determinación y estudio de la friicción en cojinetes

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MINERA, MECNICA Y ENERGTICA Asignatura: Tecnologa de Mquinas [Mster Oficial en Ingeniera Industrial] (cdigo: 1140305)

Universidad de Huelva (Campus de La Rbida): Escuela Tcnica Superior Ingeniera Pgina 1 de 16

CUADERNILLO DE PRACTICA N 4 Determinacin y estudio de la friccin en cojinetes:

Alumno: ..

DNI: ..

Curso: 20./20.

Fecha de ejecucin de la prctica:

Fecha de entrega del cuadernillo: ..

Por el profesor de la prctica.-Rafael Snchez Snchez

NOTA IMPORTANTE: Este cuadernillo deber entregarse cumplimentado al profesor de la prctica a las dos semanas como mximo, despus de la celebracin de la misma, o no ser corregido.



Prctica sobre el equipo GUNT TM-282:

El equipo TM-282 sobre el que vamos a desarrollar la prctica, est disponible en el Laboratorio de Motores, habindose adquirido durante el curso 2005/2006 por el Departamento de Ingeniera Minera, Mecnica y Energtica de la E.P.S., el cual se muestra en la siguiente figura:

El equipo TM-282 ha sido desarrollada y fabricada por G.U.N.T., para permitir a los estudiantes llevar a cabo investigaciones prcticas, con el objetivo de poder determinar de una manera sencilla, las fuerzas de rozamiento en la superficie de un cojinete de deslizamiento sometido a una lubricacin hidrodinmica. Ello adems permitir consolidar y perfeccionar los conocimientos sobre esta materia que han aprendido en las sesiones de desarrollo terico.



A travs de este equipo y su aplicacin, podremos investigar los siguientes aspectos sobre rozamiento:

- Influencia de velocidad giro, sobre la fuerza de rozamiento. - Influencia de la carga, sobre la fuerza de rozamiento. - Influencia de la temperatura, sobre la fuerza de rozamiento. - Influencia del lubricante, sobre la fuerza de rozamiento. - Determinacin del coeficiente de rozamiento para distintas velocidades de giro

(compare con las curvas Stribeck ). - Determinacin del coeficiente de rozamiento para diferentes cargas.

Breve descripcin del equipo TM 282:

El equipo ha sido concebido como equipo de sobremesa, manejable y compacto. La forma constructiva plana, garantiza una buena estabilidad.

Sus componentes son:

- Una unidad de control con memoria (1) para medicin de la velocidad de rotacin y temperatura, y para control de esta velocidad.

- Un dispositivo de carga (2) para generar los distintos esfuerzos en el cojinete.

- Una palanca graduada para la medida de esfuerzos (3) con peso desplazable (4).

- Un contrapeso (5) para compensar el peso propio del dispositivo de medicin.

- Un engrasador de fieltro (6) para suministro contino de lubricante.

- Un vaso colector (7) que recoge las fugas de aceite. - Una caja terminal de conexiones (8) que hace de interfaz con la unidad de

control (1).

Por su parte, la unidad de control memorizable, lleva el control y mando del motor y muestra los datos de velocidades de giro y temperaturas.



- Sobre el panel delantero hay un display digital (1) para la temperatura. La temperatura indicada es la medida en el alojamiento del cojinete, de modo que sta se aproxima a la temperatura del aceite.

- Un segundo display digital (2) indica la velocidad de giro del eje del motor. La velocidad de giro puede ajustarse gradualmente entre 0 y 3000 revoluciones por minuto, a travs del potencimetro (3).

- El motor se arranca con el interruptor (4).

- En la parte trasera est la clavija de conexin a la

red elctrica, con el interruptor principal (5). Tambin en su parte trasera estn los terminales para el motor (6), para la medida de la velocidad de giro (7) y para la conexin trmica (8).

Puesta en marcha del equipo:

Los alumnos deben seguir los siguientes pasos para poner en funcionamiento el equipo:

- Ponga la unidad en una superficie uniforme y plana. - Primero conecte el equipo a la unidad de control. Esto implica el conectar los tres cables (el cable de alimentacin elctrica, el cable sensor de velocidad, y el cable del sensor de temperatura). - Encienda el interruptor del motor y ponga el interruptor del control en APAGADO. - Fije el potencimetro de control del motor a cero. - Ponga posicin de apagado el interruptor principal, situado en la parte posterior de la unidad de control. - Coloque las correas trapezoidales del dispositivo de carga. - Site el colector del aceite en el accesorio. - Retire el engrasador del fieltro y vierta adentro el aceite, posteriormente atornille el engrasador. - Finalmente, conecte las conexiones a la parte posterior del control.



Desarrollo de la prctica:

1.-Principios tericos.

En los cojinetes de deslizamiento radial sometidos a una fuerza, existe un huelgo entre ste y el eje. De tal manera que la pelcula de lubricante llena este huelgo y se puede mantener entre las superficies del eje y el cojinete. Cuando el eje est parado, el gorrn del eje (parte del eje que gira dentro del cojinete) permanece apoyado en el fondo del cojinete, mientras que el lubricante ocupa la parte superior del huelgo. Por razones del diseo, en este equipo, el cojinete est apoyado realmente en un cojinete reemplazable y no sobre el gorrn del eje en si.

Los principios tericos que desarrollamos a continuacin, se basan en realidad en el uso de un cojinete de deslizamiento radial, y por lo tanto las posiciones de ste y el eje se deben considerar como las indicadas en las anteriores figuras. Cuando nuestro sistema est en reposo, la posicin descentrada del eje en

relacin al centro del cojinete da un juego de s/2. El lubricante se sita segn se muestra en la figura anterior, en forma de media luna. Cuando el eje comienza a rotar, bajo influencia de la friccin, el lubricante arrastrado por el eje, intenta inicialmente moverse en sentido opuesto a la rotacin, sobre la superficie del cojinete. Crendose en el huelgo unas zonas de presin/depresin que empujan al gorrn, levantndolo del cojinete, y ocupando el lubricante el nuevo espacio.

Al aumentar la velocidad de giro, se vuelve a repetir el efecto anterior, de manera que de nuevo el lubricante vuelve a producir zonas de presin/depresin en el huelgo, que empujan al gorrn centrndolo ms con respecto al cojinete, formndose de esta manera, una pelcula homognea de lubricante entre el gorrn y el cojinete. Cuanto ms alta es la velocidad de rotacin n del eje, ms alta

es la velocidad de la corriente del lubricante, ms efecto presin/depresin se produce en el huelgo, ms lubricante alimenta el orificio del cojinete, aumentando la presin hidrodinmica p, levantando el eje y centrndolo en el cojinete. Por tanto el efecto de la rotacin, es la causa inmediata de la lubricacin hidrodinmica.



Si el eje es levantado, entonces ho > hoinic, podemos decir entonces que la friccin fluida est presente. En este caso, el centro del el eje se mueve en la direccin de la rotacin del centro del cojinete, de modo que la excentricidad:

e = s/2 ho se reduce en relacin a cuando estaba parado.

Cuando la velocidad de giro aumenta, el centro del eje gira cada vez ms cerca del centro del cojinete, despus de una trayectoria semicircular, disminuyendo la excentricidad e, y aumentando la capacidad portadora y una posicin estable del eje. La acumulacin de la

presin comienza en el punto ms bajo del cojinete, por tanto donde debe estar situado el orificio de entrada en el cojinete debe se en la parte alta, donde exista depresin a fin de que entre el lubricante, contina aguas abajo por los surcos o ranuras, hasta llevar el lubricante a los flancos.

2.-Ejecucin de la prctica.

2.1.-Calefaccin previa del aceite o lubricante.

Antes de efectuar la prctica en s, debemos hacer trabajar al equipo, para realizar un precalentamiento del lubricante, ya que la viscosidad de ste depende de la temperatura. Para ello, cuando tengamos la unidad preparada para operar con ella:

- Aplicaremos la carga mxima en el dispositivo de carga (100N). - Encenderemos el interruptor principal en la parte posterior de la unidad de control. - Encenderemos el interruptor del motor (la lmpara se debe encender). - Aumentaremos lentamente la velocidad del motor hasta las 2000 RPM con el potencimetro.

Cuando la temperatura en el display de la unidad de control alcance aproximadamente los 55C, la prctica en s puede comenzar a realizarse.



2.2.-Descripcin del ensayo.

Antes de realizar los experimentos, debemos equilibrar el peso (2) y contrapeso de ajuste (4) del brazo graduado. Para ello: -Quite todos los pesos del dispositivo de carga. -Mueva el peso (2) deslizante, al extremo izquierdo del brazo. -Fije la velocidad de giro, de tal modo que el brazo quede levemente levantado a velocidades de giro (n=250... 300 RPM). -Ajuste el contrapeso de ajuste hasta que las marcas (6) en el brazo (7) se alineen. -Trabe el contrapeso de balance con la tuerca de estras.

NOTA: Para fijar el contrapeso correctamente, se debe ajustar cuando el brazo se levante, a la velocidad de giro ms baja posible.

La fuerza de friccin en un cojinete depende de varios parmetros. En este equipo vamos a estudiar como influye: la velocidad de giro, la carga, la temperatura, y el lubricante.

Por tanto al realizar el ensayo sobre este equipo, deberemos medir y registrar los valores de los distintos parmetros que intervienen en este ensayo, para ello:

- fije la carga deseada. - fije la velocidad de giro deseada. - deslice el peso a lo largo del brazo hasta hacer coincidir las marcas. - lea el valor de la escala y antelo. - lea los valores de la temperatura y antelos. - vaya variando la velocidad de giro y/o cargas. - repita el procedimiento de las medidas. - etc.



2.3.-Registro de valores:

Los valores medidos en este ensayo, los trasladaremos a la siguiente tabla:

Carga aplicada Fcarga [N] Velocidad giro [rpm]

0

10

20

50

100

350 a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

500 a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

1000 a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

1500 a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

2000 a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

a =

t =

Tabla.- Distancias al punto cero

Con los valores obtenidos de a (distancias al punto cero), podremos calcular fcilmente los momentos respectivos de las fuerzas de friccin, de acuerdo con la siguiente frmula:

Mfric = F . a

donde: F = 1N (del peso deslizante del brazo) a = distancia del peso en el milmetros

Ejemplo: n=1000 RPM; G = 20N; a=192 milmetro

Mfric =1N 192 m m Mfric = 192 Nmm



Y ahora, con Mfric podremos calcular las distintas fuerzas de friccin, de la siguiente manera:

Ffric = Mfric / r

donde: r = 15m m (radio del eje)

Siguiendo con el ejemplo anterior Ffric = 192 Nmm / 15 milmetros Ffric = 12,8 N

Los resultados de los clculos que hagamos, los trasladaremos a la siguiente tabla.


0

10

20

50

100

350

500

1000

1500

2000

Tabla.- Fuerza de friccin Ffricc [N]



Posteriormente, calcularemos los coeficientes de friccin, mediante la siguiente frmula:

= Ffric / Fsum siendo

Fsum = Fdispo + 5 Fcarga

Ejemplo: Ffric = 12.8 N; Fcarga = 20 N; Fdispo = 25 N = 12,8N / (25N + 5 20N) = 12.8 N / 125 N = 0.102

Y trasladaremos los resultados a la tabla siguiente:


0

10

20

50

100

350

500

1000

1500

2000

Tabla.- Coeficientes de friccin



2.4.-Preparacin de grficas:

Para evaluar los resultados de este ensayo, debemos indicar los mismos de forma grfica. Para ello con los datos que tenemos recopilados en las anteriores tablas, confeccionaremos las siguientes grficas:

Momento de friccin en Nmm

Grfica.- Momento de friccin Mfricc / Velocidad de giro

150

100

50

350 500 1000 1500 2000

Velocidad de giro en rpm



Momento de friccin en Nmm

Grfica.- Momento de friccin Mfricc / Carga aplicada Fcarga

150

100

50

10 20 50 100

Carga aplicada en N



Temperatura en C

Grfica.- Temperatura T / Velocidad de giro (en carga constante)

53

54

55

52

350 500 1000 1500 2000

Velocidad de giro en rpm



Coeficiente de friccin

Grfica.- Coeficiente de friccin / Carga aplicada Fcarga

NOTA: Todas estas grficas es aconsejable hacerlas con Excel, o cualquier otra hoja de clculo.

0,25

0.15

0,05

0,1

0,2

0,3

10 20 50 100

Carga aplicada en N



2.5.-Evaluacin del ensayo.

El alumno, a la vista de las anteriores grficas, expondr a continuacin de manera pormenorizada y justificada sus conclusiones sobre los parmetros que ms influyen en la friccin, y aquellos que influyen de manera menos importante.

Ojo NO se trata de hacer una descripcin escrita de cada una de las grficas, si no de dar una justificacin razonada del comportamiento, tendencias y resultados obtenidos.

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