Cojinetes de deslizamiento
El cojinete de deslizamiento, cojinete liso o buje liso, es el tipo de cojinete más simple usado en ingeniería. Su principio de funcionamiento se basa en la capacidad de deslice entre dos superficies en contacto, sea por el bajo coeficiente de fricción entre ellas o por la presencia de un lubricante entre ambas
En el cojinete de deslizamiento, dos casquillos tienen un movimiento relativo en contacto directo, generándose un deslizamiento con fricción, por lo que su eficiencia será determinada especialmente por la capacidad de reducir en lo posible la fricción entre los elementos. La reducción del rozamiento se realiza a través de la selección de materiales y lubricantes. Los lubricantes tienen la función de crear una película resbaladiza que separe los dos materiales, evitando el contacto directo, y con ello el calentamiento y desgaste de las superficies.
Al tocarse las dos partes, que es uno de los casos de uso más solicitados de los cojinetes de deslizamiento, el desgaste en las superficies de contacto limita la vida útil. La generación de la película lubricante que separa por una lubricación completa requiere un esfuerzo adicional para elevar la presión, y que se usa sólo en máquinas de gran tamaño para grandes cojinetes de deslizamiento.
La resistencia al deslizamiento provoca la conversión de parte de la energía cinética en calor, que desemboca en las partes que sostienen los casquillos del cojinete. Hay que distinguir entre los cojinetes simples (lubricado o lubricados con grasa), cojinetes hidrodinámicos y Cojinetes hidrostáticos. La resistencia al deslizamiento es fricción seca, fricción mixta o fricción líquida.
Cojinetes de fricción seca
En rodamientos de fricción seca se utilizan materiales de baja fricción y combinaciones de materiales distintos. A veces también los hay "autolubricantes" (tales como con una aleación de plomo u hojalata, un plástico como el PTFE o cerámicos). La otra opción de fricción seca es con rodamientos de acero.
Cojinetes de fricción líquida
En cojinetes de fricción, cuando se requiere baja pérdida de energía y durabilidad (por ejemplo, para la conversión de energía en una turbina, o en generadores), se aplica la lubricación completa, es decir, la fricción fluida. La película lubricante debe estar a presión para separar las superficies de contacto, para lograr la resistencia al apoyo de una sobre otra. En cojinetes hidrostáticos se dispone de alguna bomba de aceite (p.ej. en motores de combustión interna). En cojinetes hidrodinámicos la presión de la película del aceite de lubricación entre las dos superficies en contacto, se autogenera por su movimiento, pero esto significa que al iniciar y detener el movimiento no hay presión y existe fricción mixta. Además, es uno de los más utilizados a nivel mundial.
Cojinetes de fricción mixta
En los rodamientos lubricados se produce fricción mixta. El lubricante (grasas o aceites normalmente derivados del petróleo), envuelve las superficies de contacto mediante una película, minimizando el área de contacto, limitando la fricción y estableciendo una reducida resistencia al deslizamiento.
Bujes
Es el elemento de una máquina donde se apoya y gira un eje. Puede ser una simple pieza que sujeta un cilindro de metal o un conjunto muy elaborado de componentes que forman un punto de unión.
Buje de las ruedas
Buje en automóviles
En la suspensión de un automóvil u otro vehículo, los bujes son usados para portar la rueda y permitir el giro sobre su propio eje. En ruedas motrices se conectan a los extremos de los semiejes de la transmisión, mientras que en ejes no motrices suelen atornillarse a los «muñones» del brazo de la suspensión. En ejes directrices están conectados a la dirección mediante pivotes de dirección (suspensiones dependientes), o en el caso más habitual de vehículos con suspensión independiente a los sistemas de dirección y de suspensión mediante manguetas de dirección. Con el fin de minimizar la vibración, desgaste y transmisión de ruidos frecuentemente incorporan material flexible así como goma o poliuretano. Estos bujes frecuentemente toman la forma de un cilindro anular de material flexible dentro de un casquillo o tubo exterior. También pueden tener un tubo interno para impedir que se aplaste el material flexible. Existen muchos tipos de diseños.
Otro tipo de buje es aquel que contiene un orificio con cuerda endurecido que permite que un ensamble pueda ser fijado a otro a través de un tornillo. El uso de un buje puede hacer el proceso de ensamble más sencillo ya que evita la necesidad de una rondana y tuerca en el lado opuesto del material fijado. Los bujes pueden ser insertados en un material en lámina a través de ribeteado.
Buje de bicicleta
En una bicicleta se pueden clasificar entre otras cosas por su sistema de giro: por bolas o rodamientos sellados. El sistema por bolas está un poco obsoleto, aunque siguen usándolas marcas como Shimano por su eficiencia demostrada, aunque se ensucian más fácilmente y su ajuste es más complicado. Sin embargo los rodamientos sellados son prácticamente estancos y más rígidos, aunque más pesados.
El buje tiene una parte, llamada "ala del buje", diseñada para soportar la tensión según el radiado o trazado de radios de la rueda, según sean rectos o para disco.
Buje de un sistema de palas o aspas
En un ventilador el buje es el elemento donde se encuentran las palas o aspas del generador, donde se apoya el rotor y el único elemento externo que gira.
En los aerogeneradores, es una pieza muy importante. En su interior se encuentran los elementos que permiten el cambio de paso (ángulo de incidencia del viento sobre la pala) o pitch, en cuyas versiones más modernas se encuentran los cilindros hidráulicos (cilindros de pitch), actuadores eléctricos o hidráulicos que son elementos físicos que permiten el giro entre 0° (cuando la velocidad del viento está entre 0 m/s y 15 m/s) y 90° o posición de bandera (situación en parada de emergencia o cuando no se quiere que el buje gire), por eso, muchas veces cuando un aerogenerador está parado y se mira de frente las palas dibujan una fina línea recta y cuando está en marcha vemos su silueta al completo. A este elemento se le une mediante pernos traccionados los llamados rodamientos de pala, los cuales minimizan el rozamiento de las palas al girar sobre su propio eje.
Material:
La mayoría de los fabricantes de aerogeneradores utilizan acero para su construcción en diversas aleaciones en función de distintas variables (temperatura, tipo de viento, grado de humedad, etc.).
Casquillos
Los casquillos son similares a tubos delgados que se usan a menudo en maquinaria industrial con ejes giratorios o deslizantes para mejorar la eficacia, reducir el ruido y las vibraciones. Los casquillos o bujes también pueden emplearse en taladros para operaciones de perforación, así como bombas de engranajes externos y motores hidráulicos. Asimismo, los casquillos se utilizan con frecuencia en el sector automotriz, especialmente en automóviles, camiones y vehículos todoterrenos. La diferencia entre cojinetes y casquillos es que un casquillo es un tipo de cojinete. Un "cojinete" es un término general para designar algo que permite el movimiento entre dos componentes, mientras que los casquillos son piezas específicas de los equipos. Los casquillos, a diferencia de los rodamientos de elementos rodantes, están diseñados como una sola pieza.
Comparación a un cojinete:
Un casquillo es un tubo delgado o manga que permite un movimiento por deslizamiento (este es el tipo de casquillo fabricado por GGB), sin movimiento rodante. Un casquillo también podría ser llamado cojinete de casquillo. Sin embargo, este término sería redundante. Así, un casquillo es un cojinete, pero un cojinete no es necesariamente un casquillo.
Un cojinete es el término general para algo que permite el movimiento relativo entre dos componentes, superficies, etc.
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Hay casquillos que tienen unas tolerancias muy ajustadas, tanto en su diámetro exterior como interior; si es así, se procede a endurecerlos con un proceso adecuado de tratamiento térmico y luego ajustar sus dimensiones en un proceso de rectificado, en las rectificadoras adecuadas. En el caso de casquillos fabricados por procesos de sinterización se procede al calibrado mediante presas mecánicas.
Algunos casquillos son autolubricados, por lo que no necesitan lubricación adicional para que en el interior de ellos gire un eje libremente.
Una novedosa y económica solución es la inyección de plásticos, pudiendo ser estos autolubricados y de diferentes características según el plástico. De esta forma se evita el engrase, la corrosión y se ahorra dinero.
Manguitos
Los manguitos son acoplamientos que sirven para la unión permanente de los árboles. Por la disposición relativa de los árboles a unir y su permanencia, estos acoplamientos se subdividen en acoplamientos rígidos (ciegos) cuando se unen árboles coaxiales con disposición relativa invariable, y en acoplamientos móviles para unir árboles no coaxiales con disposición relativa variable.
Clasificación general de los manguitos de unión permanentes
1. Acoplamientos rígidos para árboles coaxiales:
- Acoplamientos de casquillos (manguitos),
- Acoplamientos de casquillos partidos,
- Acoplamientos de bridas.
1. Acoplamientos móviles (de compensación) para árboles no coaxiales:
- Acoplamientos dentados y de garras,
- Acoplamientos en cruz,
- Acoplamientos articulados,
- Acoplamientos elásticos
Acoplamientos rígidos
Sirven para empalmar rápidamente los árboles, cuyos ejes están exactamente alineados por una recta y no se desplazan recíprocamente. A diferencia de otros tipos de acoplamientos, éstos transmiten de un árbol a otro no solo pares torsores, sino también momentos flectores y esfuerzos axiales que surgen en el sistema.
Acoplamiento de manguito (casquillo)
Es el más simple y consta de un casquillo de fundición o de acero, asentado en los extremos de los árboles y de unos pasadores cónicos que fijan el casquillo a los árboles, más raramente, de chavetas. Se aconseja fabricar de acero 45 los de manguitos (si los árboles a unir tienen da > 80mm y a veces de fundición CY 21- 40).
Acoplamiento de casquillo (manguito) partido
Consta de dos mitades entre las cuales se aprietan con ayuda de los pernos los extremos de los árboles a unir. Para disminuir la longitud de estos acoplamientos, los pernos se colocan con la cabeza hacia arriba y el siguiente hacia abajo; dicha longitud está relacionada con la cantidad de pernos que se utilicen. El acoplamiento de manguito y de casquillos partidos examinados se une con los árboles después de colocar éstos en los cojinetes.
Acoplamientos de bridas
A diferencia de los anteriores se ajusta en los extremos de los árboles en caliente o con prensa, antes de colocar los árboles en los cojinetes; la parte lateral y centradora de las bridas se tornean una vez ajustada está en el árbol para que conjuguen con exactitud. En casos de importancia como los árboles de los turbogeneradores de vapor sobre tres soportes, los árboles de las hidro turbinas verticales, los árboles de los barcos, etc., por regla general, se unen con ayuda de los acoplamientos de bridas. El material para fabricar semimanguitos se emplean acero 40 o 35JI y también la fundición CY 21-40.
Acoplamientos móviles
No siempre se puede obtener el centrado exacto, ni siquiera aproximado y permanente que exigen los acoplamientos rígidos. La disposición relativa de los árboles a conectar, inexacta al principio por los errores inevitables de fabricación, luego se acentúa más, debido a las deformaciones condicionadas por las cargas de servicio, por la influencia de la temperatura, por el irregular asiento del fundamento y por otras causas. En tales casos es que emplean los acoplamientos móviles.
Los posibles desplazamientos relativos de los árboles que se conectan se muestran en la figura.
Características
Se caracterizan por:
- Desplazamiento longitudinal,
- Desplazamiento circular,
- Desplazamiento de centro,
- Dislocación.
En las uniones de acoplamientos móviles estos desplazamientos se compensan con el deslizamiento relativo de los elementos del acoplamiento. Esto se logra mediante unos de los siguientes procedimientos. Con grandes holguras en las conjugaciones de los elementos del acoplamiento. Se emplea solo en las trasmisiones que trabajan a velocidades pequeñas y pocas cargadas. Con deslizamiento de uno de los elementos con relación al otro. Se deben engrasar y se emplea en las trasmisiones que trabajan a distintas velocidades y cargas.
Con compresibilidad elástica de los elementos, no requieren de engrases, pero crean una carga complementaria sobre árboles y cojinetes.
Los acoplamientos, en los cuales se aprovechan lo dos primeros procedimientos de compensación se llaman rígidos de compensación a diferencia de los que utilizan el tercer procedimiento de compensación que se llaman elásticos de compensación o más abreviadamente, acoplamientos flexibles,
Cojinetes de rodamientos
Denominado simplemente rodamiento, este elemento, en su forma general, está constituido por: dos anillos, a lo largo de los cuales se mueven los elementos rodantes; los propios elementos rodantes, y un elemento (jaula distanciadora) cuyo objeto consiste en evitar que los elementos rodantes entren en contacto entre sí. Su función consiste en substituir el rozamiento de deslizamiento por el de rodadura.
La idea de esta substitución puede considerarse que se remonta a las primeras civilizaciones. Algunos bajorrelieves egipcios representan el transporte de enormes piedras, destinadas a la construcción de monumentos, que se hacían circular sobre troncos de árbol, que actuaban como rodillos. El hecho de que en la Antigüedad se empleasen rodamientos rudimentarios, queda testimoniado por los restos de una plataforma giratoria procedente de un barco del emperador Calígula, encontrado en el lago Nemi hacia 1930. Dicha plataforma puede considerarse uno de los primeros ejemplos de rodamiento axil, es decir, destinado a soportar cargas dirigidas según el eje de rotación. En el siglo XVIII, en Gran Bretaña se patentó un eje para coches de caballos con coronas de bolas, que rodaban por unas gargantas de sección semicircular practicadas en el propio eje. En el siglo XIX se produjo un continuo desarrollo de aplicaciones y perfeccionamientos de los rodamientos, hecho posible gracias a los progresos paralelos de la metalurgia y de la tecnología.
Ventajas – Desventajas:
Con relación a los cojinetes lisos o de fricción, los rodamientos presentan generalmente las siguientes ventajas:
- Coeficiente de rozamiento menor, sobre todo durante el arranque; por tanto, son especialmente adecuados para mecanismos con funcionamiento intermitente;
- Facilidad de lubricación; en los cojinetes de rodamiento la lubricación se reduce a un control periódico y a una reposición de la grasa lubricante, mientras que los de fricción requieren una aportación continua de lubricante;
- No hay necesidad de rodaje;
- Dimensiones menores en sentido axil.
En cambio, sus desventajas son:
- Mayor ruido;
- Mayor dificultad de montaje;
- Mayor costo;
- Mayores dimensiones en sentido radial.
Al igual que todos los órganos mecánicos, también los cojinetes de rodamiento han sido objeto de continuas innovaciones, que han conducido a la construcción de nuevos tipos, como los introducidos por la SKF. Estos últimos se denominan genéricamente rodamientos de la segunda generación y de la tercera generación, caracterizándose respectivamente por el hecho de que el anillo exterior o ambos anillos van provistos de bridas, a diferencia de los rodamientos tradicionales. Permiten tener un número de piezas menor, un montaje más simple, un peso menor y un costo total también menor. Su empleo resulta especialmente ventajoso en los grupos de cojinete y cubo de la rueda; en efecto, en el caso de la segunda generación, el anillo exterior, dotado de brida, actúa de cubo, y en el caso de la tercera generación, el anillo interior es solidario de la rueda y el exterior va unido al montante de la suspensión.
Baleros
Un balero es un dispositivo mecánico que es conocido con diferentes nombres según la región en la que nos encontremos. Por ejemplo se le puede conocer como: rodamiento, balero, rulemán, rulemán, rolinera, rodaje, etcétera.
Uso:
Este dispositivo se utiliza principalmente para reducir la fricción entre algún eje y los elementos de transmisión que se conectan a el. Ya sea en una máquina industrial, un automóvil, un juguete, etc. Cabe mencionar que al reducir la fricción entre estos dos elementos también se reduce el desgaste.
Función
El funcionamiento de este dispositivo es bastante sencillo, ya incorpora dos anillos de diferentes tamaños y algunos elementos rodantes dentro como pueden ser pequeñas bolas, rodillos, conos, esferas o agujas. Al aplicar estos elementos dentro de los dos anillos tienen la capacidad de deslizarse fácilmente lo que genera una considerable reducción en la fricción.
Partes de un balero
Los rodamientos o baleros están construidos por tres partes principales que son esenciales para su funcionamiento junto con la lubricación.
Anillo exterior e interior
Estos anillos trabajan en conjunto para acorralar a los elementos rodantes y por lo regular están construidos por alguna aleación de acero. Aunque también podemos encontrar de cerámica y plástico, cada uno con sus ventajas y desventajas como por ejemplo, los de acero son más pesados que los de plástico pero los de plástico no soportan altas temperaturas.
Elementos rodantes
La función de estos es la de deslizarse dentro de los anillos para disminuir la fricción. Estos elementos también pueden ser de los mismos tres materiales que los anillos aleación de acero, cerámica o plástico.
Jaula o separador
Son los encargados de mantener en un mismo lugar a los elementos rodantes para guiarlos y que estos no se junten entre si para no perder su funcionalidad. Los materiales que se utilizan son acero, latón y plástico.
Tipos de baleros
Tipos de carga
Dentro de esta clasificación podemos encontrar baleros de cargas axiales, radiales lineales y combinadas.
Diferencia entre baleros axiales y radiales
La diferencia entre estos dos tipos es que mientras los axiales soportan cargas en la misma dirección del eje los radiales soportan las cargas perpendiculares (que atraviesan) al eje.
-Lineal: Este más que soportar una carga se utiliza para desplazamientos de objetos a lo largo de un riel lineal.
-Combinado
-De bolas
-De rodillos
-De agujas
- Rotulados