Tipos de Transmisión mecánica
- Motor delantero y tracción: Sus ruedas delanteras son motrices y directrices y no posee árbol de transmisión. Este sistema es muy empleado en turismos de pequeña y mediana potencia.
- Motor delantero y propulsión: Las ruedas motrices son las traseras, y dispone de árbol de transmisión. Su disposición es algo más compleja, utilizándose en camiones y turismos de grandes potencias.
- Motor trasero y propulsión: Sus ruedas motrices son las traseras y tampoco posee árbol de transmisión. Este sistema apenas se emplea en la actualidad por problemas de refrigeración del motor
- Propulsión doble: Utilizado en camiones de gran tonelaje, donde la mayor parte del peso está soportado por las ruedas traseras y mejor repartido.Este sistema consiste en colocar dos puentes traseros y motrices evitando así colocar un solo grupo cónico de grandes dimensiones. De esta manera el esfuerzo a transmitir por cada grupo cónico se reduce a la mitad, reduciéndose las dimensiones sobre todo las del par-cónico.
LAS POLEAS
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Según definición de Hatón de la Goupillière, la polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa actuando en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia
CLASES DE POLEAS.
- Polea simple fija
La manera más sencilla de utilizar una polea es colgar un peso en un
extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso.
Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.
Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.
- Polea móvil
Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga un
extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la
polea y la carga.
La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.
La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.
- Polea compuesta
Existen sistemas con múltiples de poleas que pretenden obtener una gran
ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo
esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen
algo en común, en cualquier caso se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles:
destacan los polipastos.
- Polipastos o aparejos
El polipasto (del latín polyspaston, y éste del griego πολύσπαστον), es
la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las
poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo
se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.
- Poleas con correa
El sistema de poleas con correa más
simple consiste en dos poleas situadas a cierta distancia, que giran a la vez
por el efecto de rozamiento de una correa con ambas poleas . Estas correas
pueden ser de cintas de cuero, flexibles y resistentes .Este es un sistema de transmisión
circular puesto que ambas poleas poseen movimiento circular . En base a
esto distinguimos claramente los siguiente elementos:
- · la polea matriz.
- · polea conducida
- · la correa de transmisión
Bandas
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Los
elementos de máquinas flexibles, como
bandas, cables o cadenas, se utilizan
para la transmisión de potencia a
distancias comparativamente grandes. Cuando se
emplean estos elementos, por lo general,
sustituyen a grupos de engranajes, ejes
y sus cojinetes o a dispositivos de
transmisión similares. Por lo tanto, simplifican
mucho una máquina o instalación mecánica,
y son así, un elemento importante
para reducir costos.
Además son elásticos y
generalmente de gran longitud, de modo
que tienen una función importante en la
absorción de cargas de choque y en
el amortiguamiento de los efectos de
fuerzas vibrantes. Aunque esta ventaja es
importante en lo que concierne a la
vida de una máquina motriz, el
elemento de reducción de costos suele
ser el factor principal para seleccionar
estos medios de transmisión de potencia.
- TRANSMISIÓN POR BANDA ABIERTA
Se emplea
en arboles paralelos si el giro de estos es en un mismo sentido. Es el tipo de
transmisión más difundida.
- TRANSMISIÓN POR BANDA
CRUZADA
Se emplea
en arboles paralelos si el giro de estos es en sentido opuesto.
- TRANSMISIÓN POR BANDA
SEMICRUZADA
Se emplea
si los árboles se cruzan generalmente a 90°.
- TRANSMISIÓN POR BANDA CON
POLEA TENSOR EXTERIOR
Se emplea
cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de las bandas y se
deseas aumentar el ángulo de contacto en la polea menor.
- TRANSMISIÓN POR BANDA CON
POLEA TENSOR INTERIOR
Se emplea
cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de las bandas. En
casos en los que se pueda disminuir el ángulo de contacto en la polea menor,
produce una mejora en la vida útil de la banda.
- TRANSMISIÓN POR BANDA CON MÚLTIPLES POLEAS
Se emplea
para transmitir el movimiento desde un árbol a varios árboles que están
dispuestos paralelamente.
Las
bandas se distinguen por la forma de la sección transversal, por la
construcción, material y tecnología de fabricación, pero el rasgo más
importante que determina la construcción de las poleas y de toda la
transmisión, es la forma de la sección transversal de la correa. En función de
la forma de la sección transversal, las correas de transmisión son clasificadas
como:
·
Bandas Planas.
·
Bandas Especiales o en V.
·
Bandas Redondas.
·
Bandas Eslabonadas.
·
Bandas Dentadas.
·
Bandas Nervadas o poli V.
- Bandas Planas
Las
transmisiones de banda plana ofrecen flexibilidad, absorción de vibraciones,
transmisión eficiente de potencia a altas velocidades, resistencia a atmosferas
abrasivas y costo comparativamente bajo. Estas pueden ser operadas en poleas
relativamente pequeñas y pueden ser empalmados o conectados para funcionamiento
sinfín.
Estas
bandas planas regularmente se pueden encontrar en los siguientes materiales:
1.
Cuero.
2.
Tela
o cuerda ahulada.
3.
Hule
o plástico no reforzado.
4.
Cuero
reforzado.
5.
Tela.
- Bandas en v
Las
bandas en V son las más utilizadas en la industria; adaptables a cualquier tipo
de transmisión. Se dispone de gran variedad las cuales brindas diferente tipo
de peso de carga.
Normalmente
las tensiones de bandas en V funcionan mejor a velocidades de 8 a 30 m/s. para
bandas estándar la velocidad ideal es de aproximadamente 23 m/s. Sin embargo
hay algunas como las bandas en V angostas que funcionan hasta a 50 m/s.
Ventajas:
las transmisiones de
bandas en V permiten altas relaciones de velocidad y son de larga duración.
Fáciles de instalar y remover, silenciosas y de bajo mantenimiento. Las bandas
en V también permiten la absorción de vibración entre los ejes.
Desventajas:
por el hecho de estar
sometidas al cierto grado de resbalamiento, las banas en V no deben ser
utilizadas en casos que se necesiten velocidades sincrónicas.
Estas
bandas en V siempre se fabrican en secciones transversales estándar.
·
BANDAS
REDONDAS
Las
bandas redondas se utilizan en transmisiones de poca potencia, como máquinas de
oficina y enseres domésticos. Debido a la simetría de una sección redonda, es
muy sencillo trabajar con ejes múltiples u oblicuos, por lo que pueden ser
útiles en aparatos con transmisiones complicadas.
- BANDA DENTADA DUAL
La
mayoría de los fabricantes ofrecen también bandas con dientes en la superficie
interior y en la exterior, que permiten transmitir movimientos por ambos lados
de la banda, tal y como se muestra en la figura No. 5
- BANDAS ESLABONADAS
La banda
eslabonada puede cubrir ampliamente y en forma satisfactoria la mayoría de los
requerimientos industriales de bandas en "V".
Absorben
hasta el 90% de la vibración, alargando así la vida útil de los demás
componentes de la transmisión, mejorando también la calidad del trabajo.
Las
bandas eslabonadas pueden ajustarse a cualquier longitud y adaptarse en
cualquier transmisión con poleas en "V".
También
pueden hacerse juegos de bandas perfectamente hermanadas con solo contar
exactamente el número de eslabones de cada banda, esto entre otras cosas ayuda
a reducir considerablemente el espacio y costo de inventarios.
- BANDAS DENTADAS
Las
bandas dentadas moldeadas son la mejor y más rentable alternativa para la
transmisión de potencia con banda en V.
El diseño
de las ranuras moldeadas ofrece una disipación inmediata del calor generado
durante la operación de las transmisiones, pueden circular con facilidad sobre
poleas de diámetros pequeños, y ofrecen mayor vida útil que las bandas
tradicionales de la competencia.
Cadenas
Las cadenas de transmisión
son la mejor opción para aplicaciones donde se quiera transmitir grandes pares
de fuerza y donde los ejes de transmisión se muevan en un rango de velocidades
de giro entre medias y bajas.
Las
transmisiones por cadenas son transmisiones robustas, que permiten trabajar en
condiciones ambientales adversas y con temperaturas elevadas, aunque requieren
de lubricación. Además proporcionan una relación de transmisión fija entre las
velocidades y ángulo de giro de los ejes de entrada y salida, lo que permite su
aplicación en automoción y maquinaria en general que lo requiera.
Según su
función a desarrollar, las cadenas se dividen en los siguientes tipos:
• Cadenas de transmisión de potencia: cuya
aplicación es transmitir la potencia entre ejes que giran a unas determinadas
velocidades.
• Cadenas de manutención: o
también llamadas cadenas transportadoras. Son un tipo de cadenas que gracias a
una geometría específica de sus eslabones o enlaces le permiten desempeñar una
función de transporte o arrastre de material.
• Cadenas de carga: o también llamadas de
bancos de fuerzas. Son cadenas que permiten transmitir grandes cargas, y son
usadas, por ejemplo, para elevar grandes pesos, o accionar bancos de fuerza,
entre otros usos.
PARTES DE LAS CADENAS
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 partes básicas de las
cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador.
Rodamientos
Es el conjunto de esferas
que se encuentran unidas por un anillo interior y uno exterior, el rodamiento
produce movimiento al
objeto que se coloque sobre este y se mueve sobre el cual se apoya.
Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos. Teóricamente, estos cojinetes no necesitan lubricación, ya que las bolas o rodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Sin embargo, como la velocidad de giro del eje no es nunca exactamente constante, las pequeñas aceleraciones producidas por las fluctuaciones de velocidad producen un deslizamiento relativo entre bola y pista. Este deslizamiento genera calor. Para disminuir esta fricción se lubrica el rodamiento creando una película de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura.
Las bolas, en su trayectoria circular, están sometidas alternativamente a cargas y descargas, lo que produce deformaciones alternantes, que a su vez provocan un calor de histéresis que habrá que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricará simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación de calor.
Los rodamientos se denominan también cojinetes no hidrodinámicos. Teóricamente, estos cojinetes no necesitan lubricación, ya que las bolas o rodillos ruedan sin deslizamiento dentro de una pista. Sin embargo, como la velocidad de giro del eje no es nunca exactamente constante, las pequeñas aceleraciones producidas por las fluctuaciones de velocidad producen un deslizamiento relativo entre bola y pista. Este deslizamiento genera calor. Para disminuir esta fricción se lubrica el rodamiento creando una película de lubricante entre las bolas y la pista de rodadura.
Las bolas, en su trayectoria circular, están sometidas alternativamente a cargas y descargas, lo que produce deformaciones alternantes, que a su vez provocan un calor de histéresis que habrá que eliminar. Dependiendo de estas cargas, el cojinete se lubricará simplemente por grasa o por baño de aceite, que tiene mayor capacidad de disipación de calor.
Tipos
- Rodamientos rígidos de bolas
Robustos, versátiles y silenciosos. Pueden funcionar a altas velocidades y son fáciles de montar. Los rodamientos de una hilera también están disponibles en versiones obturadas; están lubricados de por vida y no necesitan mantenimiento. Los rodamientos de una hilera con escote de llenado y los de dos hileras son adecuados para cargas pesadas.
- Rodamientos de bolas a rótula
- Rodamientos de sección estrecha
- Rodamientos de rodillos cilíndricos
- Rodamientos de rodillos a rótula
- Rodamientos de agujas
- Rodamientos de bolas con contacto angular
- Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos
- Rodamientos axiales de bolas
- Rodamientos de rodillos cónicos
- Rodamientos axiales de rodillos a rótula
- Rodamientos axiales de agujas
Engranes
Se
denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado
para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una maquina. Los
engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se
denomina corona y el menor 'piñon'. Un engranaje sirve para transmitir moviendo circularmente contacto de ruedas
dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la
transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser
un motor de combustión interna o
un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta
distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está
conectada por la fuente de energia y es conocido como
engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento
del eje motor y que se denomina engranaje conducido.1 Si
el sistema está compuesto de mas de
un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren.
La
principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la
transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que
se obtiene exactitud en la relación de transmisión.
Tipos de
engranajes
La
principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de
sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios
existen los siguientes tipos de engranajes:
Píñón
recto de 18 dientes.
- Ejes paralelos
- Engranajes especiales..
- Cilíndricos de dientes rectos
- Cilíndricos de dientes helicoidales
- Doble helicoidales
- Ejes perpendiculares
- Helicoidales cruzados
- Cónicos de dientes rectos
- Cónicos de dientes helicoidales
- Cónicos hipoides
- De rueda y tornillo sin fin
Características
que definen un engranaje de dientes rectos
- Elementos de un engranaje.
Representación
del desplazamiento del punto de engrane en un engranaje recto.
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.
Diente de
un engranaje: son los
que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los
ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de
sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas
respecto al eje que pasa por el centro del mismo.
Módulo: el módulo de un engranaje es una característica
de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro
primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países
anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch,
que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija
mediante cálculo de resistencia
de materiales en
virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión
que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está
indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo
módulo.
Circunferencia
primitiva: es la circunferencia a lo largo
de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se
determinan todas las características que definen los diferentes elementos de
los dientes de los engranajes.
Paso
circular: es la longitud de la
circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.
Espesor
del diente: es el grosor del diente en la
zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.
Número de
dientes: es el número de dientes que
tiene el engranaje. Se simboliza como . Es fundamental
para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje
no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni
por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.
Diámetro
exterior: es el diámetro de la
circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.
Pie del
diente: también se conoce con el nombre
de dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la
circunferencia interior y la circunferencia primitiva.
Cabeza
del diente: también se conoce con el nombre
de adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro
exterior y el diámetro primitivo.
Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de
rozamiento.
Altura
del diente: es la suma de la altura de la
cabeza (adendum) más la altura del pie (dedendum).
Ángulo de
presión: el que forma la línea de acción
con la tangente a la circunferencia de paso, φ (20º ó 25º son los ángulos normalizados).
Largo del
diente: es la longitud que tiene el
diente del engranaje
Distancia
entre centro de dos engranajes: es la
distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.
Relación
de transmisión: es la
relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede
ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de
transmisión recomendada7 tanto
en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga
la transmisión con los datos orientativos que se indican:
Velocidad
lenta:
Velocidad
normal :
Velocidad elevada:
Hay dos
tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya
altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes
de diente corto, la cabeza del diente vale (
), y la altura del pie del diente vale (
) siendo el valor de la altura total del diente (
)
- Engranajes helicoidales dobles
Engranajes
helicoidales dobles, engranajes "espina de pescado", superan el
problema de carga axial presente en engranajes helicoidales simples al tener
dos sets de dientes que una posición "V". Cada engranaje en un
engranaje helicoidal doble puede ser considerado como un par de engranajes
helicoidales simples. Este configuración cancela la carga axial ya que cada
mitad del engranaje acepta la carga en direcciones opuestas. Pueden ser
intercambiados directamente con engranajes rectos sin necesidad de usar rodamientos
distintos. Engranajes helicoidales dobles son mas difíciles de fabricar debido
a la complejidad de su forma.
- Engranajes cónicos
Los
engranajes cónicos tienen forma de tronco de cono y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan.9 Sus
datos de cálculo se encuentran en prontuarios específicos de mecanizado.
- Engranajes cónicos de dientes rectos
Efectúan
la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano,
generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar
dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc., 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. 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 se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se
encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras
especiales, en la actualidad Se utilizan en las transmisiones posteriores de
camiones y automóviles.
- Engranaje cónico hipoide
Un
engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por
un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se
instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en
los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de
tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la
disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del
piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su
mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras
especiales (Gleason)12
- Tornillo sin fin y corona.
Es un
mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, que también se utiliza
como reductor de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Generalmente
trabaja en ejes que se cruzan a 90º.
Tiene la
desventaja de que su sentido de giro no es reversible, 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. Si este mecanismo transmite grandes
esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes
por fricción.
El número
de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de
cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado.
El
tornillo sin fin puede mecanizarse mediante tornos, fresas bicónicas o fresas
centrales. La corona, por su parte, requiere fresas normales o fresas madre.13
Tornillo
sin fin y corona glóbicos
Tornillo
sin fin y corona glóbica.
Normalmente
el contacto entre los dientes del tornillo sin fin y los de la corona ocurre en
un solo punto, es decir, en una superficie muy reducida de metal. Por tanto,
cuando la fuerza a transmitir es elevada se genera una fuerte presión en el
punto de contacto. Para reducir la presión se puede aumentar la superficie de
contacto entre el tornillo sin fin y la corona, aplicando una de las tres
formas siguientes de acoplamiento:13
corona
glóbica y tornillo sin fin convencional
tornillo
sin fin glóbico y corona convencional
tornillo
sin fin glóbico y corona también glóbica
Para el
mecanizado de tornillos sin fin glóbicos se utiliza el procedimiento de
generación que tienen las máquinas Fellows.
- Engranajes planetarios
Los engranajes planetarios están compuestos
por tres miembros: Piñón planetario, el Portasatélites y la Corona.
- Engranajes 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 engrane mantiene el sentido
de la velocidad angular.14 El
tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de
generación.
La
eficiencia de este sistema de reductores planetarios es igual a 0.98^(#etapas);
es decir si tiene 5 etapas de reducción la eficiencia de este reductor seria
0,904 o 90,4% aproximadamente.
Debido a
que tienen mas dientes en contacto que los otros tipos de reductores, son
capaces de transferir / soportar mas torque; por lo que su uso en la industria
cada vez es mas difundido. Ya que generalmente un reductor convencional de
flechas paralelas en aplicaciones de alto torque debe de recurrir a arreglos de
corona / cadenas lo cual no solo requiere de mas tamaño sino que también
implicara el uso de lubricantes para el arreglo corona / cadena.
La
selección de reductores planetarios se hace como la de cualquier reductor, en
función del torque (Newton-metro).
Como
cualquier engranaje, los engranajes del reductor planetario son afectos a la
fricción y agotamiento de los dientes, (en ingles "pitting" y
"bending").
Debido a
que los fabricantes utilizan diferentes formas de presentación del tiempo de
operación para sus engranajes y del torque máximo que soportan, la ISO tiene
estándares para regular esto:
ISO 6636
para los engranajes,
ISO 281
para los rodamientos e
UNI 7670
para los ejes.
De esta
forma se pueden comparar realmente las especificaciones técnicas de los
engranajes / reductores y se puede proyectar un tiempo de operación antes de
fallo de cualquiera de los mismos, (ya sean engranajes para reductores
planetarios o flechas paralelas).
- 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.15 Quizás
la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento
del carro longitudinal.
n: velocidad
angular. z: número de dientes de la rueda dentada. p: paso.
- Engranaje loco o intermedio
Es 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.
Catarinas
Están fabricadas con acero 1045, acero inoxidable, acero comercial y
acetal. Asimismo hay medidas que van de paso 25 hasta 240 en modelo sencillo,
doble, triple y con mamelón tipo A, B, C y D.
Tipo A: Sprocket plano sin extensión de mamelón en ambos lados.
Tipo B: Sprocket con extensión de mamelón en uno de los lados.
Tipo C: Sprocket con extensión de mamelón en ambos lados.
Tipo D: Sprocket con perno desmontable en mamelón montada en una placa.
El número nominal de una catarina es el mismo número nominal que el de
la cadena correspondiente. Los rollos de cadena se colocan deslizando la misma
sobre la catarina, por lo tanto deben estar suficientemente apretadas para su
resistencia en un uso constante. Las catarinas de paso 40 al paso 120 de un
mamelón para cadena sencilla y doble, son prácticamente endurecidas
inductivamente, también si el número de dientes es pequeño. El endurecimiento
por inducción o por llama será utilizado como mejor convenga a cada aplicación
individual. En realidad el diámetro y paso del sprocket determinan el método a
utilizar. Como consejo, los dientes endurecidos incrementan substancialmente la
vida de la catarina, y se recomienda bajo las siguientes condiciones:
- Piñón
o motriz donde la reducción sea de 4:1 o mayor.
- Transmisiones
de velocidad lenta (100 FPM o menos)
- Donde
el factor de seguridad sea menor que el estándar.
- Condiciones
abrasivas poco usuales.
Normalmente los sprockets de tipo A (sin mamelón) no tienen las puntas
de los dientes endurecidas. El material que utilizan es de acero de carbón y
son usadas para propósitos generales. Las catarinas tipo B con mamelón de un
solo lado, son hechas de acero carbonizado y son usadas generalmente para
estructuras de maquinaria. El diámetro del mamelón y la longitud estándar del
mamelón se fijan para la gama del diámetro del eje utilizada. Hay dos tipos de
estructura integral (tipo B) y la estructura soldada (tipo BW). Lo mismo sucede
con las catarinas tipo C.
Para seleccionar una catarina se tienen que seguir los siguientes pasos:
- Determinar
el tipo de carga a transmitir
- Seleccionar
el factor de servicio
- Calcular
el diseño de HP
- Seleccionar
el paso de cadena
- Determinar
el numero de dientes del sprocketmas pequeño
- Determinar
el numero de dientes del sprocket más grande
- Determinar
la distancia de centros
- Calcular
el largo de la cadena
Tipos:
- · A (sin Mamelon)
- · B (Mamelon de un solo lado)
- · C (Mamelones en ambos lados)
- · Taper Bushed
- · QD
- · MST
- · Double
- · Triple
- · MST Double Single
- · Stainless
- · Double Pitch
- · MetricSprocket
Llevan piezas móviles de maquinas
como poleas, rodillo,tambores, etc.. Están sometidos únicamente a flexión.EJES
FIJOS:Son el tipo mas favorables. La flexióncorresponde al caso de cargas I o
II (estática ointermitente)EJES ROTATIVOS:Se
usan con preferencia para vehículos sobrecarriles. Permiten un fácil montaje y
desmontajede los juegos de ruedas y transmiten bien lasfuerzas laterales. Presentan
el inconvenienteque están sometidos a flexión alternativa, esdecir carga tipo
III.
ÁRBOLES
Los árboles son elementos
de maquinas que giran siempre con los elementosque soportan (poleas, ruedas
dentadas, etc.) a los que hacen girar o giran conellos. Estos elementos que
soportan se fijan por medio de chavetas, ranurasestriadas o uniones forzadas.
Los árboles de transmisión descansanradialmente sobre cojinetes o rodamientos,
y cuando están dispuestosverticalmente, su extremo inferior se apoya sobre quicioneras.
La parte delárbol que sobre cojinetes se denomina gorrón o muñón y cuando es
verticalquicio.
Tipos de árboles
·
Lisos
·
Escalonado
·
Ranurado
o contalladuras especiales
·
Acodado
MATERIALES PARA EJES Y ÁRBOLES
Para confección de ejes y
árboles, en la mayoría de los casos, en nuestro paísse prefieren aceros según
norma AISI. De tal manera que preferentemente se usanlos siguientes aceros:
AISI
1010 Y
AISI
1020
para árboles poco cargados o de
uso esporádico dondesea deseable un bajo costo de fabricación o cuando algunas
partes de los elementosdeban ser endurecidas mediante cementación.
AISI
1045
es el acero para árboles más
corrientemente usado, pues el mayorcontenido de carbono le otorga una mayor
dureza, mayor resistencia mecánica y uncosto moderado. No obstante lo anterior,
cuando este acero se endurece portemplado sufre deforrnaciones y baja su
resistencia a la fatiga.
AISI
4140
es un acero al cromo molibdeno
bonificado de alta resistencia que seemplea en ejes muy cargados y en donde se
requiere alta resistencia mecánica.
AISI
4340
es un acero al cromo níquel
molibdeno bonificado de máximatenacidad, resistencia a la tracción y torsión
que se aplica a los cálculos para el diseñode árboles.
·
Procedimiento
de Diseño de Ejes y Árboles
1.Desarrollar un diagrama de cuerpo libre, reemplazando los diversosdispositivos
por sus correspondientes acciones o solicitaciones, demanera de obtener un
sistema estático equivalente.2. Evaluar los momentos flectores, torsores,
esfuerzos de corte y esfuerzosaxiales en el tramo completo del eje.
·
Procedimiento
de Diseño de Ejes y Árboles
3. Seleccionar las
secciones más conflictivas y de ellas los puntos másconflictivos. Esta tarea
está asociada a la determinación de factores deconcentración de tensiones
debidos a entallas geométricas.4. Evaluar los estados tensionales en los puntos
conflictivos.5. Seleccionar el criterio o teoría de falla estática o dinámica
en función deltipo de material (frágil o dúctil) y tipo de rotura estimada (fatiga,
etc.)6. Evaluar la seguridad de los puntos conflictivos.7. Efectuar un
replanteo en términos de diámetro y configuracionesgeométricas o material en
tanto que los resultados obtenidos nosatisfagan las condiciones de diseño.
TORSION
·
Velocidad crítica de ejes
Todos los ejes, aun sin la
presencia de cargas externas, se deformandurante la rotación. La magnitud de la
deformación depende de larigidez del eje y de sus soportes, de la masa total
del eje, y de laspiezas que se le añaden, del desequilibrio de la masa con
respecto aleje de rotación y del amortiguamiento presente en el sistema.La
deformación, considerada como una función de la velocidad de girodel eje,
presenta sus valores máximos en las llamadas velocidadescríticas. Un sistema de
1 masa, será un sistema de 1 grado de libertad,y tendrá 1 velocidad crítica.
Para sistemas de n masas, esto es n gdl,habrán n velocidades críticas.
Arboles de transmisión
Estan sometidos en su funcionamiento a esfuerzos constantes de torsión que son contrarrestados por la elastidad del material. Por este motivo están diseñados para que aguanten el máximo de revoluciones sin deformarse. Se fabrican en tubo de acero elástico, con su sección longitudinal en forma de uso (mas grueso en el medio que en los extremos) y perfectamente equilibrados para no favorecer los esfuerzos en ningún punto determinado.
Ademas del esfuerzo de torsíon, el árbol de transmisión está sometido a otro de oscilación alrededor de su centro fijo de rotación. Debido a este movimiento de oscilación se modifican continuamente las longitudes de las uniones, dando como resultado un movimiento axial del árbol de transmisión
Estan sometidos en su funcionamiento a esfuerzos constantes de torsión que son contrarrestados por la elastidad del material. Por este motivo están diseñados para que aguanten el máximo de revoluciones sin deformarse. Se fabrican en tubo de acero elástico, con su sección longitudinal en forma de uso (mas grueso en el medio que en los extremos) y perfectamente equilibrados para no favorecer los esfuerzos en ningún punto determinado.
Ademas del esfuerzo de torsíon, el árbol de transmisión está sometido a otro de oscilación alrededor de su centro fijo de rotación. Debido a este movimiento de oscilación se modifican continuamente las longitudes de las uniones, dando como resultado un movimiento axial del árbol de transmisión
Arboles de transmisión con juntas
universales cardan
La juntas cardan son las mas empleadas en la actualidad, ya que pueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientos angulares de hasta 15º en las de cotrucción normal, llegando hasta los 25º en las de construcción especial. Tienen el inconveniente de que cuando los ejes giran desalineados quedan sometidos a variaciones de velocidad angular y, por tanto, a esfuerzos alternos que aumentan la fatiga de los materiales de los que estan construidos.
La juntas cardan son las mas empleadas en la actualidad, ya que pueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientos angulares de hasta 15º en las de cotrucción normal, llegando hasta los 25º en las de construcción especial. Tienen el inconveniente de que cuando los ejes giran desalineados quedan sometidos a variaciones de velocidad angular y, por tanto, a esfuerzos alternos que aumentan la fatiga de los materiales de los que estan construidos.
La oscilacion de la velocidad es mayor cuanto mayor sea el ángulo (A, de la figura inferior) aunque, normalmente, este ángulo en los vehículos es muy pequeño y, por tanto, las variaciones de velocidad son prácticamente despreciables.
La junta cardan esta constituida
por dos horquillas (1) unidas entre si por una cruceta (2), montada sobre
cojinetes de agujas (3) encajados a presión en los alojamientos de las
horquillas y sujetos a ellas mediante circlips o bridas de retención (4).
Una de las horquillas va unida al tubo de la transmisión (9) y la otra lleva la brida de acoplamiento para su unión al grupo propulsor del puente. En el otro lado del tubo, la junta cardan va montada sobre una unión deslizante, formada por un manguito (5) estriado interiormente que forma parte de una de las horquillas, acoplandose al estriado (6) del tubo (9). El conjunto asi formado constituye una unión oscilante y deslizante.
Estos árboles no sufren,
generalmente, averías de ningún tipo, salvo rotura del propio árbol, en cuyo
caso hay que cambiar el conjunto, ya que no admite reparación. El único
desgaste que pueden sufrir esta en los cojinetes de la cruceta, en cuyo caso se
sustituyen éstos o se procede a cambiar la cruceta.
La protección del acoplamiento estriado la asegura el casquillo guardapolvo (7) y el engrase de las artículaciones de la junta cardan se efectua con grase consistente por los engrasadores (8).
La protección del acoplamiento estriado la asegura el casquillo guardapolvo (7) y el engrase de las artículaciones de la junta cardan se efectua con grase consistente por los engrasadores (8).
Arboles con juntas universales
elásticas
Estos árboles se emplean cuando el puente trasero va fijo a la carroceria o para secciones intermedias de transmisión; por tanto, no necesitan transmitir el giro con grandes variaciones angulares. Como juntas se emplean discos de tejido o artículaciones de goma interpuesta entre dos bridas sujetas con pernos de unión.
Las juntas de disco, permiten un ángulo de desviación de 3 a 5º y estan constituidas por uno o dos discos elásticos (tejido de tela engomada), interpuestos entre la brida del puente o caja de cambios y la brida de transmisión.
Estos árboles se emplean cuando el puente trasero va fijo a la carroceria o para secciones intermedias de transmisión; por tanto, no necesitan transmitir el giro con grandes variaciones angulares. Como juntas se emplean discos de tejido o artículaciones de goma interpuesta entre dos bridas sujetas con pernos de unión.
Las juntas de disco, permiten un ángulo de desviación de 3 a 5º y estan constituidas por uno o dos discos elásticos (tejido de tela engomada), interpuestos entre la brida del puente o caja de cambios y la brida de transmisión.
Las juntas con artículaciones de goma (silentblock), al ser mas elasticas que los discos, permiten desviaciones angulares de 5 a 8º. Tienen la ventaja de amortiguar las oscilaciones y ruidos en la transmisión; además, pueden eliminar el elemento deslizante, debido a su propia elasticidad transversal, cuando va montada entre elementos fijos.
Semiárboles de transmisión o
palieres
Los semiarboles o palieres pueden ser rigidos o articulados (para suspensiones independiente) tienen la misión de transmitir el movimiento desde el diferencial a las ruedas. Estan constituidos por un eje de acero forjado, uno de sus extremos se acopla al planetario del diferencial y, el otro extremo se acopla al cubo de la rueda.
Los semiarboles o palieres pueden ser rigidos o articulados (para suspensiones independiente) tienen la misión de transmitir el movimiento desde el diferencial a las ruedas. Estan constituidos por un eje de acero forjado, uno de sus extremos se acopla al planetario del diferencial y, el otro extremo se acopla al cubo de la rueda.
En vehiculos con motor delantero
y propulsión trasera dotada de puente trasero flotante (sin suspensión
independiente) se emplean para el montaje de estos semiárboles, varios
sistemas:
- Montaje semiflotante: En este sistema el palier (1) se apoya por
un extremo en el planetario (2) del diferencial y, por el otro lado, lo
hace en la trompeta (3) del puente, a través de un cojinete (4). Con este
montaje, el peso del vehículo descansa en (P) y queda totalmente soportado
por el palier que, además, transmite el giro a la rueda; queda, por tanto,
sometido a esfuerzos de flexión y torsión; por esta razón, estos palieres
tiene que ser de construcción mas robustos.
- Montaje tres cuartos flotante: En este montaje el palier se une al cubo de
la rueda, siendo este el que se une al mangón (3) a través de un cojinete
(4). En este caso, el peso del vehículo se transmite desde la trompeta del
puente al cubo de la rueda y el palier queda libre de este esfuerzo,
teniendo únicamente que mantener el cubo alineado y transmitir el giro.
- Montaje flotante: En este montaje (el mas utilizado en los
camiones) el cubo de la rueda se apoya en el mangón del puente (3) a
través de dos cojinetes (4), quedando así alineada la rueda que soporta el
peso del vehículo. El palier queda liberado de todo esfuerzo, ya que
solamente tiene que transmitir el giro de las ruedas.
En los montajes semiflotantes y tres cuartos flotante, el palier no puede ser extraido del puente sin haber antes liberado a la rueda del peso del vehículo, cosa que no ocurre con este ultimo sistema en el que, como puede verse, el palier queda totalmente libre.
Semiárboles para transmisión con
motor y propulsión traseros y suspensión independiente
Uno de los mas empleados es el que se ve en la figura inferior, donde el palier (1) se une por un extremo al planetario por medio de los patines (2) alojados en el cajeado del mismo. Su form esferica les permte deslizarse en el cajeado y adaptarse perfectamente a cualquier posición del palier. Por el otro extremo se acopla el manguito (3) por medio del estriado de ambos y que permite el deslizamiento del palier dentro del mismo, ajustando así la longitud diferencial-rueda por muy accidentado que sea el terreno.
Uno de los mas empleados es el que se ve en la figura inferior, donde el palier (1) se une por un extremo al planetario por medio de los patines (2) alojados en el cajeado del mismo. Su form esferica les permte deslizarse en el cajeado y adaptarse perfectamente a cualquier posición del palier. Por el otro extremo se acopla el manguito (3) por medio del estriado de ambos y que permite el deslizamiento del palier dentro del mismo, ajustando así la longitud diferencial-rueda por muy accidentado que sea el terreno.
El árbol (4) de la rueda se
acopla por medio de su estriado a la junta elástica (5), que consiste en un
manguito o taco de caucho con un estriado interior, para que su acoplamieno al
árbol de la rueda sea elástico, sujeto al mismo con la tuerca (6). La junta
elástica (5) se une al manguito (3) y transmite así el movimiento desde el
planetario a la rueda montada en la cabeza del árbol (4).
La junta elástica (5) y los patines (2) constituyen el sistema oscilante que hace que el giro pueda transmitirse a la rueda en cualquier posición de la misma, debido a las desigualdades del terreno. El sistema va montado al aire y lleva un protector de goma (9) para evitar que entre polvo en el interior de la caja de cambios.
La junta elástica (5) y los patines (2) constituyen el sistema oscilante que hace que el giro pueda transmitirse a la rueda en cualquier posición de la misma, debido a las desigualdades del terreno. El sistema va montado al aire y lleva un protector de goma (9) para evitar que entre polvo en el interior de la caja de cambios.
Otro tipo de semiarbol para motor
y propulsión traseros es el que se ve en la figura inferior que consiste en
interponer una junta cardan, la cual se une por uno de sus extremos al
planetario y, por el otro lado, al palier y cubo de rueda.
En este sistema el palier no va montado al aire, sino dentro de una trompeta que va unida al carter por un sistema que permite adaptarse a las incidencias del terreno, apoyándose al palier en esta trompeta con interposición del rodamiento.
En este sistema el palier no va montado al aire, sino dentro de una trompeta que va unida al carter por un sistema que permite adaptarse a las incidencias del terreno, apoyándose al palier en esta trompeta con interposición del rodamiento.
Lubricación
Cualquier procedimiento que reduzca la
fricción entre dos superficies móviles es denominado lubricación. Cualquier material utilizado para este propósito es
conocido como lubricante. La
principal función de un lubricante es
proveer una película para separar las superficies y hacer el movimiento más
fácil. En un modelo donde un líquido
actúa como lubricante, el líquido se comporta formando una película en las dos
superficies externas, superior e inferior, adheridas firmemente. A medida que
una de las superficies se mueva sobre la otra, las capas externas del
lubricante permanecen adheridas a las superficies mientras que las capas
internas son forzadas a deslizarse una sobre otra. La resistencia al movimiento
no está gobernada por la fuerza requerida para separar las rugosidades de las
dos superficies y podermoverse. En su lugar, esta resistencia está determinada por la fuerza
necesaria para deslizar las capas de lubricante una sobre otra. Esta es
normalmente mucho menor que la fuerza necesaria para superar la fricción entre
dos superficies sin lubricar
Debido a que la lubricación disminuye la fricción, ésta
ahorra energía y reduce el desgaste. Sin embargo ni el mejor lubricante podría
eliminar completamente la fricción. En el motor de un
vehículo eficientemente lubricado, por ejemplo, casi el 20% de la energía
generada es usada para superar la fricción.
La lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre otra. Esto se puede lograr de distintas maneras. Los distintos tipos de lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación. Durante el ciclo de trabajo de la máquina puede haber cambios entre los diferentes regímenes de lubricación.
La lubricación siempre mejora la suavidad del movimiento de una superficie sobre otra. Esto se puede lograr de distintas maneras. Los distintos tipos de lubricación normalmente son denominados Regímenes de Lubricación. Durante el ciclo de trabajo de la máquina puede haber cambios entre los diferentes regímenes de lubricación.
Las mejores condiciones de
lubricación existen cuando las dos superficies móviles están completamente
separadas por una película de lubricante suficiente, como el modelo descrito
anteriormente. Esta forma de lubricación es conocida como Hidrodinámica o lubricación de película
gruesa. El espesor de la película deaceite depende
principalmente de la viscosidad
del lubricante, una medida de su espesor o la resistencia a fluir.
Por otro lado, la lubricación es
menos eficiente cuando la película es tan delgada que el contacto entre las
superficies tiene lugar sobre una área similar a cuando no existe
lubricación. Estas condiciones definen la lubricación límite. La carga total es soportada por capas muy
pequeñas de lubricante adyacentes a las superficies. La fricción es menor que
en superficies completamente sin lubricar y está principalmente determinada por
la naturaleza química del lubricante.
Varios regímenes de lubricación
han sido identificados entre los dos extremos de lubricación hidrodinámica y
límite.
Las siguientes son las dos más
importantes:
·
Lubricación
mixta o de película delgada, existe
cuando las superficies móviles están separadas por una película de lubricante
continua con espesor comparable a la rugosidad de las superficies. Esta carga
entonces está soportada por una mezcla de presión de aceite y los contactos
entre superficies de tal forma que las propiedades de este régimen de
lubricación son una combinación tanto de lubricación hidrodinámica como límite.
·
La
lubricación elastohidrodinámica, es un
tipo especial de lubricación hidrodinámica la cual se puede desarrollar en
ciertos contactos con altas cargas, tales como cojinetes y algunos tipos de
engranajes. En estos mecanismos él lubricante es arrastrado hacia el área de
contacto y luego sujeto a muy altas presiones a medida que es comprimido bajo
carga pesada. El incremento de la presión tiene dos efectos. En primer lugar
causa él incremento en la viscosidad del
lubricante y por lo tanto un aumento en su capacidad de soportar cargas. En
segundo lugar, la presión deforma las superficies cargadas y distribuye la
carga sobre un área mayor.
La mayoría de las máquinas son lubricadas mediante líquidos.
Cómo puede un líquido separar superficies y reducir la fricción entre ellas?
Con el objeto de entender de que forma los líquidos lubrican en la práctica, es
útil observar el caso del cojinete. En este dispositivo sencillo ampliamente
utilizado, un eje soporta las cargas y rota dentro de una cavidad de aceite. Un
ejemplo es una biela del motor de un vehículo. A medida que el eje rota, una
cuña de aceite se forma entre las superficies, la cual genera suficiente
presión para mantenerlas separadas y soportar la carga del eje. Las cuñas de
aceite, se pueden formar en otro tipo de cojinetes, tales como cojinetes con
elementos deslizantes y rodantes, por un mecanismo similar.
La lubricación más eficiente, es la lubricación hidrodinámica y se obtiene cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas opuestas.
La lubricación más eficiente, es la lubricación hidrodinámica y se obtiene cuando la película de aceite que se genera en un cojinete tiene un espesor varias veces mayor que la rugosidad de las superficies sólidas opuestas.
Si la película de aceite es
demasiado delgada, las superficies entran en contacto directo, la fricción se
incrementa, se genera calor y las superficies sufren
desgaste.
Varios factores influyen en la
formación de la película de aceite y por lo tanto en la eficiencia de
la lubricación:
·
Viscosidad
del lubricante. Este es el factor más importante. Sí la
viscosidad del lubricante es demasiado baja, esto significa que la capa
lubricante es demasiado delgada, y por tanto no será capaz de formar una cuña
de aceite adecuada. Si, por otro lado, la viscosidad es demasiado alta, el
espesor del lubricante puede restringir el movimiento relativo entre dos
superficies. La viscosidad de un líquido disminuye al incrementarse la temperatura, por lo
tanto un cojinete que esté lubricado eficientemente en frío puede que no
trabaje bien a altas temperaturas. Estudiaremos la viscosidad y su variación
con la temperatura con más detalle en la siguiente sección.
·
Diseño
del cojinete. La forma de las superficies lubricadas debe
favorecer la formación de una cuña de aceite. Por lo tanto debe haber un
espacio adecuado entre las superficies móviles.
·
Alimentación
del lubricante.
Evidentemente la
lubricación hidrodinámica no se puede desarrollar sí no hay suficiente
lubricante para cubrir todas las superficies en contacto.
·
El
movimiento relativo de las superficies. Cuanto mayor
sea la velocidad de deslizamiento mayor será el grosor de la película de
aceite, asumiendo que la temperatura permanezca constante. Una consecuencia
importante de esto es que las superficies en movimiento, tenderán a entrar en
contacto cuando el equipo arranque o pare.
·
Carga. A
cualquier temperatura dada, un incremento de la carga tenderá a disminuir la
película de aceite. Una carga excesiva tenderá a incrementar la fricción y el
desgaste.
Los lubricantes no solamente
deben lubricar. En la mayoría de las aplicaciones deben refrigerar, proteger,
mantener la limpieza y algunas veces llevar a cabo otras funciones.
·
Lubricación. La principal función de un lubricante es
simplemente hacer más fácil que una superficie se deslice sobre otra. Esto
reduce la fricción, el desgaste y ahorra energía.
·
Refrigeración. Cualquier material que reduzca la fricción
actuará como un refrigerante, simplemente, porque reduce la cantidad de calor
generada cuando dos superficies rozan una contra otra. Muchas máquinas generan
cantidades considerables de calor aún siendo correctamente lubricadas, este
calor debe ser eliminado para que la máquina funcione eficientemente. Los
lubricantes son frecuentemente usados para prevenir él sobrecalentamiento,
transfiriendo calor de las áreas más calientes a las áreas más frías. Quizás el
ejemplo más familiar de un lubricante empleado como refrigerante es
él aceite utilizado en los motoresde
nuestros vehículos, pero esta función es vital en muchas otras aplicaciones.
Los aceites para compresores, los
aceites para turbinas, aceites para engranajes, aceites de corte y muchos otros
lubricantes deben ser buenos refrigerantes.
·
Protección
contra la corrosión. Obviamente, un lubricante no debe causar
corrosión. Idealmente, debe proteger activamente las superficies que lubrica,
inhibiendo cualquier daño que pueda ser causado
por el agua, ácidos u
otros agentes dañinos que contaminen el sistema. Los lubricantes
deben proteger contra la corrosión en dos formas diferentes: Deben cubrir la
superficie y proveer una barrera física contra el ataque químico, y además,
deben neutralizar los químicos corrosivos que se generen durante la operación
del equipo.
·
Mantenimiento
de la limpieza. La
eficiencia con la cual una máquina opera es reducida sí su mecanismo sé
contamina con polvo y arena, o los productos del
desgaste y la corrosión. Estas partículas sólidas pueden incrementar el
desgaste, promover más corrosión y pueden bloquear las tuberías de alimentación de lubricante y los filtros. Los lubricantes
ayudan a mantener las máquinas limpias y operando eficientemente, limpiando los
contaminantes de los mecanismos. Algunos lubricantes, contienen además aditivos
que suspenden las partículas y dispersan los contaminantes solubles en el
aceite. Esto detiene la acumulación y depósito sobre las superficies de trabajo
lubricadas.
Los lubricantes utilizados para
aplicaciones particulares pueden requerir otras funciones además de las
descritas anteriormente. Por ejemplo:
·
Sellado. El aceite utilizado en motores de combustión interna
debe proveer un sellado efectivo entre los anillos del pistón y las paredes del
cilindro. El sellado es también importante en la lubricación de bombas y
compresores.
·
Transmisión
de Potencia. Los aceites hidráulicos son usados para la
transmisión y control de
la potencia, al igual que lubrican el sistema hidráulico.
·
Aislamiento. Los aceites de aislamiento son utilizados en
los transformadores eléctricos
e interruptores de potencia.
SECCION DOS
·
Líquidos. Distintos líquidos pueden ser utilizados como
lubricantes, pero los más ampliamente utilizados son los basados en
aceites minerales derivados
del petróleo. Su
fabricación y composición será vista con más detalle en la próxima sección de
este tutorial. Otros aceites utilizados como lubricantes son los
aceites naturales (aceites animales o
vegetales) y los aceites sintéticos. Los aceites naturales
pueden ser excelentes lubricantes, pero tienden a degradarse más rápido en uso
que los aceites minerales. En el pasado fueron poco utilizados para
aplicaciones de ingeniería por
sí solos, aunque algunas veces se usaron mezclados con los aceites minerales.
Recientemente, ha habido un interés creciente
sobre las posibles aplicaciones de los aceites vegetales como lubricantes.
Estos aceites son biodegradables y menos nocivos al medio ambiente que
los aceites minerales. Los aceites sintéticos son fabricados mediante procesosquímicos
y tienden a ser costosos. Son especialmente usados cuando alguna propiedad en
particular es esencial, tal como la resistencia a temperaturas extremas, como
es el caso de los lubricantes para motores aeronáuticos. A temperaturas
normales de operación, los aceites fluyen libremente, de tal forma que pueden
ser fácilmente alimentados hacia o desde las partes móviles de la máquina para
proveer una lubricación efectiva, extraer el calor, y las partículas
contaminantes. Por otro lado, debido a que son líquidos, pueden existir fugas
en el circuito lubricante y provocar graves averías al no lubricar
suficientemente las partes móviles del equipo.
·
Grasas. Una grasa es un lubricante semifluido
generalmente elaborado a partir de aceites minerales y agentes
espesantes (tradicionalmente jabón o arcilla), que permite retener el
lubricante en los sitios donde se aplica. Las grasas protegen
efectivamente las superficies de la contaminación externa,
sin embargo, debido a que no fluyen como los aceites, son menos
refrigerantes que éstos y más difíciles de aplicar a una máquina
cuando está en operación.
·
Sólidos. Los materiales utilizados como lubricantes
sólidos son grafito, bisulfuro de molibdeno y
politetrafluoroetileno (PTFE o Teflón). Estos compuestos son
utilizados en menor escala que
los aceites y grasas, pero son perfectos para aplicaciones especiales en
condiciones donde los aceites y las grasas no pueden ser empleados. Pueden ser
usados en condiciones extremas de temperatura y ambientes químicos muy
agresivos. Por ejemplo, las patas telescópicas del Módulo Lunar del Apolo fueron
lubricadas con bisulfuro de molibdeno.
·
Gases. El aire y otros gases pueden ser empleados como
lubricantes en aplicaciones especiales. Los cojinetes lubricados con aire
pueden operar a altas velocidades, pero deben tener bajas
cargas. Un ejemplo de lubricación por aire son las fresas de los dentistas.
En la siguiente tabla podremos
encontrar las características de los distintos materiales lubricantes:
CARÁCTERÍSTICA
|
ACEITES
|
GRASAS
|
SÓLIDOS
|
GASES
|
Lubricación Hidrodinámica
|
****
|
*
|
x
|
***
|
Lubricación Límite
|
**
|
**
|
***
|
x
|
Refrigeración
|
****
|
*
|
x
|
**
|
Facilidad de alimentación
|
***
|
*
|
x
|
***
|
Permanencia en el sistema
|
*
|
***
|
****
|
*
|
Protección contra contaminación
|
*
|
***
|
**
|
*
|
Protección contra corrosión
|
***
|
**
|
**
|
x
|
Rango de temperatura de
operación
|
**
|
**
|
****
|
***
|
Viscosidad
La definición más simple de
viscosidad es la resistencia a fluir. Bajo las mismas condiciones de
temperatura y presión un líquido con una viscosidad baja, como el agua, fluirá más rápidamente que
líquido con alta viscosidad como la miel. La viscosidad de los aceites para
motores de combustión interna, están clasificadas de acuerdo al sistema SAE diseñado
por la Sociedad Americana
de Ingenieros Automotrices. Para los aceites de motor se han especificado diez
grados, cada uno correspondiente a un rango de viscosidad. Cuatro de los grados
están basados en las medidas de viscosidad a 100°C. Estas son en su orden de
incremento de la viscosidad, SAE 20, SAE 30,
SAE 40 y SAE 50. Los otros grados
están basados en la medida de la máxima viscosidad a bajas temperaturas. Estos
grados son: SAE 0W (medida a -30°C), SAE 5W (medida a -25°C), SAE 10W (medida a
-20°C).
El sufijo "W" indica
que un aceite es adecuado para uso en invierno. Los aceites que pueden ser
clasificados en solo uno de los anteriores grados, son conocidos como aceites
monogrado. Un aceite que cumpla con los requerimientos de dos grados
simultáneamente, es conocido como un aceite multigrado. Por
ejemplo, un aceite SAE 20W20 tiene una viscosidad a 100ºC que lo califica para
el rango 20W.
Los grados SAE al igual que
definen los grados de viscosidad, también definen la temperatura límite de
bombeabilidad (BPT) para los grados "W" del aceite. La temperatura
límite de bombeabilidad está definida como la temperatura más baja a la cual un
aceite para motor puede ser continua y adecuadamente suministrado a la bomba de
aceite del motor.
Un sistema similar al usado para
los aceites de motor es utilizado para clasificar los aceites de engranajes
automotrices. En este sistema, los grados
SAE 90, SAE 140 y SAE 250 están
basados en las medidas de viscosidad a 100°C y los grados SAE 75W, 80W y 85W
son medidas a -49°C, -26°C y -12°C respectivamente. El sistema de clasificación
de estos aceites para engranajes es independiente del usado para aceites de
motor, lo cual hace difícil comparar sus viscosidades. Por ejemplo, un aceite
para motor SAE 50 puede realmente ser un poco más viscoso que un aceite para
engranajes SAE 80W.
Se utilizan sistemas alternativos
para clasificar los lubricantes industriales de acuerdo con sus viscosidades.
En el sistema ISO se
definen 18 grados, cada uno cubre un pequeño rango de viscosidad y está especificado
por el término ISO VG seguido por un número, el cual es una
medida de su viscosidad a 40°C. Esta viscosidad, a cualquier grado, es mayor
que su grado inmediatamente anterior. Es importante anotar que, cualquiera que
sea el sistema de grados usado SAE, BSI o ISO, el número se relaciona
solamente con la viscosidad del aceite. Esto no revela nada respecto al resto
de sus propiedades.
Viscosidad y Presión
Viscosidad y Presión
La viscosidad de un líquido
depende de la presión al igual que de la temperatura. Un incremento en la
presión comprime las moléculas de un líquido, incrementando la fricción entre
ellas, por lo tanto aumenta la viscosidad. Para muchas aplicaciones, este efecto
no es significativo, pero cuando los lubricantes están sujetos a presiones muy
altas (200 bar o más) como por ejemplo en los dientes de un engranaje o en los
rodamientos de un cojinete, la viscosidad del lubricante puede cambiar.
Adicional a la viscosidad, otras propiedades deben ser consideradas para
asegurar que un lubricante continúa lubricando, refrigerando, protegiendo
contra la corrosión, manteniendo la limpieza y llevando acabo cualquier otra
función requerida con seguridad y
por el máximo período de tiempo para una aplicación dada.
Fluidez a baja temperatura
Cuando las máquinas están
operando en condiciones frías es importante que los aceites usados para
lubricarlas retengan la habilidad para fluir a bajas temperaturas. La
temperatura más baja a la cual un aceite fluirá, es conocida como su punto
de fluidez. En la práctica, los lubricantes deben tener un punto de
fluidez de menos 10°C por debajo de la temperatura a la cual se
espera trabajar.
Estabilidad térmica
Si un aceite se calienta en su
uso, es importante que no se descomponga hasta el extremo de no poder lubricar
adecuadamente, o que se liberen productos inflamables o peligrosos.
Estabilidad química
Los lubricantes pueden entrar en
contacto con una variedad de sustancias, por lo tanto deben ser capaces de
soportar el ataque químico de éstas, o de lo contrario serán inadecuados para
su uso. La oxidación, reacción con el oxígeno del
aire, es la causa más importante del deterioro de los aceites minerales. Esto
acidifica el aceite, pudiendo corroer las superficies y formar depósitos de
gomas sobre piezas que operan a altas temperaturas. La oxidación también
produce lodos que alteran la fluidez del aceite.
Propiedades de transferencia de calor
Propiedades de transferencia de calor
Los lubricantes que son buenos
conductores de calor deben ser usados donde sea necesario extraer calor de un
cojinete. La habilidad de un material para conducir calor es su conductividad
térmica. Usualmente, los aceites con baja viscosidad son mejores conductores de
calor que los aceites de mayor viscosidad. Un sistema donde la refrigeración depende
de la circulación del aceite, el calor específico del aceite es
una propiedad importante. Esta determina la cantidad de calor que el
aceite puede extraer.
Corrosividad
Un lubricante no debe corroer la
superficie metálica con el que entra en contacto. Muchos aceites minerales
tienen pequeñas cantidades de ácidos débiles, los cuales no suelen ser nocivos.
Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los aceites minerales que están en
contacto con el aire a altas temperaturas son oxidados, produciendo compuestos
ácidos. El aceite entonces puede volverse corrosivo a los metales. La
acidez o basicidad de un lubricante puede ser expresada en términos de la
cantidad del compuesto alcalino o ácido necesario para neutralizarlo. La evaluación de
este número de neutralización da una indicación del deterioro de un aceite
en servicio.
Demulsificación (separabilidad del agua)
Cuando se añade agua al aceite,
normalmente se forman dos capas claramente visibles debido a que es insoluble.
En algunos casos, sin embargo, es posible dispersar agua en aceite o aceite en
agua, en forma de pequeñas gotas. Estas mezclas son
conocidas como emulsiones. En la mayoría de las aplicaciones industriales la
formación de emulsiones debe ser evitada. Las emulsiones tienen un efecto
dañino sobre la habilidad del aceite a lubricar y pueden promover la corrosión
de las superficies lubricadas.
En turbinas, compresores,
sistemas hidráulicos y otras aplicaciones donde los lubricantes pueden
contaminarse con agua, es importante que éstos tengan buenas propiedades
demulsificantes. Cualquier agua contaminante debe separarse rápidamente del
lubricante para que pueda ser drenada y el aceite continúe funcionando
eficientemente.
Aunque la emulsificación es
usualmente indeseable, algunos lubricantes son formulados deliberadamente como
emulsiones. Por ejemplo, en el corte de metales, emulsiones de aceite en agua
son usadas debido a que proporcionan enfriamiento efectivo y buena lubricación
a la herramienta de corte. Las emulsiones de agua en aceite son utilizadas como
tipo de fluidos hidráulicos resistentes al fuego.
Inflamabilidad
No debe haber ningún riesgo de
que el aceite se incendie en las condiciones normales de trabajo. Una
indicación a la resistencia al fuego de un aceite puede ser obtenida
determinando su punto de inflamación. Este es la temperatura más
baja a la cual los vapores que emana el lubricante pueden ser inflamados por
una llama abierta. Vale la pena anotar que el riesgo de fuego en el punto
de inflamación es
muy pequeño. No solo el aceite debe ser calentado a esa temperatura, sino que
la llama debe estar muy cerca para que el aceite se inflame. Los aceites
minerales de baja viscosidad usualmente tienen puntos de chispa por encima de
120°C.
Compatibilidad con juntas
Un lubricante no puede tener
ningún efecto indeseable sobre los demás componentes del sistema. Por ejemplo,
debe ser compatible con las juntas, con los manguitos utilizados para
transferir el lubricante del depósito y con cualquier pintura, plástico o
adhesivo con el cual pueda entrar en contacto.
Toxicidad
Los lubricantes no deben
obviamente causar daño alguno a la salud. Los lubricantes más habituales usados están
basados en aceites minerales altamente refinados, lo que les hace relativamente
poco nocivos, especialmente en exposición limitada.
Sin embargo, éstos contienen aditivos que presentan algún tipo de peligro
específico a la salud y seguridad. En aceites industriales, los aditivos están
presentes solamente en pequeñas cantidades, de tal forma que el peligro es muy
reducido. Cualquier riesgo potencial es minimizado con precauciones de sentido
común, tales como, no dejar que los lubricantes entren en contacto con lapiel, ojos y mucosas, y prevenir la
inhalación o la ingestión accidental.
En aquellas aplicaciones donde un
lubricante conteniendo aditivos peligrosos, es esencial que los fabricantes
proporcionen información clara
de los riesgos involucrados
y especificar si se requiere de precauciones adicionales de seguridad. Esta
información se debe dar a conocer a los usuarios mediante hojas de información
sobre seguridad de los productos y advertencias en el etiquetado de los
productos.
Sección Tres
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Bombas de pistón | Conjuntos para aceite | Bombas de bidón | Bombas de diafragma | Bombas operadas manualmente
Bombas
de pistón y diafragma capaces de manejar todo tipo de aceites de motor,
aceites para engranajes y fluidos de transmisión. Estas bombas han sido
diseñadas para bombear desde bidones y depósitos de distintos tamaños.
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Bombas de pistón | Bombas operadas manualmente | Bombas de engrase | Conjuntos de engrase | Conjuntos para grasa a granel
Los
conjuntos y bombas de engrase tienen un diseño que permite manipular bidones
de diferentes tamaños y realizar diversas operaciones en el espacio de
trabajo.
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Conexiones de 1/2 in | Mezcla 50/50 de anticongelante y agua | Transvase de solventes | Llenado de neumáticos con cloruro cálcico | Bomba de lavado
Las
bombas de pistón y diafragma están diseñadas para satisfacer los requisitos
de todos los fluidos para aplicaciones especiales.
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Bombas
de diafragma especiales diseñadas para cumplir el código de especificación UL
79 para todos los tipos de combustible.
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Mandos
de control ligeros, totalizadores y de rearme rápido, con un diseño patentado
de rueda dentada ovalada que proporciona una medición precisa y fiable.
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- - Sistemas de lubricación
(motor, caja, transmisión, equipos accesorios)
- - Sistemas de frenos
- - Correas
- - Sistema de enfriamiento
- - Sistema de combustibles
- - Sistema eléctrico
- - Neumáticos
·
Métodos
usados para llevar los aceites lubricantes a los elementos del equipo que
requieren ser lubricados.
·
·
Los
sistemas de lubricación alimentan los lubricantes a los sitios que requieren
lubricación por los siguientes métodos:
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Métodos con
pérdida de lubricante
·
-Alimentación
por goteo manteniendo un régimen constante. Se usa en cojinetes simples, en
engranajes abiertos o en cadenas transmisoras de potencia.
·
-Por
vasos aceiteros, donde el régimen no se garantiza constante.
·
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·
·
Lubricación
por goteo
·
-Por
vasos aceiteros, donde el régimen no se garantiza constante.
·
·
envases
aceiteros
·
-Aplicación
del aceite por vibración se basa en botellas con mecanismos que responden a la
vibración liberando el aceite en régimen constante mientras la máquina funciona
y produce vibración.
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-Aplicación
por brocha, adecuado para cables, cadenas, catalinas, engranajes abiertos.
·
-Aplicación
por mecanismos automáticos de relojería o mecanismos de levas que mueven
pequeños pistones.
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-Aplicación
del aceite transportado en líneas de aire comprimido hasta el sitio de la
lubricación, típico en máquinas neumáticas.
·
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·
lubricación
usando líneas de aire comprimido
·
-Aplicación
por atomizadores del aceite en forma manual o automática.
·
·
Lubricación
con atomizador manual
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·
diferentes
tipos de equipos lubricadores
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Métodos
de salpique con bandeja depósito
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El aceite
se coloca en una bandeja-depósito situada bajo las piezas que se lubrican. Las
piezas al moverse se sumergen parcialmente en el depósito de aceites y lo salpican
a otros elementos a lubricarse. El aceite cae por gravedad nuevamente al
depósito.
·
Se usan
en las cajas de engranajes automotrices, en transmisiones, en engranajes
abiertos lubricados por salpique con bandeja y en cadenas transportadoras.
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Lubricación
por salpicadura con bandeja
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Métodos
de lubricación centralizados
·
En estos
sistemas se tiene el aceite en un depósito central desde donde se alimentan a
los elementos a ser lubricados. Luego de lubricar, el aceite retorna al
depósito para volver a ser usado.
·
·
Estos
sistemas pueden ser de dos clases:
·
1...Sistemas
de circulación por gravedad:
·
El aceite
del depósito es bombeado hacia un tanque alto, desde donde cae por gravedad a
las piezas móviles que requieren lubricación
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·
Sistema
de Lubricación multilínea
·
2...Sistemas
de circulación por presión:
·
En estos
sistemas, la bomba (mecánica o eléctrica) lleva el aceite directamente a los
puntos donde se requiere lubricación y luego lo retornan al depósito en un
circuito cerrado de bombeo.
·
Si el
lubricante bombeado es una grasa, obviamente la presión requerida sería mayor.
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En
algunos sistemas se usan válvulas inyectoras que dosifican los flujos de aceite
usados en la lubricación.
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·
sistema
de lubricación por bomba de presión
·
La bomba
hace circular el aceite lubricante hacia los elementos lubricados: engranajes,
ejes, bandas , cojinetes. Hay un control permanente de la presión para detectar
oportunamente las fugas de aceite (baja presión) o la presión excesiva. Pueden
ser necesarias válvulas reguladoras de presión en el sistema.
·
Nótese
también el subsistema de remoción de agua y sedimentos para mantener el aceite
libre de contaminación.
