maquinas y mecanismos unidades 6 y 7

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CAMPECHE | T.S.U MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

COJINETE Y RODAMIENTOS

COJINETES

Son puntos de apoyo de ejes y árboles para sostener su peso, guiarlos en surotación y evitar deslizamientos.

Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la piezao máquina, pero con frecuencia van montados en soportes convenientementedispuestos para facilitar su montaje.

Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que esténhechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamenteseparados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo

contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del queestán formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, elrozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga ytemperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y parada), loscojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no seca, haciendoinevitable el contacto directo entre las superficies de fricción.

Por lo anteriormente mencionado, se han de tener en cuenta unas cualidadesimportantes que ayuden a la construcción de los cojinetes:

Antes que ayuden a la construcción de los cojinetes:

y El material debe tener un coeficiente de rozamiento reducido.

y El material tiene que ser un buen transmisor del calor para que no seproduzca una acumulación excesiva de calor, dañando o perjudicando elajuste creado.

y El material debe poder una cierta dureza que ayude a soportar, sin que sedeforme el cojinete, la carga que puede actuar sobre él.



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Clasificación de los cojinetes

Los cojinetes se clasifican en cojinetes de fricción y de rodamiento. En loscojinetes de fricción, los árboles giran con deslizamiento en sus apoyos.

En los de rodamiento, entre el árbol y su apoyo se interponen esferas, cilindros oconos, logrando que el rozamiento sea solo de rodadura cuyo coeficiente esnotablemente menor.

Por la dirección del esfuerzo que soportan se clasifican los cojinetes en:

y Los cojinetes radiales impiden el desplazamiento en la dirección del radio.y Los cojinetes axiales impiden el deslizamiento en la dirección del ejey Los cojinetes mixtos hacen al mismo tiempo el efecto de los cojinetes

radiales y axiales.

Tipos de cojinetes

Clasificación de los cojinetes:

y Cojinetes de friccióny Rodamientos

Ranuras de engrase

Para garantizar un perfecto rodaje y conservación de la forma geométrica y

dimensiones del agujero del cojinete es importante mantener una adecuadalubricación. Para ello debemos conocer la forma y situación que deben tener lasranuras de engrase del cojinete.

En un árbol en reposo la presión del lubricante está centrada. Si el eje gira a pocavelocidad, la línea de presión sufre un desplazamiento en sentido contrario al giro.

Existen también cojinetes auto lubricados, los cuales están hechos de un materialsinterizado, a base de bronce, cobre y hierro con gran porosidad y capaz de



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retener hasta un 30-40% de su volumen de aceite haciéndoles destinados parasoportar pequeñas cargas a costa de un inconveniente bastante importante comoes el que no se puede utilizar en contacto directo con el agua y otros fluidos, aligual que tampoco puede superar temperaturas más elevadas de 100ºC.

RODAMIENTO

Un rodamiento (en España y Colombia), también denominado rulemán, rúleman

(en Argentina, derivado del francés "Roulement"); rolinera, balinera o balero (en

México y Venezuela) o rodaje (en Perú) o caja de bolas (en Cuba, República

Dominicana y Puerto Rico) o rol en Costa Rica o también bolillero rodajes, es un

tipo de cojinete, que es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y

las piezas conectadas a éste por medio de rodadura, que le sirve de apoyo y

facilita su desplazamiento.

El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricación del rodamiento,

pueden ser: de bolas, de rodillos o de agujas.

En los rodamientos el movimiento rotativo, según el sentido del esfuerzo quesoporta, pueden ser axiales, radiales y axiales-radiales.

Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos dedirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplouna rueda, es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, ejemplo enquicio, y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa ocombinada.

La fabricación de los cojinetes de bolas o rodamientos es la que ocupa entecnología un lugar muy especial, dados los procedimientos para conseguir laesfericidad perfecta de la bola. Los mayores fabricantes de ese tipo derodamientos emplean el vacío para tal fin. El material es sometido a un tratamientoabrasivo en cámaras de vacío absoluto. El producto final no es casi perfecto,también es atribuida la gravedad como efecto adverso.



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Tipos de rodamientos

Cada clase de rodamientos muestra propiedades características, que

dependen de su diseño y que lo hace más o menos apropiado para una

aplicación dada. Por ejemplo, los rodamientos rígidos de bolas pueden

soportar cargas radiales moderadas así como cargas axiales pequeñas. Tienen

baja fricción y pueden ser producidos con gran precisión. Por lo tanto, son

preferidos para motores eléctricos de medio y pequeño tamaño. Los

rodamientos de rodillos esféricos pueden soportar cargas radiales muy

pesadas y son oscilantes, lo que les permite asumir flexiones del eje, entre dosrodamientos, que soportan un mismo eje. Estas propiedades los hacen muy

populares para aplicaciones por ejemplo en ingeniería pesada, donde las

cargas son fuertes, así como las deformaciones producidas por las cargas, en

máquinas grandes es también habitual cierta desalineación entre apoyos de los

rodamientos.

Rodamientos rígidos de bolas

Rodamientos rígidos de bolas.



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Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Son fáciles de diseñar, noseparables, capaces de operar en altas e incluso muy altas velocidades yrequieren poca atención o mantenimiento en servicio. Estas características, unidasa su ventaja de precio, hacen a estos rodamientos los más populares de todos losrodamientos.

Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular

El rodamiento de una hilera de bolas con contacto angular tiene dispuestos suscaminos de rodadura de forma que la presión ejercida por las bolas es aplicadaoblicuamente con respecto al eje. Como consecuencia de esta disposición, elrodamiento es especialmente apropiado para soportar no solamente cargasradiales, sino también grandes cargas axiales, debiendo montarse el mismo en

contraposición con otro rodamiento que pueda recibir carga axial en sentidocontrario.

Rodamientos de agujas

Son rodamientos con rodillos cilíndricos muy delgados y largos en relación con sumenor diámetro. A pesar de su pequeña sección, estos rodamientos tienen unagran capacidad de carga y son eminentemente apropiados para las aplicacionesdonde el espacio radial es limitado.

Rodamientos de rodillos cónicos

El rodamiento de rodillos cónicos, debido a la posición oblicua de los rodillos ycaminos de rodadura, es especialmente adecuado para resistir cargas radiales yaxiales simultáneas. Para casos en que la carga axial es muy importante hay unaserie de rodamientos cuyo ángulo es muy abierto. Este rodamiento debe montarseen oposición con otro rodamiento capaz de soportar los esfuerzos axiales ensentido contrario. El rodamiento es desmontable; el aro interior con sus rodillos y

el aro exterior se montan cada uno separadamente.

Rodamientos de rodillos cilíndricos de empuje

Son apropiados para aplicaciones que deben soportar pesadas cargas axiales. Además, son insensibles a los choques, son fuertes y requieren poco espacio



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axial. Son rodamientos de una sola dirección y solamente pueden aceptar cargasaxiales en una dirección. Su uso principal es en aplicaciones donde la capacidadde carga de los rodamientos de bolas de empuje es inadecuada. Tienen diversosusos industriales, y su extracción es segura.

Rodamientos axiales de rodillos a rótula

Rodamiento axial.

El rodamiento axial de rodillos a rótula tiene una hilera de rodillos situadosoblicuamente, los cuales, guiados por una pestaña del aro fijo al eje, giran sobre lasuperficie esférica del aro apoyado en el soporte. En consecuencia, el rodamiento

posee una gran capacidad de carga y es de alineación automática. Debido a laespecial ejecución de la superficie de apoyo de los rodillos en la pestaña de guía,los rodillos giran separados de la pestaña por una fina capa de aceite. Elrodamiento puede, por lo mismo, girar a una gran velocidad, aun soportandoelevada carga. Contrariamente a los otros rodamientos axiales, éste puede resistir también cargas radiales.

Rodamientos de bolas a rótula



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-Rodamiento de bolas a rótula.

Los rodamientos de bolas a rótula tienen dos hileras de bolas que apoyan sobreun camino de rodadura esférico en el aro exterior, permitiendo desalineacionesangulares del eje respecto al soporte. Son utilizados en aplicaciones donde

pueden producirse desalineaciones considerables, por ejemplo, por efecto de lasdilataciones, de flexiones en el eje o por el modo de construcción.

De esta forma, liberan dos grados de libertad correspondientes al giro del arointerior respecto a los dos ejes geométricos perpendiculares al eje del aro exterior.

Este tipo de rodamientos tienen menor fricción que otros tipos de rodamientos, por lo que se calientan menos en las mismas condiciones de carga y velocidad, siendoaptos para mayores velocidades.

Rodamientos de rodillos cilíndricos

-Rodamiento de rodillos cilíndricos del tipo NUP.

Un rodamiento de rodillos cilíndricos normalmente tiene una hilera de rodillos.Estos rodillos son guiados por pestañas de uno de los aros, mientras que el otroaro puede tener pestañas o no.



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Según sea la disposición de las pestañas, hay varios tipos de rodamientos derodillos cilíndricos:

y Tipo NU: con dos pestañas en el aro exterior y sin pestañas en el arointerior. Sólo admiten cargas radiales, son desmontables y permitendesplazamientos axiales relativos del alojamiento y eje en ambos sentidos.

y

Tipo N: con dos pestañas en el aro interior y sin pestañas en el aro exterior.Sus características similares al anterior tipo.y Tipo NJ: con dos pestañas en el aro exterior y una pestaña en el aro

interior. Puede utilizarse para la fijación axial del eje en un sentido.y Tipo NUP: con dos pestañas integrales en el aro exterior y con una pestaña

integral y dos pestañas en el aro interior. Una de las pestañas del arointerior no es integral, es decir, es similar a una arandela para permitir elmontaje y el desmontaje. Se utilizan para fijar axialmente un eje en ambossentidos.

Los rodamientos de rodillos son más rígidos que los de bolas y se utilizan para

cargas pesadas y ejes de gran diámetro.

Rodamientos de rodillos a rótula

El rodamiento de rodillos a rótula tiene dos hileras de rodillos con camino esféricocomún en el aro exterior siendo, por lo tanto, de alineación automática. El númeroy tamaño de sus rodillos le dan una capacidad de carga muy grande. La mayoríade las series puede soportar no solamente fuertes cargas radiales sino tambiéncargas axiales considerables en ambas direcciones. Pueden ser reemplazados por rodamientos de la misma designación que se dará por medio de letras y númerossegún corresponda a la normalización determinada.

Rodamientos axiales de bolas de simple efecto

El rodamiento axial de bolas de simple efecto consta de una hilera de bolas entredos aros, uno de los cuales, el aro fijo al eje, es de asiento plano, mientras que elotro, el aro apoyado en el soporte, puede tener asiento plano o esférico. En esteúltimo caso, el rodamiento se apoya en una contra placa. Los rodamientos conasiento plano deberían, sin duda, preferirse para la mayoría de las aplicaciones,pero los de asiento esférico son muy útiles en ciertos casos, para compensar pequeñas inexactitudes de fabricación de los soportes. El rodamiento estádestinado a resistir solamente carga axial en una dirección.

Rodamientos de aguja de empuje

Pueden soportar pesadas cargas axiales, son insensibles a las cargas de choquey proveen aplicaciones de rodamientos duras requiriendo un mínimo de espacioaxial.



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FALLAS DE MAQUINAS Y MECANISMOS

Fallas en engranes

Las dos principales fuentes de fallo en un diente de engrane son por fricción yflexión, (llamados también pitting y bending en ingles), esto es debido a que las

fuerzas lógicas durante la transferencia de la fuerza por el diente / engranaje, lafricción de diente contra diente y la fuerza que deben de resistir los dientes, (el quetransfiere y el que recibe), como lo podemos apreciar en la grafica deldesplazamiento del punto de engrane.

-Representación del desplazamiento del punto de engraneen un engranaje recto.

Debido a la fricción sobre las superficie de los dientes, esta área se despasivisa,una de las cuales se vuelve anódica, mientras la otra se vuelve catódica,conduciendo esta zona a una corrosión galvánica localizada. La corrosión penetrala masa del metal, con iones de difusión limitados. Este mecanismo de corrosiónpor fricción es probablemente la misma que la corrosión por grietas crevicecorrosión

Para minimizar el deterioro de la fricción es necesario seleccionar el lubricante

adecuado, tomando en cuenta no solo la potencia de la aplicación, así como latemperatura, ciclo de trabajo, etc.

La flexión solo puede minimizarse seleccionando los materiales adecuados y/oseleccionando mas material para el diente / engranaje, en otras palabras,seleccionando un engranaje mas grande.

Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un engranaje es queno haya sido calculado con los parámetros dimensionales y de resistenciaadecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido yse deteriora o rompe con rapidez.

El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que hasido fabricado no reúne las especificaciones técnicas adecuadas principalmentelas de resistencia y tenacidad.

También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricadocon las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la formaadecuada.



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Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no sele haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le seanpropios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga

Otra causa de deterioro es que por un sobre esfuerzo del mecanismo se superenlos límites de resistencia del engranaje

La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada:

y Por el calor generado, (calentamiento)y Fallo de los dientes por rotura (sobre esfuerzo súbito y seco)y Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación deficiente y

dureza inadecuada)y Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.

Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están relacionados conproblemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las

fallas relacionadas con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas,desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a ladesalineación o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.

DESGASTE ABRASIVO

Presenta un rayado o acanalado de la superficie por acción de partículas

abrasivas con desprendimiento de material.

Puede llegar a notarse partículas incrustadas en los bordes de las canales.

Causas

Partículas contaminantes en el lubricante

Partículas desprendidas del mismo cojinete por cavitación o fatiga superficial, que

generan el rayado.

Sistema de filtrado en el sistema de lubricación deteriorado.



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DESGASTE ADHESIVO

Presenta barrido del material en la dirección de deslizamiento o decoloración por

perdida del mismo, debido a contacto intimo entre el cojinete y el eje. Ya que dicho

contacto obedece a la pérdida total o parcial de la película lubricante.

Causas

Arranques fríos que generan bajo flujo de aceite por alta viscosidad

Bajo caudal o presión de aceite por obstrucción o fugas.

Cargas severas que generen contacto de eje y cojinete.

FALLAS EN RODAMIENTOS

FATIGA SUPERFICIAL

Se desarrolla en servicio un agrietado en las superficies con posterior perdida dematerial, el cual puede ser poco profundo o generar descascara miento de aéreasgrandes y profundas.

CAUSAS

Carga de servicio superior a la esperada o fuerza de apriete elevada

Montaje inadecuado que distorsione las pistas o genere desaliniamientos

Gradientes de temperatura que generen esfuerzos térmicos elevados



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DESCARGA ELECTRICA

Por paso de corriente eléctrica AC o DC a través del rodamiento se generanarcos eléctricos entre los elementos rodantes, las pistas y las jaulas, queerosionan las superficies debido a fusión a pequeña escala. Producto de los arcosse pueden generar patrones de estrías o cráteres profundos si la corriente es alta.

CAUSAS

Problemas en el aislamiento eléctrico, contaminación del lubricante con líquidos opartículas conductoras o ausencia de polo a tierra en maquinaria que lo requiera.

No usar rodamientos con aislamiento eléctrico cuando la aplicación lo requiera

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