06_Lubricacion_091

Universidad Nacional de Colombia

Sede Bogotá - Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica

y MecatrónicaSección de Diseño

Diseño de Elementos de Máquinas II –1- 2009

Juan Edilberto Rincón Pardo

Facultad de Ingeniería – Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica – Sección de Diseño

Diseño de Elementos de Máquinas II – 1 - 2009- JERP

2

De esta presentación se pueden extraer algunos

diapositivas

De esta presentación se pueden extraer algunos

diapositivas



3

LUBRICACION, FRICCION Y DESGASTE.

La tribología se define como el estudio de la lubricación, la fricción y el desgaste de partes móviles o estacionarias.



4

INTRODUCCION

El esfuerzo de diseño no sólo debe ser menor que el esfuerzo permisible y la deformación no debe exceder ningún valor máximo, sino que la lubricación, la fricción y el desgaste también deben ser apropiadamente comprendidas para que los elementos de maquinas se diseñen con éxito.



5

Lubricación por Película Fluida

Ocurre cuando dos superficies opuestas se separan completamente por una película lubricante y ninguna aspereza está en contacto.



6

SUPERFICIES CONCORDANTES Y NO CONCORDANTES.

Superficies Concordantes: se ajustan bastante bien una con otra con un alto grado de conformidad geométrica, de manera que la carga se transfiere a un área relativamente grande. Ej: chumacera de película fluida, cojinete deslizantes.



7

SUPERFICIES CONCORDANTES Y NO CONCORDANTES.

Superficies no Concordantes: son superficies que no concuerdan entre sí, entonces un área pequeña de lubricación debe soportar todo el peso de la carga. Ej: acoplamiento de los dientes de engrane, levas y sus seguidores, la junta de la cadera de un ser humano



8

LUBRICACION

El objetivo de la lubricación es reducir el rozamiento o fricción, el desgaste y el calentamiento de los elementos de maquinas que se mueven unos con respecto a otros.•Lubricación Hidrodinámica.•Lubricación Elastohidrodinámica.•Lubricación Parcial.•Lubricación Marginal.



9

Lubricación Hidrodinámica. (HL)

Es aquella en que las superficies del cojinete que soportan la carga están separadas por una capa de lubricante relativamente gruesa a manera de impedir el contacto entre metal y metal.Presiones menores de 5 Mpa.Espesor mínimo de la película es una función de la carga normal que se aplica W, de la velocidad v, de la viscosidad absoluta del lubricante υ y de la geometría (Rx y Ry).



10

Lubricación Hidrodinámica.(HL)

El espesor mínimo de la película normalmente excede 1µm. Las películas son gruesas, de manera que se previene que las superficies solidas opuestas entren en contacto.La forma ideal de lubricación.



11

Lubricación Hidrodinámica.(HL)

La lubricación de las superficies solidas se rige por las propiedades físicas del volumen del lubricante, específicamente por la viscosidad.



12

Mecanismo del Desarrollo de la Presión

Para que un cojinete soporte una carga normal se deben desarrollar perfiles de presión positiva sobre la longitud del cojinete.a. Cojinete deslizante.b. Cojinete con película variable.c. Cojinete presurizado externamente.



13

Mecanismo del Desarrollo de la Presión



14

Lubricación Elastohidrodinámica (EHL).

Es una forma de lubricación hidrodinámica, cuya deformación elástica de las superficies lubricadas resulta significativa. Su explicación matemática requiere de la teoría de Hertz, del esfuerzo de contacto y de la mecánica de fluidos.•EHL Dura.•EHL Suave.



15

EHL DURA

Se relaciona con materiales de modulo de elasticidad alto, como los metales.Presiones entre 0.5 y 4 Gpa.Espesor mínimo de película excede 0.1µm. Es función además del modulo de elasticidad efectivo E y del coeficiente presión-viscosidad ξ del lubricante.



16

EHL DURA



17

EHL SUAVE

Se relaciona con los materiales de módulos de elasticidad bajos, como el caucho.La presión máxima es de 0.5 a 4 Mpa.El espesor mínimo de la película es una función de los mismos parámetros.Aplicaciones: sellos, juntas de los huesos en el cuerpo humano, en las llantas.



18

EHL SUAVE



19

Lubricación Marginal

En la lubricación marginal los sólidos no están separados por el lubricante, los efectos de la película fluida son insignificantes y existe un contacto de las asperezas importante.El mecanismo de lubricación por contacto se rige por las propiedades físicas y químicas de las películas delgadas de superficie de proporciones moleculares.



20

Lubricación Marginal

El espesor de las películas de superficie varia de 1 a 10nm, dependiendo del tamaño molecular.Las asperezas de la superficie no se encuentran en contacto por medio de lubricación por película fluida, sino que están en contacto por medio de lubricación marginal.



21

Lubricación Parcial

Si las presiones en los elementos de maquinas lubricados elasto hidrodinámicamente resultan demasiado altas o las velocidades de operación son demasiado bajas, la película del lubricante se dispersa; habrá algún contacto entre las asperezas, y entonces ocurrirá la lubricación parcial.



22

Lubricación Parcial

Espesor promedio de la película es menor que 1µm y mayor que 0.01µmLa transición de la lubricación elastohidrodinámica a la parcial no ocurre instantáneamente a medida que la severidad de la carga se incrementa, si no que las presiones dentro del fluido que llena el espacio entre los sólidos opuestos soportan una proporción decreciente de la carga.



23

Condiciones de Película.

a. Lubricación por película fluida.b. Lubricación parcial.c. Lubricación marginal.



24

Coeficientes de Fricción para Varias Condiciones de Lubricación



25

Rapidez de Desgaste



26

Parámetros de Superficie

Perfil de una superficie generada por un rugosímetro de aguja.



27

Parámetros de Superficie

1.Promedio aritmético de la aspereza de la superficie.

2. Raíz media cuadrática de la aspereza de la superficie.



28

Promedio Aritmético Normal de la Aspereza de la Superficie para Varios

ProcesosArithmetic average, Ra

µm µinProcesses

Sand casting; hot rollingSawingPlaning and shapingForgingDrillingMillingBoring; turningBroaching; reaming; cold rolling;

drawingDie castingGrinding, coarseGrinding, fineHoningPolishingLapping

12.5-253.2-250.8-25

3.2-12.51.6-6.30.8-6.30.4-6.30.8-3.2

0.8-1.60.4-1.60.1-0.4

0.03-0.40.02-0.20.005-0.1

500-1000128-100032-1000128-50064-25032-25016-25032-128

32-6416-644-16

1.2-160.8-80.2-4

ComponentsGearsPlain bearings - journal (runner)Plain bearings - bearing (pad)Rolling bearings - rolling elementsRolling bearings - tracks

0.25-100.12-0.50.25-0.120.015-0.12

0.1-0.3

10-4005-20

10-500.6-54-12



29

Parámetro de Película

La relación entre el parámetro de película a dimensional Λ y el espesor mínimo d e película hmin es



30

Parámetro de Película

1. Lubricación hidrodinámica2. Lubricación elastohidrodinámica3. Lubricación parcial4. Lubricación marginal



31

Viscosidad del Lubricante

Un lubricante es cualquier sustancia que reduce la fricción y el desgaste, además proporciona una operación uniforme y una vida satisfactoria de los elementos de máquinas. Pueden ser sólidos, líquidos o gases.Pueden remover partículas producidas por le desgaste.



32

Efectos Viscosidad - Presión

Barus en 1983 propuso la siguiente relación para la dependencia isotérmica viscosidad - presión de los líquidos.



33

Viscosidades Absolutas



34

Viscosidad Fluid Temperature, tm, °C

38 99 149 38 99 149Absolute viscosity at p=0,

0 , cP

Kinematic viscosity at p=0, k,

m2 /sAdvanced esterFormulated advanced esterPolyalkyl aromaticSynthetic paraffinic oil (lot 3)Synthetic paraffinic oil (lot 4)Synthetic paraffinic oil (lot 2) plusantiwear additiveSynthetic paraffinic oil (lot 4) plusantiwear additiveC-etherSuperrefined naphthenic mineral oilSynthetic hydrocarbon (traction fluid)Fluorinated polyether

25.327.625.5414375370

375

29.568.134.3181

4.754.964.0834.334.732.0

34.7

4.766.863.5320.2

2.062.151.8010.910.19.93

10.1

2.202.741.626.68

2.58 x 10-5

2.82 x 10-5

3.0 x 10-5

49.3 x 10-5

44.7 x 10-5

44.2 x 10-5

44.7 x 10-5

2.5 x 10-5

7.8 x 10-5

3.72 x 10-5

9.66 x 10-5

0.51 x 10-5

0.53 x 10-5

0.50 x 10-5

4.26 x 10-5

4.04 x 10-5

4.00 x 10-5

4.04 x 10-5

0.41 x 10-5

0.82 x 10-5

0.40 x 10-5

1.15 x 10-5

0.23 x 10-5

0.24 x 10-5

0.23 x 10-5

1.4 x 10-5

1.3 x 10-5

1.29 x 10-5

1.3 x 10-5

0.20 x 10-5

0.33 x 10-5

0.19 x 10-5

0.4 x 10-5



35

Coeficientes Presión - Viscosidad

Fluid Temperature, tm, °C

38 99 149Pressure-viscosity coefficient,

,m2/N

Advanced esterFormulated advanced esterPolyalkyl aromaticSynthetic paraffinic oil (lot 3)Synthetic paraffinic oil (lot 4)Synthetic paraffinic oil (lot 2) plus

antiwear additiveSynthetic paraffinic oil (lot 4) plus

antiwear additiveC-etherSuperrefined naphthenic mineral oilSynthetic hydrocarbon (traction fluid)Fluorinated polyether

1.28 x 10-8

1.37 x 10-8

1.58 x 10-8

1.77 x 10-8

1.99 x 10-8

1.81 x 10-8

1.96 x 10-8

1.80 x 10-8

2.51 x 10-8

3.12 x 10-8

4.17 x 10-8

0.98 x 10-8

1.00 x 10-8

1.25 x 10-8

1.51 x 10-8

1.51 x 10-8

1.37 x 10-8

1.55 x 10-8

0.980 x 10-8

1.54 x 10-8

1.71 x 10-8

3.24 x 10-8

0.851 x 10-8

0.874 x 10-8

1.01 x 10-8

1.09 x 10-8

1.29 x 10-8

1.13 x 10-8

1.25 x 10-8

0.795 x 10-8

1.27 x 10-8

0.939 x 10-8

3.02 x 10-8



36

Efectos Temperatura - Viscosidad

La viscosidad de los aceites minerales y sintéticos disminuye con el incremento de la temperatura.



37

Contactos Elípticos

Dos sólidos con radios de curvatura diferentes en un par de planos principales (x,y), que pasan por la conjunción entre sólidos, tienen contacto en un solo punto en condición de cero cargas aplicadas.



38

Contactos Elípticos



39

Suma y Diferencia de Curvatura

La suma y la diferencia de curvatura, cantidades de cierta importancia en el análisis de los esfuerzos de contacto y la deformación, son



40

Suma y Diferencia de Curvatura

La razón de radio se satisface para >1

Superficies no concordantes 0.03Contacto bola sobre plano 1.0Contacto próximo a una línea nominal 100



41

Parámetro de Elipticidad

Se define como el diametro de contacto elíptico en la dirección y dividido entre el diámetro de contacto elíptico en la dirección x.



42

Contactos Rectangulares

Este tipo de contacto se ejemplifica por un cilindro cargado contra un plano, un canal u otro cilindro paralelo o por un rodillo cargado contra una pista interior o exterior.SemianchoCarga DeformaciónPresión



43

Fricción

La fricción se considera como la fuerza que resiste el movimiento relativo entre las superficies en contacto.



44

Fricción

Fricción BajaFricción Alta



45

Fricción Seca

1. La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal.

2. La fuerza de fricción no depende del área aparente de los sólidos en contacto.

3. La fuerza de fricción es independiente de la velocidad de deslizamiento



46

Desgaste

Se considera como la perdida progresiva de la sustancia de la superficie de operación en un cuerpo, que ocurre como resultado de los efectos de la carga y del movimiento relativo en la superficie.



47

Tipos de Desgaste



48



49



50

Simulación del Desgaste por Adhesión



51



52



53



54



55



56



57



58



59



60



61

Documents

06_Lubricacion_091