FUNDAMENTOS TRIBOLOGÍA

7/25/2019 FUNDAMENTOS TRIBOLOGA.

1/166

Tribologa TEMA N1 201

3

UNIVERSIDAD POPULAR DE NICARAGUAUPONIC.

Ingeniera Electromecnica

Post grado !antenimiento Ind"strial

TRIBOLOGIA

AUTOR:CALIXTO RODRIGUEZ MARTINEZ.

UNIVERSIDAD DE ORIEN#E. CU$A.

0


2/166


3

Docente %acilitador

!sc. Ing. $a&ardo Nar'e(

1


3/166


3

Contenido

TEMA N1. TRIBOLOGA. DEFINICIN. OBJETO OBJETI!O"...................#

INTRODUCCIN...........................................................................................................5

1.1- DEFINICIONES DE LA TRIBOLOGA..............................................................5

1.2- OBJETO DE ESTUDIO Y RAMAS DE LA TRIBOLOGA...............................6

1.3- OBJETIVOS TCNICOS ECONMICOS DE LA TRIBOLOGA..................6

1.4- SISTEMA TRIBOLGICO Y TRIBOTCNICO................................................1.6- TRIBOLOGA E INGENIERA..........................................................................1!

TEMA N $. MECANICA DEL CONTACTO.......................................................11

2.1 I"#$%&'(()*".............................................................................................................11

2.2 M+($% , )($%/%/#$0+ '/$)()+......................................................................11

2.3 C%"#+(#% M+($%/%#$)(%....................................................................................13

2.4 C%"#+(#% M)($%/%#$)(%.....................................................................................15

TEMA NO%.FUNDAMENTO" DE LA FRICCIN EXTERNA............................1&

INTRODUCCIN.........................................................................................................1

3.3 DEFINICIN DE LA FRICCIN.........................................................................17

3.4. -CLASIFICACIN DE LA FRICCIN..............................................................17

3.5. ESTADOS DE FRICCION....................................................................................2!3.7. COEFICIENTE DE FRICCIN ESTATICO.....................................................2

3.1!.- COEFICIENTE DE FRICCION EN UNIONES Y TRANSMISIONES 8ORFRICCION.....................................................................................................................27

3.11.FRICCIN EN FRENOS9 EMBAR:UES Y ACO8LAMIENTOS DEFRICCIN.....................................................................................................................31

3.12. COEFICIENTE DE FRICCIN EN CORREAS Y 8OLEAS.........................33

3.14 FACTORES :UE INFLUYEN EN LA FRICCION SECA..............................33

2


4/166


3

TEMA NO'. FUNDAMENTO" DE LO" (ROCE"O" DE DE"GA"TE............%'

4.1. D)";)(+ &/ &/+#/............................................................................................35

4.2. INDICADORES DEL DESGASTE......................................................................36

4.3. MECANISMOS DEL DESGASTE.......................................................................3

4.4. TI8OS DE DESGASTE.........................................................................................37

TEMA N). # LUBRICANTE" "U" (RO(IEDADE".......................................#*

5.1. CLASIFICACION DE LOS LUBRICANTES....................................................5

5.2. 8RO8IEDADES DE LOS ACEITES LUBRICANTES......................................6!

5.3 ADITIVOS 8ARA LOS LUBRICANTES.............................................................!

5.4. TI8OS DE ACEITES LUBRICANTES...............................................................4

5.5. LUBRICANTES SEMISOLIDOS........................................................................1

5.6. ADITIVOS EN LAS GRASAS..............................................................................5

5.. SUSTITUCION Y ME


5/166


3

TEMA *. GENERALIDADE" DE LO" COJINETE" DE DE"LIZAMIENTO...1)&

. .1 TI8OS DE COJINETES DE DESLI


6/166


3

12.2 TRANSICIN DEL RGIMEN LMITE AL MI>TO...................................133

12.3 C?LCULOS CONVENCIONALES..................................................................134

12.4 C?LCULO DE LOS 8AR?METROS GEOMTRICOS DEL COJINETE........................................................................................................................................134

TEMA 1%.- LUBRICACIN 3IDRODIN4MICA...............................................1%+

13.1 TEORA DE LA LUBRICACIN =IDRODIN?MICA.................................136

13.2. AN?LISIS DE LA TEORA =IDRODIN?MICA..........................................13

13.3 LUBRICACIN =IDRODIN?MICA DE COJINETES DEDESLITA....................................................................................14

14.3 C?LCULO DEL COEFICIENTE DE FRICCIN SECA9 LMITE Y MI>TA........................................................................................................................................14

14.4 C?LCULO TRMICO EN LA FRICCIN SECA Y LMITE.....................14

5


7/166


3

TEMA N1. TRIBOLOGA. DEFINICIN. OBJETO Y OBJETIVOS.

INTRODUCCIN.

)El c"rso de #ri*ologa) constit"&e "n +"nto de +artida +ara los ingenieros ,"e

se oc"+an de los +ro*lemas relacionados con el mantenimiento & re+araci-n

de e,"i+os & m,"inas con el desarrollo & dise/o de sistemas mecnicos con

la selecci-n0 e'al"aci-n & desarrollo de materiales & l"*ricantes.

Los temas ,"e con1orman el c"rso0 de +or s constit"&en c"rsos de +ostgrado

+or lo ,"e el o*2eti'o +rinci+al esta*lecido es introd"cir a los asistentes en la

+ro*lemtica de la tri*ologa a +artir de los a'ances ms recientemente

o*tenidos.

La tri*ologa de sistemas mecnicos es+ec1icos co2inetes0 engranes0 motores

de com*"sti-n interna0 m,"inas 3erramientas0 *om*as & com+resores0 etc.

se *asan en los conocimientos o1recidos en este c"rso de a," la im+ortancia

del mismo.

Se plantea que uno de los problemas de la Tribologa es la introduccin de sus logros en la

prctica de ingeniera; queda pues en sus manos la solucin de esta problemtica.

1.1- DEFINICIONE" DE LA TRIBOLOGA.

La conce+ci-n & el t4rmino de la tri*ologa se dio a conocer en Londres en

5677 +or el +ro1esor Peter 8ost.Este neologismo +ro'iene de las +ala*ras griegas

TRIBO" 5 FRICCIN LOGO" 5 E"TUDIO

La tri*ologa se de1ine como

9 Ciencia & #4cnica de las s"+er1icies en contacto & con mo'imientos

relati'os. :P. 8ost.;

9 Disci+lina cient1ico9t4cnica ,"e +ermite la in'estigaci-n & 'ariaci-n de

los +rocesos ,"e s"rgen en las s"+er1icies en contacto & con mo'imientorelati'o. :G. %leisc3er.;

6


8/166


3

9 Disci+lina cient1ico9t4cnica ,"e in'estiga la 1ricci-n0 el desgaste & la

l"*ricaci-n 'italmente im+ortante +ara el dise/o0 1a*ricaci-n & "tili(aci-n+ractica de c"al,"ier sistema con elementos de mo'imientos. :Pros+ect"s0

Ind"strial #ri*olog& Instit"te Ne< =or> 56?5;

1.$- OBJETO DE E"TUDIO RAMA" DE LA TRIBOLOGA.

De ac"erdo a las de1iniciones dadas el o*2eto de est"dio de la tri*ologa se+"ede di'idir en dos direcciones9 Como Ciencia Est"dio de los +rocesos 1sicos0 ,"micos0 mecnicos0

*iol-gicos0 t4rmicos0 etc. ,"e s"rgen en las s"+er1icies de ro(amiento.

9 Como #4cnica Est"dio de los +ro*lemas relacionados con materiales0dise/o0 constr"cci-n0 l"*ricaci-n0 e@+lotaci-n0 mantenimiento0 etc. de lossistemas tri*ol-gicos.

El am+lio cam+o de est"dio de la tri*ologa & s" desarrollo en los ltimos a/os3a 3ec3o necesario s" di'isi-n en di1erentes ramas.T6i7o8ien8i9.9 Constit"&en el 1"ndamento cient1ico de la tri*ologa a*arca la1sica0 ,"mica0 mecnica de 1l"ido0 ciencia de materiales0 matemtica0 etc. delas s"+er1icies de ro(amiento.

T6i7ot;8ni89.- Com+rende los +ro*lemas relacionados con el dise/o0materiales0 l"*ricaci-n de los sistemas mecnicos desde el +"nto de 'ista de la1ricci-n & el desgaste.

T6i7ote8no9.- Est"dia la incidencia de la 1ricci-n & el desgaste en los+rocesos de ela*oraci-n de materiales.

T6i7oe?@


9/166


3

En la act"alidad los o*2eti'os t4cnicos9econ-micos de la tri*ologa son

A=ORRO DE ENERGA.

Prod"cto de la 1ricci-n en las "niones de ro(amiento se cons"me alrededor del

B9 de la energa generada en el m"ndo.

La dismin"ci-n de la 1ricci-n es la 'a directa +ara el a3orro energ4tico.

El incremento de la d"ra*ilidad de las "niones de ro(amiento constit"&e la 'a

indirecta en el a3orro de energa al dismin"ir el cons"mo energ4tico en la

1a*ricaci-n &Fo rec"+eraci-n de los elementos de m,"inas.

A=ORRO DE MATERIALES Y MATERIAS 8RIMAS.

El agotamiento de las 1"entes nat"rales de materias +rimas & las e@igencias

t4cnicas de las n"e'as m,"inas constit"&en el acicate +ara el esta*lecimiento

de este o*2eti'o.

Las 'as 1"ndamentales +ara dar c"m+limiento a este o*2eti'o son

9 Incremento de la resistencia al desgaste de los sistemas tri*ol-gicos.

Recordar ,"e el ? 9 6 de los elementos de ,"e se s"stit"&en en las

m,"inas se de*e al desgaste.

9 Uso de materias +rimas a*"ndantes.

9 Constr"cci-n de elementos de m,"inas de +oco +eso.

9 Selecciones adec"adas de materiales & +rocesos tecnol-gicos.

E>8LOTACIN 8TIMA DE LOS SISTEMAS TRIBOLGICOS.

El c"m+limiento de este o*2eti'o e'ita considera*le gasto de materiales &

l"*ricantes costosos tra*a2os de re+araci-n & grandes +erodos de tiem+o

im+rod"cti'o en la ind"stria.

Est"dios reali(ados en di1erentes +ases +ermiten com+render ms claramente

los o*2eti'os +lanteados anteriormente

In'estigaciones reali(adas en el Canad d"rante el a/o 56? dem"estran la

alta incidencia de los +rocesos de 1ricci-n & desgaste tienen en los di1erentes

sectores ind"striales as como el +osi*le a3orro ,"e se +"ede lograr con la

a+licaci-n de la tri*ologa :ta*la 5.5 & 5.;

8


10/166


3

T++ 1.1.-Prdidas energticas producto de la friccin y posible economa!

"ector econmico! Prdida de energa! Posible economa!

M)%"/.

M)%"/. #ndustria Papelera! .1 1!5.!! 2!.2 21.3!

$gricultura! 16. 321.!! 32.4 1!4.1!%errocarril! 5!.6 23.!! 6 175.!!

%orestal! 22. 11!.!! 2!.1 22.2!&inera! 22.3 211.5! 12. 2.1!

$utomotores! 1.5 126.1! 24. 31.3!

T++ 1.2.-'astos en reparacin producto el desgaste y posible economa (anad) 1*84!

"ector econmico! 'astos en reparacin! Posible economa!

M)%"/.

M)%"/. #ndustria Papelera! 54.5 31.5! 26.3 1!!.3!

$gricultura! 1.5 74!.!! 24. 232.5!%errocarril! 23.1 466.! 36.1 16!.5!

%orestal! 51.! 15.!! 22. 36.1!$utomotores! 42.! 6!.1! 1.5 157.!!

1.'- "I"TEMA TRIBOLGICO TRIBOTCNICO.S)#/+ #$)%*)(%+s un sistema natural o artificial de elementos materiales, por lo menosdos, donde se presenta la friccin y en casos e-tremos el desgaste! .%igura 1!2/

F)'$+ 1.2-+suemas de sistemas tribolgicos! 1 y 2 (uerpos de roamiento! 3 (ontaminante! 4 &edio!

S)#/+ T$)%#(")(% "istema particular o grupo funcional en el cual ay arias uniones deroamientos y ue tiene la funcin de transmitir energa yo moimiento! n eemplo sencillode sistema tribotcnico es un reductor de elocidad!

D"rante el est"dio de "n sistema tri*ol-gico es necesario de1inir "na serie de

+armetros ,"e +ermita identi1icarlo +lenamente los datos & +armetros se

recogen en las )3o2as de datos) la c"al se m"estra a contin"aci-n.

*


11/166


3

=OJA DE DATOS1! D/"%)"+()*" &/ )#/+ #$)%*)(%.2! F'"()*"&/ )#/+ #$)%*)(%3! E'/+ &/ )#/+ #$)%*)(%4 D/($)()*" /#$'(#'$+!

9 %orma c"er+o 5 &

9 !acrogeometra c"er+o 5 &

9 !icrogeometra c"er+o 5 &

9 !ateriales & +ro+iedades c"er+o 5 &

9 Contaminante

9 !edio

58$%)/&+&/ &/ +$

9 #i+o de contacto :s"+er1icial0 lineal0 +"nt"al;.

9 #i+o de 1ricci-n :desli(amiento0 rodamiento0 com*inado;.

9 Estado de 1ricci-n :seco0 l"*ricado;.

9 Grado de rec"*rimiento.

9 H"elgo.

6!C%"&)()%"/ &/ #$++@%

9 #i+o de mo'imiento :traslaci-n0 rotaci-n0 reci+rocante;.

9 Carcter del mo'imiento :estacionario0 m-'il;.

9 Velocidad relati'a :desli(amiento0 rotaci-n;.

9 !agnit"d de la carga normal.

9 Presi-n

9 Carcter de la carga :constante0 'aria*le0 im+acto;.

9 #em+erat"ra de tra*a2o.

7C%%$#+)/"#% $)(()%"+!

9 %"er(a de 1ricci-n.

9 !omento de 1ricci-n.

9 #ra*a2o o Energa de 1ricci-n :e1iciencia;.

9 Coe1iciente de 1ricci-n.

9 Recorrido de 1ricci-n.

10


12/166


3

9 !agnit"d del desgaste.

9 #i+o de desgaste.

9 Diagrama del desgaste.

1.+- TRIBOLOGA E INGENIERA.

9os engranes: cadenas de traccin y transmisin: coinetes de desliamiento yrodamiento: transmisiones por tornillo sin fin: transmisiones por friccin: leas: guas:embrague de friccin: frenos: acoplamientos de friccin: empauetaduras y sellos:impelentes: etc! son elementos de m)uinas de antigua e-istencia pero a pesar de ellolos ingenieros mec)nicos no basan sus c)lculos en criterios tribotcnicos con el obetiode incrementar su capacidad de trabao: eficiencia: fiabilidad y durabilidad!

D"rante el dise/o tri*ot4cnico se de*e tener en consideraci-n los sig"ientes

as+ectos

1!La friccin como fuente de: Prdida de energa mec)nica! (alentamiento de las superficies de roamiento! ;ibraciones y ruidos!

2!El desgaste como factor que:

Cam*ia la macro & microgeometra de los c"er+os.

Dismin"&e la resistencia mecnica de las +ie(as.

Incrementa el cons"mo de materias +rimas & materiales.

Genera +rod"ctos sec"ndarios.

3!La lubricacin como:

%orma ms sim+le +ara minimi(ar la 1ricci-n & el desgaste.

Agente re1rigerante en los +rocesos de 1ricci-n.

Posi*le contaminante del medio e@terior.

11


13/166


3

TEMA N 2. MECANICA DEL CONTACTO.$.1 Int6od88in.

Los +rocesos tri*ol-gicos de+enden de la calidad de s"+er1icial de los c"er+osen contacto entendi4ndose como tal las caractersticas macro &microgeom4tricas0 las +ro+iedades 1sicas0 ,"micas & mecnicas de las ca+ass"+er1iciales.

El nmero & dimensiones de los +"ntos de contacto real determina la magnit"d

& tiem+o de interacci-n de las microirreg"laridades s"+er1iciales0 la magnit"d

de la +resi-n real & +or lo tanto el carcter de1ormacional de las ca+as

s"+er1iciales0 todo lo c"al in1l"&e en la magnit"d de la 1ricci-n & el desgaste La

mecnica del contacto se oc"+a del est"dio de los +"ntos de contacto0 s"

estado tensional & de1ormacional lo ,"e constit"&e la *ase +ara el anlisis de

los +rocesos s"+er1iciales ,"e se +rod"cen d"rante el mo'imiento relati'o de

los c"er+os en contacto.

$.$ M986o i86o=eoet6>9 @e6i8i9


14/166


3

Las ond"laciones tecnol-gicas se de*en en lo 1"ndamental a ins"1iciente

rigide( & 'i*raciones de *a2a 1rec"encia del sistema m,"ina9so+orte93erramienta :!SH;. Son irreg"laridades ,"e se re+iten +eri-dicamente de

1orma reg"lar0 la relaci-n +aso 9 alt"ra J K S F H K 5.

Rugosidad superficial.

Las r"gosidades s"+er1iciales o as+ere(as se de*en a la geometra de la

3erramienta de corte el desgaste de la misma0 'i*raciones del sistema !SH

del r4gimen de ela*oraci-n em+leado a las +ro+iedades del material de la

3erramienta & de la +ie(a. Son irreg"laridades con SFH K J.

Las caractersticas 1"ndamentales de la r"gosidad s"+er1icial son

adio de los picos 10 20 m! . en ocasiones 50 m/! Pendiente respecto al plano oriontal! 5 10 !

Los +armetros geom4tricos de la r"gosidad s"+er1icial se enc"entranesta*lecidos +or las normas 'igentes de cada +as.

%ig! 2!1 Perfilograma superficial!

9nea media .&& /

#iene la 1orma del +er1il geom4trico nominal :s"+er1icie nominal; & di'ide el

+er1il real de tal modo0 ,"e dentro de la longit"d *ase :L;0 la s"ma de los

c"adrados de las des'iaciones del +er1il : =50 =0 =B0 = ; es mnima.

D/)+()*" /&)+ +$)##)(+ HR+.

13


15/166


3

Es el 'alor medio de la distancia del +er1il e1ecti'o o real a la lnea media.

>a9

y d-= 1

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2!1

o a+ro@imadamente

>an

yi

n

==

1

1

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2!2

$ltura m)-ima de las microirregularidades! .>ma- o >t/!

+s la distancia entre la linea del perfil de las crestas .$1: $2/ y la lnea de los alles.?1: ?2/!

$ltura de la microirregularidades en 10 puntos! .> /! +s la altura media de las cinco crestas m)s altas y los cinco alles m)s profundos: traada

desde una lnea paralela a la lnea media y ue no intercepte el perfil real!

$ltura m)-ima de la cresta o alle/ .>p/!+s la altura desde la lnea media al punto m)s aleado de las crestas y alles!

>adio medio de curatura de las crestas! .>/!+ste se determina como promedio de los radios de las cinco crestas m)s altas en los lmites

de la longitud base!

La relaci-n entre las caractersticas de e@+lotaci-n de los elementos de

m,"inas & las caractersticas geom4tricas de la s"+er1icie se dan en la #a*la

.5.

R+ 6 R+ R 3 R+. R 1.25 R+. 1.2 R+.

$.% Cont98to M986o=eo;t6i8o.En el dise/o de elementos de m,"inas el ingeniero est acost"m*rado atra*a2ar con el rea de la secci-n trans'ersal donde actan las tensiones

'ol"m4tricas :traccci-n0 com+resi-n0 torsi-n0 1le@i-n0 etc.; sin em*argo en los+rocesos de 1ricci-n & desgaste los 1en-menos se +rod"cen en las ca+ass"+er1iciales & +or lo tanto el estado tensional & de1ormacional se de*e deanali(ar en este ni'el lo ,"e trae +or consec"encia la introd"cci-n de losconce+tos de reas de contacto.

T++ 2.1.- >elacin entre las caractersticas geomtricas de la superficie de e-plotacin!

C+$+(#/$0#)(+ &/ /%#+()*" C+$+(#/$0#)(+ /%#$)(+>a > >ma- "m > tp

%riccin seca @ A A @ @ @%riccin de superficies lubricadas @ A A @ A @

14


16/166


3

>esistencia al desgaste A A A A @ @Bransferencia selectia A A A A A A>esistencia a la fatiga A A @ A>igide del contacto A A A A @ @

@&)-ima influencia! A+-iste influencia!

En la %ig"ra . se m"estra la estr"ct"ra de la s"+er1icie de contacto0 los

+"ntos corres+onden al contacto real es o*'io ,"e el contacto es discreto &

est no "ni1ormemente distri*"ido0 Las ond"laciones & r"gosidades

s"+er1iciales de1inen el contacto de los c"er+os s-lidos esta sit"aci-n 3a

de1inido ,"e en la mecnica del contacto se consideren di1erentes reas

%ig!2!2(ontacto de las superficies!

Crea nominal de contacto .$n&acrogeometra /! Crea real de contacto . $r &icrogeometra a niel de aspereas /! Crea de (ontorno .$c &icrogeometra a niel de ondulaciones/:

?$/+ "%)"+ &/ (%"#+(#% HA" "e corresponde con las dimensiones geomtricas de loscuerpos y su elasticidad, se determina por las conocidas e-presiones de Dert

?$/+ $/+ &/ (%"#+(#% HA$ +s la suma de las )reas de las aspereas en contacto, $r$a9a magnitud del )rea real depende de la carga: propiedades de los materiales: tipo dedeformacin y la rugosidad superficial!

?$/+ &/ (%"#%$"% HA( +l contacto entre las aspereas se produce en determinada ona:la suma de estas onas define el )rea de contorno $c E ."1A "2A "3A !!! A "n/

9a relacin entre las diferentes )reas esA$/+ $/+ A$

H!.!1K!.1! A". A$/+ &/ (%"#%$"% A(

H5K15 A".

El rea nominal de contacto en el caso de contacto de s"+er1icies +lanas es el

rea so*re la c"al los c"er+os entran en contacto considerando la s"+er1icieidealmente +"lida :sin as+ere(as;. En al caso de c"er+os con s"+er1icies

c"r'as es el rea so*re la c"al dos c"er+os idealmente +"lidos del mismo

15


17/166


3

contorno tienen el contacto en estos casos en la determinaci-n del rea se

considera la geometra de los c"er+os las +ro+iedades mecnicas de losmateriales & la carga a+licada.

$.' Cont98to Mi86o=eo;t6i8o.

+l tipo del microcontacto depende de los materiales y rugosidad de los cuerpos en contacto: dela cinem)tica de la unin y del estado tensional!

.- "egFn la rugosidad superficial!

a;.9 Contacto r"goso 9 liso. %ig"ra .?

"e produce cuando > a 2 > a 1G 4 5 cuando la relacin de durea D?2 D?1G 2 3! Para losc)lculos se considera las microdesiaciones del cuerpo duro y las propiedades mec)nicas delcuerpo blando

%ig! 2!8 (ontacto rugoso liso!

*;.9 Contacto r"goso 9 r"goso.

Se +rod"ce c"ando se c"m+len las sig"ientes relaciones

D?

D?

2

1H 2

>

>

a

a

2

1H 4

>

>

1

2H 10

%ig! 2!* (ontacto rugoso rugoso!

+n este caso se considera la rugosidad superficial y las propiedades de ambos cuerpos!

.- "egFn la cinem)tica de los cuerpos!

a/! Par directo: cuando el cuerpo de material duro se desplaa respecto al cuerpo de materialblando .%ig!2!11/ D1G D2

16


18/166


3

%ig! 2!11 Par directo!

*;.9 Par in'erso0 c"ando el c"er+o *lando se desli(a res+ecto al c"er+o d"ro

:%ig. .5;

D1H D2

%ig! 2!12Par inerso!

Desde el +"nto de 'ista de la 1ricci-n & el desgaste el +ar in'erso es el ms

1a'ora*le a"n,"e tecnol-gicamente no siem+re es +osi*le.

.- "egFn el estado tensional!

a;.9 Contacto elstico.

Se +rod"ce c"ando las tensiones normales en los +"ntos de contacto no

so*re+asan el lmite de 1l"encia de las ca+as s"+er1iciales.

(apa deformada 3 5 m! "e produce para >a 0!16 m .metales/ o sea: acabado de bruIido:

lapeado: espeo!

*;.9 Contacto +lstico.

(uando las tensiones normales en todas las aspereas sobrepasan el lmite de fluencia de lascapas superficiales! (apa deformada 17 58 m! "e produce 0!16 H >aH 2!5 m

c;.9 Contacto elasto 9 +lstico.

(uando e-isten aspereas deformadas el)sticamente y otras pl)sticamente!

17


19/166


3

d;.9 !icrocorte.

C"ando las as+ere(as del c"er+o ms d"ro +enetran en las ca+as s"+er1icialesdel c"er+o *lando +rod"ciendo con "na sola interacci-n el corte s"+er1icial.

9a definicin del estado el)stico o pl)stico en las capas superficiales se define por el conocido"&)(/ &/ +#)()&+&. H

18


20/166


3

=

+

D?

>

>

@ !0 5

( ) ( )+

+ +@ =

+

1

12

2

22

1 1

Para metales"i H 0!6 deformacin el)stica! "i G 1!0 deformacin pl)stica

Para polmeros"i H 1:8 deformacin el)stica! "i G 2:6 deformacin pl)stica!

TEMA NO3.FUNDAMENTOS DE LA FRICCIN E>TERNA

INTRODUCCIN.

La +rimera a+licaci-n +rctica de la 1ricci-n se remonta a la +re3istoria

c"ando el 3om*re +rimiti'o o*t"'o 1"ego 'ali4ndose de la trans1ormaci-n de

la energa cin4tica en calor. La introd"cci-n de la r"eda en los carros de la

antigedad & el "so de s"stancia l"*ricantes en s"s e2es +ara minimi(ar el

tra*a2o re,"erido +ara el trans+orte de cargas +esadas se remonta a ms deB a/os estos 3ec3os dem"estran la incidencia de la 1ricci-n en el

desarrollo social.

La im+ortancia de la 1ricci-n en la 'ida act"al ,"eda demostrada +or las

sig"ientes a+reciaciones

Alrededor del B de la energa generada en el m"ndo se gasta en'encer la 1ricci-n en los sistemas mecnicos. La red"cci-n de la 1ricci-n

en estos casos es "n +ro*lema act"al de los ingenieros c"&a sol"ci-nse +"ede lograr +or medio de "n adec"ado dise/o desarrollo de n"e'osmateriales o la a+licaci-n de l"*ricantes de ma&or calidad.

9 Por otro lado no de*emos ol'idar ,"e en m"c3os casos de la 'ida & dela +rctica de ingeniera es necesaria la 1ricci-n as el sim+le +rocesode caminar & de agarrar con las manos e@ige "n 'alor determinado de la1ricci-n. Altos 'alores del coe1iciente de 1ricci-n son e@igidos ensistemas mecnicos tales como 1renos0 em*rag"es & aco+lamientos de

1ricci-n0 etc.


21/166


3

Estas dos sim+les a+reciaciones dem"estran la e@igencia 3acia losingenieros de conocer los 1en-menos de la 1ricci-n & s" 1orma demani1estarse.

3.2. NATURALE


22/166


3

FnFn

+

%ig. B. Com+onentes de la 1ricci-na.9 Com+onente ad3esi'a. *.9 Com+onente mecnica.

Prod"cto de la carga e@terior & como res"ltado de la di1erencia de las+ro+iedades 1sico 9 mecnica de los c"er+os en contacto & de lascaractersticas de la microgeometra s"+er1icial se +rod"ce la +enetraci-n dela as+ere(a del c"er+o ms rgido en la s"+er1icie del c"er+o menos rgido:%ig. B. *;. D"rante el mo'imiento relati'o las as+ere(as d"ras de1orman"na 1ina ca+a del c"er+o *lando0 lo ,"e re+resenta "na resistencia almo'imiento. +ste proceso se conoce como la componente mec)nica o deformacional de lafriccin!

De tal 1orma lo +lanteado anteriormente se +"ede e@+resar como

% % % f f f % mec ad! mec ad!= + = +! !, :B.;

Una condici-n *sica +ara ,"e e@ista la 1ricci-n e@terna es ,"e la resistencia

mecnica de las ca+as s"+er1iciales sea menor ,"e la resistencia de las

ca+as internas de*e e@istir "n gradiente +ositi'o de las +ro+iedades

mecnicas 3acia el interior del c"er+o.

%.% DEFINICIN DE LA FRICCIN.

En el idioma es+a/ol se "tili(an di1erentes t4rminos +ara de1inir la

interacci-n de los c"er+os en contacto0 as se em+lea la +ala*ra )1ricci-n)

,"e signi1ica acci-n & e1ecto de 1riccionar o restregar o lo ,"e es lo mismo

+asar con 1"er(a "n o*2eto so*re otro +ara dar a este calor0 lim+ie(a &

tern"ra.

#4cnicamente la 1ricci-n se +"ede de1inir desde dos +"ntos de 'ista


23/166


3

E"%'/ /"/$#)(%. La 1ricci-n es la trans1ormaci-n de la energamecnica al inicio0 d"rante & 1in del mo'imientorelati'o de dos c"er+os en contacto.

E"%'/ /(;")(% La 1ricci-n es la 1"er(a ,"e se o+one al mo'imientorelati'o de dos c"er+os en contacto siem+re ,"ee@ista el mo'imiento o c"ando e@istan 1"er(as ,"etienden a +rod"cir el mo'imiento.

%.'. -CLA"IFICACIN DE LA FRICCIN.

Para la clasi1icaci-n de la 1ricci-n nos a"@iliaremos de tres indicadores

5. 9Segn condiciones de contacto %ricci-n esttica %ricci-n dinmica

%ricci-n de c3o,"e

. 9Segn cinemtica del contacto %ricci-n de

desli(amiento %ricci-n de rodamientoB. 9Segn el estado de contacto . %ricci-n seca :sin

l"*ricante; . %ricci-n con l"*ricante.

F$)(()*" /#;#)(+ P4rdida de energa mecnica al inicio & 1in del mo'imientorelati'o tangencial. La 1ricci-n esttica es de gran inter4s

+ara la constr"cci-n de las "niones tri*ot4cnicas inm-'ileso con +e,"e/os des+la(amientos como son "niones +orinter1erencia0 roscadas0 transmisiones +or 1ricci-n0 1renosaco+lamientos de 1ricci-n0 etc.

F$)(()*" &)";)(+ P4rdida de energa mecnica d"rante el mo'imientorelati'o tangencial o normal0 son caracterstica de losco2inetes0 sellos0 transmisiones +or r"edas dentadas0m,"inas de +ist-n0 g"as0 etc.

F$)(()*" &/ (%'/ P4rdida de energa mecnica d"rante el inicio & 1in delmo'imiento relati'o normal.

F$)(()*" &/ &/)+)/"#% %ricci-n d"rante el mo'imiento relati'o de dosc"er+os en los c"ales la 'elocidad de los c"er+os


24/166


3

en los +"ntos de contacto es di1erente en magnit"d& sentido o en magnit"d o en sentido. Escaracterstica de los co2inetes +lanos dedesli(amiento0 g"as0 1renos0 transmisiones +or1ricci-n0 "ni-n +ist-n9cilindro0 etc.

F$)(()*" &/ $%&+)/"#% %ricci-n d"rante el mo'imiento relati'o de dosc"er+os en los c"ales la 'elocidad en los +"ntos de

contacto son ig"ales en magnit"d & direcci-n.

%.#. E"TADO" DE FRICCION.

En de+endencia del ti+o de "ni-n tri*ol-gica el ingeniero +"ede +lantearse

los sig"ientes o*2eti'os desde el +"nto de 'ista de la 1ricci-n.

8$)/$% O*tener "n alto coe1iciente de 1ricci-n como "na 'a +ara lograr"n 1"ncionamiento adec"ado de la "ni-n tri*ol-gica.

S/'"&% Lograr "n *a2o coe1iciente de 1ricci-n con "na 'a del a3orroenerg4tico.

El c"m+limiento de los o*2eti'os antes +lanteados se +"ede lograr +or

di1erentes 'as siendo "na de ellas el em+leo o no de s"stancias l"*ricantes

en de+endencia de ello se +"ede esta*lecer dos estados de 1ricci-n a;

1ricci-n seca *; 1ricci-n con l"*ricante.

3.5.1. ESTADO DE FRICCION SECA.

Es caracterstico de "niones de ro(amiento donde se necesita la o*tenci-n

de "n alto coe1iciente de 1ricci-n o en a,"ellas "niones donde el l"*ricante

+"ede in1l"ir negati'amente en el +roceso & calidad del +rod"cto a +rod"cir.

El modelo 1sico de la 1ricci-n seca se m"estra en la %ig. B.B.


25/166


3

%ig!3!3! &odelo fsico de la friccin seca!1 y 3 cuerpos slidos, 2! capa de contaminante!

En el estado de 1ricci-n seca o no l"*ricada se disting"en dos sit"aciones.

a; %ricci-n lim+ia.9 Es el estado de 1ricci-n donde los c"er+os s-lidosestn en contacto directo :sin la ca+a de contaminante;. Este estadose enc"entra +oco en la +rctica ind"strial la magnit"d del coe1icientede friccin .f G 0!8/ pudiendo llegar a alores muy altos f E 10!

*; %ricci-n seca.9 Este estado es el ms "s"al en la +rctica ind"strialc"ando no se "tili(a l"*ricantes0 las s"+er1icies de los c"er+os s-lidosse enc"entran c"*iertas de "na s"stancia contaminante :'a+or de

ag"a0 3"medad0 ca+as de -@idos0 etc.;. El coe1iciente de 1ricci-n 'araen el rango f E 0:10 J 0:8!

3.5.2 ESTADO DE FRICCION CON LUBRICANTE.

C"ando se desea dismin"ir el coe1iciente de 1ricci-n como "na 'a +ara

lograr a3orro energ4tico e incrementar la 'ida til de los elementos de

m,"inas0 el camino ms sencillo es la adici-n de s"stancias l"*ricantes

entre los c"er+os s-lidos en contacto.


26/166


3

En de+endencia del estado 1sico de las s"stancias l"*ricantes se disting"en

los sig"ientes ti+os de 1ricci-n l"*ricados l,"ida0 semis-lida0 s-lida &

gaseosa.

D"rante la 1ricci-n l,"ida se +"eden disting"ir los di1erentes regmenes de1ricci-n :1ig. B.; a +artir de la conocida c"r'a de Stri*ec> simplificada!

%ig. B.. 9 Regmenes de 1ricci-n. C"r'a de Stri*ec>.1. F6i88in LiiteH $.F6i88in i?t9H % '.F6i88in F


27/166


3

3idrodinmica; +ero de*ida a las grandes +resiones se +rod"ce en lasca+as s"+er1iciales de1ormaciones elsticas. La magnitud del coe1iciente de1ricci-n 'aria en el rango de f E 0:01 0:10!

F$)(()*" M)#+.


28/166


3

La1ricci-nlmite selogratam*i4nc"andose"tili(angrasas l"*ricantes o l"*ricantes s-lidos. La magnit"d del coe1iciente de

1ricci-n +"ede 'ariar en el rango f E 0:03 J1!

D"rante el arran,"e & +arada de "na "ni-n ,"e tra*a2a *a2o "n r4gimen de

1ricci-n 3idrodinmica se +rod"cen al inicio & 1inal segn sea el caso 1ricci-n

lmite seg"ida +osteriormente +or la 1ricci-n mi@ta. Esto e@+lica la e@istencia

del desgaste en estas "niones.

3.6 FRICCION SECA.

Desde el +"nto de 'ista de ingeniera la 1ricci-n seca tiene im+ortancia +ara

las "niones mecnicas ,"e tra*a2an *a2o el +rinci+io de la 1ricci-n como son

las transmisiones +or r"edas de 1ricci-n0 +or correas & +oleas los

em*rag"es & aco+lamientos de 1ricci-n los 1renos las "niones roscadas &

+or inter1erencia las g"as0 etc.

#am*i4n e@isten casos donde las "niones m-'iles0 como co2inetes de

desli(amiento g"as0 artic"laciones0 etc. de*en tra*a2ar en "n estado de

1ricci-n seca +rod"cto de ,"e los l"*ricantes +"eden contaminar el +rod"cto

,"e se ela*ora o las tem+erat"ras de tra*a2o son tan altas ,"e ningnl"*ricante las so+orta.

3.6.1.-F$)(()*" /(+ /" '/$)()/ /#;)(+.

Desde el +"nto de 'ista de la ingeniera la 1ricci-n seca esta constit"ida +or

tres elementos o c"er+os :%ig. B.B;. Los c"er+os s-lidos & el contaminante

:el c"al no 3a sido introd"cido deli*eradamente;.

El contaminante +"ede ser (apas de -ido o sulfatos! ;apor de agua! Pelculas lubricantes!

+n la %ig!3: 8 se muestra el esuema de una superficie contaminada

F). 3..-F$)(()*" 0)#/. 1 , 2 ('/$% *)&%9 3 /0('+ '$)(+"#/.


29/166


3

F).3..- R/$//"#+()*" $;)(+ &/ '"+ '/$)()/ (%"#+)"+&+1. (++ &/ +. 2. (++ &/ '$)(+"#/9 3. (++ &/ %)&%.4. (++ &/%$+&+9 5. (++ +#/$)+ +/.

Antes de iniciar el anlisis *asta decir ,"e e@+erimentos reali(ados so*re

s"+er1icies metlicas com+letamente lim+ias o sea sin la ca+a de

contaminante dieron 'alores del coe1iciente de 1ricci-n 1 5J & en alg"nos

casos 3asta 1 5 esos mismos materiales sometido a la acci-n

atmos14rica +resentaron 1 K 5 de a," la im+ortancia de la e@istencia de "na

ca+a contaminante.

La ca+a de contaminante est constit"ida +or +elc"las de -@ido +rod"cida+or la reacci-n del o@geno del aire con el metal. La 1ormaci-n de esta ca+ade -@ido es r+ida & de+ende de la tem+erat"ra as en menos de J min"tosa tem+erat"ra am*iente se +"eden 1ormar ca+as de es+esor 5Ao enmetales tales como %e0 C"0 Al.

Las +ro+iedades 1sico9mecnicas de la ca+a de -@ido di1ierenconsidera*lemente de las +ro+iedades del metal *ase as la relaci-n ded"re(a entre el -@ido de co*re :C"O; & el co*re es de 507 entre el -@ido de(inc :MnO; & el (inc0 es de 707 entre el %e2O3& el acero es de J 'eces.

Como se a+recia las ca+as de -@ido +resentan altas d"re(a & 1ragilidad0 laresistencia de la ca+a de -@ido en la s"+er1icie de ro(amiento de+ende engrado considera*le de la relaci-n de d"re(a -@ido9metal. Si la ca+a de -@ido

tiene "na alta d"re(a en com+araci-n con el metal *ase :s"* ca+a; ellar+idamente se destr"&e *a2o la acci-n de la 1ricci-n de*ido a s" 1ragilidad0


30/166


3

tra&endo +or consec"encia en incremento del desgaste como es el caso dealeaciones de al"minio0 donde Al2O39 :HV; & Al :HV;.

En el caso de ca+as de -@ido con d"re(a similares al metal *ase :como el

co*re; esta tiene ma&or resistencia mecnica & *a2o la acci-n de cargas la

ca+a de -@ido se de1orma con2"ntamente en la s"*ca+a del metal *ase.

La resistencia mecnica de las ca+as de -@ido se dismin"&e con el a"mentode s" es+esor e@istiendo "n es+esor crtico +ara el c"al la resistencia es

mnima.

La ca+a de gas a*sor*ida +resente como +rinci+ales constit"&entemol4c"las de 'a+or de ag"a & de o@geno esta +elc"la es del orden de BA oc"ando la 3"medad relati'a es alta es +osi*le +elc"las de ma&or es+esor.

Las +elc"las de l"*ricante se 1orma de*ido a la a*sorci-n de mol4c"las de

l"*ricantes ,"e se enc"entran en s"s+ensi-n en la atm-s1era0 : so*re todoen la ind"stria ; o +rod"cto del l"*ricante "tili(ado d"rante la ela*oraci-nmecnica de la +ie(a o grasa nat"ral +ro'eniente de las manos de loso+erarios esta ca+a es del orden de BAo : B@57cm ;.

La e@istencia de estas ca+as de contaminante 3acen ,"e el coe1iciente de1ricci-n sea m"& +e,"e/o en com+araci-n con s"+er1icies lim+ias o seadonde no e@ista ningn contaminante sit"aci-n ,"e re+erc"te directamente

en el desgaste de los elementos de m,"inas si consideramos a la 1ricci-ncomo la ca"sa del desgaste.

3.6.2. F$)(()*" /(+ /" '/$)()/ "%-/#;)(+.

Los no9metales +resentan di1erencias marcadas en relaci-n a los metales. El

+ro*lema de la contaminaci-n de las ca+as s"+er1iciales de los no9metales

es menos im+ortante no se +rod"ce el 1en-meno de la o@idaci-n & las

di1erentes +elc"las a*sor*idas ,"e +"ede en ciertas condiciones tener "n

e1ecto signi1icante +or lo general no altera las +ro+iedades 1riccionales de los

no9metales.


31/166


3

D"rante la 1ricci-n seca de "n +ar de ro(amiento constit"ido +or no9metales

el coe1iciente de 1ricci-n cinemtico 'ara 1 0.B0 mientras ,"e el

coe1iciente esttico 1o070. El da/o de las s"+er1icies es m"c3o menor

,"e en los +ares metlicos.

C"ando el +ar de ro(amiento esta constit"ido +or "n no9metal & "n metal0 la

1ricci-n tiende a com+ortarse como la de dos no9metales de*ido a ,"e las

+artc"las de desgaste del no9metal : material ms *lando ; tienden a 1ormar

"na ca+a en la s"+er1icie del metal al alo2arse en los 'alles de las

r"gosidades.

Se +"ede a1irmar ,"e los no9metales en general c"m+len las c"atro le&es

*sicas de la 1ricci-n.

3. LEYES DE LA FRICCION SECA

Desde los tiem+os de Amontons :5766; & Co"lom* :5?5; se esta*lecieron

le&es *sicas de la 1ricci-n0 las c"ales con el transc"rso del tiem+o 3ans"1rido modi1icaciones.

8$)/$+ L/,.-La resistencia 1riccional es +ro+orcional al rea real de contacto0la c"al es 1"nci-n de la carga0 las +ro+iedades de losmateriales & la r"gosidad s"+er1icial.

El rea real de contacto no es ms ,"e la s"matoria de las reas de las

as+ere(as s"+er1iciales en contacto & constit"&en del 05 9 05 del rea

geom4trica.

S/'"&+ L/,.-Las resistencia 1riccional es inde+endiente del rea geom4tricade los c"er+os en contacto.

Es decir ,"e la 1ricci-n de*e de ser la misma a"n,"e el rea nominal de "n

c"er+o se incrementa considera*lemente

T/$(/$+ L/,.- La resistencia 1riccional de+ende de la 'elocidad dedesli(amiento. Se reconoce sin em*argo ,"e +ara "n am+liodia+as-n de la 'elocidad la 1ricci-n no 'ara +rcticamente.


32/166


3

C'+$#+ L/,.9 La resistencia 1riccional es de+endiente de los materiales ,"econstit"&en el +ar de ro(amiento. Esto signi1ica ,"e la'ariaci-n de "no de los materiales del +ar re+resenta "na'ariaci-n del coe1iciente de 1ricci-n a"n,"e se mantenganinaltera*les el resto de los +armetros.

Se +"ede +lantear ,"e la +rimera & seg"nda Le& tiene "na gran incidencia

en la com+onente mecnica de la 1ricci-n mientras ,"e la c"arta Le& se

3ace ms e'idente en la com+onente ad3esi'a de la 1ricci-n.

La tercera le& al esta*lecer la de+endencia de la 1ricci-n de la 'elocidad

2"sti1ica la e@istencia de dos coe1icientes de 1ricci-n el coe1iciente de 1ricci-n

esttico : c"er+os en re+oso ; & el coe1iciente de 1ricci-n cinemtico

: c"er+os en mo'imiento ;. E@+erimentalmente se 3a demostrado ,"e el

coe1iciente de 1ricci-n esttico es ms grande ,"e el coe1iciente de 1ricci-n

cinemtico o lo ,"e es lo mismo se re,"iere "na ma&or 1"er(a +ara iniciar el

mo'imiento ,"e +ara mantenerlo.

3..- DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE FRICCION.

El conocimiento de la magnit"d del coe1iciente de 1ricci-n es de 'ital

im+ortancia +ara los tra*a2os de ingeniera0 +ara ello el ingeniero dis+one de

'arias 'as


33/166


3

%.. COEFICIENTE DE FRICCIN E"TATICO.

El coe1iciente de 1ricci-n esttico se de1ine como la +erdida de energa

mecnica al inicio o 1in del mo'imiento relati'o de dos c"er+os o como la

1"er(a ,"e se o+one a las 1"er(as ,"e tienden a +rod"cir el mo'imiento.

Hasta 3ace +oco el coe1iciente de 1ricci-n esttico se considera*a constante

+ero en la act"alidad se admite s" 'ariaci-n con el tiem+o de contacto.

En las sig"ientes ta*las se m"estran los 'alores del coe1iciente de 1ricci-nesttico :fo; +ara la 1ricci-n de s"+er1icies secas0 l"*ricadas & de di1erentesmateriales ,"e constit"&en la "ni-n.

T++ 3.1.C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /#;#)(% %$/ +(/$% Hf%

MATERIALES DE LA UNION MECANICA f%/(% f% '$)(+&%

A(/$%B+)# +/ S".B+)# +/ 8

B$%"(/ + AB$%"(/ + S"L+#*"=.F

A/()*" C'-8

!.6! K !.!!.!

!.6 K !.55

!.45!.35!.35!.4!!.22

!.16!.11!.1!

!.16!.16!.17!.21

-

T++ 3.2.- C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /#;#)(% +(/$%-+(/$% +$+ &)/$/"#/ '$)(+"#/ Hf%.

T)% &/ '$)(+"#/. f!H 2! C f!H 1!! C A(/)#/ ;')"+ )/$%. !.16 !.17A(/)#/ %#%$ /+&%. !.17 !.2!

A(/)#/ /#$/+ $/)*". !.!7 !.1! !.!7 !.1!A(/)#/ $+)#+&%. !.13 !.15

A()&% %/)(%. !.! !.!B/"()"+. !.4 -

G)(/$)"+. !.2! -A(%%. !.43 -


34/166


3

T++ 3.3.- C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /#;#)(% +(/$%-"% /#; Hf%.

M+#/$)+ "% /#;)(%. f!G$+)#% !.1!T/*" !.!4

8%)/#)$/"%. !.3! !.35M+&/$+. !.2! !.6!

La magnit"d del coe1iciente de 1ricci-n dinmico +ara el r4gimen seco dedi1erentes materiales se da en la ta*la B..

#a*la B..9 Coe1iciente de 1ricci-n dinmico

M+#/$)+/ &/ +$ C%/)()/"#/ &/ $)(()*"&)";)(%

A(/$% Q A(/$% !915 Q !91A(/$% Q =)/$$% F'"&)&% !915 Q !925

A(/$% Q B$%"(/ !916 Q !91A(/$% Q M+&/$+ !911 Q !92!A(/$% - C'/$% !92!

A(/$% Q +$%" !945 Q !952=)/$$% F'"& Q =)/$$% F'"&. !91! Q !92!

=)/$$% F'"&. Q M+&/$+ !93! Q !945=)/$$% F'"&. Q G%+ !955 Q !9!

B$%"(/ Q B$%"(/ !92!B$%"(/ Q M+&/$+ !93!

%.1).- COEFICIENTE DE FRICCION EN UNIONE" TRAN"MI"IONE" (ORFRICCION.

U")%"/ , #$+"))%"/ %$ $)(()*".

En las "niones 1riccionantes de todos ti+os se em+lean metales & aleaciones

& 1"eron d"rante m"c3os a/os el material +redominante.

Para las "niones +or inter1erencia0 roscados & transmisiones +or 1ricci-n se

em+lean di1erentes marcas de aceros & metales no 1errosos en de+endenciade las condiciones de tra*a2o. As +or e2em+lo en las "niones +or

inter1erencia el coe1iciente de 1ricci-n es la caracterstica 1"ndamental0


35/166


3

mientras ,"e +ara las transmisiones +or 1ricci-n se e@ige adems "na alta

resistencia al desgaste.

En la ta*la B.J se dan recomendaciones del coe1iciente de 1ricci-n +ara las

"niones +or inter1erencia0 sin em*argo es 'lido aclarar ,"e los 'alores son

orientadores &a ,"e 4ste de+ende no solo de los materiales sino tam*i4n de

la carga0 aca*ado s"+er1icial0 tem+erat"ra de tra*a2o0 etc.

T++ 3.5. C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /" '")%"/ %$ )"#/$/$/"()+ H)/+ )"#/$)%$ &/ +(/$%.

Bipo de montae $cero! Dierro %! 'ris! $luminio! ?ronce9atn! Pl)stico!&ec)nico! !9!6 !913 !9! !912 !9!2 !9!6 !9!5 !91! !94! !95!Brmico! !914 !916 !9! !9!7 !9!5 !9!6 !9!5 !914

La 'ariaci-n del coe1iciente de 1ricci-n de+ende del aca*ado s"+er1icial & la

+resi-n de inter1erencia. Para cargas 'aria*les con 1rec"encia ma&or a 5H(. el 'alor delf dismin"irlo de :B ; . En la ta*la B.7 se m"estran los

'alores del coe1iciente de 1ricci-n +ara "niones roscadas

T++ 3.6.- C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /" + $%(+ , (+$+ &/ + #'/$(+.

f :seco; f:aceite; f:grasa;"in recubrimiento! !932 !952

!914 !924!91 !923!91! !914

!916 !921!911 !914

(admiado! !924 !931!912 !924

!915 !925!9!5 !915

!916 !922!9!5 !913

Kincado! !924 !94!!.! !91!

!915 !92!!9!7 !911

!914 !917!9! !911

En el n"merador la 1ricci-n de la rosca & en el denominador la 1ricci-n de la

cara de la t"erca.

En el caso de las transmisiones +or 1ricci-n se em+lean di1erentes +ares de

materiales en de+endencia de las condiciones de tra*a2o


36/166


37/166


3

Los regmenes de 1ricci-n ligeros se +resentan en los 1renos de a"tom-'iles0el r4gimen medio se +resenta en la trans+orte 1erro'iario0 e@ca'adoras0 etc.& el r4gimen +esado es caracterstico de los 1renos de a'iones.

C%/)()/"#/ &/ $)(()*" +$+ +#/$)+/ /#;)(%.

En la 1a*ricaci-n de 1renos0 em*rag"es & aco+lamientos de 1ricci-n se

em+lean en la act"alidad metales & aleaciones no 1errosa0 generalmente se

"tili(an aceros0 *ronces0 3ierros 1"ndidos grises los c"ales tienen m"&

*"enos +ro+iedades contra el agarramiento.

La magnit"d del coe1iciente de 1ricci-n es a1ectada +or la 1ormaconstr"cti'a del 1reno0 segn se m"estra en la #a*la B.?

TABLA %.*.In


38/166


3

&ateriales del par (oeficiente de friccinP! m)-

"eca 9ubricada . &pa /?ronce$cero .D%/ 0:05 0:60:*

D!% L D!% 0:150:20 0:05 1:0 L 1:8D!%! L acero 0:06 0:8 L 1:5

$cero templado 0:03 1:5

%.1$. COEFICIENTE DE FRICCIN EN CORREA" (OLEA".

La magnit"d del coe1iciente de 1ricci-n esta en de+endencia del material dela correa & del material de la +olea a contin"aci-n se dan 'alores medios

recomendados

T++ 3.12.-C%/)()/"#/ &/ $)(()*" /" #$+"))%"/ %$ (%$$/+.

Bipo de correa! &aterial de la polea&adera $cero D!%!'

(uero curtido con sustancia egetal! !93! !925 !925(uero curtido con sustancia mineral! !945 !94! !94!

(aucotada! !932 !93! !93!$lgodn! !925 !922 !922

%.1' FACTORE" UE INFLUEN EN LA FRICCION "ECA

La determinaci-n c"antitati'a de la 1ricci-n 3a sido "n as+ecto de inter4s en

di1erentes 4+ocas &a ,"e ello +ermitira incor+orar a los clc"los del dise/oel e1ecto de la 1ricci-n. Sin em*argo esto es "n +ro*lema no res"elto en la

act"alidad0 de*ido 1"ndamentalmente a ,"e so*re la magnit"d del

coe1iciente de 1ricci-n in1l"&e "na serie de 1actores ,"e en la ma&ora de los

casos constit"&e "n sistema de+endiente.

Los 1actores ,"e in1l"&en en la magnit"d del coe1iciente de 1ricci-n se

+"eden res"mir en tres gr"+os

GRUPO I.9 %actores relacionados con el r4gimen de tra*a2oa/ (arga .presin/b/ ;elocidad de desliamientoc/ Bemperatura!d/ $cabado superficial


39/166


3

GRUPO II.9 %actores relacionados con la nat"rale(a del metal tri*ot4cnicoa/ Propiedades mec)nicasb/ Propiedades fsicasc/ (onstitucin y estructurad/ (omposicin umica!

GRUPO III.9 %actores relacionados con el medioa/ (orrosinb/ $brasinc/ 9ubricacin!

Para e'al"ar de 1orma r+ida los 1actores ,"e in1l"&en en la magnit"d delcoe1iciente de 1ricci-n no a"@iliaremos de las e@+resiones analticos dadas

+or Qragels>i.

TEMA NO4. FUNDAMENTOS DE LOS 8ROCESOS DE

DESGASTE.

El desgaste e1ecto directo de la 1ricci-n constit"&e "na de las +artescom+onente de la #ri*ologa. Se considera ,"e del ?96 de los elementos

de m,"inas se s"stit"&en +rod"cto del desgaste0 lo ,"e dem"estra la

incidencia del mismo en la economa de "n +as.

Los est"dios so*re el desgaste se iniciaron en los a/os 56B +or el alemn

!. %in>. de1ini4ndose el +a+el +ositi'o de la 1ormaci-n de "na ca+a de -@ido.

El r"so N. Da'iden>o :56B7; consider- el desgaste mecnico como

res"ltado de dos +rocesos di1erentes +ero ,"e se condicionan "no al otro el+roceso de )arr"gado) & el +roceso de )ra&ado).

Una am+lia di1"si-n 3a tenido la teora del desgaste ad3esi'o desarrollada

+or $o


40/166


3

de1ormaci-n s"+er1icial al nmero de ciclos +ara la 1ract"ra de las as+ere(as

'aria en "n am+lio rango. La teora energ4tica del desgaste 1"e 1orm"lada en

el a/o 56B +or G. %leisc3er se *asa en la ac"m"laci-n de determinada

cantidad de energa interna en las as+ere(as. La teora de e@1oliaci-n 1"e

introd"cida +or N. S"3 :56B; se *asa en la a+arici-n & n"cleaci-n de grietas

en las ca+as s"+er1iciales0 s" desarrollo & la +rod"cci-n de +artc"las de

desgaste.

En concl"si-n el desgaste es el res"ltado de "na interacci-n s"+er1icial de

nat"rale(a d"al atracci-n molec"lar en los lmites de la ad3esi-n &de1ormaci-n mecnica en los lmites del microcorte.

D/)")()*".El desgaste es un proceso comple&o que se produce en las superficies de los cuerpos

debido a la friccin de otro cuerpo o medio$ tra'endo por consecuencia la (ariacin

de la micro ' macrogeometria superficial; de la estructura ' de las propiedades

mecnica - fsicas del material con o sin p)rdida de material.

'.1. DinKi89 de< de=9te.El incremento de la d"ra*ilidad de los elementos de m,"inas est

intimamente relacionada con la 'elocidad del desgaste & +or ende con la

caracterstica dinmica del desgaste. La 'ariaci-n del desgaste con el

tiem+o :dinmica del desgaste; en s" 1orma ms conocida se m"estra en la

%ig. .5.

%ig! 4!1!


41/166


42/166


3

+or "n incremento de la tem+erat"ra0 "n a"mento del ni'el de r"ido0 la

+resencia de cargas dinmicas :'i*raciones;0 todo lo c"al lle'a si no se

reali(a el cam*io de la +ie(a a "n desgaste catastr-1ico.

'.$. INDICADORE" DEL DE"GA"TE.

Al desgaste de los elementos de m,"inas se +rod"ce con o sin la +erdida

de material es +or ello ,"e la e'al"aci-n de las magnit"d del mismo se

+"ede c"anti1icar +or di1erentes indicadores.

5.Desgaste lineal. 3 Tm :.J;

3 es+esor del material desgastado en micrones.

.9Desgaste gra'im4trico g g Tmgr :.7;

g +4rdida de masa en miligramos

B.9Desgaste 'ol"m4trico. ' V Tmm3 :.;

' 'ol"men del material desgastado en milmetros c*icos.

.9 Intensidad lineal del desgaste.f

"S

"+ = :.?;

Sf recorrido de 1ricci-n :mm;

?.9 Resistencia al desgaste."

,*

* 1= :.6;

En de+endencia del ti+o de elemento de m,"ina "ni-n trio*ot4cnica ti+ode desgaste0 etc0 se "tili(an las di1erentes e@+resiones dadas +or e2em+loen los co2inetes de desli(amiento se recomienda "tili(ar :; o :I; en las(a+atas de 1renos se "tili(a a men"do la intensidad energ4tica del desgaste:I+;.

'.%. MECANI"MO" DEL DE"GA"TE.

Partiendo de la conce+ci-n so*re la nat"rale(a mecnico 9 ad3esi'a de la1ricci-n se +"eden esta*lecer dos mecanismos *sicos del desgaste.


43/166


3

+ M/(+")% +&/)%.

La atracci-n molec"lar +rod"ce la ad3esi-n o microsoldad"ras de las

as+ere(as s"+er1iciales 1ig. .7. el mo'imiento relati'o de los c"er+os rom+e

esta "ni-n 1riccionante tra&endo como consec"encia la trans1erencia de

material entre los c"er+os. La rot"ra de la "ni-n se +rod"ce en di1erentes

(onas en de+endencia de las +ro+iedades de las materiales *ase & de la

inter1ase de la "ni-n se admite la se+araci-n de +artc"las de desgaste.

%ig!4!6 &ecanismo $desio!a/! %ormacin de la unin adesia! b/! >otura de la unin .transferencia de material/

c/! Produccin de partculas de desgaste!

M/(+")% /(;")(%.

El mecanismo mecnico +"ede +resentar tres 1ormas +rinci+ales la 1atiga0 el

microcorte de las as+ere(as s"+er1iciales & las de1ormaciones

macro+lsticas. La 1atiga s"+er1icial se +resenta d"rante el contacto de las

as+ere(as & de*ido a las de1ormaciones elsticas &Fo +lsticos. La

reiteraci-n de las de1ormaciones de las ca+as s"+er1iciales +rod"ce el

1en-meno de la 1atiga de 1ricci-n tra&endo en el caso de las de1ormacioneselsticas la a+arici-n de +artc"las de desgaste +ara "n gran nmero de

ciclos & en el caso de las de1ormaciones +lsticas se +rod"ce la 1atiga de

*a2o nmero de ciclos en am*os casos se generan +artc"las de desgaste.


44/166


3

%ig! 4!7! %atiga superficial!

a; De1ormaci-n elstica :n W X; *; De1ormaci-n +lstica :5 K n K ;

El microcorte se +rod"ce de*ido a la +enetraci-n +ro1"nda de las as+ere(as

del material ms d"ro o de las +artc"las li*res de gran d"re(a en el material

mas *lando :1ig. .?; al +rod"cirse el mo'imiento relati'o s"rge elci(allamiento de las ca+as s"+er1iciales generandose +artc"las de

desgaste.

%ig!4!8 &icrocorte de las capas superficiales! a/ por aspereas duras! b/ por partculas abrasias!

n caso especfico es el de deformaciones pl)sticas de las capas superficiales producto degrandes cargas: ariando la macrogeometra superficial sin generacin de partculas de desgaste!.%ig! 4!*/!


45/166


3

%ig!4!*


46/166


3

+s necesario aclarar ue en la pr)ctica e-isten dos o m)s tipo de desgaste y ue en determinadosmomentos un tipo se transforma en otro!+n la definicin del tipo de desgaste y su magnitud inciden una serie de factores ue se puedenagrupar de la siguiente formaa/ (ondiciones de e-plotacin o de operacin carga aplicada, elocidad, temperatura, tipos demoimiento, tipo de friccin, recorrido de friccin , tiempo de trabao!

*; Caractersticas de los c"er+os en contacto!ateriales com+osici-n,"mica d"re(a dimensiones & 1orma microgeometra s"+er1icialmicroestr"ct"ra.

c/ (aractersticas del medio Dumedad, atmsfera corrosia, presencia de partculas abrasias,propiedades de los lubricantes: etc!

El primer ' tercer grupo define el tipo de desgaste$ mientras que el segundo grupo en general

define la magnitud del desgaste. omo se aprecia la identificacin de un tipo de desgaste no es

tarea fcil.

4.5. DESGASTE AD=ESIVO.+l desgaste adesio siempre esta presente en mayor o menor grado en los elementos dem)uina desliantes, en la pr)ctica de ingeniera se conoce con las nombres de desgaste porfrotamiento, rayado adesio, gripado o agarrotamiento: tales denominaciones se deben a laintensidad del desgaste, estado de las superficies y elementos de m)uina analiado!

4.5.1. C+'+ , /(+")% &/ &/+#/ +&/)%.9a causa fundamental del desgaste adesio es la atraccin molecular ue se produce en lasaspereas en contacto: form)ndose una unin adesia .%ig!4!10/ ue en el caso de cuerposmet)licos se denomina Osoldaduras puntualesO!

%ig! 4!10! &odelo de unin adesia


47/166


3

"obre la unin adesia tiene influencia la compatibilidad metalFrgica de las metales osolubilidad: ue facilita la formacin de aleaciones, las condiciones de friccin .seca:lubricada/, la microgeometra superficial: la magnitud de la carga e-terna aplicada, la relacinde durea de los materiales en contacto!

+l mecanismo de formacin y destruccin de la unin adesia se e-plica de la siguiente forma


48/166


3

Si la "ni-n ad3esi'a tiene menor resistencia al ci(allamiento ,"e c"al,"iera delos materiales0 la rot"ra se +rod"ce en la inter1ase de la "ni-n no+rod"ci4ndose +rcticamente trans1erencia de material. En este caso eldesgaste es mnimo & se denomina Odesgaste de friccin por ciallamiento!(uando la resistencia de la unin adesia es superior a la resistencia mec)nica de uno o de losdos materiales la rotura se produce en el metal base produciendo transferencia del materialmenos resistente acia el material m)s resistente aunue en ocasiones la transferencia enalgunos puntos de las superficies es inersa!+n este caso las superficies se daIan apareciendo arrugas: surcos: rayas en direccin almoimiento desliante, la magnitud de este daIo define entonces dos tipos de desgaste

adesio, conocido como desgaste adesio superficial o en caliente y el desgaste adesioprofundo o en fro!

4.5.3. D/+#/ +&/)% %&/$+&%."e caracteria por una distribucin uniforme de rayas o surcos poco profundos, presentando confrecuencia traas de difusin de los materiales en contacto! +s caractersticos de elementos dem)uinas ue trabaan a altas elocidades de desliamiento, para los aceros ; G 3 4 ms,grandes presiones de contacto: alta temperatura superficial t E 1500( en los metales! +lsurgimiento de la unin met)lica esta relacionada con el calentamiento: ablandamiento:deformacin y surgimiento de superficie nueas .%ig! 4!12/!

%ig!4!12! "uperficie desgastada y modelo del desgaste superficial!

+l desgaste adesio en caliente . superficial / se presenta en pares de materiales pococompatibles o sea no tendencia a la formacin de soluciones: durante la friccin seca o


49/166


3

lubricacin limite: en este ultimo caso son necesarias altsimas elocidades y presiones uedestruyan la capa de lubricante!9as propiedades termo fsicas de los materiales: las condiciones de transferencia de calor sonfactores a considerar en este caso!

+l desgaste adesio moderado se caracteria por

Profundidad de la capa destruida E asta 0:10 mm! BamaIo de las partculas de desgaste! d E 220m! >an de desgaste! r E 15 m

Bipos de tensin Bensin de trabao comprensin:! Bensin residual traccin!9 Coe1iciente de desgaste Q 549 56.9 Intensidad lineal del desgaste I 5*9 55.

4.5.4. D/+#/ +&/)% //$%."e conoce tambin como desgaste adesio profundo, debido a ue los surcos o rayas presentanuna apreciable profundidad .%ig! 4!14/!

%ig. .5 Partc"las de desgaste ad3esi'o a la :i(,"ierda;.

!odelo del desgaste +ro1"ndo :derec3a;

9a ausencia de capas de -ido superficial, superficies pobremente lubricadas o la e-istencia desuperficies limpias sin contaminantes faorecen la e-istencia del desgaste adesio en fro oprofundo! +n el caso de metales en contacto la igualdad de microoestructura superficial, decomponentes umicos, la no e-istencia de un gradiente positio acia el interior de laspropiedades mec)nicas, son factores ue propician este tipo de desgaste!

+ste tipo de desgaste es caracterstico de elementos de m)uinas ue trabaan a baaselocidades de desliamiento . para acero ; H 1 m / presiones ue superan el lmite de fluenciasuperficial, temperaturas de trabao t H 100(:! deformaciones pl)sticas superficiales!

+l desgaste adesio en seero presenta los siguientes caractersticas


50/166


3

Profundidad de la capa destruida E asta 0: 50 mm! ;ariacin de la durea Df Di asta 2! >an de desgaste r E 5 10m Bipo de tensin compresin BamaIo de las partculas de desgaste d E 20 200m!

9 Coe1iciente de desgaste Q 529 54.9 Intensidad lineal del desgaste I 579 53.

4.5.5. C%"#$% &/ &/+#/ +&/)%.

La +osi*le identi1icaci-n o diagnostico del ti+o de desgaste ,"e se +resentaen los elementos de m,"inas se anali(ar en este e+gra1e a +artir de

caracteri(aciones dadas +or di1erentes a"tores.

Para el desgaste ad3esi'o Ra*ino


51/166


3

a;.9 Desgaste +or +"lido Q 569 58

Se +resenta en casos de materiales de alto incom+ati*ilidad metalrgica o

sea materiales con m"& +oca tendencia a la ad3esi-n se corres+onde con

el desgaste de 1ricci-n +or ci(allamiento.

*;.9 Desgaste moderado Q 549 56

Caractersticas de s"+er1icies *ien l"*ricadas & materiales con cierta

tendencia a la ad3esi-n o semicom+ati*les. Se corres+onde con el desgaste

ad3esi'o en caliente.

c;.9 Desgaste se'ero Q 529 54

Se +resenta en s"+er1icies lim+ias o +o*remente l"*ricadas en +ares de

materiales con alta com+ati*ilidad metalrgica o sea alta tendencia a la

ad3esi-n. Se corres+onde con el desgaste ad3esi'o en 1ro.

B$?9$ 4!1! ;$9=>+"


52/166


3

se consideran materiales con alta compatibilidad, pero deben analiarse como un parcontaminado o lubricacin deficiente ya ue el grafito contenido en el ierro fundidoactFa como un lubricante slido!

2! +l par de raonamiento! bronce fosfrico acero durose puede consideran como materiales con cierta tendencia a la adesin!

3! Par de raonamiento aleaciones de aluminio ierro fundidose puede considerar como materiales semicompatibles y con lubricacin deficiente apesar de trabaar en condiciones de friccin seca!

4! Par de roamiento! bronce al plomo .15N Pb/ acero al carbonose considera como materiales con baa tendencia a la adesin!

5! Par de roamiento! acero blando acero blando!se consideran como materiales con alta tendencia a la adesin!

6! Par de roamiento! acero templado acero templado!+n la pr)ctica se comportan como materiales semicompatibles!

7! Par de roamientos! babbit L acero!se consideran como materiales con cierta tendencia a la adesin!

4.6. DESGASTE 8OR FATIGA.

La teora del desgaste +or 1atiga 1"e +lanteada +or I. V. Qragelsle& en 56J

& 3a sido desarrollado +or 4l & s"s cola*oradores contando en la act"alidad

con "na am+lia ace+taci-n entre los tri*-logos. Esta teora incor+ora el

conce+to de "na "ni-n 1riccional indi'id"al con1ormada +or las as+ere(as &

ond"laciones s"+er1iciales0 sometida a "n estado tensional com+le2o. El

desgaste +or 1atiga o desgaste mecnico esta +resente & caracteri(a a las

transmisiones dentadas cerradas :red"ctores; donde reci*e el nom*re

es+ec1ico de )desgate +or +icad"ra) el c"al tam*i4n es +ro+io de los

co2inetes de rodamientos0 le'as0 etc.

4.6.1. C+'+ , /(+")% &/ &/+#/ %$ +#)+.

El anlisis del 1en-meno de la 1atiga s"+er1icial em+leando "n modeloconstit"ido +or "na as+ere(a es14rica rgida desli(ndose so*re "nas"+er1icie de1orma*le :%ig. .5J; m"estra "na distri*"ci-n com+le2a de las


53/166


3

tensiones a+areciendo "na (ona de com+resi-n delante de la as+ere(a &"na (ona de tracci-n detrs de ella.

%ig. .5J. !odelo de la "ni-n 1riccional.

La 'ariaci-n de tensiones en las ca+as s"+er1iciales trae +or consec"encia

la a+arici-n del 1en-meno de la 1atiga s"+er1icial 4l c"al es similar a la rot"ra

+or 1atiga 'ol"m4trica de los c"er+os s-lidos.

Ha& dos mecanismos *sicos de la 1atiga s"+er1icial0 "no res"ltante de

grietas o 1is"ras iniciadas en la s"+er1icie & el otro de 1is"ras iniciadas dentrode la masa del material 1rec"entemente en incl"siones0 'acos0 +artc"las de

car*"ros0 etc.

Los grietas s"+er1iciales se de*en a las grandes tensiones de contacto ,"e

+rod"cen la 1atiga de las ca+as s"+er1iciales o a de1ectos s"+er1iciales

+rod"cto del +roceso de ela*oraci-n mecnica o de monta2e :%ig. .57 ;.9 El

des+rendimiento de las +artc"las de desgaste es en 1orma triang"lar

mostrando +lanos de salida escalonados.

%ig! 4!16 &odelo de formacin de grietas superficiales!

9a fatiga ue se origina desde una grieta subsuperficial .%ig! 4!17/, ocurre debido a altaconcentracin de tensiones en puntos o planos defectuosos! esta grieta se propaga paralela a lasuperficie asta brotar en la misma!


54/166


3

%ig! 4!17 'rieta subsuperficial en un anillo de un coinete de rodamiento y modelo deformacin de grietas subsuperficiales!

4.6.2.T)% &/ &/+#/ %$ +#)+.

Los ti+os de desgaste +or 1atiga estn condicionados al ti+o de de1ormaci-n

s"+er1icial ,"e se +rod"ce en los +"ntos de contacto real o sea de1ormaci-n

elstica :*a2o n"mero de ciclos; & de1ormaci-n +lstica :alto n"mero deciclos;

El desgaste +or 1atiga de alto nmero de ciclos se +rod"ce c"ando lasde1ormaciones en la ca+a s"+er1icial son elsticas :%ig. .5?;

%ig!4!18 &odelo de deformacin el)stica e penetracin el)stica!

+l nFmero de ciclos de trabao es un factor determinante en la magnitud del desgaste!


55/166


3

+l desgaste por bao numero de ciclos se presenta para deformaciones pl)sticas en los puntos decontacto de las aspereas .%ig 4!1*/+l desgaste por fatiga de bao nFmero de ciclos o por deformaciones pl)sticas esta presente en lamayora de los elementos m)uinas y se ace m)s eidente durante el perodo de asentamientodebido a altura de las aspereas lo ue significa mayores presiones reales!

%ig. .56. !odelo de de1ormaci-n +lstca. 3p9 +enetraci-n +lstica

4.6.5. C%"#$% &/ &/+#/ %$ +#)+.+l desgaste por fatiga superficial es el m)s difundido en los elementos de m)uinas ue no est)nsometidos al desgaste abrasio y donde la adesin entre los materiales sea mnima! RragelsSiplantea, los alores de intensidad de desgaste lineal de acuerdo al tipo de deformacin,Ie 513 9 57 de1ormaciones elsticas & Ip 57 9 55 de1ormaciones

+lsticas.

%ig. .. Partic"las de desgaste +or 1atiga.

4.. DESGASTE ABRASIVO.


56/166


3

La ca"sa de la s"stit"ci-n del J de los elementos de m,"inas en la

ind"stria & el trans+orte es el desgaste a*rasi'o +ero a la 'e( es la *ase

so*re la c"al se s"stenta 'arios m4todos de ela*oraci-n de materiales0

como son el +"lido0 esmerilado0 el la+eado0 etc.

D/)")()*".omo desgaste abrasi(o se entiende la modificacin de las capas superficiales de los

cuerpos slidos producto de la accin de aspere0as o partculas libres de alta dure0a al

desli0arse sobre otra superficie de menor resistencia mecnica.

4..1. C+'+ , /(+")% &/ &/+#/ +$+)%.

Las ca"sas del desgaste a*rasi'o son

1/! 9a penetracin de las aspereas de alta durea en las capas superficiales de la otrasuperficie en contacto!

2/! 9a accin yo penetracin de partculas libres de alta durea, producto del medio o delmismo proceso de desgaste, en las capas superficiales de los elementos de m)uina!

%#'! 4!20! &odelo del mecanismo de microcorte!a/ Penetracin b/ (orte del metal c/ 'eneracin de partculas

$a2os la acci-n de as+ere(as o +artc"las & de+endiendo de la 1orma &

dimensiones de las mismas as como de la relaci-n de d"re(a0 resistencia a

la rot"ra & 1l"encia0 mod"lo de elasticidad de las condiciones del medio & de

tra*a2o0 de la carga a+licada & del ti+o de elemento de m,"inas se +"eden

+resentar di1erentes mecanismos del desgaste a*rasi'o.

a/ &ecanismo de microcorte! "i la penetracin de la partcula abrasia o asperea sobrepasacierto alor, si la partcula presenta cantos ios, si la durea del abrasio es superior a la


57/166


3

del material y si la tensin de contacto se sobrepasa el lmite de rotura del material, seproduce el microcorte de los superficies: gener)ndose partculas de desgaste en forma delimallas o irutas! .%ig! 4!20/!

9a e-istencia del microcorte se puede determinar por las siguientes recomendaciones uedepende del grado de penetracin de las aspereas o partculas abrasias

5!0

2

5!0

12

!!!

2

!!!

= 1

2

3

2

31,

44

p

:.J;

D; E durea del material


58/166


3

4..2.T)% &/ &/+#/ +$+)%.

En de+endencia del grado de li*ertad del grano a*rasi'o se disting"en dos

ti+os 1"ndamentales de desgaste a*rasi'o.

a/


59/166


60/166


3

%ig! 4!23!&odelos del desgaste abrasio forma mec)nica umica!

Esta 1orma de desgaste se +rod"ce c"ando Hm F Ha 07. :Hm9 d"re(a del

material o metal & Ha 9 d"re(a del a*rasi'o;.

Los +armetros ,"e caracteri(an este ti+o de desgaste son

Profundidad de la capa destruida asta 20 m ;elocidad del desgaste asta 0:5m !9 Densidad de energa a+arente eY 53 52 N9m F mm3

2! %orma mec)nica de destruccin de las superficies, se caracteria por la penetracin de lapartcula abrasia en la capa superficial y destruccin de esta con o sin separacin departculas de desgaste del material base .%ig!4!24/, se produce cuando Dm Da H 0:6!

Parmetros 1"ndamentales

Profundidad de la capa destruida asta 20 mm ;elocidad del desgaste 0!5 50m9 Densidad de energa a+arente eY 529 5 N9 mFmm3

%ig! 4!24! &odelo de desgaste abrasio forma mec)nica .DmDa H 0:6/a/ (on separacin .microcorte/ de metalb/ "in separacin .deformacin pl)stica/ del metal

4..5. D/+#/ /" ++ +$+)+.

El desgaste en masa a*rasi'a es el ms e@tendido & est"diado0 de*ido a s"

incidencia en "n gran nmero de m,"inas agrcolas de la constr"cci-n ci'il

& de la ind"stria. Por lo general la 1orma de destr"cci-n de las s"+er1icies es

la mecnico 9 ,"mico de*ido a ,"e las +artc"las a*rasi'as e2ercen *a2astensiones en las ca+as s"+er1iciales.


61/166


3

La d"re(a de las s"+er1icies minimi(a el desgaste de los elementos de

m,"inas0 la magnit"d m@ima de esta la de1ine las condiciones de im+acto

a ,"e est4 sometido el elemento.

La resistencia al desgaste se incrementa con el a"mento del contenido de

car*ono & de la d"re(a0 la incl"si-n de +e,"e/as cantidades de elementos

aleantes :n,"el0 cromo0 silicio0 magnesio0 etc.;0 +rcticamente no e2ercen

in1l"encia so*re la resistencia al desgaste.

Se esta*lece ,"e el contenido de car*ono 3asta "n 'alor de 0 in1l"&e en

la resistencia al desgaste +ara ma&ores contenido esta comien(a a

dismin"ir. Los aceros con "na alta cantidad de a"stenita retenida +resentan

"na considera*le resistencia al desgaste en masa a*rasi'a.

Se esta*lece ,"e +ara +artc"las a*rasi'as con tama/os s"+erior a 5 m

se +rod"ce el desgaste a*rasi'o lo ,"e signi1ica la e@istencia de este en la

ma&ora de los casos. Otro 1actor de im+ortancia es el relacionado con lad"re(a de las +artc"las a*rasi'as as c"ando HmFHa K 0J se +rod"ce el

desgaste mecnica +or microcorte & c"ando HmF3a 0 se +rod"ce

de1ormaciones +lsticas & la se+araci-n de material oc"rre des+"4s de "n

gran nmero de ciclos de tra*a2o :1atiga s"+er1icial;.

Las +artc"las a*rasi'as de origen mineral se enc"entran en alta cantidades

en los s"elos as +or e2em+lo el -@ido de slice :arena de c"ar(o; con

d"re(a H' 5. F5J !Pa constit"&e entre el 9 7 de los s"elosc"*anos.

El incremento de la resistencia al desgaste en masa a*rasi'a si HmFHa K 0J

se logra a"mentando la d"re(a del metal :Hm; 3asta 'alores ,"e no a1ecten

el tra*a2o del elemento de m,"ina desde el +"nto de 'ista de s" resistencia

a la 1ragilidad o im+acto. No es aconse2a*le ,"e la relaci-n de d"re(a sea

m"& s"+erior a 07 &a ,"e no se o*tiene res"ltados satis1actorios.


62/166


3

$ continuacin se dan los alores de durea de diferentes minerales

&inerales


63/166


3

Desde el +"nto de 'ista mecnico la resistencia al desgaste 3idroa*rasi'o

:d; de los elementos de m,"inas de+ende de di1erentes 1actores.

/:::::::. af, 5%3//dt* = :.?;


64/166


3

Para materiales como la goma la ma&or resistencia al desgaste

3idroa*rasi'o se logra +ara *a2as 'elocidades del 1l"2o de +artc"las

a*rasi'as &a ,"e en estas condiciones "na gran +arte de la energa del

im+acto se cons"me en la de1ormaci-n elstica del material. D"rante el

a"mento de la 'elocidad de im+acto el e1ecto de disi+aci-n de la energa

+a"latinamente dismin"&e llegando el material a com+ortarse como "n

material 1rgil & casi toda la energa de im+acto se gasta en la destr"cci-n

de las ca+as s"+er1iciales.

Para los materiales 1rgiles :5NK B K 7 a K B 8Fcm.2; con el a"mentode la 'elocidad de im+acto de las +artc"las a*rasi'as se +rod"ce latransici-n del desgaste +or 1atiga al desgaste 1rgil0 creciendo +or lo tanto el'ol"men del material desgastado.

E@iste "na in1l"encia directa del ng"lo de c3o,"e :ata,"e; en el desgaste

3idroa*rasi'o. Con el a"mento del ng"lo de ata,"e desde 53asta 60

se 'aria el carcter 1riccionante entre las s"+er1icies & las +artc"las

a*rasi'as. El carcter de 'ariaci-n de la resistencia al desgaste con el

ng"lo de ata,"e de+ende del ti+o de material0 segn se m"estra en la %ig..7

F)'$+ 4.26.-In1l"encia del ng"lo de ata,"e en la resistencia al desgaste.

La goma a"menta considera*lemente s" resistencia al desgaste c"ando el

ng"lo de ata,"e se incrementa.

En el caso de los aceros la in1l"encia del ng"lo de ata,"e no es m"&

a+recia*le0 los 3ierros 1"ndidos grises +resentan "n 'alor mnimo deresistencia al desgaste 3idroa*rasi'o +ara "n ng"lo de ata,"e alrededor de

los . El a"mento del contenido de car*ono en los aceros re+resenta "n


65/166


3

incremento de la resistencia al desgaste 3idroa*rasi'o0 esta in1l"encia es

ms marcada +ara ng"los de ata,"e +e,"e/os.

El desgaste de los aceros aleados se dismin"&e con el a"mento del

contenido de car*ono siem+re & c"ando se mantenga "na alta 'iscosidad.

La a"stenita retenida en los aceros cementados a +esar de dismin"ir la

d"re(a in1l"&e +ositi'amente en la resistencia al desgaste.

"e puede concluir ue los aceros blandos y pl)sticos para grandes )ngulos de ataue tienenuna resistencia al desgaste idroabrasio menor ue cuando el )ngulo de ataue es peueIo!

.4..5. C%"#$% &/ &/+#/ +$+)%.

Para el diagn-stico o identi1icaci-n del desgaste a*rasi'o se "tili(aran los

criterios dados anteriormente.

De ac"erdo a Ra*ino


66/166


3

TEMA N!. 5 LUBRICANTES Y SUS 8RO8IEDADES.

#oda s"stancia s-lida0 semis-lida0 l,"ida o gaseosa de origen animal0

'egetal0 mineral0 o sint4tico ,"e se introd"ce +or el 3om*re en los sistemas

tri*ol-gicos con determinados o*2eti'os & 1ines se denomina l"*ricante.

La "tili(aci-n de los l"*ricantes en los elementos de m,"inas se remonta a

ms de B a.n.e.0 lo c"al se com+ro*- al anali(ar "na s"stancia

im+regnada en el e2e de "n carro "tili(ado en el Egi+to antig"o.

"egFn Pano y PapoS la istoria de los lubricantes se puede diidir en los siguientes periodos!#!


67/166


3

Segn s" g4nesis los l"*ricantes se clasi1ican en

9ubricantes org)nicos 9ubricantes minerales

9ubricantes sintticos

"egFn su estado fsico los lubricantes pueden ser

9 L"*ricantes l,"idos.

9ubricantes semislidos! 9ubricantes slidos! 9ubricantes gaseosos!

Los l"*ricantes orgnicos +"eden ser de origen animal o 'egetal estando

constit"ido +or mol4c"las com+le2as de alco3oles & cidos grasos. A"n,"e

en la act"alidad los l"*ricantes orgnicos no se "tili(an en gran escala

de*ido a la gran 'ariaci-n de s" 'iscosidad con la tem+erat"ra & a s" 1cil

o@idaci-n0 mantienen s" im+ortancia &a ,"e se em+lean en +e,"e/as

cantidades +ara me2orar la ad3esi'idad de los l"*ricantes minerales. Losl"*ricantes orgnicos +"eden ser l,"idos0 como el aceite de ricino0 aceite de

oli'a0 de *allena0 etc. & semis-lidos o grasas como son el se*o de res0 de

carnero. Como l"*ricantes s-lidos de origen mineral se em+lea el gra1ito0 el

dis"l1"ro de moli*deno0 el +lomo0 etc.

Los l"*ricantes o*tenidos a +artir del +rocesamiento del +etr-leo se

denominan l"*ricantes minerales. En de+endencia de la com*inaci-n del

car*ono0 3idr-geno0 nitr-geno0 a("1re & o@geno0 se tienen tres gr"+os+rinci+ales de +etr-leo

a/ Petrleo de origen parafnico: a partir del cual se obtienen aceites de baa densidad.0:66/ y olatilidad: bao poder disolente y poca ariacin de la iscosidad con latemperatura!

b/ Petrleo de naturalea naftnica: los aceites procedentes de estos petrleos presentandensidad relatiamente alta .0:78/: grandes ariaciones de la iscosidad con latemperatura: poder disolente relatiamente alto y mayo olatilidad ue los aceitesde origen parafnico!

c/ Petrleo de origen arom)tico: los aceites obtenidos a partir de ellos presentan altadensidad .0:88/: ariacin apreciable de la iscosidad con la temperatura alto poderdisolente: se o-idan f)cilmente proocando la formacin de productos asf)lticos!


68/166


3

Los l"*ricantes sint4ticos son s"stancias ,"e siendo de origen 'egetal o

animal estn constit"idos +or com+"estos ,"micos distintos de los

3idrocar*"ros anteriores. La o*tenci-n de estos es com+le2a & s" costo es

s"+erior a los aceites de origen mineral.

Para determinados casos de a+licaci-n0 estos aceites tienen +ro+iedades

s"+eriores a los aceites l"*ricantes minerales0 las ma&ores 'enta2as de los

aceites sint4ticos son s" alta esta*ilidad t4rmica & a la o@idaci-n0 la 1a'ora*le

relaci-n 'iscosidad9 tem+erat"ra0 el alto +"nto de in1lamaci-n & el *"en

com+ortamiento en 1ro.

#.$. (RO(IEDADE" DE LO" ACEITE" LUBRICANTE".

Las +ro+iedades de los aceites se +"eden res"mir en el sig"iente c"adro. Es

necesario aclarar ,"e en de+endencia del ti+o de m,"ina se determina "na

" otras +ro+iedades del l"*ricante ,"e aseg"ren "n tra*a2o 1ia*le & d"radero

de las mismas.

(6o. >i89 de


69/166


3

Corrosion al co*re

Punto anilina!

8$%)/&+&/ E#$/+ 8$/)*" HE" /"$+"/


70/166


3

( )2010!7:6 420 =

tt :J.;

8/% //())(% $/+#)%.9 :Gra'edad es+ec1ica;0 es la relaci-n entre el +esoes+ec1ico del aceite & el +eso es+ec1ico del ag"a a "na tem+erat"ra dada.

agua

aceite

= :J.J;

Para 1acilitar el tra*a2o el tra*a2o con los +rod"ctos deri'ados del +etr-leo se

"tili(an los grados API ,"e da la gra'edad es+ec1ica en nmeros enteros.

5!1315!141

!! 0 = -+7A :J.7;

Este indicador sir'e d"rante el +roceso de 1a*ricaci-n como "n ndice de la3omogeneidad del +rod"cto & en otros casos como re1erencia +aradeterminar la +rocedencia del aceite.

V)(%)&+& &)";)(+ H+%'#+

De todas las +ro+iedades de los l"*ricantes l,"idos la 'iscosidad es la ,"ema&or in1l"encia tiene so*re la ca+acidad de so+ortar cargas d"rante la

l"*ricaci-n 3idrodinmica.

La 'iscosidad dinmica se considera como "n ndice id-neo & nico +ara

determinar la "tili(aci-n correcta de los l"*ricantes en las "niones

tri*ot4cnicas. La 'iscosidad dinmica es la ,"e determina +ara "n caso dado

las +4rdidas +or ro(amiento0 la generaci-n de calor0 la ca+acidad de carga0

la 1"ga del aceite +or los sellos & 3olg"ras.

La 'iscosidad dinmica se de1ine como + $%)/&+& '/ #)/"/ '" 0')&% &/%%"/$/ + %))/"#% $/+#)% &/ ' %('+9 % #+)" / &/)"/ (%% + $)(()*"


71/166


3

)"#/$"+ &/ '" 0')&% % /+ + $/)#/"()+ $/+#)+ + (%$#+"#/ &/ + (++ +@% + + +(()*"&/ '"+ '/$+ +)(+&+.

Esta 1"er(a a cortante se determina0 segn I. Ne


72/166


3

donde 9 mm[Fs 9 grFcm3.

La 'ariaci-n de la 'iscosidad con la tem+erat"ra & la +resi-n se +"eden

calc"lar de 1orma a+ro@imada +or las sig"ientes relaciones

!96i98in de


73/166


3

( ) 80 10!log!*1:06:0 = $/N

Validas +ara t : 5; 0C.

La in1l"encia de la +resi-n so*re la 'iscosidad no se considera 3asta +

B0J !Pa &a ,"e es com+ensada con el incremento de la tem+erat"ra en 50C0 sin em*argo +ara + B !Pa. la 'iscosidad se d"+lica & +ara + 5

!Pa a"menta en 5 'eces0 en la +rctica se considera ,"e +ara altastem+erat"ras la in1l"encia de la +resi-n es des+recia*le.

ndi8e de i8oid9d.

La 'ariaci-n de la 'iscosidad con la tem+erat"ra de+ende del ti+o de aceite

:+ara1nico0 na1t4nico0 aromtico; & del m4todo "tili(ado +ara s" re1inaci-n0

teniendo esto en consideraci-n se esta*leci- :566; "n m4todo com+arati'o

+ara 'alorar la relaci-n ,"e e@iste entre la 'iscosidad & la tem+erat"ra0 el

c"al es conocido con el nom*re de ndice de 'iscosidad.

Para esta*lecer el m4todo se escogieron dos aceites +atrones0 "no de elloscon +oca 'ariaci-n de la 'iscosidad con la tem+erat"ra :nat"rale(a+ara1nica; al c"al se le dio en "na escala ar*itraria el 'alor I.V. 5 & elotro con "na a+recia*le 'ariaci-n de la 'iscosidad con la tem+erat"ra

:nat"rale(a as1ltica; & se le asign- I.V. 0 am*os aceites con ig"al'iscosidad a 6?06 C :5 0%;.

Es necesario aclarar ,"e en la act"alidad e@isten aceites con IV 5

de*ido al desarrollo de n"e'os aditi'os.

Para o*tener el ndice de 'iscosidad :IV; de "n aceite se a+lica la sig"iente

1-rm"la.

N100!!

=L

8L3+ : J.5B;


74/166


3

donde

L Viscosidad cinemtica del aceite con I. V. a "na tem+erat"ra de B0?0C :5 0%;.

U Viscosidad cinemtica del aceite c"&o I.V. se desconoce a latem+erat"ra de B0? 0C.

A Viscosidad cinemtica del aceite c"&o I.V. se desconoce a latem+erat"ra de 6?06 0C

H Viscosidad cinemtica del aceite con I.V. 5 a "na tem+erat"ra deB0? 0C.

Los 'alores de L0 U0 H0 A0 se dan en la #a*la J.


75/166


3

#A$LA J.5 E,"i'alencia de 'iscosidades cinemticas +ara K 7 mm2Fs.

2 Engler 39!C

H1!!F S.S.U.54.4 !C

H13! !F S.S.U.7.7 !C

H21! !FS.S.U.

246

1!12141612!22242623!35

4!455!556!

1.14!1.3!1.411.653

1.32.!2!2.2172.4342.6442.!3.1!3.343.53.24.!4.!

5.345.76.63.24.7!

32.637.145.552.!

5.65.73.41.17.27.51!6.!114.6123.3132.114!.7163.2

15.2!.4231.4254.42.4

32.37.245.652.1

5.766.!3.51.37.47.

1!6.2114.123.5132.4141.2163.5

16.!2!.231.254.72.7

32.37.445.52.4

57.266.43.71.7.7.2

1!6.115.4124.2133.!141.7164.3

1.!2!7.7233.!256.227.3

0E grados Engler S.S.U. Seg"ndo So&*olt Uni'ersal Para 7 mm2Fs

SSU . 07 :B0?

0

C; SSU . 076 :J0 0C;

SSU .07J :6?.6 0C;

0E . 05B5J se e@+resa en mm[Fs

E2em+lo de clc"lo

Determine el I.V. de "n aceite ,"e tiene las sig"ientes +ro+iedades

Viscosidad a B0? 0C mm2F s. Viscosidad a 6?06 0C ? mm2F s.

Se con'ierten las 'iscosidades a las "nidades S.S.U segn la ta*la J.5.

U Viscosidad a B0? 0C 07 BB0 S.S.U.


76/166


3

A Viscosidad a 6?06 0C J0 S.S.U. con el 'alor de A entro a la ta*la J.& determino los 'alores de L 65 & de H ??

N56:822884*1

4:3234*1!! =

=

=L

8L3+

#A$LA J..9 Valores de los +armetros A .*8!*en S.S.U.; H :38 en

S.S.U.;L :38en S.S.U.; de la 1-rm"la J.5B

A = L A = L

404244464850525456586062646870

727476788082848688*0*2

*4*6*8

*312415718*2222552883223563*14264614*6568604

6416787167537*182*868*07*47*861026

106611071148

1071672282*13564224*1561632706781857*3610*811*8

12681355144415341627172118171*14201421152217

232224282536

102104106108110112114116118120122124126130132

134136138140142144146148150152154

156158160

1231127313151358140114441488155215761620166517101756184818*4

1*411*882036208421322180222*2278232823782428

2478252*2580

275728702*8531023220334034623585371138283*6640*7422*44*84636

47754*1550585202534854*6564557*65*4*61046260

641865786740


77/166


3

100 118* 2646

O/%)&+& % U"#'%)&+&.9 En las condiciones de 1ricci-n no 1l"ida la 'iscosidad+ierde s" im+ortancia +ara caracteri(ar "n aceite dado0 &a ,"e en estosestados de 1ricci-n :lmite & mi@to; no es +osi*le la 1ormaci-n de la c"/a3idrodinmica siendo la oleosidad la +ro+iedad 1"ndamental dell"*ricante0 entendi4ndose como tal0 la +ro+iedad ,"e tiene los aceites dead3erirse 1irmemente a las s"+er1icies de los c"er+os 1ormando "na +elc"ladel orden de 'arias mol4c"las de es+esor0 esta +ro+iedad de+ende

1"ndamentalmente de la estr"ct"ra molec"lar del l"*ricante. En la act"alidadno est normado "n m4todo de ensa&o +ara e'al"ar la oleosidad.

8'"#% &/ I"++()*".9 En alg"nas a+licac

Documents

FUNDAMENTOS TRIBOLOGÍA