Órganos-de-máquina (1)

ÓRGANOS DE MÁQUINAChávez Romero, Krisna

Duffó Salazar, Jean Carlo A.

CHUMACERAS DE RODAMIENTO

RODAJES O COJINETES

Los rodamientos son unos cojinetes en los que se intercala entre el árbol y el soporte, una serie de bolas o rodillos que sustituye el rozamiento por fricción por el de rodadura que es mucho menor.

Se diseñan para permitir el giro relativo entre dos piezas y para soportar cargas puramente radiales, puramente axiales o combinaciones de ambas.

Admite mayores presiones tanto radiales como axiales y permite mayores velocidades contribuyendo a la unificación de medidas debido a la normalización.

ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN RODAMIENTO

TIPOS DE RODAJES O COJINETES1. RODAMIENTOS PARA CARGAS RADIALES

RIGIDO DE SIMPLE HILERA DE BOLAS Son fáciles de diseñar, no separables, capaces de operar a altas e incluso muy altas velocidades y requieren poca atención

RODAMIENTO DE RODILLOS Tiene guiados sus rodillos por pestañas en uno de sus aros. El otro aro, que está libre, no tiene ninguna pestaña. Esto permite que el eje se desplace axialmente dentro de ciertos límites, con respecto al soporte. Es adecuado para cargas radiales relativamente grandes y puede también soportar altas velocidades.

RODAMIENTO DE BOLAS A RÓTULAPosee doble fila de bolas guiada por dos pistas de rodadura mecanizadas en el aro interior. Esto hace que el rodamiento sea autoalineable, permitiéndose desviaciones angulares del eje respecto al soporte. RODAMIENTO DE RODILLOS A RÓTULAEstán compuestos por dos hileras de rodillos con un camino de rodadura esférico común sobre el aro exterior. Son autoalineables, pueden soportar cargas radiales y cargas axiales, y tienen una gran capacidad de carga.

2. RODAMIENTOS PARA CARGAS AXIALES

RODAMIENTOS DE SIMPLE EFECTO Absorben las fuerzas axiales en un determinado sentido, desmontándose cuando la fuerza axial actúa en el sentido contrario.

RODAMIENTOS DE DOBLE EFECTOTienen la misma aplicación que los de simple efecto salvo que estos absorben las cargas axiales en ambos sentidos. El aro intermedio es el que va fijo al árbol.

RODAMIENTOS AXIALES DE RODILLOS A RÓTULATiene una hilera de rodillos situados oblicuamente, los cuales, guiados por una pestaña del aro fijo al eje, giran sobre la superficie esférica del aro apoyado en el soporte. Puede girar a una gran velocidad, aun soportando elevada carga y también resistir cargas radiales

RODAMIENTO DE RODILLOS CILÍNDRICOS DE EMPUJESon apropiados para aplicaciones que deban de soportar grandes cargas axiales. Además, son insensibles a los choques, son fuertes y requieren poco espacio en sentido axial. Son de una sola dirección.

3. RODAMIENTOS PARA CARGAS MIXTAS

• Además del esfuerzo radial, puede soportar cargas axiales en una sola dirección. La capacidad de carga axial aumenta al hacerlo el ángulo de contacto, que se define como el ángulo que forma la normal al contacto de la bola con el aro exterior, con la perpendicular al eje del rodamiento.

RODAMIENTO DE SIMPLE EFECTO Y

CONTACTO OBLICUO

• Tiene la misma forma de trabajo que el rodamiento de simple efecto y contacto oblicuo salvo que puede soportar cargas axiales en ambos sentidos.

RODAMIENTO DE DOBLE EFECTO Y

CONTACTO OBLICUO

• Constan de dos aros entre cuyas pistas de rodadura son guiados rodillos cónicos. Su capacidad de carga axial está por el ángulo de la pista de rodadura del aro exterior. Cuanto mayor es este ángulo, mayor es la capacidad de carga axial del rodamiento.

RODAMIENTO DE RODILLOS CÓNICOS

COMPARACIÓN ENTRE TIPOS DE RODAMIENTOS

DESIGNACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE RODAMIENTOS

• BOCINAEl mecanismo de apoyo para que se produzca la rotación consta de un eje y una bocina.

Cuando el eje rota dentro de la bocina se genera la inevitable fricción, la fricción no es más que a la fuerza entre dos superficies en contacto, esta fuerza se opone al deslizamiento entre las superficies de ambos elementos cuando están en movimiento (Fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (Fuerza de fricción estática); por lo tanto, tenemos dos tipos de fuerza de fricción, la fricción dinámica y la fricción estática y esta fuerza se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto.

CHUMACERAS DE DESLIZAMIENTO

Regímenes de Lubricación

Lubricación Hidrodinámica

Se caracteriza por estar presente en superficies concordantes con una lubricación por película fluida. Por lo general, la magnitud de la presión que se desarrolla nunca supera los 5 MPa, y no es lo suficientemente grande para causar una deformación elástica significativa en las superficies.

En general, en la lubricación hidrodinámica las películas son gruesas, de manera que se previene que las superficies sólidas opuestas entre en contacto. Con frecuencia a esta condición se le denomina la forma ideal de lubricación, porque proporciona fricción baja y resistencia alta al desgaste.

Regímenes de Lubricación Lubricación Elastohidrodinámica

Es una forma de lubricación hidrodinámica, cuya deformación elástica de las superficies lubricadas resulta significativa. Normalmente la lubricación elastohidrinámica se asocia con superficies no concordantes y con la lubricación por película fluida. Existen dos formas de EHL:

EHL DURA Se relaciona con materiales de módulo de elasticidad alto, como los metales. En la figura se proporcionan las características de las conjunciones duras lubricadas elastohidrodinámicamente.Entre las aplicaciones de ingeniería en las cuales es importante la lubricación elastohidrodinámica para materiales de módulos de elasticidad alto, se incluyen los engranajes, los cojinetes de elementos rodantes o rodamientos y las levas

Regímenes de Lubricación Lubricación Elastohidrodinámica

EHL SUAVE Se relaciona con los materiales de módulos de elasticidad bajos, como el caucho.El espesor mínimo de la película en general es 1 μm. Entre las aplicaciones de la ingeniería para materiales de módulos de elasticidad bajos en las cuales resulta importante la lubricación elastohidrodinámica se incluyen las llantas por ejemplo.


Lubricación Marginal

En la lubricación marginal, los sólidos no están separados por el lubricante, y los efectos de la película fluida son insignificantes existiendo un contacto entre asperezas importante.

La lubricación marginal se utiliza en los elementos de máquinas con cargas pesadas y bajas velocidades de operación, donde es difícil obtener una lubricación por película fluida. Los mecanismos como las bisagras de las puertas operan en condiciones de lubricación marginal.


Lubricación Parcial

Si las presiones en los elementos de máquinas lubricados elastohidrodinámicamente resultan demasiado altas o las velocidades de operación son demasiado bajas, la película del lubricante se dispersa; habrá algún contacto entre las asperezas, y entonces ocurrirá la lubricación parcial, a veces denominada lubricación mixta. El comportamiento de la conjunción en un régimen de lubricación parcial se rige por una combinación de efectos marginales y de película fluida. El espesor promedio de la película en una conjunción de lubricación parcial es menor que 1 μm y mayor que 0.01 μm.

FAJAS O CORREAS

Cintas o correas continuas que sirven para la transmisión de movimiento de dos o más ruedas que accionan o no un eje. Basan su funcionamiento fundamentalmente en las fuerzas de fricción, esto las diferencia de otros medios de flexibles de transmisión mecánica.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Posibilidad de unir el árbol conductor al conducido a distancias relativamente grandes. Funcionamiento suave, sin choques y silencioso.Facilidad de ser empleada como un fusible mecánico, debido a que presenta una carga límite de transmisión, valor que de ser superado produce el patinaje (resbalamiento) entre la correa y la polea.Diseño sencillo. Costo inicial de adquisición o producción relativamente bajo.

Grandes dimensiones exteriores.Inconstancia de la relación de transmisión cinemática debido al deslizamiento elástico.Grandes cargas sobre los árboles y apoyos, y por consiguiente considerables perdidas de potencia por fricción. Vida útil de la correa relativamente baja.

CLASIFICACIÓN DE LAS FAJAS

Las fajas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos:

– Planas

– Trapezoidales.

1. Fajas Planas

Las fajas planas se caracterizan por tener por sección transversal un rectángulo. Fueron el primer tipo de correas de transmisión utilizadas, pero actualmente han sido sustituidas por las correas trapezoidales.

Son todavía estudiadas porque su funcionamiento representa la física básica de todas las fajas de transmisión.

2. Fajas Trapezoidales

A diferencia de las planas, su sección transversal es un trapecio. Esta forma es un artificio para aumentar las fuerzas de fricción entre la correa y las poleas con que interactúan.

Otra versión es la trapezoidal dentada que posibilita un mejor ajuste a radios de polea menores.

Las correas en V se fabrican usualmente en tela y refuerzo de cordón, generalmente de algodón, rayón o nylon, y se impregnan de caucho (o hule).

Se usan con poleas ranuradas de sección similar y distancias entre centros mas cortas.

2. Fajas Trapezoidales

Son ligeramente menos eficientes que las planas, pero varias pueden montarse paralelas en poleas ranuradas especiales; por tanto, constituyen así una transmisión múltiple.

Las correas trapezoidales son, entre los tipos básicos de correas, las que han adquirido mayor aplicación en la industria.

La capacidad de carga de una correa trapecial es mayor que la de una plana debido al mayor coeficiente de fricción.

3.Fajas Sincrónicas

Engranamiento positivo que evitan las variaciones de velocidad debidas al deslizamiento de la correa que se observan muy a menudo con las correas trapezoidales.

Velocidad constante de la transmisión : engranamiento sin golpes y continuo con cada diente de la polea que permite una velocidad angular constante, sin vibraciones al contrario de las transmisiones por cadenas.

Eliminación del mantenimiento : La armadura en fibra de vidrio antialargamiento.

Evita volver a tensar las correas sincrónicas.

Alta eficiencia mecánica : Coeficiente de fricción reducido reduciendo la temperatura, la tensión de la correa y mejorando la duración de vida de la transmisión.

Rendimiento del 98 %

Temperatura de uso : -34 °C a 85 °C

4. Fajas Eslabonadas

Fabricadas con materiales resistentes a los productos abrasivos, químicos y temperaturas altas.

Fácil montaje.

Al reemplazar solo se reemplazan los eslabones malos.

Absorbe hasta un 50% la vibración cíclicas vs las fajas trapezoidales.

Mediante este sistema se consiguen transmitir potencias relativamente altas entre dos ejes distantes entre sí, sin que exista apenas resbalamiento o desprendimiento entre las dos ruedas de piñones y la cadena, que es el elemento de enlace que une ambas ruedas. Permiten transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, pudiendo modificar la velocidad pero no el sentido de giro.

Este sistema consta de dos ruedas dentadas (piñones) montados sobre dos ejes paralelos y sobre las cuales se adentras los eslabones flojamente articulados que componen la cadena, de manera que al hacer girar una de ellas (rueda motriz) arrastra a la otra (rueda conducida).

CADENAS Y PIÑONES

Las cadenas empleadas en esta transmisión suelen tener libertad de movimiento solo en una dirección y tienen que engranar de manera muy precisa con los dientes de los piñones.

Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).

Para evitar problemas de pérdida de velocidad por el resbalamiento de la cadena será necesario que ésta se mantenga suficientemente tensa, lo cual se consigue a base de ruedas tensoras dentadas. Además, un sistema de este tipo necesita de un mantenimiento continuo de lubricación para reducir el deterioro y el desajuste entre la cadena y los piñones

Se aplican todas las ecuaciones deducidas para las poleas o para las ruedas dentadas, sin más que sustituir el diámetro de las poleas por el número de dientes de los piñones

Relación de Velocidades

Ventajas y Desventajas

Ventajas

Al emplear cadenas que engranan en los dientes de los piñones se evita el deslizamiento que se producía entre la correa y la polea

Mantiene la relación de transmisión constante (pues no existe deslizamiento) incluso transmitiendo grandes potencias entre los ejes (caso de motos y bicicletas), lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento).

No necesita estar tan tensa como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de los piñones.

Desventajas

Más costoso, más ruidoso y de funcionamiento menos flexible

No permite la inversión del sentido de giro ni la transmisión entre ejes cruzados; además necesita una lubricación (engrase) adecuada

CADENAS

De mallas o bloques

De rodillos

Rodillos Sencillo Rodillos Doble Rodillos Triple

ENGRANAJES

Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante el contacto de ruedas dentadas.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ENGRANAJES

TIPOS DE ENGRANAJES

Tipos de engranajes:

Ejes paralelos

Cilíndricos de dientes rectos

Cilíndricos de dientes helicoidales

Doble helicoidales

Ejes perpendiculares

Cónicos de dientes rectos

Cónicos de dientes helicoidales

De rueda y tornillo sinfín

Para aplicaciones especiales

Planetarios o Interiores

De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento

Transmisión con engranaje loco

1. Engranajes para ejes paralelos

Cilíndricos de dientes rectos:

Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan.


Cilíndricos de dientes helicoidales:

Se emplea para transmitir movimiento o fuerzas entre ejes paralelos, pueden ser considerados como compuesto por un numero infinito de engranajes rectos de pequeño espesor escalonado, el resultado será que cada diente está

inclinado a lo largo de la cara como una hélice cilíndrica.


Doble helicoidales:

Los engranajes "espina de pescado" son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble.

2. Engranajes para ejes perpendiculares

Se fabrican a partir de un tronco de cono, formándose los dientes por fresado de su superficie exterior. Estos dientes pueden ser rectos, helicoidales o curvos. Esta familia de engranajes soluciona la transmisión entre ejes que se cortan y que se cruzan.


Conicos de dientes rectos: Efectúan la transmisión de

movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. Se utilizan en transmisiones antiguas y lentas. En la actualidad se usan muy poco.


Engranaje cónico helicoidal: Se utilizan para reducir la

velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que secorten.


Tronillo sin fin y corona: Es un mecanismo diseñado para

transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º. Tiene la desventaja de no ser reversible el sentido de giro, sobre todo en grandes relaciones de transmisión y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento.

3. Según la forma de transmitir el movimiento

Planetarios o interiores: Los engranajes planetarios, interiores

o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, (también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos dientes). Este tipo de engranaje mantiene el sentido de la velocidad angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.

3. Según la forma de transmitir el movimiento:

De cremallera: El mecanismo de cremallera

aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.

3. Según la forma de transmitir el movimiento:Engranaje loco o intermedio:

En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Esto muchas veces en las máquinas no es conveniente que sea así, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de marcha atrás de los vehículos

ACOPLAMIENTOS

Cuando se tiene un equipo que debe ser conducido por determinada unidad motriz y es necesario transmitir el movimiento producido por esta unidad, el medio más apropiado para lograrlo es por medio de un acoplamiento, llamado comúnmente “cople”. Un acoplamiento consta básicamente de dos partes, que son:

Parte motriz

Parte conducida

Los acoplamientos se fabrican para hacer conexiones semi-permanentes entre dos ejes.

Tipos más comunes de acoplamientos

Acoplamientos rígidos:

Estos acoplamientos se encuentran unidos rígidamente y no pueden absorber los defectos o deformaciones en las flechas de los equipos rotatorios producidos por el montaje defectuoso o el desalineamiento de los equipos.

Acoplamiento de Brida:

Estos tipos de acoplamientos sólo se pueden utilizar para ejes que estén alineados. En la figura se muestra a modo de ejemplo el acoplamiento de platinos.


Acoplamiento de Cadena:

Este tipo de acoplamiento consiste en dos mazas con dientes para cadena en su periferia. Estas dos mazas son abrazadas por una cadena de rodillos dobles, mediante la cual se transmite el movimiento. El acoplamiento es cubierto por una guarda de protección .


Acoplamiento tipo engranes:

Este tipo de acoplamientos es rígido aunque puede tener cierta flexibilidad dependiendo de las características de los elementos que los componen.


Acoplamiento de Rejillas:

Este tipo de acoplamiento consiste en dos mazas tipo brida, una frente a la otra, estas dos mazas están ranuradas y son unidas por una rejilla de acero para transmitir el movimiento y son cubiertas por guardas en las cuales están instaladas las graseras.


Acoplamiento cardánico universal tipo “Hooke”:

Otro tipo de acoplamiento es el cardánico universal tipo Hooke, que está constituido por dos horquillas pivotantes en un elemento en forma de cruz, de ah í el nombre de cruceta con el que suele llamárselo, permite la unión entre árboles que forman un considerable ángulo y la transmisión de elevadas potencias.


Acoplamiento “Oldham”:

Los acoplamientos flexibles se han ideado para unir ejes de transmisión que están desalineados, o bien por desplazamiento transversal o para formar cierto ángulo. El acoplamiento Oldham (o de discos con corredera doble de ajustes cruzados) son utilizados para acoplar árboles que sólo están desalineados transversalmente.


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