodillos ue sustituye el
rozamiento por f ri cci n por el de rodadura enta jas, apar te de esta
ue es mucho menor . Las
ltima comentada, son el calentamiento y el
desgaste son pequeños, admite mayores presiones tanto radiales como axiales y permite mayores elocidades contr ibuyendo a la unificaci n de medidas debido a la normalizaci n.
Mater iales
ara
ji
etes
e
R
a miento
Aceros al Cromo
El cromo comunica dureza y una mayor penetración del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros de 1 a1. 15 a 1.30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricación de los aros y los elementos rodantes debido a su gran dureza, y en pequeña escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbo no y 1% de cromo. Aparte se les da un tratamiento térmico.
Aceros de temple total
El acero de temple total más comúnmente usado para los rodamientos es un acero al cromo, que contiene aproximadamente un 1 % de carbono y un 1,5 % de cromo, el acero al cromo rico en carbono es uno de los aceros más antiguos y más investigados, debido a que las exigencias de duración de los rodamientos son cada vez mayores. La composición de este acero para rodamientos ofrece un equilibrio óptimo entre la fabricación y el rendimiento de la aplicación. Normalmente, este acero recibe un tratamiento térmico martensítico, durante el cual se endurece hasta un rango de 58 a 65 HRC.
Cerámica
La cerámica normalmente utilizada para fabricar los aros y los elementos rodantes es un material de nitruro de silicio con calidad para rodamientos. Está formado por granos alargados de nitruro de silicio beta en una matriz vítrea. Ofrece una combinación de propiedades favorables para los rodamientos, como una gran dureza, baja densidad, baja dilatación térmica, gran resistencia a la electricidad, baja constante dieléctrica y no se ve afectada por los campos magnéticos.
Aceros aleados con
Manganeso
y
Molibdeno
El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxígeno, que suelen
contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido. Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a porosidades perjudiciales en el material y junto con el Molibdeno que es un elemento de uso relativamente reciente que mejora notablemente algunas propiedades de los aceros.
Aceros aleados al Cromo-Níquel y al Cromo- Manganeso
Al Cromo-Níquel se usan en la proporción de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y níquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y níquel 4%, como aceros de cementación. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sería el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y níquel 3%. Y el cromo-manganeso como aceros de cementación que tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificación del núcleo, dando lugar as í a una pieza formada por dos materiales, la del núcleo de acero con bajo índice de carbono, tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie, de acero con mayor concentración de carbono, más dura, resistente al desgaste y a las deformaciones.
Jaulas de chapa de acero
La mayoría de las jaulas embutidas de chapa de acero están hechas de chapa de acero con un bajo contenido de carbono, laminado en caliente. Estas jaulas ligeras tienen una resistencia relativamente alta, y su superficie puede ser tratada para reducir en mayor medida la fricción y el desgaste según el tratamiento superficial y temple que se le de se reduce el rozamiento y desgaste, se caracterizan por tener poco peso y se utilizan para muchos rodamientos ya sean rígidos de bolas, de rodillos a rotula, rodillos cónicos entre otros.
Jaulas de chapa de latón
Las jaulas de chapa de latón se usan en algunos rodamientos pequeños y medianos. En las aplicaciones en las que se pueda producir una rotura por corrosión intergranular en la chapa de latón, como por ejemplo en los compresores para refrigeración que utilizan amoniaco, se deben utilizar en su lugar jaulas mecanizadas de latón o de acero.
Jaulas de polímeroPoliamida 6,6
Para la mayoría de las jaulas moldeadas por inyección se utiliza la poliamida 6,6. Este material, con o sin refuerzo de fibra de vidrio, se caracteriza por una combinación favorable de resistencia y elasticidad. Las propiedades mecánicas de los materiales poliméricos, como la resistencia y la elasticidad, dependen de la temperatura y están sometidas
a
cambios
permanentes
bajo
las
condiciones
de
funcionamiento, a lo que se denomina envejecimiento.
Poliamida 4,6
La poliamida 4,6 reforzada con fibra de vidrio se usa, como estándar, para algunos rodamientos CARB®. Estas jaulas tienen un margen de temperatura de funcionamiento 15 ºC superior al de las jaulas fabricadas con poliamida 6,6 reforzada con fibra de vidrio.
Poliéter-éter-cetona
El uso de poliéter-éter-cetona (PEEK) reforzado con fibra de vidrio para las jaulas se ha convertido en algo habitual debido a los requisitos de altas velocidades, el uso de agentes químicos o las altas temperaturas. Las excepcionales propiedades del PEEK son una combinación de resistencia y flexibilidad, un amplio margen de temperaturas de funcionamiento, una gran resistencia química y al desgaste y un buen funcionamiento. Debido a estas destacadas características, las jaulas de PEEK están disponibles, como estándar, para algunos rodamientos de bolas y de rodillos cilíndricos, como los rodamientos híbridos y/o de alta
precisión. Este material no muestra síntomas de envejecimiento causado por temperaturas y aditivos del aceite hasta +2 00 ºC.
Jaulas de resina fenólica
Las jaulas de resina fenólica reforzada pueden resistir grandes fuerzas centrífugas y de aceleración, pero no pueden soportar altas temperaturas de funcionamiento. En la mayoría de los casos, estas jaulas se usan normalmente en los rodamientos de bolas con contacto angular de alta precisión.
Comparación entre materiales para Cojinetes de Deslizamiento y de
Características de materiales para Cojinetes de Deslizamiento
odamientos
Características de materiales paraCojinetes de
odamientos
Incrustabilidad Resistencia a la fatiga
Tratados térmicamente
Bajo coeficiente de fricción
Alta dureza
Resistencia a la corrosión
Alta resistencia
Ductilidad
Resistentes al desgaste
Adhesión con el material base Resistencia a soldarse
Introducción
Los cojinetes son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en su rotación y evitar deslizamientos. Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que estén hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamente separados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del que están formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, el rozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga y temperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y p arada), los cojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no seca, haciendo inevitable el contacto directo entre las superficies de fricción. Por lo anteriormente mencionado, se han de tener en cuenta unas cualidades importantes que ayuden a la con strucción de los cojinetes: El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido. El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no se produzca una acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando el ajuste creado. El material debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que se deforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.
Conclusión
Alrededor de 1930 empezaron a realizarse algunos progresos importantes en el campo de los metales para antifricción. En un solo cojinete se combinan hoy distintas composiciones que constituyen algunos de los sistemas más logrados. Este paso viene determinado por la teoría de la fricción, ampliamente aceptada, que dice que la substancia ideal para cojinetes debe tener cierta dureza y resistencia, pero también una superficie blanda fácilmente deformable. En la selección de los materiales, deben tomarse en consideración las temperaturas de operación y una adecuada resistencia a la corrosión. El material para las jaulas ha evolucionado en forma importante, actualmente se utilizan aceros, metales de bajo roce y poliamida. Los aros y elementos de rodadura de los rodamientos están sujetos a altas presiones repetitivas y pequeños deslizamientos. Las jaulasestán sujetas a tensión y compresión, así como contactos pordeslizamiento con los elementos de rodadura y uno o ambos aros.En consecuencia, los materiales usados para los aros, elementos derodadura y jaulas requieren las siguientes características: Alta resistencia a lafatiga por contactode rodadura. Alta dureza. Alta resistencia aldesgaste. Alta estabilidaddimensional. Alta robustezMecánica
