Cojinetes PDF

193 194  Cojinetes Cojinetes de fricción Son comúnmente conocidos con el nombre de "cojinetes". Tienen como finalidad soportar ejes y árboles, permitiendo su giro. Para ello se ajustan en los ejes, sirviéndoles de apoyo. Los cojinetes están fijos...

193 194  Cojinetes Cojinetes de fricción Son comúnmente conocidos con el nombre de "cojinetes". Tienen como finalidad soportar ejes y árboles, permitiendo su giro. Para ello se ajustan en los ejes, sirviéndoles de apoyo. Los cojinetes están fijos en sus soportes y los ejes giran dentro de ellos por deslizamiento. Por eso se produce un considerable rozamiento entre el eje y el cojinete, por lo que muchos de ellos van lubricados. Aunque también los podremos encontrar sin lubricación , es decir "secos". Normalmente tienen formas cilíndricas y si nos fijamos en las cargas que pueden soportar podemos dividirlos en dos clases: 1. Radiales (figs.1 y 2): soportan solamente esfuerzos en la dirección del radio, no permitiendo solicitaciones en otras direcciones. 2. Axiales: son capaces de soportar además de esfuerzos radiales, cargas axiales, es decir perpendiculares al radio. Puede ser que soporten esfuerzos axiales en una (figs.3 y 4) o ambas direcciones (fig.5), dependiendo de su forma. Fig. 1 En este dibujo vemos dos cojinetes radiales. Solamente son capaces de absorber Fig.2 Imagen de cojinetes radiales cargas radiales, ya que si se ejerciese una fuerza lateral, se desplazaría el eje. Cojinete Cojinete radial radial Fig.3 Aquí observamos un cojinete axial que soporta un eje. Si prestamos atención vemos que además de cargas verticales es capaz de soportar cargas laterales, pero éstas sólo pueden ser en un sentido. Fig.4 Imagen de un cojinete axial. ~r---t- Eje giratorio I Carga radial Cojinete axial L I 195  Fig.5 Finalmente estudiamos un cojinete axial que es capaz de soportar cargas en cualquier dirección y sentido, tanto radiales como axiales. Un inconveniente que se nos presenta es el montaje, por lo que normalmente estos ejes se introducen verticalmente y los cojinetes suelen estar divididos en dos mitades. Cojinete axial I - '- '- '- '- '1 Si en vez de las cargas, analizamos estos elementos desde el punto de vista de su construcción , podemos diferenciar los siguientes tipos: a) Cilíndricos fijos (fig.6). Están construidos en una sola pieza. Se Fig.6 suelen emplear como cojinetes axiales o radiales y cuando el desgaste que van a sufrir no es elevado. No se puede ajustar Cojinete cilíndrico fijo su diámetro interior a medida que se va produciendo el desgaste, por lo que, cuando se producen holguras, se sustituyen de manera completa. No se pueden montar como soportes intermedios, debido a su constitución , y el montaje se realiza a presión mediante un ajuste apretado. A causa de esta forma de montaje se debe tener en cuenta que, una vez ensamblado, el diámetro interior se ve ligeramente reducido debido a la presión que soporta. b) Cilíndricos ajustables (figs.7 y 8). Están formados por dos mitades con el fin de facilitar el montaje. Es muy versátil en cuanto a colocación se refie re, ya que permite montarlo incluso en muñones intermedios de ejes. En sus extremos suelen llevar uno o dos salientes de forma que puedan trabajar axialmente y su ajuste y posicionamiento se realice de manera sencilla. Cuando es necesario ajustar el cojinete al eje, se rebajarán las superficies de unión de ambas mitades. Si por el contrario se debe aumentar su tamaño, se intercalarán láminas metálicas. Fig.7 Se compone de dos semicojinetes, Fig.8 Aquí podemos observar las dos uno superior y uno inferior. mitades del cojinete. Cojinete cilíndrico ajustable Parte inferior 196  c) Elásticos (fig.9); Se suelen emplear cuando el espacio de que se dispone es limitado. Su ajuste se realiza con facilidad debido a la elasticidad que le proporcionan las ranuras longitudinales que lleva en su cuerpo. Para determinar el ajuste solamente es necesario introducir el cojinete en su soporte. Automáticamente se adaptará hasta obtener el diámetro requerido. Fig. 9 Cojinetes lisos elásticos. Como hemos ido estudiando, Fig.10 podemos encontrarlos radiales o axiales. Soporte axial Soportes axiales Además del soporte de árboles horizontales, puede ser que se necesite sustentar verticalmente un eje (fig.10). Para este propósito empleamos las llamadas quicioneras, es decir, soportes para ejes verticales. Materiales de los cojinetes de fricción En nuestro trabajo de mantenimiento, vamos a encontrarnos con cojinetes que trabajan de forma hidrodinámica, o por el contrario, con otros que trabajan en seco. En función de esta característica estarán formados por unos determinados materiales y dependiendo de cada fabricante se deberá acudir a los catálogos para una correcta elección del material de los cojinetes. En ambos casos y de manera general, los cojinetes serán de un material más blando que el eje o pieza que soporten. Esta característica se aplica con el fin de que sean los cojinetes los primeros en desgastarse, de forma que se puedan sustituir fácilmente sin dañar piezas más importantes y costosas de las máquinas. Habitualmente podremos encontrar cojinetes de los siguientes materiales: Bronce macizo; Es empleado en gran variedad de aplicaciones debido a su polivalencia. Bronce sin teriza do; Posee una amplia gama de velocidades de deslizamiento, pudiendo ser elevadas, aproximadamente hasta unos 10 mis. Tiene el inconveniente de que las cargas que es capaz de soportar no son grandes. Bronce laminado; Soporta cargas medias, aproximadamente igual al del bronce macizo, sin embargo es capaz de trabajar a velocidades algo superiores. Materiales compuestos (fig.11); Soporta cargas elevadas, mejorando la velocidad admisible de deslizamiento. Dependiendo de su composición puede llegar a soportar temperaturas de trabajo de hasta ±200°C. Superposición de láminas de fibras; Podríamos definirlo como infatigable, debido al buen rendimiento que proporciona y a su forma óptima de trabajo. Poliamida; Posee características parecidas aunque ligeramente superiores a las del composite. Etc. 197  Fig. 11 Estructura estratificada de un composite. En ocasiones se usa "metal blanco" como recubrimiento interior de los cojinetes. Esta aleación contiene estaño, antimonio, plomo y cobre. Es utilizado como antifricción, sobre todo " ', e. ---. -................. cuando sobre él descansa un eje de acero sin "..d d O ~ I - Politetrafluoruetileno templar. La zona donde se hace el depósito de '~"''''''' ,. - Bronce al estano este material suele ir preparada con unas ranuras, en forma de cola de milano, para facilitar su adhesión (fig. 12). Este metal se suministra en lingotes y, después de su fusión, se aplica al cojinete mediante colada (fig. 13). En algunas ocasiones se puede aplicar mediante fusión con soplete. Fig. 13 En estas imágenes vemos el cojinete de un compresor después Fig.12 de haber sido reparado, por colada, mediante un recubrimiento antifricción de "metal blanco". antifricción Cojinete Requisitos de los materiales Los materiales empleados para realizar cojinetes deslizantes deben cumplir ciertos requisitos, tales como: 1) La dilatación. Al existir un rozamiento entre superficies se materializa un rozamiento. Debido a esto cierta energía se transforma en calor, lo que produce una dilatación del cojinete, modificando el ajuste que existía con el eje. Por esta razón es conveniente que el cojinete tenga un bajo coeficiente de dilatación. De lo contrario, puede llegar a agarrotarse el sistema. 2) La transmisión del calor. El material debe ser capaz de disipar el calor generado por el rozamiento. 3) La resistencia. Estos elementos deben ser capaces de absorber las cargas que provengan de los ejes sin deformarse. No obstante, antes que se produzca la alteración de los ejes, serán los cojinetes los que sufran las deformaciones. 4) El deslizamiento. Siempre que lo requieran, deberán tener una lubricación adecuada. 198 Lubricación de los cojinetes Fig.14a Fig.14b Existen varias formas de realizar la lubricación a aquellos cojinetes que lo requieran, ya que ciertos tipos son capaces de trabajar sin necesidad de aceite. Dependiendo de su constitución, nos podemos encontrar con materiales porosos que dejan pasar a través suyo el aceite , haciendo la función de "esponja", es decir, son capaces de absorber cierta cantidad de lubricante, para ir aportándola al eje según sea necesario. Otros, sin embargo, van provistos de unos alvéolos, donde se carga el aceite y no requieren mantenimiento posterior (fig. 14a). Sin embargo, una gran mayoría llevan ranuras de engrase para lograr una buena lubricación en su funcionamiento. Cojinetes lubricados Requieren una lubricación continua para conseguir un funcionamiento y características similares a los de las guías hidrodinámicas. La forma de hacer el engrase es muy variable , puede que se realice mediante un bombeo automático del aceite, directamente mediante un engrasador simple (fig.14b), con grasa consistente alojada en una cámara, por anillo de engrase (fig. 15), etc. Fig.15 Lubricación por anillo Eje Cojinete Un sistema de lubricación empleado es el Giro del anillo engrase por anillo. Tal y como vemos en Anillo las figuras 15 y 16, el cojinete, en su parte superior, posee una ranura que deja al descubierto el eje. Colgado del eje, en esa ranura se encuentra un anillo, el cual en su parte inferior está en contacto directo con un depósito de aceite. Al girar el eje, arrastra al anillo, que va cediendo al eje y al cojinete el aceite que lleva adherido. Depósito de aceite Ranuras de engrase Dentro de un cojinete, las ranuras de engrase ocuparán unas posiciones determinadas, de forma que la lubricación se realice Fig. 16 convenientemente. Para poder comprender esta disposición , se deben estudiar las condiciones de trabajo que se generan durante la rotación de los ejes. Nos plantearemos tres hipótesis en las que se pueden encontrar los ejes: El eje se encuentra en reposo; En este caso, el peso recae en la zona central del cojinete, centrado respecto a su eje vertical, estando el resto de su superficie libre de Giro del cargas (fig. 17). eje / El eje gira a una velocidad lenta, es decir, inferior a 3m/s; Cuando el eje comienza a girar, intenta "escalar" en el sentido de su giro. Debido a esto, la presión se desplaza en ese sentido, ampliando la zona de actuación (fig. 18). El eje gira a una gran velocidad; La posición que el eje ocupa en el cojinete se puede observar en la figura 19. Este posicionamiento se debe a las fuerzas que el aceite genera al ser arrastrado por el giro del eje. Aparecen cargas que provocan una presión en una zona determinada del cojinete, pero también nacen otras , en sentido contrario y produciendo una depresión (fig. 19). 199  Fig.17 Fig.18 Fig.19 Hueco entre eje Hueco entre eje y cojinete y cojinete Eje Zona de /Zona de Zona de presión presión presión Evidentemente, no es interesante que el aceite penetre en el cojinete por aquellas zonas sometidas a presión. Debido a esto y estudiando todos los apartados de funcionamiento, observamos que existe una zona neutra, libre de cargas, que precisamente es donde la aplicación del lubricante se hace más favorablemente y será el lugar donde se realicen las ranuras de engrase (figs.20 y 22). Otro factor que indica la realización de las ranuras en esos Fig.20 En esta figura vemos el lugares es que las zonas sometidas a presión se deben posicionamiento que deben tener las mantener lo mas lisas posibles, para que el deslizamiento se ranuras de engrase. Estarán colocadas efectúe con facilidad y la capa de aceite sea uniforme y aproximadamente entre unos 45° y 90° por continua. Por lo tanto, generar en esos lugares una ranura delante de la presión máxima sería perjudicial en el buen funcionamiento del sistema. Orificio de Las ranuras de engrase no se pueden realizar en toda la aplicación del longitud del cojinete, ya que el aceite se perdería por sus aceite extremos. Para evitar este inconveniente, se dejará una Ranura de engrase separación "b" desde la ranura de engrase al borde el cojinete (fig.21). Esta ranura de engrase será redondeada, con un radio similar al del agujero de engrase. Siempre que los cojinetes lo permitan, el agujero comunicará directamente con la ranura de engrase, anulando el surco de alimentación. Otra opción sería que este conducto de alimentación se realizase por la parte exterior del cojinete. Cuando se trabaja con cojinetes ajustables, deberemos saber que las ranuras de engrase suelen estar en la zona de unión de las dos mitades de los semicojinetes (fig. 23). Fig.21 Agujero de Ranura de engrase Conducto Zona de de alimentación presión máxima 200  Fig.22 En esta imagen Fig.23 Observamos las podemos apreciar el canal ranuras de alimentación que Fig.24 Aquí vemos los de alimentación y las llegan hasta la superficie de conductos de alimentación en ranuras de engrase por la unión de las dos mitades, forma de patas de araña. parte interna del cojinete. donde se materializa la ranura de engrase. Para dimensionar el orificio de entrada del aceite, el canal de alimentación y la ranura de engrase, nos fijaremos en la figura 21 y aplicaremos las fórmulas que se indican a continuación: Siendo "L" la longitud del cojinete; D El valor del diámetro del agujero de engrase será aproximadamente: ti = - 3( 111m ) Siendo "D" el diámetro 40 interior del cojinete. Existen otros tipos de ranuras de engrase. Se trata de las comúnmente llamadas Fig.25 Ranuras en forma ranu ras en forma de "patas de araña" (figs. 24 y 25). En la actualidad se emplean de patas de araña. con menor frecuencia ya que el reparto del aceite entre el eje y el cojinete no se realiza con la suficiente uniformidad. Por el agujero central penetra el lubricante, que discurre por las ranuras engrasando el conjunto. Cojinetes autolubricados Los cojinetes autolubricados son piezas metálicas porosas, capaces de ser impregnados con un lubricante. No requiere operaciones de mantenimiento, evitando los engrasadores. Se aplican en diversa maquinaria, pero siempre para cargas pequeñas o medianas, como taladros portátiles , bombas, etc. Cuando el funcionamiento que van a realizar es elevado, se adoptarán otros tipos de cojinetes o se añadirá a los autolubricados algún medio de engrase. Los más usuales están realizados con polvo de bronce sinterizado, con una composición aproximada del 90% de cobre y el 10''10 de estaño, debido a que esta proporción presenta buenas características de antifricción. Después de su realizaC:6:., se suelen sumergir en aceite caliente, de forma que el cojinete queda impregnado con lubricante. Soportes de cojinetes En muchas ocasiones vamos a encontrar los cojinetes directamente montados en el cuerpo de las máquinas. Sin embargo también debemos conocer otra disposición de estos elementos. Se trata de los soportes para cojinetes, que son elementos capaces de albergar el cojinete y sustentar el eje. Suelen realizarse en fundición y van provistos del sistema de engrase (fig.26). 201  Cojinete con Tapa sistema de lubricación Fig.26 Soporte para cojinetes. Podemos ver que se compone de dos partes unidas mediante espárragos. Va provisto de un sistema de engrase por anillo y su parte inferior hace las veces de carter de aceite. Montaje de cojinetes El conocimiento de los elementos que se montan, así como la destreza y la meticulosidad, son factores fundamentales para un correcto trabajo y funcionamiento del mecanismo. Las superficies funcionales , que rozan entre sí, deberán limpiarse, eliminado rebabas e imperfecciones antes de proceder al montaje. De igual manera se comprobará el estado del eje, evitando la presencia de recalques o aristas afiladas que dificulten el montaje. La herramienta más empleada para el montaje de cojinetes es la dolla o mandril de montaje (figs.27 y 28). Se suele introducir un anillo elástico para facilitar la sujeción del cojinete en el mandril. Fig.29 Fig.28 Fig.27 Aplicar fuerza Anillo elástico t Montaje de cojinete / ,"-.."-.."'- ~"-.."-.."-..'i -- ' c--. - - t- \ Dolla \ / / ,"-.."-.."-.."-. Cojinete ,"-.."-..~"-.."J / Madril de montaje Cojinete / Anillo de montaje Cuando montamos cojinetes de grandes dimensiones, es habitual emplear un Asiento del anillo de montaje (fig.29), el cual se superpone al asiento del cojinete, cojinete obteniendo un centrado y un ajuste sencillo. Una vez anclado el casquillo, se retira el anillo de montaje. En algún caso se pueden montar cojinetes aplicando adhesivo en el casquillo o alojamiento. Se asegura de esta forma el funcionamiento. Los cojinetes con ranuras de engrase o juntas, se montarán de forma que esos surcos ocupen un lugar neutro libre de cargas, aproximadamente a 90° de la zona de máxima presión, tal y como se ha comentado en apartados anteriores. De lo contrario, se reducirá considerablemente la vida de los cojinetes. 202 Este trabajo de montaje, como muchos otros, se realiza con mayor facilidad si se aplica aceite o grasa en las superficies que generan el ajuste. Siempre que sea posible, se empleará para el montaje una prensa, la cual presione el mandril y éste introduzca el casquillo. Si no fuese posible se introducirá manualmente, golpeando la parte posterior de la dolla. Al ir introduciendo el cojinete de fricción, se verificarán los asientos, comprobando que no se deterioran durante el montaje. Particularidades en el montaje de los cojinetes Cuando realicemos el montaje de los ejes sobre los cojinetes, deberemos prestar especial atención a las siguientes indicaciones: El eje debe apoyar en toda la longitud del cojinete (fíg.30). De lo contrario se establecería una concentración de fuerzas en una pequeña zona, dañándolo de forma prematura. El eje no debe presentar errores de forma, ya que produciría una carga puntual elevada, rompiendo la capa de lubricante y dañando con rapidez el cojinete (fígs. 31 y 32). Fíg.30 Fíg.32 Fíg.31 Incorrecto Correcto Concentración de tensiones Concentración de tensiones En la parte interior del cojinete no pueden existir rebabas o aristas. Aun cuando se trate de semicojinetes las superficies de unión estarán redondeadas, sin aristas vivas. De lo contrario se dificultaría el montaje, el conjunto no trabajaría correctamente y la lubricación no sería adecuada en las zonas de rozamiento. Para que las piezas giren convenientemente, debe existir un ajuste deslizante entre el eje y el cojinete. Debido a esto se tendrá presente el juego que indiquen los fabricantes. Desmontaje de cojinetes Los cojinetes se pueden desmontar: o Mediante una prensa hidráulica, aplicando la carga progresivamente creciente. Siempre que sea posible, y como ya se ha comentado, se empleará la prensa en el montaje y desmontaje. Nos auxiliaremos de una pieza, interpuesta entre la prensa y el cojinete, para que la fuerza aplicada se distribuya uniformemente. o Mediante un medio mecánico, como un extractor. Existen muchos tipos de extractores y formas de realizar la extracción. A continuación se exponen unas figuras que nos indican la forma de llevar a cabo esta operación (fígs. 33 y 34) 203  Fig.33 El procedimiento a seguir es el siguiente: Se coloca la pieza de desmontaje, por la cual se hace pasar el husillo del extractor. Una vez introducido, se ajusta la tuerca para fijar el conjunto y a continuación se hace girar de forma que, cuando las patas del extractor se apoyan contra la máquina, el cojinete empiece a deslizarse desmontándose progresivamente. Patas del extractor Extractor Pieza para realizar el desmontaje Giro del husillo Cojinete a desmontar Fig.34 En este caso vemos el extractor provisto de patas desplaza bIes y en su extremo las tuecas de unión a los tornillos, los cuales serán el punto de apoyo para que, al girar el husillo, éste desplace la pieza que se interpone en el cojinete y el desmontaje se vaya realizando convenientemente. Patas del extractor Tornillo Extractor Cojinete a Giro del desmontar husillo 204 Estos sistemas que acabamos de ver, también se pueden aplicar usando, en vez de husillos mecánicos, medios hidráulicos. Normalmente emplearemos estos sistemas cuando el tamaño del cojinete es grande y las fuerzas necesarias para su desmontaje son elevadas. Fig.35 o Mediante golpes (fig.35) o impulsos (fig.36), aplicando las fuerzas manualmente. El golpear con el martillo es un sistema muy empleado, debido a la rapidez del mismo. Sin embargo los desperfectos Cojinete a que se pueden causar en los cojinetes son superiores a los extraer Sufridera de los otros sistemas. Debido a esto se extremarán las precauciones con el fin de no dañar las piezas que se desmontan. Fig.36 Conjunto extractor de maza deslizante. Pueden adquirirse mazas de distintos pesos, tales como 1, 1Kg, 2,3Kg, etc. En la extracción del cojinete, además de la forma indicada en la figura, existen otros conjuntos que disponen de mordazas, incluso reversibles, y adaptadores para facilitar la extracción. Pieza para realizar el desmontaje Tuerca Extractor de maza deslizante..... Desplazamiento de la maza Habitualmente la disposición de los cojinetes permite el acceso a los mismos por ambos lados, pero puede darse el caso en el que solamente podamos acceder a ellos por una sola parte. Cuando encontramos este inconveniente nos podemos ayudar de un casquillo que se introduce tal y como se indica en la figura 37. Cuando el cojinete es demasiado grande o se requiere una gran fuerza para extraerlo, en vez de emplear la inercia de una maza se empleará el sistema de husillo. 205 Fig.37 La colocación del dispositivo es la siguiente: se introduce la pieza de desmontaje, inclinándola para facilitar su colocación. Cuando ha atravesado el cojinete, se sitúa convenientemente para fijarla con el extractor y mediante la maza deslizante realizar el desmontaje del cojinete. Si la fuerza que se ejerce es insuficiente, se puede optar, siguiendo el mismo criterio, por poner unos soportes laterales y emplear un husillo y una tuerca para realizar la extracción. NOTA: En ocasiones puede sustituirse el sistema de maza por un husillo y una tuerca, que mediante dos apoyos laterales realiza la extracción. Desplazamiento Maza deslizante de la maza 1° Introducción de pieza para el desmontaje 2° Anclaje de la pieza / para realizar el desmontaje Extractor 206