ELEMENTOS DE MÁQUINAS 2

     En los sistemas de transformación del movimiento el sistema motriz y el sistema receptor tienen distinto tipo de movimiento. Podemos diferenciar dos tipos de transformación del movimiento:

	Mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo.
	Mecanismos que transforman el movimiento circular en alternativo.

Movimiento circular en rectilíneo

      Piñón-cremallera.- Es un engranaje particular que transforma el movimiento circular en alternativo rectilíneo por medio de dos elementos dentados.

Sistema formado por un piñón tallado colocado sobre u eje y una barra dentada, denominada cremallera. Los dientes pueden ser rectos o helicoidales. Entre sus aplicaciones tenemos:

   Taladradora de columna.- El conjunto piñón cremallera lo componen la manivela de mando, en cuyo extremo lleva el piñón, y el eje portabrocas, que lleva tallada la cremallera. Al girar la manivela, el portabrocas avanza en sentido rectilíneo.

Caja de dirección de un automóvil.- El piñón está solidario a la barra de dirección y al volante, y los extremos de la cremallera se encargan de orientar las ruedas.

      El módulo del piñón y de la cremallera es el mismo. El desplazamiento de la cremallera es el paso por el número de dientes.

 Tornillo-tuerca, en general sirve como elemento de unión entre dos o más piezas, pero presenta características que su uso para transmitir el movimiento y por tanto la potencia. Se compone de una varilla roscada y una pieza con un agujero roscado. Al girar la varilla manteniendo fija la tuerca, se produce un desplazamiento lineal de la varilla, transformamos un movimiento circular en lineal.

Movimiento de rotación en movimientos alternativos

Biela-manivela, consta de dos piezas básicas articuladas entre sí de las que recibe su nombre. Transforma el movimiento circular en un movimiento alternativo, ya sea lineal, si va acoplada a un émbolo, o rotatorio, si va acoplada a una palanca o a otra manivela de radio mayor.

Habitualmente la manivela actúa como elemento conductor y la biela como elemento conducido.

Cigüeñal-Biela, transforma el movimiento circular en alternativo o viceversa. Consiste en un árbol acodado, con unos muñones que se apoyan sobre soportes por medio de cojinetes y unas muñequillas donde se colocan las bielas. Este elemento trabaja a torsión y flexión, y para el equilibrio estático y dinámico lleva unos contrapesos.

Émbolo, o pistón, elemento móvil de forma cilíndrica que se desplaza en el interior de un cilindro. Sus aplicaciones son muy diversas. Son elementos imprescindibles en hidráulica y neumática, en los motores de combustión interna y en otras máquinas. Para evitar, si es preciso, que el fluido permanezca en el cilindro, se colocan unos aros metálicos llamados segmentos entre el cilindro y el émbolo.

Leva-excéntrica, Elementos que transforman el movimiento circular de un eje en un movimiento alternativo rectilíneo o circular.

       La excéntrica es un disco o cilindro cuyo eje de giro no coincide con su centro. La distancia d entre el centro del disco y el centro del eje recibe el nombre de excentricidad.

       La leva es un elemento mecánico que sirve para impulsar a otro denominado seguidor o varilla, con un movimiento alternativo, con periodos de reposo intercalados, de características muy diversas. Las levas se aplican en numerosas máquinas.

Otros elementos de máquinas, transmisión del movimiento

Embrague, Elemento de máquinas encargados de transmitir, a voluntad del operario, el movimiento entre dos ejes alineados. Uno de los ejes recibe el movimiento (eje motriz), y el otro está acoplado al eje de salida (eje resistente), que transmite el movimiento a los demás órganos. Cuando el embrague transmite el movimiento entre ambos ejes decimos que está en posición de embragado, en caso contrario diremos que está en posición de desembragado. Los embragues más utilizados se clasifican en tres tipos:

    Embrague de dientes.- En los extremos de los ejes llevan una pieza con unos dientes tallados, que se pueden acoplar entre sí al deslizarse una de ellas sobre el estriado de su eje, lo que permite encajarla o no en la otra. Para realizar el acoplamiento es imprescindible que ambos ejes estén parados, sino, los dientes se rompen debido al choque que se origina entre una pieza móvil y otra fija.

           Embrague de fricción, consta de dos discos cuyas superficies son lisas y tienen un alto poder de fricción cuando se ponen en contacto. Este rozamiento acopla ambos ejes, igualando sus velocidades. Para realizar el acoplamiento, normalmente se utilizan unos resortes, y para poder desplazarse una con respecto a la otra y así poder desembragar, se utilizan palancas accionadas por un sistema mecánico o hidráulico, semejantes a los utilizados en los frenos.

    Embrague hidráulico, el elemento encargado de transmitir el movimiento es un líquido (aceite). Está compuesto de dos turbinas, solidarias cada una a un eje, introducidas en una carcasa estanca para evitar la pérdida de fluido. Al girar el eje de entrada, impulsa el líquido con una cierta fuerza, transmitiendo este impulso a la segunda turbina. El efecto es semejante al producido por el aire de un ventilador sobre una hélice colocada frente a él.

Son elementos disipadores de energía cuya misión es reducir o para el movimiento de uno o varios elementos mecánicos cuando sea necesario. Se aplican para reducir o para el movimiento de los elementos que giran. Transforma la energía mecánica en energía calorífica por medio de fricción entre dos piezas, una fija y otra que gira. A estos elementos se les denomina frenos. Los tipos de frenos más utilizados son:

  Mecánicos, entre los que destacan los frenos de zapata y los de disco.

    Frenos de zapata.- Formados por una pieza cilíndrica que gira alrededor del eje de rotación del cilindro y una pieza fija próxima. Podemos distinguir dos casos, uno en el que la pieza fija roza contra una superficie cilíndrica interior (frenos de tambor), y otra sobre una superficie exterior cilíndrica.

   Frenos de tambor.- Una pieza gira, denominada tambor, sujeta a la rueda, y otras piezas sujetas al chasis o a la estructura del vehículo. Para reducir la velocidad del tambor, se aproxima la zapata al tambor para que roce con él.

   Frenos de zapata exterior.- reduce la velocidad del eje aplicando una zapata.

   Frenos de disco.- Se componen básicamente de un disco, colocado en el eje de giro, y dos piezas o pastillas fijas que se aplican sobre ambas caras del disco para reducir su movimiento. Actualmente son los frenos más utilizados en los automóviles por su eficacia de frenado.

        Eléctricos. Constituidos por un disco metálico (de cobre o aluminio) que gira entre dos polos fijos de un electroimán. Si pasa corriente eléctrica por el electroimán, se inducen corrientes parasitarias en el disco que intentan arrastrar al electroimán, pero como se encuentra fijo, el disco disminuye su velocidad. Se utiliza en vehículos de transporte pesado cuando tienen que realizar descensos prolongados.

            Para el accionamiento de los frenos tenemos sistemas de mando mecánico, hidráulico y neumático.

Mecánico.- El movimiento hasta el elemento de frenado se realiza mediante un cable o una serie de varillas. Es el sistema de accionamiento que encontramos en la bicicleta.

 Hidráulico.- Los sistemas hidráulicos se caracterizan por utilizar un líquido para la transmisión de esfuerzos. Cuando se aplica en frenos, se emplea como líquido un aceite especial (líquido de frenos). El mecanismo consta de una bomba de émbolo, unas canalizaciones y un cilindro, receptor de uno o dos émbolos para aplicar las zapatas o pastillas al tambor o disco, respectivamente.

  Neumático.- El sistema de transmisión del esfuerzo en este sistema es un gas, generalmente aire comprimido.

 Eléctrico.- Este sistema utiliza un circuito eléctrico combinado con elementos de accionamiento mecánico. Al accionar el freno, se activa un circuito eléctrico que contiene una bobina de núcleo móvil (solenoide). Al núcleo va unido un cable o una varilla que transmite el movimiento a una leva que separa las zapatas.

       Elementos capaces de almacenar un tipo de energía y suministrarla posteriormente. Los más empleados son los siguientes:

       Volantes de inercia.- Es un disco, normalmente de fundición, que se monta en un eje para garantizar un giro regular del mismo. El movimiento irregular de giro del eje se puede producir cuando la fuerza que origina el movimiento no es constante en todo momento y posición. Las irregularidades del giro se evitan gracias a la inercia de este disco, que frena el eje de giro cuando tiende a acelerarse y le obliga a girar cuando tiende a pararse. Con esto se consigue un giro más uniforme en el eje de salida de la máquina. El exceso de energía que absorbe el volante se traduce en una variación de su velocidad angular según la siguiente expresión matemática:

Donde I es el momento de inercia, en el caso de un volante de inercia, forma de disco macizo, es:

La velocidad angular w se mide en rad/s

La acumulación de energía trae como consecuencia una variación de la energía cinética. Si la velocidad media de rotación es:

Se denomina grado de irregularidades o coeficiente de fluctuación al cociente:

Relación entre el incremento de la velocidad y la velocidad media. La velocidad media viene dada por la velocidad de régimen de la máquina o vehículo al que está conectado el volante de inercia. La variación de energía también podemos calcularla de la siguiente forma:

  Elementos elásticos.- Son aquellos elementos que se deforman por la acción de una fuerza, recuperando su forma inicial cuando cesa la misma. En las máquinas estos elementos elásticos se utilizan para recuperar la posición inicial de los elementos móviles cuando cesa la fuerza, o para absorber esfuerzos, evitando que éstos puedan dañar la máquina. Estos elementos soportan esfuerzos de compresión, tracción, flexión o torsión. Los más importantes son:

      Elementos elásticos sometidos a compresión.- El elemento por excelencia es el muelle, aplicaciones características, suspensión en los vehículos, cierre y apertura de las válvulas de combustible,…

      Elementos elásticos sometidos a tracción.- Destacamos:

      Cuerdas elásticas.- Elementos lineales de caucho o goma, que se alargan al ser sometidos a esfuerzos de tracción, que recuperan su forma inicial al cesar esas fuerzas.

      Muelles.- los muelles de tracción son semejantes a los de tracción, un ejemplo son los muelles de las zapatas de freno del tambor.

      Elementos elásticos sometidos a flexión.- Destacamos:

       Ballestas.- Elementos compuestos por una o varias láminas de acero sometidas a flexión. Su aplicación más característica es la suspensión de los vehículos pesados y en vehículos de menor peso para absorber las vibraciones originadas por las irregularidades del terreno, evitando que se transmitan directamente a la carrocería.

         Flejes.- Finas láminas de un material elástico que trabajan a flexión.

          Muelles.- Son flejes enrollados en espiral, empleados en juguetes.

    Elementos elásticos que trabajan a torsión.- El más destacado es la barra de torsión, que podemos observar en el sistema de suspensión de los coches.

Pieza o dispositivo destinado a sostener o apoyar algún elemento fijo o móvil de la máquina. Todo elemento móvil necesita no o varios puntos de apoyo sobre una superficie fija para poder moverse en la dirección requerida.

En el caso de los ejes que transmiten movimiento, es preciso que los soportes les permitan el giro e impidan el movimiento axial (en la dirección del eje). Para evitar al mínimo las pérdidas por rozamiento entre eje y soporte, se colocan entre ambos unas piezas denominadas cojinetes.

Los cojinetes son piezas donde se apoya y gira el eje de una máquina. Son piezas fácilmente desmontables que se adaptan entre el eje y el soporte, cuya colocación es necesaria para:

    El rozamiento entre las piezas produce desgaste en las mismas, y al final se va generando una holgura entre ambas piezas que puede originar vibraciones en el funcionamiento y provoca la sustitución de las piezas.

    Habitualmente, soporte y eje suelen ser del mismo material y, en concreto, de acero o fundición, materiales no adecuados para una larga duración del mecanismo si las piezas rozan entre sí.

Si colocamos cojinetes de un material más blando que el eje, se desgastaría y será necesario cambiarlo.

      Los cojinetes soportan esfuerzos radiales y axiales a que están sometidos, dependiendo de la magnitud de las cargas y el tamaño del cojinete, se pueden utilizar dos tipos de cojinetes:

    Cojinetes de fricción.- Permanecen fijos al soporte. Durante el giro del eje rozan con este, trabajan a fricción.

    Rodamientos.- Cojinete formado por dos cilíndricos concéntricos, uno fijo al soporte y otro al eje, entre los que se intercala una corona de bolas o rodillos, que pueden girar entre ambos, proporcionando una menor pérdida de energía por fricción.