REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO
“ACOPLAMIENTOS Y COJINETES DESLIZANTES”
INTEGRANTES: YENIFER GONZALEZ C.I 22.181.359 JORGE GIMENEZ C.I 24165037 HELEYCAR SANTANA C.I 22.272.545 NORBELIS HERNÁNDEZ C.I 21.726.774 ROGER RIVERO C.I 24.017.652 SECCIÓN: 01 PROFESOR: ELTON ZAMBRANO
INTRODUCCION Los acoplamientos tienen por función prolongar líneas de transmisión de ejes o conectar tramos de diferentes ejes, estén o no alineados entre sí. Para llevar a cabo tales funciones se disponen de diferentes tipos de acoplamientos los cuales dependen del funcionamiento o del uso que se les dará, siendo estos muy útiles en diversas maquinas en las que es necesario transmitir torque. Cabe destacar que el cojinete es un elemento mecánico que permite el libre giro del eje y también la alineación del mismo con la menor fricción posible. Entre la gran variedad de cojinetes existentes destacaremos los cojinetes deslizantes estudiando así sus características y diversas utilidades.
ACOPLAMIENTOS Un acoplamiento es un dispositivo que se utiliza para unir dos ejes en sus extremos con el fin de transmitir potencia. Los acoplamientos son sistemas de transmisión de movimiento entre dos ejes o árboles, cuyas misiones son asegurar la transmisión del movimiento y absorber las vibraciones en la unión entre los dos elementos. Las vibraciones son debidas a que los ejes no son exactamente coaxiales. Hay desalineaciones angulares o radiales, aunque lo normal es que se presente una combinación de ambas. TIPOS DE ACOPLAMIENTOS
Rígidos Los acoplamientos rígidos se diseñan para unir dos ejes en forma apretada
de manera que no sea posible que se genere movimiento relativo entre ellos. Este diseño es deseable para ciertos tipos de equipos en los cuales se requiere una alineación precisa de dos ejes que puede lograrse; en tales casos el acople debe diseñarse de tal forma que sea capaz de transmitir el torque en los ejes. Los acoplamientos rígidos deben emplearse solo cuando la alineación de los dos ejes puede mantenerse con mucha precisión, no solo en elemento en que se instalan, sino también durante la operación de las máquinas. (Desalineación angular, radial o axial). Los acoplamientos rígidos no permiten desalineaciones, en los cuales distinguimos: Acoplamientos de manguito: Se utilizan para conectar árboles del mismo diámetro y son de fácil instalación sin precisar la movilidad de los árboles a conectar para su montaje. Para diámetros pequeños se utilizan sistemas que comprimen
los
árboles,
pero
cuando
los
diámetros
son
mayores
se
emplean chavetas que aseguran la transmisión de grandes cargas. El gran inconveniente que poseen estos acoplamientos es que no son aptos para transmitir movimiento variable y requieren un equilibrio muy preciso. Acoplamientos de plato: Empleados para árboles de igual o diferente diámetro. Dependiendo de su disposición se pueden diferenciar los de platos propiamente dicho y los de brida. En los primeros se fija el plato al árbol por medio de chavetas o por compresión sobre asientos cónicos, siendo preciso el centrado exacto de los dos platos a la hora de montarlos. En los segundos la brida se monta en el extremo del árbol por forja o se suelda. En ambos acoplamientos estos se efectúan mediante tornillos. (Anexo 1) Acoplamientos rígidos de manguito con prisionero: Estos acoplamientos cierran o ajustan por interferencia, mediante tornillos. Algunos suelen poseer una chaveta o un prisionero común a ambos ejes, sin embargo es usual que estos casos se empleen en transmisiones de baja potencia o bajo torque. (Anexo 2) Acoplamientos por sujeción cónica: Se fabrican en varios diseños, siendo el más común el acoplamiento de dos o más piezas divididas, que se fijan alrededor de los ejes y que transmiten el torque por fricción e interferencia. El efecto de bloqueo se logra cuando el collarín dividido de superficie cónica es presionado entre el eje y la carcasa del acoplamiento, también de superficie cónica. (Anexo 3)
Flexibles El propósito fundamental de los acoplamientos flexibles es transmitir el par
de torsión requerido desde el eje impulsor al impulsado y compensar el desalineamiento angular, paralelo o una combinación de ambos, con numerosas funciones complementarias como proporcionar deslizamiento axial y así mismo restringirlo. Acoplamientos flexibles de Disco Flexible: Las dos masas quedan conectadas por un miembro elástico de material elastómero o bien por un resorte mecánico,
permiten cierta desalineación axial, angular y paralela pero ninguna desalineación torsional y permiten poco juego. (Anexo 4) Acoplamientos flexibles de fuelle Helicoidales: Aceptan la desalineación axial, angular y paralela con poco o ningún juego. Se fabrican de un cilindro sólido con una ranura helicoidal para aumentar su flexibilidad. Son muy versátiles aunque tienen riesgos de rotura por fatiga. (Anexo 5) Acoplamientos flexibles de Quijadas de Goma: Tienen dos masas con quijadas protuberantes, las cuales se superponen y se conectan por medio de un inserto elastómero o algún metal blando. El tipo de holguras con que se fabrican, permiten la desalineación axial, angular y paralela, pero suelen conducir a juegos no deseables entre las partes. (Anexo 6) Acoplamientos flexibles Direccionales de tipo Falk: Constan de dos platillos similares con dentado o ranurado idéntico y el enlace de los mismos se lleva a cabo con una lámina elástica. (Anexo 7) Acoplamientos flexibles de Cadenas: Similares a los anteriores, el acoplamiento se lleva a cabo con una cadena doble o cuádruple de rodillo. (Anexo 8) Acoplamientos flexibles de Engrane: Estos acoplamientos combinan dientes de engranes rectos externos y curvos con dientes internos. Suelen permitir un deslizamiento axial sustancial y dependiendo de las formas de los dientes, también puede tolerar cierto desplazamiento angular. Debido a la cantidad de dientes actuando en forma conjunta pueden transmitir torque muy elevados. Estos acoplamientos son muy empleados en hornos rotativos de calcinación para cal y cementos, como también en las construcciones navales ya que permite absorber las dilataciones de los ejes soportando las variaciones de temperatura. (Anexo 9) Acoplamientos flexibles de fuelle metálico: Estos acoplamientos se fabrican con una delgada lámina de metal soldando juntas una serie de arandelas metálicas cóncavas formando así un tubo de fuelle. Estos acoplamientos ofrecen
una gran rigidez a la torsión pero comparativamente con otros diseños tienen un par limitado, sin embargo garantizan un juego nulo o muy pequeño. (Anexo 10) Juntas universales Este tipo de juntas permite una desalineación angular sustancial. Existen varios tipos, la denominada junta Cardan o Hooke y que no posee velocidad constante y la junta Rzeppa que si tiene velocidad constante. Los primeros se montan de a pares para poder garantizar transmisión de velocidad constante cancelando el efecto de error de velocidad. Las juntas Rzeppa también conocidas como juntas homocinéticas son empleadas en los vehículos de tracción delantera. En términos generales, la gran diversidad de acoplamientos disponibles en el mercado hace que el diseñador o calculista deba pedir constantemente información a los fabricantes para tener los detalles más actualizados sobre capacidades, usos y métodos de mantenimiento de los dispositivos más novedosos entre los que existen en plaza. (Anexo 11) SELECCIÓN Antes de comenzar el procedimiento de selección, deberá disponerse como mínimo de la información siguiente. Si parte de la misma no se halla disponible, la selección será solamente preliminar. Un mayor aporte de información siempre servirá de ayuda para una selección correcta (por ejemplo, longitud del eje, espacio envolvente, masa máxima permitida, etc.)
Seleccionar la gama de acoplamientos más idónea de este catálogo.
Seleccionar el tipo de acoplamiento que se considere más conveniente para la aplicación.
Decidir si el acoplamiento es torsionalmente rígido o suave.
Considere si un pequeño juego es aceptable.
Calcule el torque requerido y considere los factores apropiados de servicio.
Lubricación y mantenimiento.
Operación bajo condiciones adversas.
Costo operativo. LUBRICACIÓN DEL ACOPLAMIENTO
Los acoplamientos que incorporan elementos deslizantes requieren lubricación para minimizar el desgaste y en consecuencia incrementar su vida útil. Con unas cuantas excepciones este tipo de acoplamientos se lubrica con grasas. El uso de lubricantes y procedimientos apropiados recompensan al usuario con una vida de servicio larga y sin problema, no todas las grasas son apropiadas para lubricar los acoplamientos. Los catálogos de los fabricantes listan solo unas cuantas si no se cuentan con estas recomendaciones o con las grasas que se listan deben aplicarse las ideas generales que se mencionan a continuación:
En virtud de que los acoplamientos se apoyan en el efecto centrífugo para reforzar al lubricante entre las superficies deslizantes las grasas pesadas no resultan buenas. Las grasas NLGI No.1 resultan lo mejor entre una buena lubricación y un sello adecuado. Debido a que el desgaste del acoplamiento disminuye al aumentar la viscosidad del aceite base de una grasa, debe seleccionarse una grasa mezclada con un aceite que tenga una viscosidad no menor que 900 SSU (Segundos Universales Saybolt) a 100º F. Se puede obtener esta información del fabricante de la grasa. Ya que las grasas se separan en aceite y jabón cuando se someten a fuerzas centrífugas durante mucho tiempo, y debido a que el jabón utilizado en las
grasas no es lubricante, es necesario seleccionar aquellas que tengan muy poco jabón, de preferencia menos del 8% del peso total. Los acoplamientos deben lubricarse cada seis meses y antes de bombear la grasa nueva debe abrirse y limpiarse para eliminar el lubricante viejo.
MANTENIMIENTO El mantenimiento depende del tipo de acople ya que hay unos que requieren lubricación con grasa, otros con aceite y algunos no la requieren. Razón por la cual el mantenimiento es muy especifico en cada tipo de acoples. APLICACIONES O USOS DE LOS ACOPLAMIENTOS
Grúas
Alimentadoras
Fabricación de metal
Explotaciones mineras
Eje de línea
Impulsiones de la bomba
Impulsiones de la grúa
Secadores de horno
Compresores
Embotelladoras
Impulsiones de la tabla de rodillos
Escaleras móviles
Sistema de generador
Bombas
Transportadores
Usos industriales pesados generales
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS ACOPLAMIENTOS
Acoplamiento Rígido Debido a la precisión de los acoplamientos tienden a producir rotura por fatiga. No pueden absorber vibraciones debido a la precisión y presión del acoplamiento. Operan en forma lineal y no permiten cambiar el diseño de la estructura. En general son más pequeños y livianos. Acoplamientos Flexibles Como permiten cierta flexibilidad absorben tolerancias (no rompen por fatiga). Pueden virtualmente desalinearse grandemente un eje respecto al otro. Pueden ser grandes y añadir gran peso a la estructura. Pueden tolerar vibraciones junto con la rotación de los ejes. COJINETES DESLIZANTES Son básicamente anillos cilíndricos de forma tubular, con o sin collar, interpuestos entre un árbol y su alojamiento, con la finalidad de facilitar el movimiento de rotación, aportando cargas y reduciendo las pérdidas por fricción. Por lo general están montados en el agujero con apriete y el árbol desliza en él. Cuando el cojinete dispone de un collar soporta esfuerzos axiales. Los cojinetes de fricción están construidos a partir de materiales que presentan baja de fricción (bronce, estaño, plomo, grafito, Teflón, Politetrofluoretileno, poliamida, Babbit, etc.), pueden utilizarse seco o con lubricación. (Anexo 12)
CARACTERISTICAS DE LOS COJINETES Los cojinetes de deslizamiento en seco de material compuesto y los cojinetes de fricción se diferencian por la composición y la construcción de sus superficies
deslizantes. La adecuación de los distintos tipos y diseños de cojinetes para una aplicación en particular viene determinada por varios factores: tipo de movimiento, magnitud de la carga, tipo de carga, velocidad de deslizamiento, espacio disponible, temperatura de funcionamiento prevista, requisitos de lubricación y mantenimiento o condiciones de sequedad, condiciones del entorno y resistencia química a ciertos medios. Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de la pieza
o
máquina,
pero
con
frecuencia
van
montados
en
soportes
convenientemente dispuestos para facilitar su montaje. Dependiendo del montaje del árbol/eje con los cojinetes, el material del que estén hechos los cojinetes influye o no a la hora de su colocación, y posterior funcionamiento de toda la transmisión. Si se consigue mantener continuamente separados el árbol y el cojinete por medio de una capa de lubricante evitando todo contacto solido entre superficies de deslizamiento, entonces el material del que están formados no influye en nada sobre dicha calidad. Sin embargo, el rozamiento fluido depende de unas condiciones de velocidad, carga y temperatura. De esta manera, para las velocidades bajas (arranque y parada), los cojinetes giran en sentido de rozamiento mixto cuando no seca, haciendo inevitable el contacto directo entre las superficies de fricción. TIPOS DE COJINETES DESLIZANTES
Según la carga(fuerza):
Cojinetes de casquillos: tienen forma cilíndrica o de anillo, soportan cargas perpendiculares al eje de simetría (cargas radiales). Pueden tener distintas configuraciones, las más comunes son las de casquillo completo y la de casquillo partido. (Anexo 13)
Cojinetes de empuje: Están diseñadas para soportar cargas paralelas a su eje de simetría (cargas axiales). Su función es de evitar el desplazamiento longitudinal del eje rotatorio. (Anexo 14)
Según el principio de lubricación
Lubricación hidrodinámica: la separación entre el cojinete y el árbol se logra por el movimiento giratorio del árbol el cual genera una presión que forma colchón de aceite entre su superficie y la del cojinete. Para lograr una eficiente lubricación de este tipo se debe tener en cuenta: A) La velocidad de rotación del árbol B) Las dimensiones del cojinete C) La viscosidad del fluido lubricante Lubricación hidrostática: La película de lubricante se mantiene en el recinto entre el cojinete y el árbol utilizando un sistema de presurización. Se emplean para cojinetes que funcionan a bajas velocidades bajo acción de grandes cargas. Cojinetes auto lubricantes: Están elaborados de metal sinterizado (metales porosos como por ejemplo el bronce) también son llamados cojinetes de metal reforzado. Son sencillo y de bajo costo, debido a que presentan un buen equilibrio entre dureza, desgaste, resistencia y duración se utilizan ampliamente en maquinas caseras, motores pequeños, maquinas, herramientas, maquinas agrícolas y equipos de construcción. Usualmente se utiliza algún método de lubricación suplementaria para mejorar la utilidad del cojinete. VENTAJAS DE LOS COJINETES DE DESLIZAMIENTO Las ventajas esenciales de los cojinetes de deslizamiento acero-metal antifricción son las siguientes: Fácil montaje, usando poco espacio radial. Medio cojinete para un montaje favorable al mantenimiento.
Funcionamiento silencioso también con altas frecuencias de giro. Óptima amortiguación de vibraciones. Insensibilidad ante cargas de choque. Funcionamiento sin desgaste incluso con las más altas y las más bajas frecuencias de giro. Larga vida útil sin fatiga de los materiales. Ventaja de precio de los cojinetes de deslizamiento frente a los rodamientos proporcional al volumen de construcción. Reparaciones económicas de grandes cojinetes de deslizamiento en caso de avería. AREAS DE APLICACIÓN DE LOS COJINETES DE DESLIZAMIENTO. Las aplicaciones típicas de los cojinetes de deslizamiento acero-metal antifricción son: Bombas centrifugas y émbolos. Compresores de émbolo y turbocompresores. Turbinas. Embragues. Motores eléctricos y generadores. Máquinas-herramienta. Engranajes y reductores. Cojinetes para rodillos. Instalaciones para la industria de cemento. Maquinaria de trituración. Ventiladores industriales. Molinos y sierras alternativas. Molinos rotativos. Husillos de rectificadoras. Prensas y centrifugas.
Maquinaria de imprenta y de papel. ESPECIFICACION DE UN COJINETE DESLIZANTE El eje, el cual es la pieza deslizante en los cojinetes, debe ser siempre más ancho que el propio cojinete para evitar la formación de escalones en el área de deslizamiento del cojinete. Esto es particularmente importante en el caso de que ocurran desplazamientos axiales entre el eje y el alojamiento, debido a una extensión del eje. El diámetro interior del alojamiento para los cojinetes debe tener un chaflán, de tal manera que el casquillo pueda ser presionado más fácilmente hacia el interior del alojamiento, debido especialmente a que los casquillos abiertos presentan con frecuencia una arista viva. Los extremos del eje también precisan de un chaflán para evitar daños en la capa de deslizamiento del casquillo al insertar el eje en el mismo. En ambos casos, el ángulo del chaflán deberá ser de 10 a 15º.
En caso de
aplicaciones axiales de los cojinetes, el diámetro del alojamiento no será inferior a d = +0,8 mm. Para el funcionamiento en seco de los cojinetes, es muy importante disponer de una alineación exacta. Si no se puede evitar la falta de alineación, se requieren unas medidas de diseño especiales para evitar cargas elevadas en los extremos del cojinete. Estas medidas pueden ser, por ejemplo, practicar un chaflán más grande en el diámetro interior del alojamiento o utilizar un casquillo más largo, el cual sobresalga por los dos extremos del alojamiento. Si las faltas de alineación deben ser compensadas, y si las condiciones de trabajo permiten el uso de cojinetes, entonces pueden utilizarse los casquillos, que admiten ser mecanizados. Estos casquillos pueden ser mandrilados o escariados tras su instalación. Si los ejes deben trabajar en posición radial, así como de forma axial, las cargas deben ser compensadas utilizando casquillos biselados (con valona) o bien casquillos simples en combinación con cojinetes de empuje . El uso
de casquillos biselados y de cojinetes de empuje presenta ventajas incluso cuando las cargas axiales son bajas, especialmente cuando no se puede obtener una superficie de empuje uniforme debido al material o por razones de mecanizado.
SELECCIÓN DE UN COJINETE
Tipos de fuerza que actúan sobre el elemento a soportar (fuerzas radiales o fuerzas axiales).
Condiciones de servicio del cojinete dentro del sistema (suciedad, temperatura, fuerza de impacto).
Disponibilidad de materiales y medios para la fabricación del cojinete.
Lubricación y método de lubricación necesario para garantizar el optimo funcionamiento del cojinete.
CONCLUSION Si bien es posible diseñar acoplamientos de alto rendimiento con fines específicos para la mayoría de las aplicaciones, algunos tipos se adaptan mejor que otros. Seleccionar el mejor diseño puede garantizar un funcionamiento más confiable de las maquinarias. En términos generales, la gran diversidad de acoplamientos disponibles en el mercado hace que el diseñador o calculista deba pedir constantemente información a los fabricantes para tener los detalles más actualizados sobre capacidades, usos y métodos de mantenimiento de los dispositivos más novedosos entre los que existen en la industria. La utilización de los rodamientos en maquinas alivian la fricción en los puntos de movimientos rotacionales. Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos. De acuerdo al uso a dar a los rodamientos se clasifican en varios tipos los cuales se utilizan dependiendo a su aplicación dada. Es muy importante el mantenimiento preventivo en los rodamientos, ya que si estos llegan a fallar nos pueden llegar a producir consecuencias mayores, tanto económicas como un aumento de la misma.
ANEXOS