Lubricación de Elementos Mecánicos

LUBRICACIÓN DE ELEMENTOS ELEMENT OS MECÁNICOS David L. Hernández Gabriel Conde Juan Pablo Pineda

Universidad Nacional de Colombia - Ing. Mecánica - Tribología

Elementoss mecánicos Elemento Toda máquina (de diseño mecánico) busca transformar potencia desde una fuente en movimiento a través de interacciones físicas. Se transmiten fuerzas y movimientos entre piezas y ejes. • Para obtener alto rendimiento se usan los elementos de mayor fundamentación teórica y por tanto son usuales en toda máquina. -> Elementos Mecánicos •

http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/mecanica/elementos_de_maquinas/arbol.jpg


Elementoss mecánicos Elemento • Al

haber movimientos relativos hay fricción y desgaste, desgaste, luego se debe efectuar buena lubricación. • Elementos de máquinas más importantes que requieren lubricación: Cables • Cadenas • Acoples Treness de engranajes • Trene • Cojinetes • Rodamientos •

http://img683.imageshack.us/img683/4710/holgura.jpg


Cables •

•

•

•

Son elementos flexibles que se utilizan para transmitir fuerzas en elevación y transporte de cargas (puentes grúa o polipastos) Se encuentran sometidos a todo tipo de esfuerzos (excepto compresión) Constan de alambres metálicos trenzados en el mismo sentido en 6 u 8 torones alrededor de un núcleo. El núcleo puede ser de material absorbente para tener más flexibilidad y depositar el lubricante al interior o de acero para hacerlo más resistente (fricción al interior).

http://www.google.com.co/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&

http://www.logismarket.com.mx/ip/cm-polipasto-neumatico-a-cable-de-acero-385162-FGR.jpg


Lubricación de cables Se busca reducir el desgaste generado por la interacción del cable con el tambor y las poleas. • Minimizar el contacto metalmetal entre los torones al interior del cable • Evitar la corrosión entre los alambres, puesto la oxidación disminuye la resistencia del cable a la mitad. •

http://www.oceanicoffshore.com.sg/pdf/Lubrication%20123%20for%20Steel%20Wire%20Ropes.pdf


Propiedades del lubricante Mantenerse en el lugar de aplicación • Evitar contacto metálico entre los elementos • Ser resistentes al agua (intemperie) • Buena viscosidad e IV • Capilaridad y penetración • Aditivos: •

Inhibidores de herrumbre • Anticorrosión • EP para trabajo pesado •

http://www.nobles.com.au/getattachment//Wire-Rope-Strand/Wire-Rope-Lubricants/.jpg


Tipos de lubricantes • Aceites

De alta viscosidad. • Aplicados por sumersión para lubricar l ubricar el interior. •

•

Grasas • Aplicadas • • •

en el exterior para evitar salida del lubricante interior interior.. Calentadas para alcanzar el interior. Se emplean con jabón de Na y Li o jabón complejo de Li y Al No recomendable en medios con partículas sueltas.

• Asfálticos • • • •

Muy densos a T° ambiente (casi sólidos). Se les aplica una base volátil o se calientan hasta 70°C para poder aplicarlos. Forman una capa seca de alta consistencia. Se utilizan en almacenamiento a altas temperaturas y condiciones de humedad. No recomendable a bajas temperaturas. Complican inspeccionamiento.


Tipos de lubricantes •

Compuestos de petróleo • Alta •

•

De película sólida • • •

•

resistencia a la corrosión y el agua. Son translúcidos y permiten la inspección. Para óptima lubricación. Se aplican en suspensión sobre una base volátil (que se evapora) con una corriente de aire comprimido. Grafito y bisulfuro de Molibdeno (MoS2). Costoso. Aplicaciones de alta seguridad (ascensores, funiculares) o medios de alta contaminación.

Mezcla de partículas metálicas Partículas sólidas de Zn, Sn, Ag, Cu, etc. en una base volátil. • Alta penetración. •

•

*Cables sin lubricante • Ambientes •

con mucho polvo. Pre-lubricados internamente y con protección de película plástica.


Métodos de lubricación •

Pasos previos para evitar herrumbre: • •

•

Limpieza con cepillos de alambre, queroseno, petróleo, gasolina, vapor o aire comprimido. Secado

Método manual • •

Con brocha, aceitera o embudo. Se aplica en zonas donde el cable se dobla (poleas – tambores)



Métodos de lubricación

http://www.cablul-romanesc.ro/images/lubricate.gif



Con depósito de aceite caliente o asfáltico diluido • •

Superficie limpiadora a la salida (cuero, neopreno) Versión actual



Con poleas en un depósito metálico •

Requiere que el cable esté limpio y que no soporte cargas altas



Con depósito interno en una de las poleas •

Sólo se aplica en la polea más inferior del montaje en sistemas verticales o inclinados



Con corriente de aire a presión (oil mist) y spray • •

Oil mist: Succionado desde el depósito de aceite y se atomiza con una boquilla Spray: Para aplicar lubricantes de película sólida




Con lubricador gota a gota • •

Puede ser accionado por el eje de la polea con sistema bielamanivela o transmisión con poleas Puede necesitar precalentamiento del lubricante



Por presión •

Cuenta con una bomba para la atomización del aceite. Tiene Tiene una válvula solenoide para hacer el flujo intermitente.


Selección del aceite Desde fabricación a los cables (fibra o metálico) se les aplica un aceite grueso (normalmente asfáltico) con viscosidad entre 23000 y 80000 cSt @ 40°C. • Deben tener aditivos anticorrosivos • Para relubricación se recomiendan aceites Compound (mineral + orgánico). Revisar tabla •

http://www.machinerylubrication.com/Read/372/wire-rope-lubrication


Selección del aceite Mecanismo

Tipo de servicio

Viscosidad del aceite (cSt a 40°C)

Grúas, dragas y palas mecánicas. Plataformas de transporte en hornos.

Trabajo pesado y de baja velocidad.

80000 – 270000 (asfálticos).

Ascensores, malacates, malacates, polipastos, etc.

Para subir y bajar cargas a velocidades moderadas.

100 – 220 (grado ISO) con aditivos EP o lubricantes de película sólida.

Vagonetas para transporte transpor te en minas horizontales o inclinadas.

Trabajo pesado a velocidades moderadas y bajas.

5000 – 26000 (asfálticos).

Tranvías aéreos, funiculares y cables de exploración forestal.

Cables estacionarios sometidos a la acción del agua, polvo, humo y sustancias químicas.

26000 – 80000 (asfálticos).

Trabajo pesado y ambiente poco contaminado.

Lubricantes de película sólida, pulverizados con corriente de aire a presión.

Líneas de transporte de material por el suelo.

Trabajo pesado y ambiente altamente contaminado.

No se lubrican.


Cuidados con los cables metálicos Cuando haya largos periodos de inactividad, se deben limpiar y luego lubricar en exceso para evitar herrumbre. • Los cables nuevos para almacenar se deben lubricar con productos protectores contra herrumbre y corrosión (película protectora). Deben aislarse del piso. •

Video



Cadenas Serie de eslabones que se comportan como cojinetes coji netes de fricción. • Soporta cargas de compresión •



Tipos de cadenas De rodillos: Alta Alta precisión, bajo costo, altas velocidades y cargas. Lubricantes de baja viscosidad. • Silenciosas: De dientes invertidos. A altas velocidades. • Articuladas: Velocidad Velocidad y cargas bajas. De poca precisión. No se suelen lubricar. • Planas («Table-top») • Para maquinaria de remoción de tierra (orugas): Altas cargas. Polvo y contaminantes. No se lubrican. •


Tipos de cadenas


Lubricación de las cadenas En algunas fábricas el consumo energético es el triple de lo que podría ser con una buena lubricación. • El «estiramiento» de las cadenas puede llevar a que se recorten y recambien antes de tiempo. El «alargamiento» se da por desgaste de los pasadores cuando hay ausencia de lubricante en la interfaz. • La lubricación es semejante a la de cojinetes lisos, pero con movimiento relativo muy pequeño, luego no se genera la película fluida. • En cadenas con altas cargas, lubricación EHL. • En cadenas de cargas bajas, suministro abundante de aceite. •


Funciones del lubricante Evitar escoriamiento y agarrotamiento entre pasador y buje. • Amortiguar el impacto de rodillos con los dientes de los sprockets. • Enfriar la transmisión. • Evacuar partículas. • Lubricar superficies de contacto. •


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas) •

Factores de selección Velocidad de funcionamiento • Viscosidad del aceite (fluidez vs. soporte de carga) • Adherencia bajo fuerza centrífuga • Ambiente de trabajo •

•

Método manual • Aplicar

grasa con brocha o aceite con aceitera.


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas) • •

Complementar mantenimiento bimestral (24h diarias) Cadenas no desmontables •

•

Durante el mantenimiento preventivo: Limpieza con disolvente volátil y posterior secado, luego, corriente de aceite pulverizado (Grado ISO 68 o menor) con 5-10% de MoS2 o grafito.

Cadenas desmontables •

Durante paradas largas: Sumersión en aceite (Grado ISO 68 o menor) a 60°C aprox. por 30 o 60 min. Secado y aplicación de grasa NLGI 2 de jabón de Li con MoS2.



Método gota-gota •

Goteo desde una botella contenedora en tres puntos (a veces más): el centro y los extremos de los rodillos. Para velocidades de hasta 76.21 m/min de 4-10 gotas/min y hasta 304.87 m/min, 20 gotas/min por hilera de rodillos o pulgada de ancho de la cadena silenciosa.



Por inmersión • A altas

tiempo

velocidades de trabajo. Hay contacto directo pero por poco


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas)


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas)


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas) • A presión

(chorro de aceite)

• Inyector de 1/16’’ para buena atomización. •

Pueden colocarse varias boquillas extra para refrigerar la cadena.

http://www.google.com.co/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid.jpg


Métodos de lubricación (cadenas de rodillos y silenciosas) Paso (pulg.)

5/8 3/4 1 1-1/4 1-1/2 1-3/4 2 2-1/4 2-1/2 3

Velocidad lineal máxima de la cadena (m/min) Método manual

Método gota-gota

Por inmersión

A presión o circulación

76.21 67.07 51.82 45.73 39.63 35.06 30.48 28.96 25.91 22.86

304.87 259.14 198.17 158.53 131.09 112.80 100.60 91.46 76.21 67.07

609.75 548.78 457.31 396.34 365.85 335.36 304.87 289.63 274.39 243.90

Hasta el límite máximo de r.p.m. a las cuales puede girar el sprocket de menor diámetro.


Selección de la viscosidad del aceite


Factores para la correcta lubricación Limpiar periódicamente las superficies para eliminar contaminantes que pudieran introducirse entre los rodillos. • En sistemas por inmersión y por circulación, cambiar el aceite 1 vez al año y limpiar el depósito con un disolvente. • No lubricar la cadena en ambientes con mucho polvo. • Durante almacenaje, proteger contra corrosión y formación de herrumbre. Aplicar Aplicar anticorrosivo en spray o recubrir con grasa y proteger con papel parafinado. •


Casos especiales de lubricación •

Cadenas a altas temperaturas (>200°C) •

•

No aplicar aceites derivados del petróleo. Utilizar grasas sintéticas relubricando con frecuencia. Pueden ser muy caras en casos extremos.

Lubricados con asfálticos •

Cargas altas y protección contra contaminantes

• Aplicaciones •

textiles

Lubricantes de película sólida para evitar contaminación por fibras textiles


Accoples A •

De cadena • •

•

De resorte flexible •

•

Fugas de lubricante por vibración. Evitar contacto superficial de rodillos y corrosión interna Se llena la carcasa con grasa. Necesita aditivos EP, EP, ante cargas de impacto.

De piñones •

Requieren lubricación (con grasa o aceite) por oscilaciones en funcionamiento.

Universidad Nacional de Colombia - Ing. Mecánica Tribología

Lubricación •

Lubricante empacado para bajas velocidades y circulación para altas velocidades. La elección depende de la disipación del calor.

•

Lubricante empacado •

•

•

Impiden penetración de polvo. Se aplican únicamente con sellos de laberinto. Se utilizan grasas para evitar desplazamiento de su posición. La cantidad de lubricante la da el fabricante. Si no se conoce alinear el orificio de una parte con la vertical y el otro a un ángulo de 45°, verter por el orificio superior hasta que se rebose.


Lubricación •

Circulación de aceite • • • •

Casi exclusivos en acoples de piñones. Son propensos a desgaste adhesivo. Tienden a acumular partículas y formar lodos, impidiendo el movimiento axial entre ejes. El aceite debe permanecer limpio (filtración) y libre de agua (problema en turbomáquinas e industria petroquímica).


Selección del lubricante Tipo de acople

Vel. periférica Tipo de lubricante máxima

m/s

ft/min

Grasa grado NGLI

Aceite – grado ISO

Cadena

12.5

2460

1o2

Resorte

30 60

5905 11811

1 2o3

150

29527

0o1

60

1181 1811 1

320, 460, 680

150

29527

32, 46, 68

Flexible

320

32, 46, 68

Piñones

Frecuencia de relubricación

Horas

Meses

1000 (gr) 500 (ac) 1000 12 (gr) Aceite-según laboratorio 6-12 (gr) Aceite-según laboratorio


Viscosidad vs. desgaste


Rodamientos • Un

rodamiento es un mecanismo que permite un movimiento de rodadura entre dos superficies opuestas separadas por elementos rodantes que pueden ser esferas o rodillos y que deslizan sobre guías o pistas.


Características de los rodamien rodamientos tos - Requieren poco lubricante, una ligera aplicación de grasa o de aceite basta, para hacerlos funcionar correctamente durante largo tiempo. - El lubricante que se va a emplear debe ser de buena calidad debido a que la cantidad que se necesita es muy pequeña. - Ocupan menos espacio axial, pero mayor espacio radial que los cojinetes lisos. - Son más silenciosos que los cojinetes lisos. - Tienen una duración limitada debido a que los elementos rodantes y las pistas están sometidos a ciclos continuos de tensión y compresión cuando el eje gira. - Son elementos estandarizados que se seleccionan de un catálogo.


Elemento rodante Existen diversos elementos rodantes que varían según las aplicaciones. El más común son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas livianas y medianas. Para cargas mayores se utilizan rodillos y barriletes. Finalmente en cargas axiales se utilizan conos. Algunas aplicaciones en donde el espacio es reducido se usan agujas, que son cilindros largos con diámetros pequeños.


Tipos de rodamientos Rodamientos radiales Rodamientos rígidos de bolas • Rodamientos de bolas con contacto angular • Rodamientos de bolas a rótula • Rodamientos de rodillos cilíndricos • Rodamientos de rodillos cilíndricos • Rodamientos completamente llenos llenos de rodillos cilíndricos • Coronas de agujas • Casquillos de agujas, sin fondo • Casquillos de agujas, con fondo • Rodamientos de agujas con pestañas •


Tipos de rodamientos Rodamientos radiales •

Rodamientos de agujas sin pestañas

•

Rodamientos de agujas autoalineables

•

Rodamientos de agujas combinados c ombinados

•

Rodamientos de rodillos cónicos

•

Rodamientos de rodillos a rótula

•

Rodamientos CARB


Tipos de rodamientos Rodamientos axiales •

Rodamientos axiales de bolas

Rodamientos axiales de bolas con contacto angular •

•

Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos

•

Rodamientos axiales de agujas

•

Rodamientos axiales de rodillos a rótula

•

Rodamientos axiales de rodillos cónicos


Tipos de rodamientos Roldanas •

Rodillos de leva

•

Rodillos de apoyo

•

Rodillos de leva con eje


Tipos de rodamientos Rodamientos Y •

Rodamientos Y


Lubricación Porque se debe lubricar los rodamientos?

Reduce el rozamiento Impide el desgaste y la corrosión Protege de la contaminación de sólidos y líquidos


Limpieza La limpieza tiene una gran importancia para el rendimiento correcto de los rodamientos

Por consiguiente, es importante lubricar los rodamientos con grasa o aceites limpios y que el lubricante se mantenga limpio durante el funcionamiento.


Limpieza de la grasa Las grasas deben permanecer en sus envases originales hasta que se usen y nunca se han de dejar destapadas o abiertas. Las herramientas de lubricación, envases, pistola, etc. se han de lavar con disolventes limpios y secar antes de usarlos. La grasa captará rápidamente el polvo y las partículas dañinas del ambiente de trabajo.


Limpieza del aceite El aceite nuevo se debe filtrar preferiblemente antes de suministrarlo a la disposición de rodamiento.

En los sistemas de circulación de aceite también se pueden instalar filtros en las posiciones adecuadas para eliminar la contaminación que se produce en la aplicación.


Lubricación con grasa La grasa es el lubricante más ampliamente utilizado para los rodamientos. Una grasa lubricante se define como la dispersión semilíquida a sólida de un agente espesante en un líquido (aceite base).

El espesante, que está hecho de una red de fibras de jabón, actúa como un contenedor para el aceite lubricante. Las cavidades de esta red se llenan de aceite, como los poros de una esponja se llenan de agua.


Propiedades Consistencia

La consistencia, el grado de rigidez de una grasa, depende principalmente del tipo y cantidad de espesante utilizado. Viscosidad del aceite base

La eficacia del lubricante viene determinada fundamentalmente por el grado de separación entre las superficies de contacto de rodadura. Para que se forme una película de lubricante adecuada, este debe tener una viscosidad mínima cuando la aplicación alcance su temperatura de funcionamiento normal. K= • • • •

v

v

Donde k = relación de viscosidad v = viscosidad real de funcionamiento del lubricante, mm2/s v1 = viscosidad nominal dependiendo del diámetro medio del rodamiento y de la velocidad de giro, mm2/s


Propiedades velocidad máxima recomendada A = ndm

Donde A = factor de velocidad, velocidad, mm/min n = velocidad de giro, rpm dm = diámetro medio del rodamiento dm = 0,5 (d + D), mm


Propiedades Margen de temperaturas

El margen de temperaturas al que puede usarse una grasa depende principalmente del tipo de aceite base y del tipo de espesante empleados, así como de los aditivos.


Propiedades las grasas normalmente utilizadas para los rodamientos son:


Propiedades Protección contra la corrosión, comportamiento en presencia de agua

La grasa debe proteger al rodamiento contra la corrosión y no debe ser lavada de la disposición de rodamientos en el caso de penetración de agua.


Propiedades Capacidad de carga, aditivos EP y AW

Una opción para evitar el contacto metálico entre las rugosidades de las superficies de contacto es usar los aditivos denominados EP (extrema presión).


Propiedades Miscibilidad

Si es necesario cambiar de una grasa a otra, es necesario tener en cuenta la miscibilidad o capacidad para mezclar las grasas sin efectos negativos.


Selección de la grasa Es importante elegir una grasa que ofrezca la viscosidad del aceite base necesaria para proporcionar una lubricación suficiente a la temperatura de funcionamiento existente.


Selección de la grasa Factores mas importantes para la selección de una grasa: • Tipo de maquina • Tipo y tamaño de rodamiento • Temperatura de funcionamiento • Condiciones de carga de trabajo • Gama de velocidades • Condiciones de trabajo, como vibraciones y la orientación del eje, en dirección horizontal o vertical. • Condiciones de refrigeración • Eficacia de la obturación • Ambiente externo


Relubricación Los rodamientos necesitan relubricación cuando la duración de la grasa usada es inferior a la duración prevista del rodamiento. La relubricación debe tener lugar cuando las condiciones de su lubricante aún son satisfactorias.


Intervalos de relubricación


Intervalos de relubricación


Procedimientos de relubricación La elección del procedimiento de relubricación depende, por lo general, de la aplicación y del intervalo de relubricación tf obtenido: Reposición Renovación del llenado de grasa Relubricación continua


Reposición Si el intervalo de relubricación es inferior a seis meses, el método más cómodo y preferible preferible es la reposición


Reposición


Renovación del llenado de grasa Cuando los intervalos de relubricación son superiores a seis meses, generalmente se recomienda renovar el llenado de grasa


Relubricación continua La relubricación continua se usa cuando los intervalos de relubricación estimados son cortos, por ejemplo a causa de los efectos perjudiciales de la contaminación, o cuando no resulta cómodo usar otros métodos de relubricación debido a la dificultad de acceso al rodamiento.


Lubricación con aceite Normalmente, la lubricación con aceite se emplea cuando las elevadas velocidades o las altas temperaturas de funcionamiento no permiten el uso de grasa, cuando es necesario evacuar del rodamiento el calor producido por la fricción o de origen externo, o cuando los componentes adyacentes (engranajes, etc.) están lubricados con aceite.


Métodos de lubricación con aceite Baño de aceite El método de lubricación más sencillo es el baño de aceite, El aceite recogido por los componentes rotativos del rodamiento se distribuye por todo el interior del rodamiento y después vuelve a caer al baño de aceite.


Anillo elevador de aceite (anillo de lubricación Para los rodamientos en los que, debido a la velocidad, las condiciones de funcionamiento y la necesidad de una alta fiabilidad, se requiere una lubricación por aceite, se recomienda el uso de un anillo elevador de aceite .


Circulación de aceite Un funcionamiento a altas velocidades aumenta la temperatura de funcionamiento del rodamiento y acelera el envejecimiento del aceite. Para evitar los frecuentes cambios de aceite y para conseguir una lubricación adecuada, normalmente se prefiere la circulación de aceite


Chorro de aceite Para un funcionamiento a velocidades muy altas, se debe suministrar al rodamiento una cantidad de aceite suficiente, pero no excesiva, con el fin de obtener una lubricación adecuada sin que la temperatura de funcionamiento aumente más de lo necesario.


Proyección de gotas Con el método de proyección de gotas, también denominado método de aceite-aire, cantidades de aceite muy pequeñas y medidas con precisión penetran en cada rodamiento transportadas por aire comprimido.


Niebla de aceite Durante algún tiempo no se ha recomendado el uso de la lubricación con niebla de aceite debido a sus posibles efectos negativos para el medio ambiente. Los nuevos generadores de niebla de aceite permiten producir una niebla de aceite con 5 ppm de aceite.


Selección del aceite lubricante La selección del aceite está basada fundamentalmente en la viscosidad requerida para proporcionar una lubricación adecuada del rodamiento a la temperatura de funcionamiento. A la hora de seleccionar un aceite se deben tener en cuenta los siguientes siguien tes aspectos: • La

vida útil del rodamiento • Si la relación de viscosidad K = v/v1 es menor que 1


Selección del aceite lubricante Ejemplo

Un rodamiento con un diámetro de agujero d = 340 mm y un diámetro exterior D = 420 mm necesita funcionar a una velocidad n = 500 rpm. Por tanto, dm = 0,5 (d + D) = 380mm. Según el diagrama 1 , la viscosidad cinemática mínima v1 necesaria para lograr la lubricación adecuada a la temperatura de funcionamiento es aproximadamente 11 mm2/s. Según el diagrama 2 , suponiendo que la temperatura de funcionamiento del rodamiento es de 70 °C, vemos que se necesita un aceite lubricante con una viscosidad ISO VG 32 es decir, una viscosidad cinemática v de al menos 32 mm 2/s a la temperatura de referencia de 40 °C.


Selección del aceite lubricante


Selección del aceite lubricante


Problemas de lubricación en rodamientos Rodamiento sobrecalentado

Rodamiento ruidoso

El eje ofrece resistencia al giro


Engranajes Transmisión de potencia de altas cargas y/o velocidades • Alto desgaste de todo tipo • Tipos •

• • • • • •

Cilíndricos de dientes rectos Cilíndricos helicoidales Sinfín-corona Cónicos de dientes rectos Cónicos helicoidales Hipoidales


Lubricación de engranajes Si hay película límite en la interfaz, hay contacto metalmetal y desgaste severo. • El desgaste se concentra por deslizamiento en la raíz del diente. También es importante en la corona. • En el piñón se concentra el mayor desgaste. • La dinámica de la interacción propicia el efecto de cuña para mantener película fluida entre los dientes. Esto no se da generalmente en la realidad. • Las altísimas presiones en el punto de rodadura pura da paso a la lubricación EHL. •


Lubricación de engranajes •

Métodos • • •

•

Por salpique Por circulación Salpique y circulación

Condiciones de operación • • • • • •

Velocidad de funcionamiento: A menor velocidad, mayor viscosidad Potencia transmitida Naturaleza de la carga Relación de reducción Temperatura de operación Método de lubricación


Lubricación de engranajes • •

Clasificación de lubricantes: AGMA, AGMA, ISO, SAE. Características importantes Viscosidad a T° de operación • Fluidez a baja temperatura • Buena emulsibidad • Propiedades antiherrumbre • Anticorrosivo • Resistente a formar espuma •

•

Tipos Tip os de lubricantes • Aceites

inhibidos (minerales con aditivos antiherrumbre, antioxidantes, antidesgaste y antiespumantes) • Aceites con aditivos EP • Aceites compuestos (mineral + 3-5% sebo animal) • Aceites sintéticos • Grasas


Método práctico de selección del aceite Cuando no se conozcan las especificaciones o no se dispongan de las herramientas apropiadas. • Posterior seguimiento para corroborar buena selección. • Gráficos: Engranajes cilíndricos o cónicos de dientes rectos o helicoidales • *Para temp. de trabajo ambiente (10-25°C). Para otro caso ±1 grado ISO cada ±8°C. •


Método práctico de selección del aceite •

Lubricación por salpique



Lubricación por circulación



Para engranajes sinfín-corona


Método de cálculo para selección del aceite Todo tipo de engranajes excepto sinfín-corona e hipoidales. • Parámetro L adimensional adimensional (Fowles) •

=

ℎ

.

 .

 

• ℎ :Espesor mínimo de película lubricante (μm, μin) •  : • •

• •

Carga total por unidad de longitud del diente (N/m, lbf/in)  : Parámetro geométrico  : Velocidad del piñón (rpm) ℎ = λ λ : Espesor específico de película lubricante  : Promedio ponderado de rugosidades de los dientes (o según calidad) (μm, μin)


Método de cálculo para selección del aceite •

Para λ (vel. lineal más pequeña)

• Si λ<1 en la gráfica, tomar 1.5 y escoger aceite

con EP

compound o


Método de cálculo para selección del aceite


Método de cálculo para selección del aceite • : • • • • • • • • • •

Relación de reducción. ℎ: Distancia entre centros (m, in) : Longitud del diente (m, in)  : Radio de paso medio del engranaje (m, in)  : Velocidad del engrane (rpm)  : Velocidad de la rueda o anillo (rpm) ∅ : Ángulo de presión normal ψ: Ángulo de hélice ψ : Ángulo de espiral Torque del engranaje eng ranaje o la rueda.  ,  : Torque  : Modulo de Young equivalente para los materiales (Pa, psi) 

 = 2

• •

( 1  ν )



+

( 1  ν )

  ν: Relación de Poisson de cada material  : Modulo de Young Young de cada material (Pa, ( Pa, psi)

−



La temperatura de funcionamiento se puede estimar por transferencia de calor o medir por termografía.  =  +

∆

2 • Engranajes cilíndricos de dientes rectos, helicoidales, doblehelicoidales, cónicos helicoidales: Lubricados por salpique ΔT=28°C, lubricados por circulación ΔT=17°C. • Engranajes hipoidales y sinfín-corona: Lubricados por salpique ΔT=50°C, lubricados por circulación ΔT=38°C. •

Con L y Tf, se consulta la gráfica correspondiente.



Para aceites derivados del petróleo (grado AGMA)



Para aceites sintéticos (grado ISO)


Método de cálculo para selección del aceite Engranajes sinfín-corona • Método de presión cinemática, parámetro Rpc •

 =

• • •

•

9.8 

ℎ   : Torque a la salida del reductor ℎ: Distancia entre centros (m) Velocidad de la corona (rpm)  : Velocidad

Con Rpc y la tabla adecuada se obtiene la viscosidad cinemática a la temperatura de operación, para reductores lubricados por salpique.


Método de cálculo para selección del aceite


Ejemplo - Enunciado •

Recomendar un aceite derivado del petróleo (en cualquier marca) y el grado ISO de un aceite sintético para lubricar por salpique y circulación un reductor de velocidad que tiene las siguientes características:

Etapa 1: engranajes cónicos helicoidales en el eje de entrada • Etapa 2: engranajes cilíndricos helicoidales en el eje de salida • Potencia en el eje de entrada de 235CV. • Ángulo de presión normal ∅ = 20° •

Promedio de las rugosidades r ugosidades  = 0.57 • Todos los rodamientos son de tipo cónico y con eficiencia de 0.9982 •


Ejemplo - Enunciado T° ambiente estimada de funcionamiento 92.2°C • Capacidad de 18 galones de aceite en el cárter. • Datos de los engranajes: •

No.

Diámetro de Longitud del Ancho del Velocidad paso (m) diente (m) engranaje (m) angular (rpm)

1

0.159

0.089

-

1750.00

2

0.429

0.089

-

651.16

3

0.129

0.206

0.202

651.16

4

0.559

0.206

0.202

125.00


Ejemplo - Solución •

El reductor tiene más de una etapa, se debe realizar el cálculo con el par de engranajes que tengan el producto   (a la mayor velocidad) con menor valor: •

0.159 59 ∗ 175 1750.0 0.00 0 = Para los engranajes cónicos:   = 0.1 278.25 278 .25. . 

•

Para los engranajes cilíndricos:   = 0.129 0.129 ∗ 651 651.16 .16  = 83.99 83. 99. . 

Se deben realizar los cálculos con la etapa de la salida. • Velocidad lineal del engrane: •

 2  0.129  =  ∗  = 651.16 ∗ ∗ = 4.4/ 60  2



Por gráfico el espesor específico de película es λ=0.8, luego se toma λ=1.5 y se debe escoger un aceite

compound o EP. • Se calculan los siguientes valores:

ℎ =  = 1.5 ∗ 0.57 = 0.855 

235 ∗ 735.3/  = = = 13200.6   2  125 ∗ 60   = 

−

ℎ  =

 

=  −

=

559 129

0.202 0.206

= 4.33

= 11.31°


Ejemplo - Solución ℎ=

 =

 +  2

=

0.559 + 0.129

= 0.344

2

 ∗ ( + 1)  ∗ ℎ ∗  ∗ cos cos ∅

13200.6 ∗ (5.33) = ∗ (c (cos os ) 4.3 4.33 3 ∗ 0.34 0.344 4 ∗ 0.2 0.206 06 ∗ cos 20° ∗ (cos (cos 11. 11.31°) 31°)

 = 253778.63/

 = 2 2

(1    )

=

=



−

=2 2

(1  0.3 0.31 1 ) 207 ∗

−

= 2.29 ∗ 10 

10  

3.4 3. 4 ∗ 10 10− ∗  ∗ ℎ ∗ sin sin ∅ 

( + 1) 3.4 3. 4 ∗ 10 10− ∗ 4.33 ∗ 0.344 ∗ sin 20°

.

.

(5.33)  = 1.712 ∗ 10 10−

∗  .

∗ (2.29 ∗ 10 ).



Se puede obtener el parámetro L: =

•

ℎ.  .  

=

0.855. ∗ 253778.63/ . 1.712 ∗ 10 − ∗ 651.16  = 32.646

Se puede definir la viscosidad requerida en un aceite mineral grado AGMA 8 y para un aceite sintético debe ser un grado ISO 150 (gráficas).


GRACIAS POR SU AT A TENCIÓN ¿Preguntas?

Lubricación de Elementos Mecánicos

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