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Cojinetes de Deslizamiento.
Introducción. Los cojinetes sirven de apoyo a árboles y ejes que giran. En general, se clasifican en: • Cojine Cojinetes tes de Roda Rodamie miento nto (rodamientos). • Cojine Cojinetes tes de Desl Desliza izamie miento nto (bujes).
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Cojinete de deslizamiento radial
El cojinete de deslizamiento es el conjunto de casquillo (agujero), muñón (eje) y lubricante .
Thrust Bearing
Figure 12.9 Thrust slider bearing geometry. geometry. [From Hamrock (1991).] Text Reference: Figure 12.9, page 481
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Introducción. Los cojinetes de deslizamiento trabajan en condiciones de rozamiento entre las superficies del árbol y el casquillo del cojinete separados por una capa de lubricante.
Introducción. El coeficiente de fricción en los cojinetes de deslizamiento depende de la velocidad de rotación. 1ra etapa depende de la combinación de materiales conjugados. 2da etapa depende de la fricción entre las capas de lubricante.
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Aplicaciones de Cojinetes de Deslizamiento.
Aplicaciones. •Para guiar árboles con precisión (tendencia al autoalineado). •En máquinas con vibraciones, fuertes sacudidas o golpes. •Trabajos en medios agresivos, por ejemplo el agua salada.
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Aplicaciones. •En cigüeñales. •En árboles rápidos en caso de lubricación hidrodinámica. •Para mecanismos de marcha lenta y poca responsabilidad. •En montajes con dimensiones diametrales muy pequeñas.
Clasificaciones de Cojinetes de Deslizamiento.
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Clasificación 1) Según el tipo de casquillo.
Casquillo completo
Casquillo partido.
Clasificación 2) Según sentido de carga:
Cojinete radial
Cojinete axial Cojinete radio-axial
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Clasificación Coeficiente de Fricción f
3) Según condiciones de lubricación
Lubricación límite o de frontera
Lubricación semi-límite o mixta
Lubricación hidrodinámica Viscosidad dinámica x RPM / Presión en área proyectada del cojinete, µ . n / p
Según condiciones de lubricación. F
n
Lubricación Límite o Mixta El aceite llena las grietas superficiales pero aún existe contacto metal – metal entre crestas superficiales del cojinete con una significativa fricción y razón de desgaste.
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Según condiciones de lubricación. Lubricante
F
n
Lubricación Hidrodinámica Las superficies del cojinete están separadas totalmente por una cuña de lubricante formada por el movimiento relativo entre superficies.
Clasificación según lubricación Mixta o Límite. Contacto entre crestas de las superficies del cojinete. Hidrodinámica. Superficies del cojinete separadas por película de lubricante que depende de la velocidad de rotación, la carga y la viscosidad del lubricante empleado. Hidroestática. Superficies separadas por suministro de lubricante a presión en la zona de contacto.
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Criterios de Comprobación de los Cojinetes de Deslizamiento.
Criterios de comprobación Tipo de rozamiento Rozamiento mixto
Criterio de cálculo: Resistencia al desgaste
Rozamiento líquido Criterio de cálculo: Resistencia de la película de lubricante
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Cálculo Cojinetes de Deslizamiento en Rozamiento Mixto.
Cojinete de deslizamiento en rozamiento mixto.
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Cojinete de deslizamiento radial en lubricación mixta. R p= < [p] dl
Donde: p :Presión sobre el cojinete [MPa] R : Fuerza radial en cojinete [N] [p] - Presión máxima que soporta el material [MPa].
Cojinete de deslizamiento radial en lubricación mixta.
v < [v]
Donde: v - Velocidad relativa en cojinete [m/s] [v]- Velocidad máxima que soporta el material [m/s]
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Cojinete de deslizamiento radial en lubricación mixta.
p . v < [ p . v ] Donde: Producto pv admisible del material [MPa. m/s]. [pv] -
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Geometría Básica de los Cojinetes de Deslizamiento.
Longitud / diámetro (l/d) •Diseño convencional: l / d ≈ 0,5 –2 •Con lubricación mixta: l / d = 1 •En cojinetes de carbón grafitado: l / d = 1.5 •Diseños autoalineante es admisible: l / d = 2
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Holgura diametral relativa.
ψ max =
Dmax − dmin dnom
ψ max = 0,0003...0,001
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Ej: Sugerir dimensiones toleradas del muñón y casquillo de un cojinete con diámetro nominal de 35 mm que gira a 1000 rpm. Solución.
Del gráfico se obtiene la holgura diametral máxima: Dmax agujero – dmin eje =
50 µm
Tolerancias de dimensiones de agujeros según el grado de precisión.
Asumiendo un casquilloφ35H7 0,025 con dimensiones = 0
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Dimensiones de casquillo. Tolerancia superior del agujero = 0,025 mm Dimensión mayor = 35,025 mm
0,025 35H7 0 Tolerancia inferior del agujero = 0 mm Dimensión menor = 35,000 mm
Tolerancia inferior del eje.
Tolerancia inferior del eje (dmin) = 0,025 - (0,05) Tolerancia inferior del eje = - 0,025 mm
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Tolerancias de dimensiones de ejes según el grado de precisión.
Desviación inferior del eje = - 0,025 mm − 0,009 Muñón (eje) φ35g6 dimensión = 49,991 .. 49,975 mm − 0,025
Holgura diametral máxima = 50,025 – 49,975 = 0,050 mm
Cálculo Cojinetes de Deslizamiento en Rozamiento Líquido.
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COJINETE DE DESLIZAMIENTO EN REPOSO.
N
COJINETE DE DESLIZAMIENTO EN ROZAMIENTO MIXTO. Fr
N
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COJINETE DE DESLIZAMIENTO EN ROZAMIENTO LÍQUIDO. Fflujo N
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Cojinete en rozamiento líquido.
Fuerza radial admisible sin romper la película de lubricante en rozamiento líquido. µ ⋅n ⋅l⋅d R ≤ R lim =
2
60 ⋅ ψ ⋅ S
(N)
R : Carga radial en el cojinete (N) R lim : Carga radial máxima (N). n : Frecuencia de rotación nominal del cojinete (rpm). l : Longitud nominal del cojinete (m). d : Diámetro nominal del cojinete (m). µ : Viscosidad dinámica del lubricante a temperatura de trabajo (Pa.s). Ψ : Holgura diametral relativa al diámetro nominal del cojinete.
S : Factor adimensional (Número de Sommerfeld).
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Viscosidad dinámica del aceite.
Factor adimensional S (número de Sommerfeld)
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Holgura diametral relativa.
ψ max =
Dmax − dmin dnom
ψ max = 0,0003...0,001
La holgura diametral relativa del cojinete (Ψ), en la etapa de diseño puede ser obtenida por: ψ =
(D − d)grafico d
/ 1000
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En casos de comprobación emplear la holgura diametral máxima por las combinaciones de tolerancias del casquillo y el muñón: Dmax − dmin ψ max =
Ejemplo: Ajuste
φ50H7 / f 7 − 0,025 0 , 050 −
0,025 Agujero: φ50H7 0 ψ max =
d
Dmax − dmin d
Eje: φ50 f 7
=
0,025 + 0,050 = 0,0015 50
Holgura mínima en los cojinetes. hmin ≥ hlim = K(
R z1 + R z 2 + y piv ) 1000
hmin : Espesor mínimo de la película de lubricante (mm). hlim : Holgura mínima para garantiza un régimen de rozamiento hidrodinámico (mm). K: Margen de seguridad. (K = 1.25) R Z1,R z2 : Rugosidades superficiales máximas [ µm]. y piv :Deflexión radial (flecha) del árbol en el interior del cojinete [mm]. Para cojinetes autoalineados y piv = 0.
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Holgura mínima en los cojinetes. Una relación práctica para recomendar la holgura mínima en la etapa de diseño es: hmin = 0,00025 ⋅ d ≤ 0,8 ⋅
(Dmax − dmin )gráfico 2
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