1. INTRODUCCIÓN.
El diseño de máquinas se ocupa de la creación de maquinaria que funcione segura y confiablemente bien. Una máquina puede definirse de muchas maneras, entre ellas las dos siguientes:
Máquina
1. Aparato formado de unidades interrelacionadas.
2. Dispositivo que modifica una fuerza o un movimiento.
Las partes interrelacionadas a las cuales hace referencia la definición a veces también se conocen en este contexto como elementos de máquinas, al convertir la energía de una forma a otra, las máquinas crean movimiento y generan fuerza.
Vamos a tratar en este tema todo lo relacionado con la transformación y transmisión de movimiento. Algunos elementos de máquinas que más intervienen en esta transmisión y transformación de movimientos son: Ejes y árboles, y cuando la transmisión es de movimiento de rotación cabe destacar, los engranajes.
2. ÁRBOLES Y EJES.
El término árbol se refiere a un elemento giratorio que transmite potencia. Tal como se ha utilizado en el pasado, un eje es un elemento estacionario sobre el que hay montadas ruedas giratorias, poleas, etc. Sin embargo, generalmente se emplea la palabra árbol tanto si el elemento es giratorio como si no lo es. Por otra parte, por costumbre adquirida desde los días de la carreta, se habla del eje de un automóvil. Un árbol de transmisión, llamado también árbol principal, es el que recibe la potencia de una máquina motriz y la transmite a máquinas conectadas por medio de correas o cadenas, usualmente desde varios puntos en toda su longitud. Los árboles interpuestos entre el árbol principal y una máquina impulsada reciben diversos nombres, tales como árboles de contramarcha o secundarios. Los árboles de corta longitud que son partes de máquinas se llaman husillos.
Los árboles sirven para sostener las piezas que giran y transmitir el momento de giro. Los ejes sirven para sostener las piezas que giran u oscilan y no transmiten el momento de giro.
Clasificación.
Los árboles se dividen:
1) Según su misión: en árboles de transmisión, árboles de mecanismos auxiliares y árboles principales.
2) Según la forma de sus ejes: con eje recto, acodado y con eje variable (telescópicos y flexibles).
3) Según su configuración: en lisos, escalonados y con estrías.
Los ejes se dividen:
1) Según su misión: en ejes de máquinas de transporte y elevadoras transportadoras y ejes de transmisión (dentados, de correas y otros).
2)
 |
Según las condiciones de trabajo: giratorios y fijos.
3. ENGRANAJES.
En el engranaje la transmisión del momento de rotación del árbol conductor al conducido se produce gracias a la presión de los dientes de piñón sobre los de rueda. Para conservar la constancia de la relación de transmisión los dientes del piñón y la rueda deben tener los perfiles conjugados. Las condiciones de contacto de los dientes de rueda se observan si los últimos se engranan correctamente con la cremallera principal. El perfil de los dientes de dicha cremallera que depende del tipo de engranaje se llama perfil de referencia. Los parámetros del perfil de referencia se eligen de tal modo que se asegure la resistencia máxima de los dientes.
Tipos de engranajes.
 |
 |
3.1. Engranajes cilíndricos rectos.
Los engranajes cilíndricos rectos son ruedas dentadas cuyos elementos de diente son rectos y paralelos al eje del árbol correspondiente; se emplean para transmitir el movimiento y la potencia entre ejes paralelos.
3.2. Engranajes cónicos.
|
 |
Los engranajes cónicos se emplean para conectar ejes que se cortan, usualmente perpendiculares, aunque no necesariamente. Los dientes de un engranaje cónico están sometidos casi a la misma acción que los de los engranajes rectos y helicoidales; la máxima carga total sobre un diente se calcula por la carga transmitida más un incremento dinámico debido a las inexactitudes de perfil y de espacio entre dientes, siendo el máximo esfuerzo de compresión de la superficie el criterio principal de resistencia al desgaste. Como los engranajes cónicos son inherentemente no intercambiables, se les proyecta por pares.
La alineación exacta en el montaje y un buen soporte que evite las deformaciones, son los principales requisitos para los engranajes cónicos de todos los tipos. Por esta razón son recomendables los rodamientos de bolas y de rodillos; éstos pueden estar convenientemente dispuestos para resistir un cambio de posición, ya sea axialmente o radialmente.
3.3. Engranajes de tornillo sinfín.
El engranaje de tornillo sinfín se utiliza para transmitir la potencia entre ejes que se cruzan, casi siempre perpendicularmente entre sí. En un pequeño espacio se pueden obtener satisfactoriamente relaciones de velocidad comparativamente altas, aunque quizá a costa del rendimiento en equiparación con otros tipos de engranajes. El contacto de impacto en el engrane de los engranajes rectos y de otros tipos no existe en los de tornillo sinfín. En vez de esto, los filetes deslizan en contacto permanente con los dientes de la rueda, lo que da por resultado un funcionamiento silencioso si el diseño, la fabricación y el funcionamiento son correctos. Como el deslizamiento es mayor, a veces se originan dificultades por el calor debido al rozamiento. En condiciones extremas de carga la caja o cárter de engranajes se puede calentar. En tornillos sinfín es necesario hacer la comprobación o verificación de los cálculos no sólo en lo relativo a la resistencia y desgaste sino también en lo que concierne al
|
 |
calentamiento.
 |
3.4. Engranajes helicoidales cruzados.
 |
|
Los engranajes helicoidales montados sobre ejes no paralelos se llaman helicoidales cruzados (antiguamente engranajes en espiral). Si imaginamos a ambos engranajes trabajando conjuntamente vemos que los dientes de uno frotan de través en los del otro (de la misma manera que los filetes de un tornillo sinfín frotan de través con los dientes de la rueda engranada con él), acción que es fundamentalmente diferente de la de los engranajes sobre ejes paralelos en que solamente hay deslizamiento hacia arriba o hacia abajo del perfil. Teóricamente, el contacto sólo tiene lugar en un punto y el frotamiento transversal es mucho mayor que el deslizamiento ascendente y descendente, de lo que resulta que la capacidad de tales engranajes es relativamente pequeña, o sea poca potencia a velocidad razonable.
4. CORREAS
Al igual que para otros elementos de máquina, los conectadores flexibles para la transmisión de potencia pueden tener diferentes formas: correas planas, correas trapezoidales o en V, en V planas, “dentadas”, cables (cáñamo, algodón, alambre). Las transmisiones flexibles tienen propiedades que a veces son ventajosas: absorben vibraciones y choques, de los que tienden a transmitir solo ì¥ÁI
¿
’W
bjbj²³²³
¨ÐÙÐÙR’Oÿÿÿÿÿÿ]¦[1]¦[1]¦[1]¦[1]ò
ò
ò
$
Pf
Dì¥ÁI
¿
’W
bjbj²³²³
¨ÐÙÐÙR’Oÿÿÿÿÿÿ]¦[1]¦[1]¦[1]¦[1]ò
ò
ò
$
Pf
Deas.
Al mismo tiempo el momento de las fuerzas de rozamiento en las poleas será igual al par motor en el árbol conductor y al de resistencia en el conducido. Cuanto mayor es el tensado, el ángulo abrazado de la polea con la correa y el coeficiente de rozamiento, tanto mayor será la carga a transmitir.
En una transmisión que no tenga dispositivos tensores especiales la tensión se crea a base de la deformación elástica de la correa colocada en las poleas con forzamiento. Sin embargo, con el tiempo las correas se estiran y para mantener su tensado requerido es necesario acortarlas. No se aconseja hacer frecuentes recosidos en las correas: las correas “sin fin”, en general, no se recosen. Por eso en las transmisiones modernas para crear y regular la tensión de las correas, por regla general, se prevén unos dispositivos tensores.
Para aumentar la adherencia entre la polea y la correa se emplean dispositivos que permiten incrementar el ángulo abrazado; el efecto de aumento de la adherencia de las correas cuneiformes se alcanza debido al más alto coeficiente reducido de rozamiento.
Ventajas e inconvenientes. La posibilidad de unir el árbol conductor con el conducido dispuestos a distancias relativamente grandes; el funcionamiento suave y sin choques; la carga limitada puesto que la correa puede transmitir sólo la carga determinada, superación de la cual proporciona el resbalamiento (en la llanta de polea), lo que protege otras unidades de transmisión contra sobrecargas; sencillez, el coste inicial relativamente bajo.
Los inconvenientes principales de dicha transmisión: grandes dimensiones exteriores; cierta inconstancia de la relación de transmisión por causa del resbalamiento de la correa; grandes cargas sobre los árboles y apoyos y por consiguiente, considerables pérdidas de potencia.
Esquema de la transmisión | Denominación y esfera de empleo de la transmisión |
Por correa abierta
| Se emplea si la disposición de los árboles es paralela y si el giro de éstos es en un mismo sentido. A gran distancia entre los ejes de los árboles, es deseable que el ramal o tramo inferior de la correa sea conductor y el superior, conducido. |
Por correa cruzada
| Se emplea si la disposición de los árboles es paralela y el sentido de giro de éstos es contrario. En el sitio e que se cruza la correa las superficies frotan una contra la otra y se desgastan. Para evitar el desgaste, se elige una mayor distancia entre los ejes y una velocidad de la correa que no sea demasiado grande |
Por correa semicruzada
| Se emplea si los árboles se intersecan (habitualmente a un ángulo recto) y sólo en un sentido determinado de rotación. |
Por correa semicruzada con rodillos de guía
| Se emplea si los árboles están cruzados y no es posible la colocación de las poleas según el esquema antecedente o cuando es necesaria la reversión. |
Por correa con rodillo de tensado
| Se emplea en los casos en que la transmisión no puede hacerse por correa abierta, debido al pequeño ángulo abrazado en la polea de menor diámetro (gran relación de transmisión, siendo pequeña la distancia entre los ejes) o cuando la tensión indispensable de la correa es irrealizable por otros procedimientos. |
Por correa con varias poleas y rodillos de guía
| Se emplea para transmitir el movimiento desde un árbol a varios árboles que están dispuestos paralelamente. |
En función de la forma de sección de la correa las transmisiones pueden ser por correa plana, trapezoidal y redonda. Según el procedimiento de crear el tensado de la correa se distinguen las transmisiones simples y con dispositivos tensores.
4.1. Correas de transmisión.
Es un accionamiento por correa el órgano de tracción (correa de transmisión) es un elemento importante que determina la capacidad de trabajo de toda la transmisión. La duración de servicio de la correa es mucho menor que el de los demás elementos de la transmisión. Por eso, en la correcta elección, así como en el perfeccionamiento de las correas, conviene prestar la debida atención.
Las correas deben reunir los siguientes requisitos: elevada capacidad de tracción; suficiente longevidad, resistencia a la fatiga y bajo precio.
Las correas de transmisión se distinguen: por la forma de la sección transversal, por la construcción, material y tecnología de fabricación.
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. Por este síntoma las correas de transmisión se subdividen en redondas, planas y trapezoidales.
Las correas redondas se usan raramente. Las correas redondas de cuero y de algodón se emplean sólo en los accionamientos de pequeña potencia, por ejemplo, en las máquinas de coser, en las de la industria alimenticia, etc.
Las correas planas son las que se aplican mayormente en las transmisiones de las más diversas máquinas. Estas correas se fabrican de distinta anchura (de 15 a 500 mm), diversa construcción y distintos materiales.
Las correas trapezoidales y algunos tipos especiales de correas planas se fabrican en forma de anillo sin fin. Las demás correas, es decir, casi todas las planas para transmisión, deben empalmarse por sus extremos. Cualquiera que sea el tipo del empalme, éste es el sitio débil de la correa: la resistencia de la junta a la tracción no suele sobrepasar el 30-85% de la resistencia de la correa normal (es decir, de la correa en las secciones que no tienen empalme). El lugar del empalme suele ser rígido y a veces más pesado que las otras partes de la correa, lo que produce golpeteo en la polea y causa oscilaciones de la velocidad del movimiento. De aquí se deduce que los empalmes en la correa no son deseables; en ciertos casos, por ejemplo, en los accionamientos del husillo de las máquinas herramientas de precisión, no se admiten los empalmes.
4.2. Poleas.
La polea de transmisión consta de la llanta, de los radios o del disco y del cubo. Las poleas se pueden clasificar por la forma de la superficie de trabajo de la llanta, por el material y la configuración constructiva de los elementos.
 |
La forma de la superficie de trabajo de la llanta se determina por el tipo de la correa y por las condiciones de trabajo de la transmisión.
Para las correas planas la forma más deseable de la superficie de la llanta es la cilíndrica lisa y pulida. El desgaste de la correa, debido al inevitable deslizamiento elástico sobre este tipo de llanta, es mínimo.
4.3. Tensionado de las correas.
Clasificación según el método de tensión de las correas.
1. Transmisiones simples. Las transmisiones con gran distancia de centros y con la tensión por el propio peso de la correa y las más modernas con tensión mediante deformaciones flexibles de la correa, colocada en la polea con tensión previa.
2. Transmisiones con tensión. La tensión se realiza tensando periódicamente la correa por traslado y oscilación de uno de los árboles o de un rodillo tensor.
3. Transmisiones de autotensión. Esta clase de transmisiones con tensión continua y automática responde en mayor grado a las exigencias actuales. Las transmisiones con tensión, lo mismo que las autotensadas se emplean cuando las distancias entre centros son pequeñas.
 |
ESQUEMA DE TENSIÓN EN LAS CORREAS
 |
5. CADENAS.
En el caso simple la transmisión por cadena consta de una cadena y dos ruedas de estrella: la conductora y la conducida.
Entre los diversos tipos de cadena empleados para transmisiones de potencia, la que más se usa es la cadena de rodillos, cuyas partes principales están designadas en la figura. Las fuerzas actuantes sobre la cadena son casi las mismas que en otras transmisiones mencionadas excepto que puede producirse una carga importante de impacto (dinámica) cuando un rodillo establece contacto con un diente de la rueda y excepto también que la acción de cuerda origina fuerzas de inercia superiores.
La rueda de cadena de la figura tiene muchos menos dientes que los que generalmente tienen las ruedas reales, pero en la figura lo que se pretende es destacar el fenómeno de acción de cuerda.
 |
Cadena de rodillos. (Cortesía de Link-Belt Co., Chicago.)
El elemento principal de la transmisión que define la seguridad y duración de su trabajo es la cadena construida por eslabones unidos articuladamente. Las cadenas se fabrican en empresas especializadas. La construcción, dimensiones, materiales, características mecánicas y exactitud de las cadenas están reglamentadas por los estándares y normas.
Como característica de la resistencia mecánica de la cadena se utiliza el esfuerzo de ruptura, cuyo valor se determina por la práctica, en la fábrica constructora de cadenas y se reglamenta por los estándares.
6. TRENES.
Un tren es una serie de cilindros o de conos rodantes, engranes, poleas, o dispositivos similares que sirven para transmitir potencia de una flecha a otra. Un par de cilindros rodantes, engranes o poleas, es realmente un tren, pero generalmente se aplica este término solamente a aquellas combinaciones en las que hay más de un par.
 |
En la figura, 2 es un engrane fijo a la flecha A. 3 es un engrane fijo a B y que trabaja en conjunto con 2. 4 es otro engrane fijo también a la flecha B y que engrana con el engrane 5, el que está a su vez fijo a la flecha C. Si, ahora, comienza a girar la flecha 1, 2 girará con ella y hará que 3 gire. Puesto que 3 está fijo a la flecha B hará girar a 4 y 4 a 5.
6.1. Transmisiones de velocidad selectivas.
Muchas máquinas necesitan una gama de velocidades diferentes que satisfagan condiciones de actuación variadas. Las transmisiones de engranajes pueden proyectarse para proporcionar una selección de velocidades de salida a partir de una velocidad de entrada constante. La Figura 1 muestra una transmisión de velocidad selectiva que ofrece seis velocidades hacia delante o hacia atrás. El eje conductor D lleva un grupo de seis engranajes cuyos números de dientes se indican. El eje conducido F lleva el piñón G de 16 dientes, montado sobre ranuras de tal manera que pueda colocarse donde se desee a lo largo de él y además gire con F en todo momento. El engranaje G está contenido en la abrazadera de la palanca de maniobra C, el cual puede girar libremente alrededor del eje ranurado F. Los engranajes A y B están montados sobre la palanca de maniobra. A engrana con B y G.
Cuando la palanca de maniobra C esté en la posición señalada en la Figura 1, la rueda de 36 dientes del grupo acciona a A; al girar A, acciona a G, por lo que la razón de velocidades será:
 |
 |
Figura 1.- Transmisión de velocidad selectiva.
Nótese que el engranaje A es conductor y conducido a la vez, por lo que el número de dientes de A aparece tanto en el numerador como en el denominador de la razón de dientes y, por tanto, se eliminan. A tales engranajes se les llama ruedas intermedias o parasitarias, ya que no producen ningún cambio de velocidad. Lo que hacen es cambiar el sentido relativo de la rotación del engranaje conductor de 36 dientes y del conducido G (véanse flechas en la Figura 1), haciendo positiva, como se ve, la razón de dientes.
El número de dientes de una rueda intermedia puede ser cualquier valor conveniente, ya que no interviene en la razón de velocidades.
La otra posición dibujada a trazos de la palanca de maniobra pone a la rueda dentada B en contacto con la de 36 dientes. La razón de velocidades es:
 |
![clip_image039[1]](https://oposinet.com/wp-content/uploads/2016/08/clip_image0391.png "clip_image039[1]"){kind=small}
Aun cuando la razón de velocidades es la misma que antes, la rueda dentada B hace que el sentido de F sea opuesto al de D, ya que A y B son ruedas intermedias.
La razón de velocidades mayor (con A o B en contacto con la rueda dentada de 44 dientes) es:
La razón de velocidades menor (usando el engranaje conductor de 24 dientes) es:
 |
Figura 2.- Posición inactiva.
 |
En la figura 2 puede verse un esquema de la disposición de los engranajes de transmisión. El engranaje A está unido al eje conductor o motor. B, C, E y giran todos juntos con el eje intermedio. H, J y K giran todos con el eje conducido F y están montados sobre ranuras para permitir desplazarlos lateralmente. La rueda dentada A está engranada a la B para todas las velocidades. En la Figura 2, se muestran los engranajes en posición inactiva con el eje de salida desconectado del eje intermedio.
Figura 3.- Velocidad más baja.
La Figura 3 muestra a K engranando con G, el cual da a F su velocidad más baja. La conducción va de A a B, a G, a K, dando una razón de velocidades:
La Figura 4 muestra avanzando la conducción desde A a B, a E, a J, dando una razón de velocidades
 |
Figura 4.- Segunda velocidad.
 |
Figura 5.- Tercera velocidad.
En la Figura 5, se han movido hacia atrás a J y K hasta la posición inactiva y a H se le ha llevado hasta engranar con C. La razón de velocidades es ahora:
 |
Figura 6.- Transmisión directa para la velocidad más alta.
Si se mueve a H hacia la izquierda (Figura 6), las mordazas de embrague que tiene engranan con las de A con lo que A y H girarán juntas. Esta conexión directa da al eje conducido la misma velocidad que la del motor –la velocidad más alta que se puede obtener- (K y J permanecen por supuesto en la posición inactiva sin engranar con ningún otro).
7. BIBLIOGRAFÍA.
r Diseño en Ingeniería Mecánica. Joseph Eduard Shigley. Charles R. Mischke.
r Elementos de máquinas. K. H. Decker.
r Diseño de máquinas. Robert L. Norton.
r Análisis y proyectos de mecanismos. Deane Lent.
1. INTRODUCCIÓN.
2. ÁRBOLES Y EJES.
3. ENGRANAJES.
3.1. Engranajes cilíndricos rectos.
3.2. Engranajes cónicos.
3.3. Engranajes de tornillo sinfín.
3.4. Engranajes helicoidales cruzados.
4. CORREAS.
4.1. Correas de transmisión.
4.2. Poleas.
4.3. Tensionado de las correas.
5. CADENAS.
6. TRENES.
6.1. Trenes.
6.2. Transmisiones de velocidad selectivas.
7. BIBLIOGRAFÍA.