co jinetes
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Introducción
La designación de los cojinetes consiste en dirigir el movimiento de los ejes y de los árboles que
están colocados en ellos y soportar los esfuerzos actuantes sobre estos elementos.
De acuerdo con la naturaleza del rozamiento entre las superficies ajustables, los cojinetes se
dividen en cojinetes de rozamiento deslizante y cojinetes de rozamiento rodante o, más
usualmente llamados, cojinetes de contacto plano y cojinetes de contacto rodante.
La elección del tipo de cojinete (de contacto plano o de contacto rodante) dependo de muchos
factores tecnológicos y de explotación, así como de la estructura y construcción del conjunto que
se diseña. En muchos casos es posible aplicar con igual éxito los cojinetes de ambos tipos (de
contacto plano y do contacto rodante).
Las pérdidas por rozamiento durante el período estable de trabajo de la máquina no pueden ser
mayores en el cojinete de contacto plano que las que podrían tener lugar en el mismo caso en un
cojinete de contacto rodante, si se observan las condiciones debidas de lubricación.
La debida lubricación en el cojinete de contacto plano proporciona a éste una valiosa calidad en
relación a su funcionamiento: cuanto mayor sea la velocidad de giro del árbol, tanto mayor será la
capacidad de carga del cojinete.
El aumento de número de revoluciones del árbol instalado sobre cojinetes de contacto rodante
reduce más o menos bruscamente la duración do éstos a una carga dada.
Los cojinetes de contacto plano pueden dirigir con mayor exactitud el árbol, puesto que la
cantidad de elementos que influyen en la precisión es menor en estos cojinetes que en los de
contacto rodante.
La lubricación do los cojinetes de contacto rodante se puede realizar en grandes intervalos; por
eso, estos cojinetes no precisan de los dispositivos engrasadores (a veces, muy complejos) que
deben llevar obligatoriamente los cojinetes de contacto plano.
El factor principal que determina la magnitud de la fuerza de resistencia al giro del árbol, a una
carga dada sobro el cojinete, es decir, a la magnitud de la fuerza de rozamiento, es el coeficiente
de rozamiento de deslizamiento /. Este coeficiente depende de una serie de factores vinculados
con la naturaleza de las superficies conjugadas y de las propiedades de la capa intermedia que está
entre estas superficies.
So distinguen cuatro tipos de rozamiento resbaladizo: seco, semiseco, mixto y líquido.
Clasificación
Según sea la dirección de las cargas a soportar se distinguen los cojinetes: radiales, radiales-axiales
y axiales.
Cojinetes radiales son los soportes que van cargados por fuerzas transversales a través del muñón
o del pivote; se llaman ranguas los topes que van cargados por fuerzas axiales a través del talón.
En la imagen siguiente se da una clasificación ejemplar de los cojinetes según sus síntomas
principales.
Los cojinetes cerrados van dotados de casquillos de material antifricción (fundición, bronce, etc.),
los cuales se ajustan a presión o se hacen prisioneros en el cuerpo del cojinete con un tornillo de
retención a) y e).
Los cojinetes de la imagen a) y e) se emplean para los árboles de marcha lenta y poco cargados.
Las insuficiencias principales de los cojinetes de este tipo estriban en la necesidad de introducir el
muñón por la testa y en que no se puede compensar el aumento de las holguras del cojinete a
medida que se desgasta éste.
Estos cojinetes se dotan de casquillos partidos c) con la superficie exterior cuneiforme, para
aumentar su duración de servicio. Estos casquillos están ranurados a lo largo por tres (o más)
generatrices y seccionados longitudinalmente por la cuarta. Desplazando el casquillo a lo largo del
eje con el auxilio de una tuerca, su diámetro disminuye, compensando de este modo el huelgo que
se formó, debido al desgaste.
Los cojinetes de esta construcción se aplican vastamente en las máquinas herramienta (tornos,
tornos revólver, fresas, etc.).
Los cojinetes partidos están exentos de las insuficiencias que se han indicado.
Cojinetes Horizontales
Dirección de la carga conocida y constante
Carga hacia abajo o dentro del segmento más bajo de 60°, como en el caso de los cojinetes con
anillo aceitador .
Cojinetes con anillo aceitador
Carga a un ángulo de más de 45 ° respecto de la línea de centros vertical
Cojinetes con anillo aceitador
La entrada del aceite puede estar en cualquier parte dentro del sector sin carga.
.
Aceite introducido a través del centro del árbol que gira.
Cuando los cojinetes de motor eléctrico con anillo aceitador van a ser sujetos por el usuario a
cargas por medio de bandas que varían desde verticales hacia abajo hasta horizontales» ha tenido
mucho éxito un tipo continuo de ranura para aceite, dado a conocer por la General Electric Co.
No hay puntos críticos con esta ranura, ya que sólo un pequeño porcentaje de la superficie de
metal babbitt es removido a lo largo de cualquier línea axial.
Cojinetes con movimiento oscilatorio
DIRECCIÓN DE LA CARGA CONSTANTE
Ninguna película de aceite puede formarse debido a la pequeña velocidad de deslizamiento y
existirá lubricación límite. Las ranuras axiales en el sector cargado distribuyen el lubricante a todas
las parles del cojinete y evitan los puntos secos.
Ranuras Axiales
DIRECCIÓN INVERTIDA DE LA CARGA DURANTE LA OSCILACIÓN
Es posible la lubricación de película fluida, al menos durante parte del movimiento, debida al vacío
causado por el árbol que se mueve de un lado a otro.
En la imagen siguiente se muestran las ranuras que pueden modificarse para adaptarlas a las
condiciones locales. Esta disposición también es aconsejable para los cojinetes bajo una carga que
se invierte en dirección periódicamente, sin rotación del cojinete. La lubricación, entonces puede
proveer un colchón de aceite para suavizar los choques.
Ranuras Adaptables a condiciones locales
Cojinetes sin aceite
Es el término aceptado para los cojinetes que contienen auto-lubricantes en forma sólida o líquida
en su material. El grafito, el disulfuro de molibdeno y el teflón se usan como lubricantes sólidos en
un grupo y otro grupo consta de estructuras porosas (madera, metal) que contiene aceite, grasa o
cera.
Tipos de cojinetes sin aceite
Cojinetes lubricados con grafito
(Cojinetes de puentes, poleas con ranuras, ruedas de trole, aplicaciones a altas temperaturas) en
general constan de bronce (para cojinetes) fundido como una estructura soporte que contiene
varios diseños traslapados de ranuras que se llenan de grafito. El grafito se mezcla con un
aglomerante, y la masa plástica se prensa, dentro de las cavidades, hasta lograr la dureza de la
mina de un lápiz; 45% del área del cojinete puede ser grafito. Se usan también agujeros taladrados
para llenar los cojinetes de bronce con grafito en forma plástica o con tapones preformados de
grafito. El bronce en tiras con indentaciones o ranuras llenas con grafito se usa en forma de lámina
o arrollado a tope a un buje cilíndrico.
Ejemplos de Cojinetes lubricados con grafito
Cojinetes de madera dura
Los cojinetes de madera dura que contienen lubricantes son de palo santo, el cual tiene una goma
natural o de arce duro que se impregna con aceite, grasa o cera. Los cojinetes de palo santo para
hélices se emplean para barcos y en la industria química; los cojinetes de arce duro se usan para
poleas sueltas, en maquinaria textil, bloques exprimidores y usos similares.
Cojinetes de madera
Cojinetes de metal poroso
Los cojinetes de metal poroso, comprimidos de polvos metálicos y sinterizados, contienen hasta
35% de lubricante líquido. El metal poroso consta, en general, de bronce de cobre-estaño 90-10
con 1 ½ % de grafito. Estos cojinetes no requieren ranuras para aceite, ya que la capilaridad
distribuye el aceite y mantiene una película de éste. Si se debe suministrar lubricación adicional de
un depósito de aceite, éste se absorberá a través de la pared porosa según se requiera. Para altas
temperaturas en que el aceite se carbonizará, se usa un porcentaje más elevado de grafito (6 a
15%).
Se usan los cojinetes de metal poroso en donde los cojinetes simples de metal son imprácticos a
causa de la falta de espacio o inaccesibilidad para la lubricación, como en los generadores y
motores automotrices y los motores de aspiradoras al vacío.
Cojinete de Metal Poroso
Cojinetes de Empuje
A bajas velocidades, los resaltos o collarines de los árboles cargan contra anillos de soporte planos.
La lubricación puede ser semifluida y la fricción es comparativamente alta.
Para collarines de acero endurecido sobre anillos de bronce, con servicio interrumpido, son
permisibles presiones hasta de 2000 lb/pulg2 (13 790 kN/m2); para operación continua de baja
velocidad, 1500 lb/pulg2 (10 341 kN/m2); para collarines de acero sobre anillos de metal babbitt,
200 lb/pulg2 (1378.8 kN/m2). En los cojinetes de empuje de múltiples collarines, los valores se
reducen en forma considerable, a causa de la dificultad para distribuir la carga en forma pareja
entre los varios collarines.
El rendimiento de los anillos de empuje de cojinetes se mejora mucho con la introducción de
ranuras con rebajos troncocónicos a los lados, como se muestra en la imagen siguiente. Los
rebajos se extienden a cada lado de la ranura. El ángulo de inclinación de estos rebajos es muy
ligero, de manera que se forma una película de aceite a presión entre el anillo del cojinete y el
collarín del árbol.
Collarín de empuje con ranuras provistas de rebajos troncocónicos
Para altas velocidades o donde son esenciales las pérdidas por fricción bajas y desgaste lento, se
usan los cojinetes de empuje segmentados y pivotados (cojinete de empuje Kingsbury o cojinete
Mitchell en Europa). Los elementos del cojinete en este tipo son zapatas incunables que descansan
sobre botones de acero duro montados sobre el alojamiento del cojinete. Las zapatas están libres
para formar automáticamente una película de aceite en forma de cuña entre la superficie de la
zapata y el collarín del árbol.
Mitad izquierda de cojinete de empuje horizontal para carga en cualquiera de las dos direcciones axiales
Media sección del montaje para cojinete de empuje vertical
Cojinetes Deslizantes
Todos los cojinetes deslizantes (a) para desgastarse a nivel deben tener las partes deslizantes de
longitudes casi iguales. Los cojinetes que se fabriquen de esta manera no se desgastarán fuera de
nivel. Se efectúa la lubricación de varios modos; un método aceptable es el que se muestra en la
Imagen (b). Las correderas cortas en muchas máquinas-herramienta se lubrican por medio de
zapatas de lubricación o por aplicación directa del aceite. El peso de la mesa con el de la pieza de
trabajo y el empuje de la herramienta causan el desgaste del fondo y de los lados de las guías. Para
compensar el desgaste en ambas direcciones, los cojinetes algunas veces se fabrican en forma de
V, como se muestra en la imagen (c). Los cojinetes más simples de las máquinas-herramienta es-
tán provistos para ajustes como se muestra en la Imagen (d), de los cuales hay muchas
modificaciones. Las aplicaciones recientes comprenden la lubricación hidrostática en las correde-
ras de máquinas-herramienta y han tenido mucho éxito.
(a) (b)
(c)
(d)
Cojinetes Lubricados Con gas
Las ecuaciones anteriores para la capacidad de soportar carga, ei espesor de película, la fricción y
el flujo, pueden aplicarse para líquidos de procesos, pero para los gases deben tenerse en cuenta
los efectos de la compresibilidad.
A causa del gran valor de los cojinetes lubricados con gas para aplicaciones especiales, y con el fin
de analizar los métodos para manejar la acción de la compresibilidad, en seguida se presenta una
introducción al diseño de los cojinetes lubricados con gas.
Como es natural, si el cambio de presión dentro del juego del cojinete es pequeño comparado con
la presión ambiente, el efecto de la compresibilidad también será pequeño, y pueden usarse las
ecuaciones para lubricación basadas en los líquidos.
La chumacera cilindrica simple (360°) es el menos estable de los diseños posibles de cojinetes. Se
ha logrado el control del remolino de "media frecuencia" y se ha elevado el umbral de
inestabilidad mediante la modificación de la geometría del cojinete simple. La modificación más
sencilla es la inserción de ranuras axiales. Los cojinetes con tres o cuatro de estas ranuras han
tenido mucho éxito.
En la imagen siguiente se ilustra un cojinete típico de tres ranuras (de tres sectores). Es posible
que no sean necesarias las tres ranuras para suministrar aceite.
Cojinete de maguito en sectores
A menudo se emplean cojinetes elípticos en los rotores de turbogeneradores grandes, en los que
las cargas son en esencia unidireccionales, debido a la gravedad.
Cojinete elíptico (juego muy exagerado)
Cojinete descentrado (juego muy exagerado)
Asociaciones Internacionales
ASTM A295 / A295M - 09 Standard Specification for High-Carbon Anti-Friction Bearing Steel
ASTM A866 - 09 Standard Specification for Medium Carbon Anti Friction Bearing Steel
ASTM A756 - 09 Standard Specification for Stainless Friction Bearing Steel
ASTM A485 - 09 Standard Specification for High Hardenability Antifriction Bearing Steel
ASTM A534 - 09 Standard Specification for Carburizing Steels for Anti Friction Bearings
ASTM B438 - 08 Standard Specification for Bronze Base Powder Metallurgy (PM) Bearings (Oil
Impregnated)
ISO 12301:2007
Plain bearings -- Quality control techniques and inspection of geometrical and material quality
characteristics
ISO 10792-3:1995
Aerospace -- Airframe spherical plain bearings in corrosion-resisting steel with self-lubricating liner
ISO 4384-2:2011
Plain bearings -- Hardness testing of bearing metals
ISO 6281:2007
Plain bearings -- Testing under conditions of hydrodynamic and mixed lubrication in test rigs
ISO 16287:2005
Plain bearings -- Thermoplastic bushes -- Dimensions and tolerances
ISO 7146-1:2008
Plain bearings -- Appearance and characterization of damage to metallic hydrodynamic bearings
ISO 6281:2007
Plain bearings -- Testing under conditions of hydrodynamic and mixed lubrication in test rigs
ISO 4378-2:2009
Plain bearings -- Terms, definitions, classification and symbols
ISO 6280:1981
Plain bearings -- Requirements on backings for thick-walled multilayer bearings
ISO 7148-1:1999 Plain bearings -- Testing of tribological behaviour of bearing materials. Testing of bearing metals
Jonathan Melo Peña
Las medidas tecnológicas de alargar la duración de servicio de los cojinetes reside en la ejecución
exacta de las formas constructivas y de las dimensiones dadas de las pieza en los dibujos
industriales, de la calidad de la fabricación de las superficies antifricción, del acabado del
mecanizado y de la exactitud del montaje.
El desgaste en el conjunto de un cojinete influye en el funcionamiento del mismo cojinete debido
al cambio que sufre la forma geométrica de las superficies en movimiento relativos, además todos
los materiales de antifricción influyen en como realiza la función el cojinete, el desgaste sufrido
por una superficie en un cojinete de contacto plano incluso si estos trabajan en condiciones de
rozamiento liquido es prácticamente imposible.