Chumaceras-116

7/25/2019 Chumaceras-116

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INGENIERA MECNICAELEMENTOS DE MQUINAS II

MSc. Ing. Jorge E Romero & Dr. Ing. Luis E Valles

UNIVERSIDAD DE CARABOBO. FACULTAD DE INGENIERA, 2016

COJINETES

LUBRICACIN

Lubricantes:Definicin

Los lubricantes, son sustancias que se usan para alterar lanaturaleza de la interaccin entre dos slidos en movimientorelativo, reduciendo as la friccin y el desgaste que entreellos se produce.

Otras funciones generales de los lubricantes son: Disipar calor (herramientas para maquinado de metales). Evitar la corrosin y el herrumbre (maquinarias para corte y

formado de metales). Remover contaminantes (motores de combustin interna). Actuar como sellante (compresores de aire y refrigeracin). Transmitir potencia (sistema hidrulicos). Absorber impactos (sistemas de amortiguacin). Actuar como aislantes (transformadores elctricos).


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Lubricantes:Tipos

Aceites Lubricantes o g cos

Vegetales

Animales

Minerales

Sintticos

rasas u r can es

Solidos Gases

GRASA

REFINACION DE CRUDOS

POLIALFAOLEFINAS

MINERALES

Aceites lubricantes:Elaboracin

ANTICORROSIVOS ANTIDESGASTES,

ACEITES

BASICOS

ACEITE

TERMINADO

,AROMATICOS ALQUILADOS,

ESTERES DIBASICOS,ESTERES POLIOLES,

SILICONAS, ETC.

ACEITES USADOS

SINTETICOS

RE-REFINADOS

ANTIOXIDANTES BACTERICIDAS/FUNGICIDAS,

DEMULSIFICANTES DEPRESORES PTO. FLUIDEZ,

DISPERSANTES DETERGENTES,

EMULSIFICANTES EXTREMA PRESION,

MODIF. FRICCION MODIF. VISCOSIDAD

ADITIVOS


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REFINACION DE CRUDOS

ACEITES POLIALFAOLEFINAS,SINTETICOS

MINERALES

Grasas lubricantes: Elaboracin

BASICOS

GRASA

TERMINADA

, , .

JABONES

ARCILLAS

POLIUREAS

ESPESANTEARCILLAS INORGANICA

(BENTONITA)INORGANICOS

ORGANICOS

ANTICORROSIVOS

ANTIHERRUMBRANTES

ANTIOXIDANTESEXTREMA PRESION

ANTIDESGASTE

ADITIVO

Concepto de viscosidad

Resistencia de un fluido a fluir

Es importante en el diseo y en la prediccin delcomportamiento de un lubricante en sistemasmecnicos

Existen dos formas de caracterizar la viscosidad Sistemtica: Flujo observado bajo un esfuerzo definido

Viscosidad Dinmica y Cinemtica

Emprica: Flujo observado en un disposit ivo cualquiera Saybolt Universal


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Viscosidad dinmica

Ley de NewtonFuerza = Viscosidad Dinmica x rea x Velocidad/Espesor de Pelcula

AF

=

Unidades SI: Pa.s (pascal por segundo)Sistema cgs: P (poise)

1 [P]= 100 [cP] = 0.1 [Pa .s]

hu

Viscosidad cinemtica

Viscosidad cinemtica = Viscosidad dinmica / Densidad

=

Unidades SI: m2/s (metros cuadrados por segundo)Sistema cgs: S (Stoke)

1 [S]= 100 [cSt] = 0.0001 [m2/s]


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Relacin viscosidad temperaturaGrfica ASTM D-341

Relacin viscosidad - presin

p

p

p

e

e

0=

( ) 8010 10log965.06.0

+= x


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REGMENES DE LUBRICACIN

La aplicacin de pelculas interpuestas de fluido es conocidocomo proceso de Lubricacin

Permite clasificar los sistemas tribolgicos en trminos de lacantidad de separacin entre las superficies en contacto

Los regmenes de lubricacin bsicos son: Hidrodinmico Elastohidrodinmico Lmite

LubricacinHidrodinmica

Elasto HidrodinmicaEspesor de

Mixta

Lmite

Mximo

Presin de Contacto

Parmetro de pelcula El efecto del acabado de la superficie en la

lubricacin es visualizado a travs del denominadoparmetro de pelcula,

Este parmetro sirve para definir los cuatroregmenes de lubricacin principales

( ) 2122minmin

qbqa RR

h

R

h

+==

, Lubricacin Elasto Hidrodinmica, Lubricacin Mixta, Lubricacin Lmite,

103


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La ecuacin de Reynolds

La derivacin de la expresin matemtica del mecanismo deformacin de la pelcula hidrodinmica, es el fundamento detoda la teora de la lubricacin.

La ecuacin de Reynolds puede ser derivada de: Ecuaciones de Navier Stokes ( Conservacin de momento y

masa) Principios de continuidad de flujo y equilibrio de un elemento

La ecuacin generalizada de Reynolds en tres dimensiones con todo variando

( )0212133

12)()(6 wwhVVy

hUUxy

ph

yx

ph

xh +

+

++

=

+

Aplicacin de los cojinetes La funcion bsica de

CARGAcojinete es transmitir cargas entre doscomponentes enmovimiento relativo

V

CARGA


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TIPO DE COJINETEMOVIMIENTO RELATIVOENTRE LOS MIEMBROS

DESLIZANTES

RELACIN ENTRE LACARGA Y EL MOVIMIENTO

RELATIVO

Relacin bsica entre la carga y el movimiento relativo

CORREDERADESLIZANTE

TRANSLACIN

DE EMPUJE(CARGA AXIAL)

ROTACIN

DE MUON(CARGA RADIAL)

ROTACIN

Simboliza una porcin unitaria de el rea de contacto entre los miembrosdelizantes

Cojinete de Empuje [1]

Geometra de un cojinete de deslizamiento de empuje. [Hamrock (1991).]

[1] Hamrock, Jacobson y Schmid (2000) Elementos de Mquinas. Mc Graw - Hill


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Configuracin de un Cojinete de

Deslizamiento

Configuracin de un cojinete de deslizamiento de empuje de inclinacin

fija multiple. [Raimondi and Boyd (1955). [1]]


Cojinete de Deslizamiento deInclinacin Fija

Vista lateral de un cojinete de

inclinacin fija. [De Raimondi and

Boyd (1955). [1] ]



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Configuracin de Cojinete de Empuje

de Zapata Pivoteada

Configuracin de cojinete de empuje de zapata pivoteada multiple.

[Raimondi and Boyd (1955). [1]


Cojinete de Empuje con ZapataPivoteada

Vista lateral de cojinete de empuje de

zapata pivoteada. [Raimondi and Boyd

(1955). [1]]



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Cojinetes de mun concntricos

Cojinetes de muon concntrico.

Cojinetes cilndricos a cargaestacionaria [1]

Distribucin de presiones alrredor

del cojinete cilndrico.

[1] Hamrock, Jacobson y Schmid (2000) Elementos de Mquinas. McGraw-Hill


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Superficie del cojinete y del eje

Desarrollo de la superficie de eje y del cojinete de un cojinete concntrico

Espesor de pelcula mnimo vs. Nmero de cojinete

Figura 12.28 Efecto del nmero de cojinete sobre el espesor de pelcula mnimo paracuatro proporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}



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ngulo de posicin vs. Nmero de cojinete

Figura 12.29 Efecto del nmero de cojinete sobre el ngulo de posicin para cuatroproporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}


Coeficiente de friccin vs. Nmero de cojinete

Figura 12.30 Efecto del nmero de cojinete sobre coeficiente de friccin para cuatroproporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}



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Razn de flujo volumtrico vs. Nmero de cojinete

Figura 12.31 Efecto del nmero de cojinete sobre la razn de flujo volumtrico paracuatro proporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}


Razn de flujo de fuga lateral vs. Nmero de cojinete

Figura 12.32 Efecto del nmero de cojinete sobre la razn de flujo de fuga lateral paracuatro proporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}



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Presin de pelcula mxima vs. Nmero de cojinete

Figura 12.33 Efecto del nmero de cojinete sobre la presin de pelicula mxima paracuatro proporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd (1958) [1]}


Localizacin presin mxima vs. Nmero de cojinete

Figura 12.34 Efecto del nmero de cojinete sobre la localizacin de las presiones terminaly mxima para cuatro proporciones de dimetro a ancho. {From Raimondi and Boyd(1958) [1]}



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Diseo de un cojinete clindrico

Objetivos:

Diseo de un cojinete cilndrico o de mun.

Clculo de importantes parmetros de operacin

de cojinetes hidrodinmicos.

Planteamiento del Problema

Dado: Un rodillo en caliente es usado para evaporar agua de la pulpa en la produccin de

pape . ste ro o esta monta o so re os e es e una pu ga a e ametro para os cua es

se requiere disear los cojinetes cilndricos. El rodillo lleva una carga total de 1500 libras,

la cual es distribuida igualmente entre dos cojinetes identicos. La velocidad del rodillo es de

2000 rev/min y esta disponible aceite SAE 10 (es usado en todo el molino de papel y es un

suministro abundante). La temperatura de entrada se piensa que es 110F. Motivado a lameta de holgura, el cojinete debe ser de una pulgada de ancho o menos.

Encontrar: 1.) La holgura radial del cojinete para una capacidad de carga optima. 2.) El

acabado superficial requerido del cojinete. 3.) El aumento de la tempeatura, el coeficiente

de friccin la tasa de flu o las fu as laterales del aceite a travs del co inete. Estos datos

son requerido para especificar el intercambiador de calor para el deposito de aceite.) 4.)Comente sobre la importancia de de la temperatura de entrada, esto es que efecto sobre el

desempeo del cojinete podria ocurrir si la temperatura de entrada fuera 130 F?


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Esquema de Solucin

Clculos preliminares

del Cojinete Determinar la holgura requerida Determinar los parmetros del

cojinete y la rugosidad de la superficie Efecto de las temperaturas de entrada Conclusiones

Nota: La aproximacin presentada es solamente uno de muchas

aproximaciones que pueden ser asumidas. Aunque los pasos indicados

esta en un orden logico, no debe considerarse como un orden esencial.

Clculos preliminaresComo el ancho del cojinete esta limitado a una pulgada o

menos ser tomado i ual a una ul ada. La razn ara esto es

que no hay ninguna ventaja desde el punto de vista de la

operacin para tener un espesor menor, y s el cojinete fuera

fabricado por una operacin de rectificado, por ejemplo, el

costo de acabado de una superficie de una pulgada en un gran

rodillo es insinificantenente mayor que en un cojinete de 0,75

pulgada. Por lo tanto, la razn dimetro a ancho para el

cojinete es

j=

2 in

1 in= 2


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Determinacin del nmerocaracterstico de cojinete y delespesor de pelcula adimensional

Determinacin del NmeroCaracterstico de cojinete

El nmero caracterstico del cojiente esBj=0.35.

El pmetro de espesor de pelcula adimensional es hmin/c=0.42.

Veamos la prxima lmina para detalles del anlisis!Veamos la prxima lmina para detalles del anlisis!


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Detalles del Anlisis

Los valores pueden ser ledos directamente de la figura 12.28, como se conoce que la

razn dimetro a espesor es 2 y el cojinete es diseado para una capacidad de soportar

car a mxima:

De la grafica, el nmero de cojineteBj es aproximadamente 0.35 y el parmetro

espesor de pelcula hmin/c es 0.42. El nmero de cojinete ser usado para obtener la

holgura una vez que la viscosidad promedio sea calculada.

Determinacin de la variablecoeficiente de friccin adimensionalpara el cojinete.


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Variable Coeficiente de Friccin

adimensional

La variable coeficiente de fricin adimensional es rb/c=9.5.


Detalles del AnlisisEl coeficiente de fricin puede ser leido de la Figura 12.30, puesto que el nmero decojinete es conocido como 0.35:

La variable coeficiente de fricin adimensional puede ser visto como alrededo de 9.5.


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Determinacin la tasa de flujovolumtrico adimensional para elcojinete.

Tasa de flujo volumtricoadimensional

La tasa de flujo volumtrico adimensional es Q=5.1.



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La tasa de flujo volumtrico adimensional es obtenidad de la Figura

12.31:

El flujo volumtrico adimensional es 5.1.

Determinacin de la tasa de flujo defuga lateral.


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Variable Flujo de Fuga Lateral

La variable de flujo de fuga lateral es qs/q=0.73.


Detalles del AnlisisLa variable de flujo de fuga lateral puede ser obtenida de la Figure 12.32:

El valor es qs/q=0.73.


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Clculo del incremento detemperatura del lubricante en elcojinete y la viscosidad promediodel lubricante.

Incremento de Temperatura yViscosidad del Lubricante

El incremento de temperatura es 113F.

La viscosidad promedio del lubricante en el cojinete es=1.16 x 10-6

lbf-s/in2.

Veamos las prxima lmina para detalles del anlisis!Veamos las prxima lmina para detalles del anlisis!


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La carga adimensional en el cojinete es

Wr* =

Wr2rbwt

=750lbs

2 1in( )1in( )= 375psi

Por consiguiente el incremento de temperatura

puede ser calculado a partir de la Ecuacin:

La temperatura promedio del lubricante es

tm =

0.103Wr* r

c

Q 10.5qsq

=0.103375( )9.5( )5.1( )10.5 0.73( )( )

=113F

entonces + = = .

La viscosidad del aceite is a partir de la

Figura 8.13 ,0=0.008Ns/m2, o usando la

Tabla de conversin ,0=1.16 x 10-6 lbf-

s/in2.

cu o e a o gura ra arequerida, el espesor de pelculamnimo y la rugosidad de superficiedel eje.


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Informacin del cojinete

La holgura radial requerida es 540 in.

El espesor de pelcula mnimo es 230 in.

La rugosidad de superficie mximo es 23 in.



La holgura radial requerida, ahora que la viscosida es conocidad, es

o ten a a part r e n mero e co nete cuac n :

El espesor de pelcula mnimo es obtenidad a partir del parmetro de

espesor de pelcula adimensional previamente determinado:

in540in00054.0;35.0

2

0

==

== c

c

r

W

wrB b

r

tbbj

Para mantener lubricacin a pelicula completa, el acabado de superficie

debera ser un decimo del espesor de pelcula, o 23in. Afortunadamente,

esto es obtenido por operaciones estandar de rectificado (ver Tabla 8.1).

( ) in230in00054.042.0minmin ;42.0 === hc


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Calculo del coeficiente de friccindel cojinete cilndrico.

Coeficiente Friccin

El coeficiente fricin es 0.005.



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Detalles Anlisis

El coeficiente de friccin adimensional ha sido previamente obtenido

como rb/c=9.5. Por consiguiente el radio del cojinete es 1 in y la

holgura es 540 in, el coeficiente de friccin es simplemente 0.005.

Comentarios sobre la importancia.

Especficamente, que efecto tendrauna temperatura de entrada de130F sobre el desempeo del

cojinete?


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Importancia de la Temperatura de

EntradaComo puede verse a partir de la grafica viscosidad - temperatura, el efecto de

incremento de la temperatura de aceite sera mnimo para pequeos aumentos de

temperatura. Sin embargo, si la viscosidad cayera significativamente, entonces el

espesor de pelcula sera lo suficientemente delgada para permitir un rompimiento de

la pelcula y tener un contacto de superficie metal-metal. Esto ocasionara un rpido

dao del cojinete.

,

degrade qumicamente.

Comentarios Finales

El diseo del cojinete fue relativamente fcil, usando las figuras.

Afortunadamente, este problema no requiri de consideracin de un

nmero diferente de espesores de cojinetes, el cual es normalmente el caso

en el diseo. Tambin, este problema resulto en holguras, acabados

superficiales y dimensiones de cojinetes que fueron razonables y fcil de

obtener, por lo tanto el diseo del cojinete no requiri de interacciones

sucesivas.

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