MONTAJE DE COJINETE CON RESORTE ANTI -DESLIZANTE Antecedentes de la Invención [0001] Esta invención se refiere generalmente a cojinetes de bolas, y en particular a un resorte elastomérico para un montaje de cojinete en un motor eléctrico que impide el daño por desgaste y extiende la vida útil del cojinete. [0002] Un asunto substancial en maquinaria ese desgaste, el cual resulta de movimientos relativos micromecánicos suaves, entre partes accesorios ajustados que superficialmente aparecen inmóviles uno respecto a otro. El desgaste es una combinación de corrosión y abrasión el cual se observa frecuentemente en equipos con movimiento o partes con vibración. Si continua, el desgaste puede resultar en picado y amarre de las superficies en contacto, vibración, concentraciones de estrés incrementado y vida reducida. [0003] En un motor eléctrico, el desgaste es la causa principal de la falla de los cojinetes; como lo conocen bien los expertos en la técnica, un motor tiene un montaje giratorio o rotor, montado con un núcleo hueco de un montaje estacionario, o estator, el cual contiene devanados de cables aislados. El motor transforma la energía eléctrica en torque mecánico cuando los devanados del estator son energizados con corriente eléctrica e interactúan con el rotor cuando gira. Un eje giratorio se extiende a través del motor y esta montado en cojinetes localizados en las cubiertas delanteras y traseras de las terminales longitudinales opuestas. Un cojinete de bolas por ejemplo tiene una superficie externa cilindrica y es recibido en un barreno de la respectiva cubierta. Desafortunadamente, la superficie externa del cojinete está sujeta al giro relativo del barreno en el cual se recibe. El cojinete típicamente está dimensionado con la tolerancia en el barreno para facilitar el montaje y evitar las cargas radiales en el cojinete, pero que disminuye la resistencia a la fricción a lo largo de el lado externo cilindrico de los cojinetes y tiende a facilitar un movimiento relativo. Cuando un cojinete que está dimensionado para un ajuste adecuando tiende a perderse cuando la temperatura ambiente varía a causa de las expansiones térmicas diferenciales entre el cojinete y la cubierta. Como resultado, los movimientos relativos suaves ocurren entre la superficie del cojinete externo y el barreno, el cual produce un daño por desgaste. [0004] Con frecuencia, se coloca una rondana de acero de forma anular entre la cara final estacionaria de un cojinete y un hombro inferior del barreno correspondiente para permitir acumulación de separaciones y de diseño. La rondana no es perfectamente plana sino que tiene un contorno "ondeado" circunferencial con algunos (por ejemplo, tres) puntos altos los cuales suavemente transitan como bajos puntos de intermedios. Cuando esta comprimida entre el cojinete y el terminal del barreno, la rondana funciona como un resorte de compresión y aplica fuerza de reacción al cojinete en la dirección axial. La rondana de resorte empuja útilmente el eje y todo el montaje del rotor a una posición estable para "pre-cargar" el rotor y reducir el movimiento axial mientras se acomodan las tolerancias de los componentes . Desafortunadamente, la rondana no suministra resistencia significante al giro del cojinete. Esta limitación se eleva por al menos dos razones . Primero el contorno de la rondana suministra solo una pequeña área de contacto entre la rondana y la cara terminal del cojinete, específicamente en los tres puntos altos. Segundo, la adhesión superficial (es decir, el coeficiente de fricción) en el área de contacto es relativamente bajo a causa de que los dos materiales en contacto son metálicos. De esta manera, el cojinete fácilmente se resbala (gira) en la rondana de resorte. [0005] Como el desgaste continúa, el cojinete eventualmente se mueve en una dirección radial conocida por aquellos con habilidades en la técnica como arrastre del cojinete, lo que causa que el rotor golpee al estator. Todo el motor debe entonces remplazarse . Algunas aproximaciones previas para prevenir el giro del cojinete han fallado o han requerido un inserto o un adhesivo adicional a lo largo de los lados externos del cojinete, lo cual incrementa la complejidad, disminuye la rentabilidad, o hace el montaje más difícil. Compendio de la Invención [0006] Entre los diversos objetos y factores de modalidades ejemplares de la presente invención puede notarse la provisión de un sistema de cojinetes que extiende la vida útil; la provisión de un sistema de cojinete ejemplar que reduce el desgaste y el arrastre de cojinete; la provisión de un sistema de cojinete ejemplar útil en un motor eléctrico; la provisión de un sistema de cojinete ejemplar que es fácilmente ensamblado; la provisión de un sistema de cojinete ejemplar que es rentable en operación; la provisión de un sistema de cojinete ejemplar que disminuye la vibración y reduce los niveles de ruido; y la provisión de un sistema de cojinete ejemplar que es económico para su producción. [0007] En general, un sistema de cojinete de acuerdo a la presente invención comprende una cubierta de cojinete que incluye un barreno o perforación alineado de un eje longitudinal. El barreno tiene una pared lateral interior cilindrica y una superficie inferior dentro del barreno que define y termina el barreno. Un cojinete se recibe en el barreno de la cubierta la cual está configurada para soporte giratorio un eje. El cojinete tiene un lado externo cilindrico adyacente a la pared lateral interior del barreno y una cara terminal localizada generalmente adyacente a la superficie inferior del barreno. Un miembro de resorte antideslizante es recibido en el barreno interpuesto entre la cara terminal del cojinete y la superficie inferior del barreno. El miembro resorte anti-deslizante esta configurado para aplicar fuerza a cada terminal del cojinete en una dirección generalmente axial cuando el miembro del resorte esta comprimido entre el cojinete y la terminal de barreno, y además configurado para aplicar fuerza a la cara terminal de cojinete en una dirección paralela a la cara terminal en posición a cualquier movimiento de giro del cojinete relativo al barreno, tal que el resorte anti-deslizante suministra al cojinete para que permanezca en oposición de giro fijada en el barreno para prevenir movimiento del lado exterior del cojinete relativo a la pared lateral interior del barreno . [0008] En otro aspecto, una máquina dinamoeléctrica de acuerdo con la presente invención comprende un estator que tiene un eje longitudinal, y un rotor montado para rotación relativa con el estator para interactuar magnéticamente con el estator. El rotor incluye una flecha que se extiende a lo largo del eje. Hay dos cubiertas para conectar los extremos longitudinales opuestos del estator, al menos una de las cubiertas tiene un barreno con una superficie inferior. Para soportar la flecha en el barreno hay un cojinete. Entre el cojinete y el barreno se coloca un miembro de resorte. El miembro de resorte está formado por un material elastomérico. [0009] Otros objetivos y características de la presente invención serán en parte aparentes y en parte se indican a continuación. Breve Descripción de los Dibujos [0010] La Figura 1 es una perspectiva ampliada de una modalidad de un sistema de cojinete de acuerdo con la presente invención; [0011] La Figura 2 es una elevación frontal de un miembro de resorte anti-deslizante; [0012] La Figura 3 es una elevación lateral del miembro de resorte anti-deslizante de la Figura 2 ; [0013] La Figura 4 es un fragmento ampliado de la Figura 3;
[0014] La Figura 5 es una elevación lateral, seccional parcial, de un motor eléctrico que incorpora el sistema de cojinete; y [0015] La Figura 6 es un fragmento ampliado de la Figura 5. [0016] Caracteres de referencia correspondientes indican partes correspondientes a través de los dibujos. Descripción Detallada de la Modalidad Preferida [0017] Con referencia a los dibujos y en particular a la Figura 1, 10 generalmente indica un sistema de cojinete de acuerdo a una modalidad de la presente invención. El sistema de cojinete 10 incluye un alojamiento del cojinete 15, un cojinete 20 que se aloja en el alojamiento, y un miembro de resorte antideslizante 30 que evita la rotación del cojinete en el alojamiento y reduce el daño por desgaste. En una modalidad, el sistema de cojinete 10 tiene el propósito de instalarse en una máquina dinamoeléctrica, tal como un motor eléctrico 40 (Figura 5), o un generador. Aunque la descripción en principio se refiere a esta modalidad, se entiende que el sistema de cojinete tiene amplia aplicación y puede utilizarse con otros dispositivos, maquinaria, o equipo en otros campos de la industria, sin apartarse del alcance de esta invención.
[0018] Con referencia a la Figura 5, el motor eléctrico 40 incluye una caja 42 que tiene un hueco interior. Dentro de la caja están colocados un montaje estacionario o estator (generalmente designado 44) y un montaje rotatorio o rotor (generalmente designado 46) magnéticamente acoplado al estator. Como es bien conocido en la técnica, el estator 44 tiene una o más bobinas de alambre devanado, o embobinados (no mostrados) en un núcleo. Los embobinados son energizados con corriente eléctrica, haciendo que el estator 44 interactúe magnéticamente con el rotor 46 cuando gira. El rotor 46 gira respecto aproximadamente una flecha 48 que se extiende a lo largo de un eje longitudinal central A y está montada en la máquina en dos cojinetes, incluyendo el cojinete delantero 20 and un cojinete trasero 50. El estator 44 y el rotor 46 están alineados coaxialmente, generalmente a lo largo del eje A. Muchos aspectos del estator y del rotor son convencionales y no se describirán en más detalle. Un sistema de ventilación para enfriar el motor 40 incluye un ventilador 52 y un deflector 54 para dirigir un flujo de aire a través de la caja 42 para enfriar las partes que la componen. Se extiende una pluralidad de aberturas de ventilación 56 a través del lado de la caja para que salga el aire de enfriamiento del interior de la caja.
[0019] En las extremos longitudinales opuestos del motor 40 hay una cubierta delantera 58 y una cubierta trasera 60. Las cubiertas 58, 60 están conectadas por algunos (por ejemplo, tres) sujetadores de tornillo espaciados periféricamente (no mostrados) que son recibidos a través de los barrenos correspondientes en cada cubierta. Cada cubierta incluye un cubo central 62 que contiene un barreno 64 para recibir los respectivos cojinetes 20, 50. Los barrenos 64 están alineados a lo largo del eje central A, y cada uno tiene una pared interior cilindrica 66 (Figura 6) . En una modalidad, un resalto 68 (Figuras 1 y 6) al interior de cada barreno 64 define una superficie inferior que es el asiento del cojinete. Se entiende que el asiento del cojinete puede tener otras configuraciones, por ejemplo, una pared plana cerrada en uno de los extremos del barreno. El asiento del cojinete puede estar localizado en cualquier lugar a lo largo del eje central A de la cubierta, sin apartarse del alcance de la presente invención. El sistema de cojinete 10 puede utilizarse en combinación con diferentes tipos de cojinetes (por ejemplo, un cojinete recto) para completar el sistema de cojinetes del rotor. [0020] Un sistema de cojinetes 10 de la presente invención puede utilizarse en uno o los dos extremos del motor 40. Como se muestra en los dibujos y las descripciones de aquí en adelante, el sistema de cojinete es incorporado sólo en una cubierta en un extremo del motor, es decir, la cubierta delantera 58. El cubo 62 de la cubierta delantera 58 comprende el antes mencionado alojamiento del cojinete 15, que aloja el cojinete 20 para soportar en giro a la flecha 48. Como se muestra en las Figuras 1 y 6, el cojinete 20 incluye un anillo interior, o pista 70, y un anillo exterior concéntrico o pista 72, los cuales están configurados para rotación relativa con relativamente baja fricción a través de varias bolas esféricas 74 colocadas entre las pistas. La pista interior 70 del cojinete está acoplada a la flecha 48 y gira con la flecha, mientras que la pista exterior 72 está acoplada al cubo 62 y no debería girar. La pista exterior 72 tiene una superficie exterior cilindrica o lado 76 que es adyacente a la pared lateral interior 66 del barreno. Una cara externa 78 del cojinete 20 está frente al resalto 68 (o superficie inferior) del barreno y generalmente está adyacente a la superficie inferior. Se entiende que el cojinete puede ser de un diferente tipo sin apartarse del alcance de la presente invención. [0021] El miembro de resorte anti-deslizante 30 es recibido en el barreno 64 interpuesto entre la cara externa 78 del cojinete y el resalto 68 o superficie inferior del barreno. En una modalidad, el miembro de resorte anti-deslizante 30 tiene una pieza, continua, y de forma anular como se muestra en las Figuras 2 y 3. Ésta tiene un diámetro externo D que corresponde con el resalto 68 y un ancho aproximadamente igual al ancho del resalto. Se entiende que el miembro de resorte puede tener otras formas o tamaños, incluyendo un diseño discontinuo o de múltiples partes, sin apartarse del alcance de esta invención. [0022] El miembro de resorte 30 está configurado para aplicar fuerza a la cara externa 78 del cojinete 20 en dos direcciones por lo menos. Primero, suministra fuerza en una dirección generalmente axial cuando el miembro de resorte 30 está comprimido entre el cojinete 20 y la superficie inferior 68 del barreno. Esta fuerza axial empuja el montaje del rotor 46 hacia una posición estable en la caja 42 y evita las vibraciones y ruidos durante la operación del motor 40. Segundo, el miembro de resorte 30 suministra fuerza en una dirección circunferencial, paralela a la cara externa 78, para oponerse a cualquier movimiento de giro de la pista externa 72 del cojinete con relación al barreno 64. Esta fuerza es suministrada a través de fricción estática entre el miembro de resorte y las superficies adyacentes, y también por la compresión del miembro de resorte y su construcción con segmentos, que tiene un componente circunferencial, como se discutió antes. De esta manera, el miembro de resorte 30 opone resistencia friccional al movimiento de giro de la pista externa 72 del cojinete 20 en el alojamiento 15. [0023] El miembro de resorte anti-deslizante 30 está formado de un material elástico adecuado y resiliente que pproporciona buena superficie de adhesión al cojinete. Preferiblemente, el material también es durable a alta presión y temperatura ambiente, de inyección moldeable, y reciclable... Materiales ejemplares son el caucho, un uretano vaciado, y un elastómero termoplástico como el SANTOPRENE (marca registrada de Sistemas de Elastómeros Avanzados "Advanced Elastomer Systems" de Akron, Ohio) . El material se comprime cuando es presionado entre el cojinete 20 y la superficie inferior 68 del barreno, y el miembro de resorte 30 aplica una fuerza de reacción que corresponde a su deflección desde un estado con ausencia de carga. Para rotación opuesta, el material también preferiblemente suministra buena adhesión superficial (es decir, fricción estática) frente a superficies de metal, tales como las típicas caras externas de acero 78 del cojinete 20 y la superficie inferior 68 del barreno. En consecuencia, el material no se desliza fácilmente a lo largo de estas superficies, y la fuerza suministrada por el miembro de resorte elastomérico 30 opuesta a la rotación de la pista exterior del cojinete 20 excede a la que suministra la rondana metálica de la técnica anterior. [0024] En una modalidad, el miembro de resorte 30 tiene una pluralidad de regiones ensambladas espaciadas periféricamente en forma de dientes que tienen superficies planas de contacto 80. Los dientes incluye un primer conjunto de dientes (cada diente indicado con 82) y un segundo conjunto de dientes (cada uno indicado con 84) . El primero y segundo conjuntos de dientes se enfrentan en direcciones opuestas para el respectivo acoplamiento con la cara externa 78 del cojinete 20 y la superficie inferior (o resalto) 68 del barreno. Los dientes 82 y 84 de cada conjunto están separados por oquedades 86, ilustradas como si tuvieran bordes suavemente contorneados y generalmente en forma de U. Sin embargo, las oquedades 86 pueden tener otras formas, incluyendo contornos no lisos. Los primeros y segundos conjuntos de dientes están circunferencialmente dispuestos en un patrón alternativo alrededor del miembro de resorte 30, es decir, los dientes 82 del primer conjunto están circunferencialmente desplazados de los dientes 84 del segundo conjunto, de manera que los dientes de un conjunto están generalmente alineados con las oquedades 86 entre los dientes del otro conjunto. En la modalidad mostrada en los dibujos, hay treinta y seis primeros dientes 82 y treinta y seis segundos dientes 84 en el miembro de resorte 30. Las superficies de contacto plano 80 suministradas para acoplamiento efectivo, con un área total de acoplamiento entre los dientes 82 y la cara externa 78, también como entre los dientes 84 y la superficie inferior 68, significativamente más grandes que áreas similares de contacto suministradas por una rondana metálica de la técnica anterior. De manera diferente una rondana metálica "ondeada" de la técnica anterior, la cual tiene contacto con un cojinete en un área relativamente pequeña o en pocos puntos, los dientes 82, 84 del miembro de resorte 30 suministran un área de contacto en muchos puntos en un área relativamente más amplia alrededor del cojinete. En una modalidad, el área de contacto con la cara externa 78 del cojinete (es decir, superficies de contacto agregadas de todos los dientes 82 del primer conjunto) es aproximadamente 50 por ciento del área de una cara del miembro de resorte 30. Se entiende que el miembro de resorte 30 puede tener una configuración diferente, incluyendo un diseño de anillo tórico uniforme o un diferente número o disposición de regiones de acoplamiento, sin apartarse del alcance de la presente invención. [0025] El miembro de resorte 30 está configurado para oponerse al movimiento giratorio del cojinete 20, en particular, su pista exterior 72. Como se muestra en la Figura 4, una porción del miembro de resorte 30 la cual conecta cada par de dientes adyacentes, define un segmento de conexión 90 el cual está dispuesto entre cada diente 82 del primer conjunto de dientes y el diente adyacente 84 del segundo conjunto de dientes. En una modalidad, cada segmento de conexión 90 tiene una región relativamente estrecha colocada entre las oquedades opuestas 86. Cada segmento de conexión 90 tiene un eje generalmente central B que se inclina en un ángulo C relativo a las superficies de contacto 80. De esta manera, cada segmento de conexión 90 tiene componentes direccionales tanto en la dirección axial como en la dirección circunferencial. Si el cojinete 20 comenzara a girar, una primera dentadura 82 se mueve periféricamente con relación a una segunda dentadura adyacente 84. A causa de que los segmentos de conexión 90 se extienden con un componente de dirección circunferencial, están colocados en tensión o compresión, con lo que genera fuerza que aumenta la resistencia por fricción a la rotación. En una modalidad, el ángulo C es menor de 80 grados y más preferible aproximadamente de 45 grados . Los segmentos de conexión de otras formas no se apartan del alcance de esta invención. [0026] De esta manera, el miembro de resorte 30 obliga al cojinete 20 a permanecer en una posición fija de giro en el barreno 64, evitando el movimiento de la pista externa 72 con relación al barreno. Tanto la construcción geométrica como la materia del miembro de resorte 30 contribuyen en su capacidad para la aplicación de fuerza en las dos direcciones (axial y circunferencial) . Se entiende que un miembro de resorte en el que sólo una de sus construcciones geométricas o su materia suministran estas ventajas, no se aparta del alcance de esta invención. Por ejemplo, un miembro de resorte que es geométricamente idéntico al miembro de resorte 30 mostrado en los dibujos, pero que está formado de un metal como el acero, suministraría las dos fuerzas, axial y circunferencial. Las oquedades 86 y los conjuntos corridos de dientes 82, 84 permiten su compresión. Igualmente, un miembro de resorte que tiene la geometría de un anillo toroide (sin oquedades ni dientes) , pero el cual está formado de un material elastomérico, también suministraría fuerzas axiales y circunferenciales .
[0027] De manera importante, la disposición del miembro de resorte 30 de la presente invención permite que el cojinete 20 sea calculado para que acoplamiento en el barreno 64 con un ajuste de deslizante (tolerancia) . Evita la necesidad de un ajuste de interferencia que mantenga al cojinete 20 ajustado en el barreno, lo cual produciría cargas radiales en el cojinete, en detrimento de la operación del cojinete. Además, el miembro de resorte 30 permite que el lado externo axial 76 o la superficie del cojinete sea colocada directamente adyacente a la pared lateral interna 66 del barreno. Evita la necesidad de cualquier miembro intermedio colocado entre el lado externo 76 y la pared lateral interna 66 para evitar el desgaste, tales como un inserto, anillo de tolerancia, o adhesivos, lo que incrementaría la complejidad, degrada la confiabilidad, o la fabricación de montajes más difíciles. [0028] El miembro de resorte 30 descrito arriba puede fabricarse a través de un proceso de moldeado por inyección convencional, de bajo costo. Durante el montaje, el miembro de resorte 30 puede simplemente insertarse en el barreno 64 antes de instalar el cojinete. El miembro de resorte 30 es un substituto directo de una rondana metálica "ondeada" de la técnica anterior, y puede ser un reemplazo del resorte metálico en el reacondicionamiento de motores. A este respecto, el material elastomérico y la configuración geométrica del miembro de resorte 30 pueden seleccionarse aproximadamente cercanos a la carga axial característica (es decir, la "constante de resorte") de un diseño de rondana metálica particular. [0029] En vista de lo anterior, se verá que se obtuvieron varios de los objetivos de la invención y se otros resultados ventajosos. [0030] Cuando se presentan elementos de la presente invención o la(s) modalidad (es) preferida (s) de esta, los artículos "un", "una", "el/la", "las/los" y "dicho (a)" se entiende que significan que allí hay uno o más de los elementos. Los términos "comprende", "incluye" y "tiene" se entiende que son incluyentes y significa que pueden ser otros elementos adicionales además de los elementos enumerados. [0031] Como pueden hacerse varios cambios sin apartarse del alcance de la presente invención, se entiende que todos los asuntos contenidos en la descripción anterior y mostrados en los dibujos que la acompañan serán interpretados como ilustrativos y no en un sentido de limitación.