Transmisión de potencia

El sistema de transmisión es el conjunto de elementos que tiene la misión de hacer llegar el giro del motor hasta las ruedas motrices. Con este sistema también se consigue variar la relación de transmisión entre el cigüeñal y las ruedas. Esta relación se varía en función de las circunstancias del momento (carga transportada y el trazado de la calzada). Según como intervenga la relación de transmisión, el eje de salida de la caja de velocidades (eje secundario), puede girar a las mismas revoluciones, a más o a menos que el cigüeñal. El cigüeñal es una de las partes básicas del motor de un coche. A través de él se puede convertir el movimiento lineal de los émbolos en uno rotativo, lo que supone algo muy importante para desarrollar la tracción final a base de ruedas, además de recibir todos los impulsos irregulares que proporcionan los pistones, para después convertirlos en un giro que ya es regular y equilibrado, unificando toda la energía mecánica que se acumulan en cada una de las combustiones. Si el árbol de transmisión gira más despacio que el cigüeñal, diremos que se ha producido una des-multiplicación o reducción y en caso contrario una multiplicación o súper-marcha.

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

Una polea, es una maquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.
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.

• 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.

• 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:

1. ·         la polea matriz.
2. ·         polea conducida
3. ·         la correa de transmisión

Bandas

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.

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 

Insensibles a la desalineación angular. También disponibles en versiones obturadas y lubricadas de por vida, para un funcionamiento sin mantenimiento. Los rodamientos montados en manguitos de fijación y alojados en soportes de pie SKF proporcionan unas disposiciones económicas. 

• Rodamientos de sección estrecha 

Son compactos, rígidos y ahorran espacio. Pueden soportar cargas combinadas. Una variedad de diseños ISO y de sección fija ofrece gran flexibilidad para diseñar disposiciones de bajo peso y bajo rozamiento. También disponibles en versiones obturadas para un mantenimiento sencillo. 

• Rodamientos de rodillos cilíndricos

Pueden soportar pesadas cargas radiales a altas velocidades. Los rodamientos de una hilera del diseño EC tienen una geometría interna optimizada que aumenta su capacidad de carga radial y axial, reduce su sensibilidad a la desalineación y facilita su lubricación. Los rodamientos completamente llenos de rodillos incorporan el máximo número de rodillos y no tienen jaula. Están diseñados para cargas muy pesadas y velocidades moderadas. 

• Rodamientos de rodillos a rótula

Robustos rodamientos autoalineables que son insensibles a la desalineación angular. Ofrecen una gran fiabilidad y larga duración incluso en condiciones de funcionamiento difíciles. Montados en manguitos de fijación o de desmontaje y alojados en soportes de pie SKF, proporcionan unas disposiciones de rodamientos económicas. También disponibles con obturaciones para un funcionamiento libre de mantenimiento. 

• Rodamientos de agujas

Su baja sección transversal les hace adecuados para espacios radiales limitados. Pueden soportar cargas radiales pesadas. La amplia variedad de diseños, incluyendo rodamientos combinados para cargas radiales y axiales, permite unas disposiciones de rodamientos sencillas, compactas y económicas. 

• Rodamientos de bolas con contacto angular 

Diseñados para cargas combinadas, proporcionan unas disposiciones de rodamientos rígidas. Los rodamientos de dos hileras, también disponibles con obturaciones, simplifican las disposiciones ya que pueden soportar y fijar un eje en ambas direcciones. Los rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto ahorran espacio cuando las cargas axiales actúan en ambas direcciones. 

• Rodamientos axiales de rodillos cilíndricos

Pueden soportar cargas axiales pesadas de simple efecto. Rígidos y también insensibles a las cargas de impacto. Se pueden obtener disposiciones muy compactas si los componentes adyacentes pueden servir como caminos de rodadura. 

• Rodamientos axiales de bolas

Diseñados para cargas puramente axiales. Están disponibles diseños de simple y de doble efecto, así como con contraplacas esféricas para compensar los errores de alineación. Estos rodamientos son desarmables, para facilitar el montaje. 

• Rodamientos de rodillos cónicos

Diseñados para pesadas cargas combinadas. Las excelentes relaciones de capacidad de carga/sección transversal proporcionan unas disposiciones de rodamientos económicas. Los rodamientos TQ-Line son menos sensibles a la desalineación y ofrecen una larga duración, gran fiabilidad y bajas temperaturas de funcionamiento. El diseño CL7C tiene una alta exactitud de giro y un bajo par de rozamiento. 

• Rodamientos axiales de rodillos a rótula 

Robustos rodamientos autoalineables, insensibles a la desalineación angular. Pueden soportar fuertes cargas axiales. También pueden soportar cargas radiales de hasta un 55% de la carga axial actuando simultáneamente. Ofrecen una alta fiabilidad y gran duración, incluso en condiciones de funcionamiento difíciles. El diseño desarmable facilita el montaje. 

• Rodamientos axiales de agujas

Pueden soportar cargas axiales pesadas en una dirección. Rígidos e insensibles a las cargas de impacto. La baja sección transversal proporciona unas disposiciones de rodamientos muy compactas. Si se pueden mecanizar caminos de rodadura en las piezas adyacentes, la corona de agujas axial puede servir de rodamiento y requiere poco espacio. 

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.

Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.

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 R_t 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:

1. Piñón o motriz donde la reducción sea de 4:1 o mayor.  
2. Transmisiones de velocidad lenta (100 FPM o menos)
3. Donde el factor de seguridad sea menor que el estándar.
4. 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

Flechas

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

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 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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Funciones de los lubricantes

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

Tipos de lubricantes

Hay básicamente cuatro tipos de materiales que pueden ser usados como lubricante:

·         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

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

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

Conjuntos y bombas de aceite 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.

Conjuntos y bombas de engrase 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.

Bombas especiales (solventes, refrigerantes y fluidos de lavado) 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.

Bombas de combustible aprobadas por U.L. 1/2 in 670042  |   1 in 650717-C  |   1-1/2 in 650718-C  |   2 in 650719-C  Bombas de diafragma especiales diseñadas para cumplir el código de especificación UL 79 para todos los tipos de combustible.

Mangos de control Con medición  |   Sin medición  |   Boquilla / manguera antigoteo  Mandos de control ligeros, totalizadores y de rearme rápido, con un diseño patentado de rueda dentada ovalada que proporciona una medición precisa y fiable.

• - 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.

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·         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.

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·         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.

·         -Aplicación por brocha, adecuado para cables, cadenas, catalinas, engranajes abiertos.

·         -Aplicación por mecanismos automáticos de relojería o mecanismos de levas que mueven pequeños pistones.

·         -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.

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·         Lubricación con atomizador manual

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·         diferentes tipos de equipos lubricadores

·         Métodos de salpique con bandeja depósito

·         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.

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·         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.

·         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.