Un cojinete de cañón o cojinete de caja de cañón es una disposición de cojinetes en un eje , generalmente un eje , donde dos cojinetes están montados en un tubo cerrado.
La función de la caja de cañón es preservar la alineación de los dos cojinetes, incluso si se permite que el tubo general se mueva. Los dos cojinetes mantendrán su misma posición relativa. El tubo de cojinete se puede fijar al chasis del vehículo mediante un pivote o resortes.
El nombre de "caja de cañón" deriva de la apariencia del tubo hueco y de las máquinas perforadoras que se utilizaban para mecanizar los asientos de los cojinetes alineados con precisión, las mismas máquinas desarrolladas para perforar cañones y que también se utilizaban para mecanizar los cilindros de las máquinas de vapor.
Los cojinetes de caja de cañón todavía se encuentran hoy en día, aunque gran parte de su necesidad se eliminó con el desarrollo de los cojinetes de bolas autoalineables . Estos permiten que la pista interior de un cojinete se mueva independientemente de su pista exterior, de modo que cada cojinete puede alinearse con el eje y la carcasa simultáneamente, incluso si la carcasa se mueve.
El cojinete de "caja de cañón" fue introducido por George Stephenson en su locomotora Locomotion de 1825 para el ferrocarril Stockton y Darlington . [1] Uno de los ejes se transportaba en un cojinete de "caja de cañón" que pivotaba centralmente y podía inclinarse de lado a lado. [1] A diferencia de las locomotoras anteriores de Stephenson y sus resortes de vapor , esta nueva suspensión no tenía resortes sino una suspensión compensada: cuando se elevaba un lado, el tubo del cojinete pivotaba y el otro lado se empujaba hacia abajo. Aunque no proporcionaba un andar estable para la locomotora, permitía que las ruedas siguieran una vía irregular. Los rieles de este período eran piezas cortas de hierro fundido en lugar de longitudes de acero laminado y tenían juntas frecuentes, a menudo desalineadas.
Un efecto secundario de la caja de cañón es que el centro del eje ahora está cerrado y es inaccesible. Anteriormente, Stephenson había acoplado los ejes motrices de sus locomotoras con una cadena central . La necesidad de un sistema alternativo impulsó el desarrollo de las barras de acoplamiento [1] , donde la transmisión se conectaba en la cara exterior de las ruedas.
El cerramiento del eje y del cojinete también tenía ventajas, ya que encerraba los cojinetes para excluir la suciedad y contener el aceite lubricante. [2]
El diseño de eje radial de Francis Webb para el LNWR utilizó una caja de cañón. Un eje radial es una forma de camión pony de un solo eje, donde en lugar de un marco pivotante, los dos cojinetes del eje pueden deslizarse lateralmente en una pista circular. El diseño de Webb los colocó en una caja de cañón curva. David Joy , diseñador del mecanismo de válvulas homónimo , describió el encuentro con estas cajas de grasa en la clase Precedent de Webb . [3] El diseño anterior de Adams para un eje similar se había basado en el eje y las caras de empuje dentro de los cojinetes del eje para mantener los bloques de bocina en posición.
En la década de 1920, algunas locomotoras eléctricas utilizaban bastidores rígidos con un bogie delantero y otro trasero, donde un cojinete de cañón era un cojinete interior conveniente para el bogie. El diseño suizo " Java bogie ", desarrollado por Jakob Buchli , incluso utilizó esto para un eje motriz, con la tracción proporcionada por un accionamiento Buchli unilateral fuera de las ruedas.
Los cojinetes de rodillos y las cajas de cañón que los encierran se utilizaron en las clases estándar de los ferrocarriles británicos, en los ejes de los bogies y también en los ejes motrices de algunas de las clases más grandes. [4] Este uso se simplificó, ya que las clases estándar (con la única excepción de la única clase 8 ) tenían solo dos cilindros exteriores. El uso ferroviario de dichos cojinetes continúa en la actualidad. La réplica de la clase A1 Tornado de Peppercorn utiliza cojinetes de rodillos en lugar de los cojinetes lisos originales y estos utilizan cojinetes de tubo de cañón tanto para los ejes motrices como para los de los bogies, aunque no para el eje del cigüeñal del cilindro central. [5]
La rigidez de la caja de cañón también permite que las caras de las cajas de grasa que se mueven hacia arriba y hacia abajo en las guías de los cuernos solo necesiten una sola brida de cuerno. Las cajas de grasa convencionales tienen un par de bridas con la guía entre ellas, de modo que pueden moverse hacia arriba y hacia abajo para la suspensión sin ningún movimiento axial. Si ambas se mantienen en el espaciado correcto mediante el tubo de cañón, solo se necesita una brida. [2] La caja de grasa más delgada, sin la brida externa, puede permitir que las guías de los cuernos y los marcos se coloquen más cerca de la cara interior de la rueda, lo que brinda un mejor soporte para un eje con mucha carga.
Las máquinas de tracción comenzaron como vehículos agrícolas e ignoraron los resortes o la suspensión en sus ruedas principales. Sin embargo, a medida que se desarrollaron los tractores de vapor ligeros a partir de 1896 para el transporte por carretera , [6] las locomotoras con neumáticos de caucho macizo y suspensión se convirtieron en las favoritas. Las ruedas motrices de una máquina de tracción se transportan sobre un solo eje, que corre cerca detrás de la placa trasera de la caja de fuego de la caldera y se transportan en cojinetes instalados en las placas de la bocina a cada lado de la caldera. Cuando se usaban resortes, se prefería el cojinete de caja de cañón para mantener la alineación del cojinete, con la ventaja adicional de encerrar el eje lejos del carbón y la ceniza de la caja de fuego. Diseños como el Tasker Little Giant [7] [8] usaban otra suspensión compensada, donde el tubo estaba suspendido de una sola ballesta transversal .