ES2227984T3

ES2227984T3 - Organos de guiado deslizantes, lubricados con grasa, de bajo coeficiente de rozamiento y de vida util mejorada.

Info

Publication number: ES2227984T3
Application number: ES99402251T
Authority: ES
Inventors: Etienne Georges; Daniel Tourneux
Original assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Current assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: CN1095044C; ZA995911B; DE69919288T2; TR199902293A2; EP0987456A1; PL335435A1; MY117195A; TR199902293A3; PT987456E; KR20000023163A; NO994469L; DK0987456T3; IL131795A0; IL131795A; CN1247947A; PL193355B1; FR2783291A1; KR100380530B1; NO994469D0; JP3525411B2

Abstract

Dispositivo de guiado para órganos mecánicos constituido por dos piezas destinadas a cooperar por fricción de deslizamiento, teniendo una de las dos piezas, llamada pieza lisa (11), una superficie funcional, es decir, de fricción, lisa, y teniendo la otra pieza, llamada pieza perforada (8) al menos una superficie funcional (7), es decir, de fricción, que comprende cavidades desembocantes (9) destinadas a recibir una grasa de tipo pasta lubricante y en particular una grasa EP (grasa de extrema presión) que comprende un constituyente de tipo jabón, un constituyente de tipo aceite y un aditivo de extrema presión, caracterizado porque el ángulo de contacto {ze} entre dicha superficie funcional de dicha pieza lisa y dicha grasa está comprendido entre 20 y 40 grados, y porque el material de dicha pieza perforada se elige de manera que el ángulo de contacto entre dicha superficie funcional de la pieza perforada y dicha grasa está comprendido entre 45 y 75 grados.El dispositivo de la invención puede ser del tipo corredera/patín, árbol/cojinete, rótula/copa, etc.

Description

Órganos de guiado deslizantes, lubricados con grasa, de bajo coeficiente de rozamiento y de vida útil mejorada.

La presente invención se refiere a componentes mecánicos engrasados. Más precisamente, la invención se refiere a componentes mecánicos engrasados que aseguran por rozamiento de deslizamiento una función de guiado en translación o en rotación, en movimiento continuo o alternativo y diseñados para responder eficazmente a las preocupaciones de numerosos sectores industriales en materia de simplificación del engrasado y de reducción de la frecuencia de mantenimiento.

Se conoce dispositivos lubricados por grasa en los cuales es posible hacer frotar dos piezas mecánicas una contra otra, incluso sometidas a tensiones de carga muy elevadas, con un coeficiente de rozamiento muy bajo: se dan ejemplos al respecto en la publicación "Teoría y Práctica Industrial del Rozamiento" de J.J. CAUBET, Dunod Technip Editor, 1964, capítulo 13.

El documento FR-A-1342910 de 2 de octubre de 1962, completado por su certificado de adición FR-E-82950 de 17 de enero de 1963, describe un modo de aplicación de un dispositivo de este tipo en el caso de cojinetes con autoalineación para fuertes cargas, e incorporan las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Tales dispositivos, cuya eficacia técnica es reconocida, presentan sin embargo un inconveniente principal, ligado a la complejidad de su realización práctica, que conduce a costes de aplicación elevados, incompatibles con las exigencias actuales de la mayoría de los sectores industriales afectados.

Un objeto de la presente invención es, por tanto, proporcionar un dispositivo de guiado para órganos mecánicos que permita evitar el empleo de un sistema de estanqueidad.

Otro objeto de la invención es proponer un dispositivo de este tipo eficaz y de bajo coste en el campo considerado.

Otros objetos y ventajas de la invención aparecerán en la lectura de la descripción siguiente.

La invención propone un dispositivo de guiado para órganos mecánicos constituido por dos piezas destinadas a cooperar por rozamiento de deslizamiento, teniendo al menos una de las dos piezas, llamada pieza lisa, una superficie funcional, es decir de rozamiento, lisa, y teniendo la otra pieza, llamada pieza perforada, al menos una superficie funcional, es decir de rozamiento, que incorpora cavidades desembocantes destinadas a recibir una grasa del tipo de pasta lubricante y especialmente una grasa EP (grasa extrema presión) que comprende un componente de tipo jabón, un componente de tipo aceite y un aditivo de extrema presión, caracterizado porque el ángulo de contacto entre dicha superficie funcional de dicha pieza lisa y dicha grasa, medido a una temperatura llamada temperatura de medición, que es de 15º \pm 5ºC inferior a la temperatura a la cual se produce un comienzo de separación entre dicho componente de tipo jabón y dicho componente de tipo aceite y/o un comienzo de evaporación de dicho componente de tipo aceite, está comprendido entre 20 y 40 grados, y porque el material de dicha pieza perforada se escoge de tal manera que el ángulo de contacto, medido a dicha temperatura de medición, entre dicha superficie funcional de la pieza perforada y dicha grasa, está comprendido entre 45 y 75 grados.

El término grasa EP, que designa una grasa extrema presión, es bien conocido de los expertos en la técnica. Se debe entender por "grasa extrema presión" una grasa capaz de resistir sin daños una carga elevada. Son ejemplos de tales grasas las grasa al litio del tipo SNR-LUB EP clase NLGI 2, o bien de tipo KLÜBER CENTOPLEX GLP 402 NLGI 2, o bien incluso las grasas al litio y lubricantes sólidos de tipo KLÜBER COSTRAC GL 1501 MG NLGI 2.

Es preciso observar que tanto la pieza lisa como la pieza perforada pueden cada una tener una superficie no funcional, pero esto no es obligatorio.

Las dos piezas, la pieza lisa y la pieza perforada, están destinadas a cooperar por rozamiento de deslizamiento, en translación o en rotación, en movimiento continuo o alternativo.

Cada una de las dos piezas puede ser de forma plana, cilíndrica o esférica.

Aunque sea empleada habitualmente por el experto en la técnica, la noción del ángulo de contacto de una gota de un producto líquido o viscoso posada en una superficie sólida no constituye objeto de una normalización, ni siquiera de un método de medida perfectamente normalizado, sobretodo cuando dicho producto es una grasa.

A continuación se indican las condiciones experimentales en las que se efectúa la medida del ángulo de contacto.

Medida del ángulo de contacto según la invención

En primer lugar, se desengrasa la superficie del cuerpo sólido sobre la cual se quiere hacer la medida y a continuación se deposita en la misma un cordón rectilíneo de grasa. Se calienta después la pieza hasta que la temperatura de su cara en contacto con el cordón de grasa alcance un valor superior en 20 \pm 5ºC a la temperatura límite de utilización de la grasa. Se mantiene a esta temperatura durante el tiempo necesario para que la grasa se vuelva suficientemente líquida para comenzar a extenderse en la superficie (unos 90 segundos). Se detiene entonces el calentamiento de la pieza y se deja enfriar. Esto tiene por efecto congelar la forma de la gota y permite la medida de su ángulo de contacto a la temperatura ambiente.

Se escogen materiales apropiados para constituir la pieza lisa según la invención entre los aceros, por ejemplo los aceros cementados, templados, rectificados, los aceros templados HF rectificados, los aceros endurecidos y posteriormente revestidos de cromo duro, los aceros nitrurados y los aceros carbonitrurados, el cromo y el níquel, así como entre los aceros revestidos de cerámica.

Se tiene que medir cada vez el ángulo de contacto entre el material que debe constituir la pieza lisa y la grasa, que debe estar comprendido entre 20 y 40 grados, para determinar si este material es efectivamente apropiado según la invención.

El material que constituye la pieza perforada puede ser un material macizo. Éste se escogerá habitualmente entre los materiales polímeros y los materiales copolímeros. Sin embargo, no se puede excluir que puedan convenir otros cuerpos a partir del momento en el que su ángulo de contacto con la grasa satisfaga las condiciones especificadas.

Se escogen particularmente materiales apropiados para constituir la pieza perforada según la invención entre las poliimidas, las poliimidas cargadas, por ejemplo las poliimidas cargados de grafito, las resinas epoxi, las resinas epoxi cargadas, tales como las resinas epoxi cargadas de bisulfuro de molibdeno MoS_{2}, las resinas poliacetales, el polietileno, los fluorocarbonos sustituidos o no, y especialmente el PFA (perfluoroalcoxi), el politereftalato de etileno, la poliétersulfona, las poliamidas, así como el poliéter-etercetona.

Igualmente, se debe medir cada vez el ángulo de contacto entre el material que debe constituir la pieza perforada y la grasa, que debe estar comprendido entre 45 y 75 grados, para determinar si este material es efectivamente apropiado según la invención.

El material que constituye la pieza perforada puede ser igualmente un substrato recubierto de un revestimiento. El revestimiento se deposita habitualmente en capa delgada, que tiene generalmente un espesor de unos 5 a unos 50 \mum.

En este caso, el substrato es un material cualquiera, de forma maciza o bajo forma de un fleje delgado enrollado, por ejemplo un acero al carbono no aleado, un acero aleado, un acero inoxidable, una aleación de aluminio, una aleación de cobre, una aleación de titanio, etc.

El fleje delgado enrollado se realiza ventajosamente en conformidad con la patente de la solicitante FR-B-2 893 520.

En cuanto al material que constituye la pieza perforada es un substrato recubierto por un revestimiento, éste es ventajosamente un acero previamente nitrurado, recubierto después por un polímero.

Entonces se escoge el material constitutivo del revestimiento entre los materiales polímeros y los copolímeros, especialmente entre las poliimidas, las poliimidas cargadas, por ejemplo las poliimidas cargadas de grafito, las resinas epoxi, las resinas epoxi cargadas, tales como las resinas epoxi cargadas de bisulfuro de molibdeno MoS_{2}, las resinas poliacetales, el polietileno, los fluorocarbonos sustituidos o no, y especialmente el PFA (perfluoroalcoxi), el fluoroetileno o el fluoropropileno, el politereftalato de etileno, la poliétersulfona, las poliamidas, así como el poliéter-etercetona.

Cuando el material constitutivo de la pieza perforada es un substrato recubierto de un revestimiento, éste es ventajosamente un acero que ha experimentado previamente un tratamiento de endurecimiento superficial. Este tratamiento de endurecimiento superficial puede ser un tratamiento termoquímico que provoca la difusión de un heteroelemento, por ejemplo el nitrógeno, en el acero. Dicho tratamiento termoquímico es preferentemente una nitruración en un baño fundido de cianatos y carbonatos de metales alcalinos y que contiene además ventajosamente una cantidad de al menos una especie sulfurada, por ejemplo según el documento FR-B-2 708 823 de la solicitante.

En un modo de realización particularmente ventajoso de la invención, la pieza perforada se realiza en forma de un fleje delgado enrollado, conforme al documento FR-B-2 693 520 anteriormente citado, en acero nitrurado según el documento FR-B-2 708 823 anteriormente citado, y revestido de un polímero.

En este caso, se deberá verificar todavía que el ángulo de contacto del material del revestimiento de la pieza perforada con la grasa está comprendido entre 45 y 75 grados, para determinar si este revestimiento es efectivamente apropiado según la invención.

Según un modo de realización preferido de la invención, las cavidades que constituyen "pies de sustentación", se encuentran repartidas sensiblemente sobre la totalidad de la superficie de la pieza perforada.

Es entonces ventajoso que al menos tres cavidades contribuyan a soportar una carga que apoya las dos piezas.

Es entonces igualmente ventajoso que el área ocupada por las cavidades en el desarrollo de la superficie funcional de la pieza perforada represente entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40% del área total de dicho desarrollo.

Las cavidades pueden ser sensiblemente iguales entre sí o no.

Las cavidades pueden ser repartidas de forma sensiblemente regular en la totalidad de la superficie de la pieza perforada.

En el caso de que las cavidades no sean sensiblemente iguales entre sí y/o estén repartidas de forma sensiblemente irregular en la totalidad de la superficie de la pieza perforada, la distancia más corta entre los bordes de las dos cavidades yuxtapuestas será ventajosamente superior a unos 2 mm.

La superficie desembocante de cada cavidad está habitualmente comprendida entre unos 3 mm^{2} y unos 40 mm^{2}, ventajosamente unos entre unos 10 mm^{2} y unos 30 mm^{2}.

Según una disposición ventajosa de la invención, las cavidades que desembocan en la superficie funcional de la pieza perforada no están comunicadas entre sí por el lado de la superficie funcional de dicha pieza perforada.

Las cavidades pueden estar comunicadas o no del lado de la de una superficie no funcional de la pieza perforada, por ejemplo por un sistema de canales, una cubierta recubrirá ventajosamente las cavidades.

En el sentido de la presente invención, cuando se habla de cavidades que se comunican entre sí se debe entender que dichas cavidades están "unidas por canales (conductos) creados voluntariamente en la superficie por retirada de materia".

Las cavidades pueden ser, por ejemplo, cilíndricas.

La pieza plana y la pieza perforada pueden ser de forma plana, cilíndrica o esférica.

La presente invención permite obtener un dispositivo árbol/cojinete en el cual la pieza lisa es el árbol y la pieza perforada es el cojinete, un dispositivo corredera/patín en el cual la pieza lisa es la corredera y la pieza perforada es el patín, un dispositivo rótula/cazoleta en el cual la pieza lisa es la rótula y la pieza perforada es la cazoleta.

Además de los dispositivos de guiado compuestos de dos piezas frotantes, la presente invención permite diseñar una disposición en la que existen tres piezas frotantes y no ya dos. Por ejemplo, en el caso de una pieza perforada en forma de casquillo, las dos superficies (el taladro interior y el cilindro exterior) del casquillo perforado son entonces funcionales.

En esta configuración, el casquillo perforado se hace "flotante", no siendo ya su velocidad de rotación más que una fracción, función de los coeficientes de rozamiento, de la del árbol.

El interés de una disposición de este tipo es relativamente limitado en el caso de un sistema oscilante del tipo de articulación porque las velocidades de deslizamiento puestas en juego son entonces relativamente débiles, del orden de 0,2 m/s. Por el contrario, se hace mucho más importante para sistemas de guiado en rotación continua, especialmente aquellos en los que las velocidades de deslizamiento alcanzan valores elevados de unos 8 a 10 m/s, o incluso más. Un casquillo conforme a la invención puede entonces reemplazar ventajosamente a menor costo a un órgano de guiado de diseño más complejo, por ejemplo, un rodamiento de agujas.

Se comprenderá mejor la invención haciendo referencia a las figuras anexas, en las cuales:

- la Figura 1 ilustra esquemáticamente el principio básico de la técnica anterior según el documento FR 910 999 y su certificado de adición FR 921 708,

- las Figuras 2 a 5 ilustran esquemáticamente la medida del ángulo de contacto según la invención,

- la Figura 6 es una vista esquemática en corte de un órgano de guiado del tipo corredera/patín según la invención,

- la Figura 7 es una vista por debajo del patín de la Figura 6,

- la Figura 8 representa esquemáticamente una variante de órgano de guiado del tipo corredera/patín de la Figura 6,

- la Figura 9 representa esquemáticamente un órgano de guiado según la invención en la configuración árbol/cojine-
te,

- la Figura 10 representa esquemáticamente el cojinete de la Figura 9,

- la Figura 11 representa esquemáticamente un dispositivo del tipo rótula según la invención,

- la Figura 12 representa esquemáticamente un dispositivo de tipo patín/pista en el cual se produce un basculamiento del patín,

- la Figura 13 representa esquemáticamente el soporte del patín por tres pies,

- la Figura 14 representa esquemáticamente una configuración árbol/cojinete en la cual hay tres piezas frotantes, con dos superficies funcionales,

- la Figura 15 representa esquemáticamente una configuración árbol/cojinete en rotación continua de dos piezas frotantes, en la cual un forro se dispone sobre el árbol al nivel de la superficie funcional del cojinete (casquillo) perforado,

- la Figura 16 representa esquemáticamente una disposición de tres piezas frotantes y con dos superficies funcionales, que es una variante de la de la Figura 15, con dos cubiertas zunchadas, la una de un árbol, la otra de un taladro de un cárter.

En la Figura 1 se representa un patín 1, en este caso de acero, destinado a frotar sobre una pista 2, también ella de acero, contra la cual se apoya con una fuerza resultante F. En la cara inferior del patín 1 se ha realizado una garganta circular, en la cual se ha colocado una junta tórica 3, siendo llenado el espacio E así dispuesto en el interior de la junta tórica de grasa 4. Así diseñado el patín 1 se convierte en "flotante", siendo portado por un auténtico "pie" de grasa, lo cual permite la obtención de coeficientes de rozamiento muy bajos, típicamente inferiores a 0,01, incluso bajo carga elevada y en movimiento lento.

Se observará al respecto que una disposición simplificada del patín 1 de la Figura 1, en la cual se habría suprimido la junta tórica 3, podría no ser conveniente. En efecto, debido a que la carga que aprieta 1 contra 2, la grasa sería de hecho expulsada del contacto muy rápidamente, entonces el frotamiento se realizaría metal contra metal y se produciría inexorablemente un agarrotamiento en un intervalo de tiempo muy breve. Por el contrario, no se produce esto cuando se coloca la junta 3, porque entonces la grasa 4 no puede escaparse, debido a que el casquillo es estanco.

Para la medición del ángulo de contacto 8 según la invención, se comienza por desengrasar correctamente la superficie 5 del cuerpo sólido en la cual se desea efectuar la medida. A continuación se deposita, con ayuda de un jeringa, en la superficie del cuerpo sólido en la cual se quiere efectuar la medida, un cordón rectilíneo de grasa 6 de unos 2 milímetros de diámetro (Figura 2).

Entonces Se deposita la pieza sobre una placa calefactora (no representada), hasta que la temperatura de su cara en contacto con el cordón de grasa alcance un valor superior en 20 \pm 5ºC a la temperatura límite de utilización de la grasa. Se mantiene durante unos 90 segundos. La pieza se retira entonces de la placa calefactora y se deja enfriar, lo que tiene por efecto congelar la forma de la gota, permitiendo así la medida de su ángulo de contacto a la temperatura ambiente, gracias a un dispositivo clásico del tipo prismático equipado con un transportador de ángulo. La dirección de la observación se indica por "DO". Los resultados obtenidos se esquematizan en las Figuras 3 (vista en corte lateral del cordón de grasa 6 inicial antes del calentamiento), 4 y 5 que representan cada una de ellas una vista en corte lateral del cordón de grasa después del calentamiento, y posterior enfriamiento, respectivamente en el caso de una pieza lisa, 5', y de una pieza perforada, 5''. Según la invención, en el caso de una pieza lisa, se debe tener, \theta = 20-40º (6') y en el caso de una pieza perforada, \theta = 45-75º (6'').

En la Figura 6, que representa un dispositivo patín/corredera 11, se han dispuesto cavidades en la cara inferior 7 del patín 8, es decir, la que es funcional y coopera con la corredera 11 en rozamiento por deslizamiento.

La Figura 7 representa la vista por debajo del patín, es decir, su superficie funcional 7. Las cavidades en ella son cilíndricas y dispuestas regularmente. No se comunican entre sí por el lado de esta cara 7.

El desarrollo de la superficie frotante es aquí la cara interior 7 del patín 8, cuya área es igual al producto Lxl, siendo L y l respectivamente la longitud y la anchura del patín.

El área ocupada por las cavidades es igual a n\pi\Phi^{2}/4 (siendo n el número de cavidades) y de es la distancia más corta que separa los bordes enfrentados de dos cavidades yuxtapuestas.

Según las disposiciones preferidas de la invención, se debe tener:

n\pi\Phi^{2}/4=20 al 40% (L x l)

d > aproximadamente 2 mm

aproximadamente 3 mm^{2} < \pi\Phi^{2}/4 < aproximadamente 40 mm^{2}

En la disposición representada en las Figuras 6 y 7, las cavidades no desembocan del lado no funcional 10 del patín.

Sin embargo, se puede imaginar que sea de otra manera, es decir que los orificios ya no sean ciegos. Importa entonces evitar por un medio apropiado, tal como una cubierta 12 que recubre las cavidades (Figura 8), que la grasa que llena las cavidades no pueda escaparse por la superficie posterior 10 no funcional del patín.

En la disposición representada en la Figura 7, las cavidades no se comunican entre sí por el lado de la cara 10. Se puede sin embargo imaginar que puedan hacerlo, por ejemplo mediante un sistema de canales apropiados.

En las figuras anexas, las cavidades han sido representadas bajo forma de orificios cilíndricos, iguales entre sí u dispuestos en forma regular. Pero esto no es una condición necesaria y puede ser de forma diferente, sin que por ello estas otras disposiciones salgan del cuadro de la invención.

La Figura 9 representa un órgano de guiado según la invención en la configuración árbol 13/cojinete 14. Las cavidades están dispuestas en el cojinete 14 (Figura 10). En este caso conviene hablar de superficie desarrollada del cojinete 14, siendo ésta obtenida hendiendo el casquillo según una dirección paralela a su eje, y desarrollándola a continuación hasta la obtención de un fleje rectangular. Todas las consideraciones desarrolladas anteriormente referentes al dispositivo tipo patín corredera, pueden ser traspuestas entonces al sistema árbol/cojinete.

La Figura 11 representa un dispositivo del tipo rótula 15/cazoleta 16 realizado en conformidad con la invención, las cavidades 9 están realizadas en la cazoletas, es decir, las partes deslizantes cóncavas.

La Figura 12 vuelve a tomar el patín y la pista de la Figura 1, pero en una configuración en la que la carga F del patín no da más que una resultante que pasa por el centro de la junta tórica 3. Entonces se produce un basculamiento del patín 1 que conduce a fenómenos nefastos de zunchos sobre aristas, generadores de sobretensiones que originan un deterioro prematuro de las superficies en contacto deslizante. Para evitar esto, el patín 1 puede ser soportado por al menos tres "pies" 17, cayendo entonces la resultante de la carga que apoya el patín sobre la pista en el interior del polígono de sustentación así definido (Figura 13).

La Figura 14 representa un órgano de guiado según la invención en una configuración árbol/cojinete que se distingue de la de la Figura 9 por el hecho de que hay tres piezas frotantes: el árbol 13, el cojinete (casquillo) 14 perforado por los orificios 9 y el cárter 18.

Según esta disposición, hay dos superficies funcionales en el casquillo perforado 14, estando una constituida por su taladrado interior, la otra por su cilindro exterior.

En esta configuración, el casquillo perforado es "flotante".

La Figura 15 representa un montaje de dos piezas flotantes, que son el árbol 13 y el cojinete (casquillo) 14 perforado por orificios 9. En el árbol 13 se ha zunchado una cubierta 19 de acero de rodamientos del tipo 100C6. El casquillo 14 a su vez está enmanguitado en duro por su diámetro exterior en un taladro del cárter 18.

La Figura 16 es una variante de la Figura 15 con un cojinete (casquillo) perforado "flotante", que roza sobre dos cubiertas 19 y 20 de acero de rodamientos del tipo 100C6, respectivamente dispuestas en el árbol y en un taladro del cárter.

Se describirá la presente invención con mayor detalle haciendo referencia a los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1

(Comparativo)

Este ejemplo ilustra ensayos de cojinetes oscilantes.

La configuración es árbol/cojinete.

Naturaleza del árbol: acero 16NC6 cementado templado.

Naturaleza del cojinete: poliimida cargada con un 40% de grafito, tipo PI 5508 5508

Diámetro del árbol: 30 mm.

Anchura del cojinete: l = 20 mm

Longitud desarrollada del cojinete: \pix30=94,25 mm.

Movimiento: rotación alternada en 90º de arco, a la frecuencia de 1 Hz.

Presión calculada en superficie proyectada: 10 MPa.

Velocidad de deslizamiento: 0,2 m/s.

Grasa extrema presión: con jabón de litio, tipo SNR-LUB EP, grado NLGI2, temperatura de utilización -30 a + 110ºC.

Engrase en el montaje, y a continuación funcionamiento sin aportación suplementaria de grasa.

Para la determinación de los ángulos de contacto \theta para árbol/grasa y cojinete/grasa, se ha efectuado una media de 5 medidas como se indica más anteriormente, con cordones de grasa dispuestos en muestras paralelepipédicas, llevadas a 130ºC durante 90 segundos, y enfriadas a continuación.

Los resultados son los siguientes:

- para el árbol (acero 16 NC6 cementado templado): \theta=30º

- para el cojinete (poliimida cargada con un 40% de grafito): \theta=60º

Este ejemplo se ha realizado con un cojinete liso, es decir, fuera del campo de la invención.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,11

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: 35.000.

Ejemplo 2

(Según la invención)

Se reproduce el Ejemplo 1, salvo que el cojinete está perforado con 40 orificios (cavidades), cada uno de 4 mm de diámetro, dispuestos regularmente con d (distancia más corta que separa los bordes enfrentados de las dos cavidades yuxtapuestas) = 4 mm.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,009

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: > 250.000 (ensayo detenido antes de concluir).

Ejemplo 3

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 1, salvo que para el material que constituye el cojinete se sustituye la poliimida por un bronce de tipo UE 12 P, que es una aleación utilizada habitualmente para los cojinetes.

El cojinete es liso, es decir, fuera de la invención.

El ángulo de contacto \theta para cojinete/grasa, medido en las condiciones del Ejemplo 1 = 35º.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,12

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: 25.000.

Ejemplo 4

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 2, salvo que para el material que constituye el cojinete perforado se utiliza en lugar de poliimida un bronce de tipo UE 12 P, que es una aleación utilizada habitualmente para los cojinetes.

El ángulo de contacto \Theta para cojinete/grasa, medido en las condiciones del Ejemplo 1 = 35º, es decir, fuera de la gama de la invención para la pieza perforada.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,09

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: 80.000.

Comentarios sobre los ejemplos 1 a 4

1) Cuando los cojinetes son lisos, es decir, fuera de la invención, su duración de vida es del mismo orden de magnitud, sean de poliimida o de bronce. Los coeficientes de rozamiento son a su vez comparables y corresponden a un régimen mixto, prosiguiendo éste en tanto subsista lubricante en el contacto. Cuando la grasa, que puede escaparse por los bordes del cojinete, se elimina totalmente, el coeficiente de rozamiento crece rápidamente, con las pegaduras de poliimida o de bronce del cojinete sobre el árbol de acero.

2) Las duraciones de vida de los cojinetes perforados de poliimida (según la presente invención) y bronce (fuera de la invención) son significativamente mayores que las de los cojinetes lisos. Al proceder al desmontaje, al término de los ensayos, se constata que la totalidad de la grasa disponible en las cavidades ha sido consumida. Ahí se encuentra el aspecto benéfico de las "reservas de lubricante" que constituyen las cavidades.

3) El coeficiente de rozamiento del cojinete de bronce perforado es inferior al del cojinete de bronce liso. Esto puede ser atribuido al menos en parte a una alimentación del contacto de grasa más regular y a un reparto más uniforme de esta grasa en este contacto, lo que limita los riesgos de contacto metal/metal entre el bronce del cojinete y el acero del árbol.

4) Por el contrario, la explicación de 3) no da cuenta del coeficiente de rozamiento muy bajo registrado con el cojinete de poliimida perforado (según la invención). En efecto, el valor de 0,009 corresponde típicamente a un régimen de lubricación hidrodinámica, lo que no se espera observar con un cojinete oscilante relativamente cargado y cuya velocidad de deslizamiento no es muy elevada.

La duración de vida del cojinete de poliimida perforado (más de 250.000 oscilaciones) es a su vez sorprendente cuando se la compara con la del cojinete de bronce (80.000 oscilaciones).

Esquemáticamente todo sucede como si el doble hecho de que el cojinete sea de poliimida y que sea perforado, que conduce por una parte a una mejora del efecto de sustentación, por otra parte a un aumento del intervalo de tiempo necesario para agotar la reserva de lubricante.

La modelización teórica de estos fenómenos no ha sido efectuada y no se puede más que avanzar hipótesis explicativas. Éstas se ilustrarán cómodamente haciendo referencia a la Figura 1. La grasa 4 continúa en el espacio disponible E entre el patín 1, la pista 2 y la junta tórica 3 no transmite lateralmente más que una fracción de la presión normal que recibe, siendo esta fracción tanto más débil cuanto más viscosa sea dicha grasa (esto procede del hecho de que la grasa obedece a las leyes de la reología, contrariamente a los aceites, que a su vez obedecen a las leyes de Pascal y de la hidrostática).

Se puede tolerar, por tanto, una carga relativamente elevada, es decir, una mejora del efecto de sustentación, y un juego relativamente importante, es decir un aumento de la reserva de lubricante, antes de que haya un comienzo de extrusión de la junta 3 y la aparición de una fuga de lubricante.

En la configuración de la invención, la junta 3 no existe. Esto tiene una consecuencia ventajosa, ligada al hecho de que el deslizamiento del patín sobre la pista se realiza sin que haya que vencer el rozamiento de la junta en esta misma pista, lo que contribuye a la obtención de los coeficientes de rozamiento.

Todavía puede haber otra consecuencia, desventajosa ésta, según la cual la grasa, que ya no está contenida, tiene naturalmente tendencia a escaparse por los bordes del patín. Esto puede producirse tanto más fácil y rápidamente cuanto el lubricante moja mejor las superficies, es decir, cuanto más pequeño es el ángulo de contacto entre la grasa y los materiales que constituyen dichas superficies.

Cuanto antecede puede ser directamente transpuesto de un dispositivo patín/corredera a uno de tipo árbol/cojinete, como se describe en los ejemplos precedentes: con un cojinete de poliimida (ángulo de contacto con la grasa = 60º), se contiene el lubricante mejor que con un cojinete de bronce (ángulo de contacto con la grasa = 35º).

5) Se puede pensar que interviene otro fenómeno para dar lugar al comportamiento netamente mejor del cojinete oscilante con árbol de acero y cojinete de poliimida que el del cojinete oscilante con árbol de acero y cojinete de bronce.

Incluso si, como se ha visto precedentemente, la grasa se contiene mejor en el contacto con un cojinete de poliimida que con un cojinete de bronce, no es menos cierto que en ambos casos se produce consumo de lubricante.

Sin embargo, en presencia de dos superficies metálicas a mojar, es decididamente más favorable para el lubricante ponerse en contacto con aquella que presenta con la grasa el menor ángulo de contacto, en este caso el árbol de acero antes que el cojinete de poliimida.

Se puede por tanto avanzar la hipótesis de que cada paso delante de la cavidad del cojinete de poliimida, la superficie del árbol de acero atrae un poco de la grasa contenida en dicha cavidad. La rotación del árbol provoca entonces una renovación constante del lubricante en su superficie, lo cual favorece la estabilidad del régimen de lubricación, por tanto mejora el efecto de sustentación y la duración del cojinete.

En el caso del cojinete de bronce (ángulo de contacto del mismo orden que el del acero), no existe este fenómeno.

Ejemplo 5

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 1, salvo que para el material que constituye el cojinete perforado se sustituye la poliimida por acero al carbono del tipo XC 38 recocido revestido por su superficie funcional de 10 \mum de un barniz orgánico a base de una resina epoxi cargada de MoS_{2}

El cojinete es liso, es decir, fuera de la invención.

El ángulo de contacto \theta acero XC 38 + barniz/grasa, medido en las condiciones del Ejemplo 1 = 70º.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,09

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: 45.000 (desgaste intenso al término del ensayo).

Ejemplo 6

(Según la invención)

Se reproduce el Ejemplo 5, salvo que el cojinete está perforado por 40 orificios (cavidades) cada uno de 4 mm de diámetro, regularmente dispuestos con d (distancia más corta que separa los bordes enfrentados de las dos cavidades yuxtapuestas) = 4 mm.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,0075

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: >250.000 (ensayo detenido antes de su término).

Ejemplo 7

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 5, salvo que el cojinete es de acero al carbono del tipo XC 38 recocido no revestido.

El cojinete ha quedado liso, es decir, fuera de la invención.

El ángulo de contacto \theta; acero XC 38/grasa, medido en las condiciones del Ejemplo 1 = 25º.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: inestable

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: algunas decenas y después el agarrotamiento.

Ejemplo 8

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 6, salvo que el cojinete perforado es de acero al carbono del tipo XC 38 recocido y no revestido.

El ángulo de contacto \theta acero XC 38/grasa, medido en las condiciones del Ejemplo 1 = 25º, es decir, fuera de la gama de la invención para la pieza perforada.

Resultados de los ensayos

-: Coeficiente medio de rozamiento: 0,15

-: Número de oscilaciones antes del aumento rápido del coeficiente de rozamiento: algunas centenas y después el agarrotamiento.

Comentarios a los ejemplos 5 a 8

Se puede hacer los mismos comentarios que para los ejemplos 1 a 4, si bien los ensayos terminan por degradaciones más francas, del tipo de desgaste intenso, incluso agarrotamiento, a consecuencia de los contactos acero/acero cuando la reserva de grasa de grasa a sido consumida y/o el revestimiento de barniz se ha desgastado.

Ejemplos 9 a 14

Se reproduce el Ejemplo 6, con cojinetes perforados de acero revestido de barniz, haciendo variar el número de orificios (de diámetro constante) para hacer variar el área ocupada por las cavidades. Esta área se mide sobre el desarrollo de la superficie frotante y se expresa en porcentaje del área total de dicho desarrollo.

El área ocupada por las cavidades en porcentaje del área total se designa por "S".

El número de oscilaciones se designa por "N".

Los resultados se dan en el Cuadro I.

- Coeficiente medio de rozamiento: 0,15

CUADRO I

S%	5	10	20 a 40	50	60
N	35.000	80.000	>250.000	20.000	algunas centenas

Comentario

Cuando el área ocupada por las cavidades es inferior a 20% del área total de el desarrollo del cojinete, la duración de la vida de este último decrece rápidamente para alcanzar la del cojinete equipado con un cojinete liso.

Por encima d40%, el decrecimiento es todavía más rápido, y en el desmontaje al término de los ensayos, se constata que la superficie del cojinete se encuentra fuertemente degradada, con numerosos rayados y arranque de escamas de barniz.

Ejemplos 15 a 17

(Según la invención)

Se reproduce el Ejemplo 2, es decir, con un cojinete perforado de poliimida, pero haciendo variar la naturaleza del material que constituye el árbol.

El ángulo de contacto se designa por \theta.

El coeficiente de rozamiento se designa por C_{F}.

El número de oscilaciones se designa por "N".

Los resultados se dan en el cuadro II

CUADRO II

1

Los coeficientes de rozamiento son comparables, por el contrario, las duraciones de vida, representadas por el número de oscilaciones, varían de manera significativa, aun permaneciendo buenas.

Ejemplo 18

(Comparativo)

Se reproduce el Ejemplo 6, pero haciendo variar la naturaleza del revestimiento de polímero.

El acero del cojinete está revestido en su superficie funcional por 10 \mum de PTFE (politetrafluoretileno).

El ángulo de contacto \theta grasa/cojinete es de 85º, es decir, fuera de la invención.

El coeficiente de rozamiento es del orden de 0,008.

El número de oscilaciones es de 90.000.

Ejemplos 19 y 20

Estos ejemplos se refieren a una configuración de cojinete en rotación continua (guiado de un árbol que gira en el taladro de un cárter).

Los ejemplos 19 y 20 ilustran, haciendo referencia a las Figuras 15 y 16, el caso de respectivamente dos piezas frotantes (una sola superficie funcional) y tres piezas frotantes (dos superficies funcionales).

Las condiciones experimentales son las siguientes:

- material de la pieza lisa: acero de rodamientos tipo 100C6.

- material de la pieza perforada: acero al carbono tipo XC39 nitrurado, revestido de 12 \mum de un barniz orgánico de perfluoroalcoxi.

- naturaleza de la grasa: idéntica a la del Ejemplo 1.

- diámetro del árbol: 30 mm.

- anchura del cojinete: 25 mm

- presión calculada en superficie proyectada: 5 bar.

Los ensayos se han realizado a diversos valores de la velocidad de rotación del árbol.

El movimiento puede proseguir en todos los casos durante centenares de horas sin ninguna anomalía de funcionamiento y con un par resistente muy débil, correspondiente a un coeficiente extremadamente bajo, del orden de 0,005 a 0,0005 típico de un rozamiento en un muy buen régimen de lubricación hidrodinámica.

La diferenciación entre montajes de dos, o de tres piezas frotantes, aparece en los dos extremos del intervalo de variación de la velocidad de rotación.

Por debajo de 2 a 3.000 r/min, el sistema de dos piezas frotantes (Ejemplo 19) conduce a una mejor reproducibilidad de los resultados (100% de éxito), que el de tres piezas frotantes (Ejemplo 20: 90% de éxito).

Por encima de 10 a 12.000 r/min sucede lo inverso.

El experto en la técnica comprenderá que aunque la invención se haya descrito e ilustrado por modos de realización particulares, se pueden contemplar numerosas variantes permaneciendo en el cuadro de la invención tal como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims

1. Dispositivo de guiado para órganos mecánicos constituido por dos piezas destinadas a cooperar por rozamiento de deslizamiento, teniendo una de las dos piezas, llamada pieza lisa (11), una superficie funcional, es decir de rozamiento, lisa, y teniendo la otra pieza, llamada pieza perforada (8), al menos una superficie funcional (7), es decir de rozamiento, que incorpora cavidades desembocantes (9) destinadas a recibir una grasa del tipo de pasta lubricante que comprende un componente de tipo jabón, un componente de tipo aceite y un aditivo de extrema presión, caracterizado porque el ángulo de contacto \theta entre dicha superficie funcional de dicha pieza lisa y dicha grasa, medido a una temperatura llamada temperatura de medición, que es de 15º \pm 5ºC inferior a la temperatura a la cual se produce un comienzo de separación entre dicho componente de tipo jabón y dicho componente de tipo aceite está comprendido entre 20 y 40 grados, y porque el material de dicha pieza perforada se escoge de tal manera que el ángulo de contacto, medido a dicha temperatura de medición, entre dicha superficie funcional de la pieza perforada y dicha grasa, está comprendido entre 45 y 75 grados.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material que constituye la pieza lisa se escoge entre los aceros, el cromo y el níquel.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el acero se escoge entre los aceros cementados, templados, rectificados, los aceros templados HF rectificados, los aceros endurecidos y posteriormente revestidos de cromo duro, los aceros nitrurados, los aceros revestidos de cerámica y los aceros carbonitrurados.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material que constituye la pieza perforada es un material macizo.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material que constituye la pieza perforada se escoge entre los materiales polímeros y los materiales copolímeros.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el material que constituye la pieza perforada se escoge entre las poliimidas, las poliimidas cargadas, las resinas epoxi, las resinas epoxi cargadas, las resinas poliacetales, el polietileno, los fluorocarbonos sustituidos o no, el politereftalato de etileno, la poliétersulfona, las poliamidas, así como el poliéter-étercetona.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material que constituye la pieza perforada se escoge entre los substratos macizos, los flejes delgados enrollados y los substratos recubiertos de un revestimiento.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el material que constituye el revestimiento es un material escogido entre los materiales polímeros y los materiales copolímeros.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el material que constituye el revestimiento se escoge entre las poliimidas, las poliimidas cargadas, las resinas epoxi, las resinas epoxi cargadas, las resinas poliacetales, el polietileno, los fluorocarbonos sustituidos o no, el politereftalato de etileno, la poliétersulfona, las poliamidas y el poliéter-étercetona.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 y 9, caracterizado porque el fluorocarbono es PFA (perfluoroalcoxi).

11. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el material que constituye la pieza perforada se escoge entre los aceros previamente nitrurados.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque el acero ha experimentado previamente un tratamiento de endurecimiento superficial que provoca la difusión de nitrógeno en dicho acero.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho tratamiento es un tratamiento termoquímico de nitruración en un baño fundido de cianatos y carbonatos de metales alcalinos.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque el baño fundido contiene además una cantidad de al menos una especie sulfurada.

15. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque las cavidades están repartidas sensiblemente sobre la totalidad de la superficie de la pieza perforada.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque al menos tres cavidades contribuyen a soportar una carga que apoya a las dos piezas.

17. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el área ocupada por las cavidades en el desarrollo de la superficie funcional de la pieza perforada representa entre aproximadamente 20 y aproximadamente 40% del área total de dicho desarrollo.

18. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque las cavidades son sensiblemente iguales entre sí.

19. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque las cavidades están repartidas en forma sensiblemente regular sobre la totalidad de la superficie de la pieza perforada.

20. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque las cavidades no son sensiblemente iguales entre sí.

21. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 y 20, caracterizado porque las cavidades están sensiblemente repartidas de forma irregular sobre la totalidad de la superficie de la pieza perforada.

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 20 y 21, caracterizado porque la distancia más corta entre los bordes de las dos cavidades yuxtapuestas es superior a unos 2 mm.

23. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque la superficie desembocante de cada cavidad está comprendida entre aproximadamente 3 mm^{2} y aproximadamente 40 mm^{2}.

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones 20 y 21, caracterizado porque la distancia más corta entre los bordes de las dos cavidades yuxtapuestas es superior a unos 2 mm y la superficie desembocante de cada cavidad está comprendida entre aproximadamente 10 mm^{2} y aproximadamente 30 mm^{2}.

25. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque las cavidades que desembocan en la superficie funcional de la pieza perforada no se comunican entre sí por el lado de dicha superficie funcional de dicha pieza perforada.

26. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque las cavidades que desembocan en la superficie funcional de la pieza perforada no se comunican entre sí por el lado de una superficie no funcional de dicha pieza perforada.

27. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, caracterizado porque las cavidades que desembocan en la superficie funcional de la pieza perforada se comunican entre sí por el lado de una superficie no funcional de dicha pieza perforada por un sistema de canales.

28. Dispositivo según la reivindicación 27, caracterizado porque una cubierta (12) recubre las cavidades.

29. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque las cavidades son cilíndricas.

30. Dispositivo árbol/cojinete según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque el árbol es la pieza lisa y el cojinete es la pieza perforada.

31. Dispositivo corredera/patín según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque la corredera es la pieza lisa y el patín es la pieza perforada.

32. Dispositivo rótula/cazoleta según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque la rótula es la pieza lisa y la cazoleta es la pieza perforada.

33. Dispositivo según la reivindicación 30, caracterizado porque el cojinete tiene dos superficies funcionales.