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Cómo calcular la carga específica y la velocidad de deslizamiento

Aprende a calcular la carga específica y la velocidad de deslizamiento

¿Qué significa carga específica y velocidad de deslizamiento?

La carga específica, también conocida como presión de apoyo, se basa en las fuerzas que se aplicarán al cojinete durante su vida útil. Es una función de la fuerza y el área de contacto del material del cojinete.  Las unidades del SI (Estándares Internacionales) para la Carga Específica son Newtons por milímetro cuadrado (N/mm2), también referido como Mega Pascal (MPa). 

La velocidad de deslizamiento, también conocida como velocidad (U), es la velocidad relativa de deslizamiento entre la superficie de apoyo y la superficie de acoplamiento (eje, cara de empuje o superficie de deslizamiento del recubrimiento). Las unidades del SI para la velocidad de deslizamiento son metros por segundo (m/s). 

  • ¿Por qué son importantes la carga específica () y la velocidad de deslizamiento (U)?

    Los factores, MPa y U, se utilizan para determinar la idoneidad de un diseño de cojinete y para la elección del material del cojinete para los diversos requisitos de la aplicación.  Por ejemplo, al seleccionar primero un material del cojinete, el diseñador puede especificar las dimensiones adecuadas del cojinete que cumplirán los requisitos de la aplicación.  Si no, al determinar primero las dimensiones del cojinete, el diseñador puede entonces seleccionar un material del cojinete que cumplirá los diversos requisitos de la aplicación. 

    Un factor importante en el diseño de un cojinete en seco es el producto de la Carga Específica (MPa) y la Velocidad de Deslizamiento, conocido como el factor U. El factor U en combinación con el coeficiente de fricción determina la tasa de calor generada por la fricción térmica para un determinado diseño de cojinete seco que relaciona la capacidad del material del cojinete para resistir el calor.  Los folletos de GGB enumeran los, U y U límites para sus diversos materiales de cojinete. 

    En una aplicación lubricada, la capacidad de un cojinete de casquillo para desarrollar una película lubricante hidrodinámica entre el eje y la superficie del cojinete de manga está determinada por la relación entre la Carga Específica y la Velocidad de Deslizamiento (U), la viscosidad dinámica del lubricante y la relación longitud-diámetro del cojinete (B/D).La relación de estos factores es: donde el valor 7.5 es un factor de proporcionalidad basado en unidades ISO.

  • Cómo calcular la carga específica.

    Para determinar la capacidad de los cojinetes para resistir la deformación permanente en los peores escenarios debemos calcular primero la fuerza máxima aplicada, Fmax,. Para calcular la fuerza máxima crítica para un diseño de cojinete robusto, debemos considerar: cargas de diseño anticipadas; historial de carga basado en otros diseños similares; cargas medidas; información de la fuente de energía, como el par frente a la velocidad; cargas de choque. La carga específica máxima, max, se utiliza para determinar si el material del cojinete tiene suficiente capacidad de carga para soportar la carga máxima.

    Al determinar la vida útil de los cojinetes para determinados productos de GGB, se utiliza una carga media o media ponderada del cojinete, F, para determinar si el material del cojinete proporcionará una vida útil suficiente al considerar la velocidad de deslizamiento. La carga media del cojinete se calcula cuando los datos de carga se limitan a valores mínimos y máximos. Si el rango de carga es relativamente pequeño (menos del 25%) entre las cargas mínima/máxima, entonces simplemente tome el promedio de los dos valores. Si el rango de carga es relativamente grande entonces tome 2/3 de la diferencia y agréguela a la carga mínima para un promedio "conservador". Si se dispone de un historial de carga/tiempo, asumiendo una velocidad constante,  el peso promedio es posible:

    donde tn y Fn son los tiempos y cargas respectivamente para cada incremento de tiempo/carga y St.

    Cuando la velocidad varía, sustituye el número de revoluciones, n1, n2... nn y Sn para los incrementos de tiempo t1, t2 .... tn y St.

    Ahora que se han determinado las fuerzas máximas y medias, la carga específica es muy fácil de calcular:

    • Para el área de los cojinetes de casquillo, A = Di ´ B, basado en el diámetro interior del cojinete del casquillo, Di, multiplicado por la longitud del cojinete, B:
    • Para las arandelas de presión, A = 0.25 ' p ' (Do2 - Di2), donde Do y Di son los diámetros exterior e interior respectivamente.
    • Para las superficies de presión de los cojinetes con bridas, A = 0.04 ' p ' (Do2 - Di2), donde Do es el diámetro exterior de la brida y Di es el diámetro interior del cojinete con brida.
    • Para el deslizamiento lineal, A = L ' W, donde L = longitud del material de apoyo W = ancho del material de apoyo.
  • Cómo calcular la velocidad de deslizamiento

    Velocidad de deslizamiento, U, también llamada velocidad, no suele ser tan difícil de calcular, especialmente en aplicaciones que son impulsadas por motores o máquinas. La velocidad genera calor en la interfaz de la superficie del cojinete que, con el tiempo, afectará al rendimiento de este. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será el calor generado. Los períodos muy lentos o con poco movimiento pueden no desarrollar suficiente calor para degradar las propiedades del material del cojinete.

    La velocidad  U, en metros por segundo, se calcula en base al tipo básico de aplicación:

    Rotación continua:

    • Para los cojinetes de casquillo, Di = ID del cojinete de casquillo en mm, N = velocidad del eje, rpm:
    • Para las arandelas de presión, Do = ID de la arandela en mm,Di = ID de la arandela en mm, N = velocidad en rpm:

    Movimiento oscilante:

    • Para los cojinetes de casquillo, Di = ID en mm, N = velocidad de oscilación del eje, cpm:
    • Para las arandelas de presión, Do = OD en mm, Di = ID, N en mm = velocidad de oscilación en cpm:

    Movimiento lineal:

    • Para los cojinetes de casquillo y el deslizamiento lineal, Ls = longitud de carrera lineal en mm, c = tasa de ciclo en cpm:

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