COJINETE DE FRICCIÓN - Definición - Significado

15/10/2010

También denominado cojinete liso o de deslizamiento, es el elemento mecánico capaz de soportar los gorrones de los ejes giratorios, que se caracteriza por un reducido coeficiente de rozamiento, así como por la posibilidad de ser lubricado constantemente o estar dotado de poder autolubricante. Otra característica importante reside en el hecho de que el material del cojinete debe ser más blando que el eje, para evitar el deterioro de éste en el caso de una lubricación defectuosa. En la zona de acoplamiento entre el gorrón y el cojinete existe un rozamiento (por deslizamiento), cuya magnitud puede medirse por medio de un coeficiente, que es función de la velocidad periférica del gorrón, del estado de las superficies, de la temperatura y de la naturaleza de los dos cuerpos en contacto. Normalmente el cojinete va revestido con un material de *antifricción, que sirve para guiar y sostener los órganos giratorios, comúnmente con velocidades y con cargas más bien elevadas. Su función es la de reducir los roces disminuyendo el desgaste y evitar el peligro de *gripado.

En reposo el peso empuja el gorrón contra el cojinete, si bien la untuosidad del aceite evita el contacto directo. En el arranque la excentricidad hace aumentar gradualmente la presión, hasta alcanzar el régimen, en que bajo el efecto de la velocidad, el gorrón flota en el aceite (sustentación hidrodinámica).

Muchas veces los cojinetes de fricción están divididos en dos mitades, llamadas semicojinetes. En otros casos constan de una sola pieza, y entonces se usa más propiamente el término de casquillo, especialmente si se trata de cojinetes de dimensiones relativamente pequeñas.

Los semicojinetes se montan generalmente en correspondencia con los soportes de bancada y en las muñequillas del cigüeñal, en los soportes del árbol de levas, en ciertos ejes del cambio, etc.

En los primeros motores la lubricación se realizaba por caída (gravedad) o por barboteo; sucesivamente se ha ido pasando a la lubricación forzada, sobre todo para los cojinetes sometidos a cargas muy fuertes, como las del cigüeñal.

Los cojinetes de fricción se montan con interferencia en sus correspondientes soportes (partes fijas), mientras que es preciso dejar entre el gorrón y el cojinete un juego o huelgo del orden de 0,03-0,06 mm, para permitir la formación de la película necesaria para la lubricación hidrodinámica.

Al inicio del automovilismo los semicojinetes estaban constituidos por bronce fundido y mecanizado bastamente, sobre el cual se depositaba por colada el material de antifricción, que luego era elaborado y pulido a máquina. A veces, con ocasión de reparaciones, los cojinetes eran Usados a mano.

Actualmente los materiales que más se emplean para la construcción de los cojinetes de fricción son las aleaciones de plomo, de antimonio y el bronce. Los procesos de fabricación están automatizados y con ellos se obtienen elevados grados de precisión y acabado. Los procedimientos más comunes son aquellos que se obtienen a partir de un fleje continuo, con depósito de la aleación de antifricción por fusión o sinterización, sobre el susodicho fleje de acero cuidadosamente preparado por ataque con ácido, pulido mecánico u otro procedimiento que permita una perfecta adherencia del revestimiento. Posteriormente, el fleje es cortado en elementos rectangulares, que se someten a fases sucesivas hasta el escariado final y eventual electrodeposicíón de una capa, generalmente de plomo-estaño, con funciones antioxidantes para el soporte de acero y de protección durante el período de rodaje del semicojinete. Los semicojinetes con protección o molde de bronce son usados muy raramente y casi siempre en motores grandes.

Los cojinetes de fricción deben tener algunas propiedades características. La primera y la más obvia es que exista compatibilidad entre los materiales del cojinete y el órgano en movimiento; en la práctica, esta condición se cumple normalmente, pues basta que los materiales en contacto no sean afines entre sí (por ejemplo, acero con acero).

Además de las presiones específicas, los cojinetes deben resistir el calentamiento, pues si la temperatura de funcionamiento es excesiva, la viscosidad del aceite se reduce y, por consiguiente, el lubricante deja de ejercer su acción soportante. Esto conduce a un contacto directo entre cojinete y gorrón y, en consecuencia, a un mayor calentamiento provocando el gripado y la fusión. Naturalmente, el calentamiento es función del coeficiente de rozamiento característico del material componente del cojinete, de la velocidad de rotación, de las características del acoplamiento, de las posibilidades de refrigeración y de la cantidad de aceite circulante.

Además, los cojinetes de fricción deben permitir que las partículas de suciedad transportadas por el aceite de lubricación sean completamente incorporadas por el metal de antifricción, pues si permanecieran en el exterior dañarían rápidamente el gorrón.

Uno de los signos más evidentes del desgaste de los cojinetes lo constituye la disminución de presión en el circuito de lubricación (indicada progresivamente por el manómetro y sólo en condiciones extremas por el indicador luminoso). Esto se produce cuando existe un juego excesivo entre el gorrón y el cojinete. Naturalmente, la simple disminución de presión no es un síntoma directo; por el contrario, en ciertos casos la rotura de un cojinete lleva a la obturación de los canales de lubricación y, por consiguiente, a un aumento de la presión del aceite, mientras que la disminución puede ser también causada Por un desgaste de la bomba. Una serie de golpes mientras el motor funciona al mínimo 0 a plena potencia es un signo de desgaste excesivo de los cojinetes.

El ruido proveniente de los cojinetes de bancada es característico en cuanto se trata de un sonido sordo y grave, advertible muy claramente cuando el motor funciona a plena carga (acelerador pisado a fondo) y bajo esfuerzo o bajo régimen.

En cambio, el sonido que se manifiesta por un defecto en los cojinetes de cabeza de biela es metálico, resonante y mucho más audible cuando el motor no está sometido a tracción excesiva.

Otro sistema para detectar claramente los inconvenientes de los cojinetes de cabeza de biela consiste en desconectar el encendido sucesivamente de los distintos cilindros del motor. El ruido aumentará en correspondencia con el pistón cuya biela presenta un juego excesivo sobre la muñequilla de manivela o sobre el bulón.

El ruido de los cojinetes del árbol de levas resulta más difícil de detectar; en este caso la frecuencia de los golpes ayuda a la determinación, puesto que la velocidad de rotación es igual a la mitad de la del cigüeñal (en los motores de 4 tiempos).

El examen visual de los cojinetes de bancada o de biela, dispuestos en orden creciente desde el primer cilindro hasta el último, permite en una primera aproximación determinar la causa que ha provocado la avería. Las causas más comunes son en orden de importancia las siguientes: presencia de impurezas en el aceite lubricante, lubricación insuficiente (ya sea por falta de aceite, ya por deterioro del aceite mismo); montaje inadecuado o mal alineamiento de los soportes o de los ejes, sobrecargas y corrosión.

A partir de la investigación estadística sobre las averías de los cojinetes de fricción, se ha obtenido el resultado siguiente:

CausaPorcentaje

presencia de impurezas42,9

lubricación insuficiente15,3

montaje inadecuado13,4

alineación defectuosa 9,8

sobrecargas 8,7

corrosión 4,5

causas indeterminadas 5,4

Las impurezas metálicas presentes en el aceite provocan un rayado en los cojinetes y en los ejes o fusiones parciales a causa de las variaciones de carga en las distintas zonas del cojinete. La suciedad puede ser debida a una mala limpieza de los órganos mecánicos en el momento de su montaje, o a las partículas metálicas que se desprenden durante la fase de rodaje de los engranajes de la distribución o de la bomba de aceite, de los distintos órganos en movimiento alternativo y, en el caso de la caja de cambio junto con el motor, también de las rebabas de los engranajes del cambio. Esto explica la necesidad de la substitución del aceite después de algunos centenares de kilómetros de rodaje.

La lubricación insuficiente provoca efectos distintos según sean los materiales de antifricción. En el caso de metales blancos se tiene un deslizamiento en el sentido circunferencial del metal, que puede llevar a una destrucción completa del cojinete. En el caso de metales rosas, el deslizamiento de la capa superficial va acompañado por un notable calentamiento y se puede llegar a la verdadera fusión, con peligro de rozamiento de todo el cojinete con el eje. Los cojinetes en aleación de aluminio pueden fundirse también, pero difícilmente se adhieren al eje.

La falta de lubricación o una lubricación insuficiente pueden atribuirse a varias causas, entre las cuales las más importantes son:

- falta de aceite en el cárter;

- impulsión de la bomba de lubricación insuficiente, porque está deteriodada o rota;

- funcionamiento defectuoso de la válvula de alta presión, que pone en corto circuito el sistema de lubricación;

- aceite demasiado antiguo o diluido y, por consiguiente, con menor viscosidad;

- arranques invernales con aceleraciones bruscas en frío; en este caso el aceite, poco fluido, provoca fenómenos de cavitación y no es aspirado por la bomba.

Un montaje inadecuado lleva a los mismos inconvenientes o defectos de una mala lubricación; como ejemplo se pueden recordar:

- juego insuficiente entre cojinete y gorrón, que hace que exista una menor cantidad de aceite y, por consiguiente, provoca sobrecalentamiento;

- montaje en posición invertida con oclusión de los canales de lubricación;

- acoplamiento defectuoso: el cojinete se mueve en su apoyo hasta romperse por fatiga.

Las sobrecargas se pueden atribuir generalmente a un mal uso del vehículo, como por ejemplo:

- excesivo funcionamiento al mínimo, pues a baja velocidad el espesor de la capa de aceite es insuficiente y el golpeteo debido a las fuerzas de explosión muy elevado; el perjuicio se manifiesta como fenómeno de separación y desgaste del material de antifricción; el aspecto de los cojinetes es similar al de los corroídos por la acidez del aceite;

- funcionamiento del motor con esfuerzo a plena admisión y bajo número de revoluciones; las fuerzas de explosión son muy elevadas, pero la impulsión de la bomba es insuficiente; sobre el fondo de los cojinetes se manifiesta un arrastre de material e incluso algunas señales de rotura;

- velocidad de rotación excesiva; en este caso son demasiado intensas las cargas de inercia; el fenómeno se manifiesta con rotura y erosión.

La corrosión se presenta como una especie de desgaste en determinadas zonas del cojinete. Fundamentalmente está ocasionada por la formación de ácidos orgánicos en el aceite, que atacan los materiales constituyentes de la antifricción. Esto sucede cuando la ventilación es insuficiente en el cárter, cuando existen fugas a través de los pistones, cuando el aceite no es cambiado periódicamente, etc.

Si se sospecha la existencia de alguna avería en los cojinetes, lo primero que se debe hacer es cerrar inmediatamente el motor y proceder a transportar el vehículo al taller de servicio, donde se evitarán daños mayores.

Una vez localizados los cojinetes defectuosos, se procede a su desmontaje. Una medida previa la constituye el control de las marcas de referencia de las bielas respecto a los cilindros, asi como también de los sombreretes de bancada, para tomar nota de en qué parte se encuentra dicha marca; con ello se evitará invertir las posiciones de los sombreretes o intercambiarlas entre sí. Los cojinetes desmontables son igualmente marcados, para que después se pueda efectuar un examen profundo de los mismos. Es preciso recordar que también se debe examinar el casquillo protector para ver si el acoplamiento era normal.

En cuanto se ha establecido el origen de la avería, se procede a su reparación, que puede obligar a operaciones complejas, tales como el rectificado de las muñequillas del cigüeñal y el escariado de los soportes de bancada. Efectuadas estas operaciones y después de haber comprobado oportunamente el cigüeñal y los apoyos, se seleccionan, entre los varios tipos disponibles de cojinetes de fricción, los que mejor se adaptan para obtener el huelgo de acoplamiento previsto por el fabricante; este valor, como se ha indicado, es del orden de centésimas de milímetro. Se montan después los cojinetes procurando la correspondencia entre las referencias de los mismos y el apoyo del sombrerete, así como entre los agujeros de lubricación del cojinete y las otras partes.

Como control ulterior se mide el huelgo en posición de montaje por medio de un hilo de plástico adecuado, que se coloca entre el eje y el sombrerete antes de efectuar el apriete según los valores de par prescritos. Se levanta después el sombrerete y se mide el aplastamiento sufrido por el hilo, del cual se obtiene el valor del huelgo mediante una tabla de conversión suministrada conjuntamente con el hilo.

Otro método para efectuar esa medición utiliza hojas de latón o de papel calibradas que se insertan entre el eje y el sombrerete antes del apriete. Si el huelgo es correcto, el eje debe poderse mover sólo con esfuerzo notable. Este sistema no resulta muy adecuado para el control en los cojinetes de biela, puesto que pude provocar una deformación de los apoyos.

Cuando ya se han efectuado estos controles, se procede al apriete según los valores establecidos. Valores superiores o inferiores de los pares indicados por el fabricante se traducen en ovalizaciones de los apoyos, con reducción de la duración de los cojinetes de fricción, a causa de la deformación en el orificio de lubricación.

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