1.- INTRODUCCIÓN
2. – MECANISMOS DE RETENCIÓN DE EJES
2.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE FRICCIÓN.
2.2. ACCIONAMIENTO DEL FRENADO.
2.3. FRENOS
2.3.1. FRENOS DE ZAPATA
2.3.2. FRENOS DE CINTA
2.3.3. FRENO DE DISCO
2.3.4. FRENOS ELECTRICOS.
2.4. TRINQUETES
3. – MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO DE EJES
3.1. ACOPLAMIENTOS PERMANENTES
3.1.1. ACOPLAMIENTOS FIJOS
3.1.2. ACOPLAMIENTOS ELÁSTICOS
3.1.3. ACOPLAMIENTOS LIMITADORES DE PAR
3.1.4. ACOPLAMIENTOS MÓVILES
3.2. EMBRAGUES
3.2.1. EMBRAGUE DE DIENTES
3.2.2. EMBRAGUE DE FRICCIÓN
3.2.3. EMBRAGUE HIDRÁULICO
3.2.4. EMBRAGUE ELECTROMAGNÉTICO.
4. – MECANISMOS DE LUBRICACIÓN DE EJES
4.1. LUBRICACIÓN MEDIANTE GRASAS.
4.2. ENGRASADOR DE MECHA
4.3. ENGRASADOR DE VARILLA VIBRANTE
4.4. ENGRASADOR POR GOTEO O POR GRAVEDAD
4.5. ANILLOS ENGRASADORES
4.6. ENGRASADOR POR BOMBA
4.7. ENGRASADOR POR BORBOTEO
5.– CONCLUSIÓN
6.- Bibliografía.
− Manual del ingeniero. Editorial Gustavo Gili.
− Mecánica de Máquinas. Ediciones del Castillo
− Tecnología Industrial 1. Ed. Donostiarra.
1.- INTRODUCCIÓN
En este tema no se estudiarán todos los elementos de los que están compuestos las máquinas sino solo los mecanismos de retención, acoplamiento y lubricación de ejes.
Un eje es una línea recta alrededor de la cual gira un cuerpo. En mecánica se distingue entre árboles y ejes.
Un eje sirve para sostener diferentes piezas mecánicas que giran. Si los elementos no giran solidarios con ellos, tenemos ejes fijos, y si están solidarios, tenemos ejes giratorios.
El árbol lleva diferentes piezas mecánicas capaz de transmitir momentos torsores. Tiene los elementos solidarios a él, y está sometido a torsión, flexión, compresión y tracción.
Los mecanismos de retención son elementos que detienen el movimiento de rotación de un eje, y se le conoce como frenos o trinquete.
Los mecanismos de acoplamiento sirven para unir entre sí a dos ejes cuando se requiere la transmisión de potencia entre estos dos ejes. Estos acoplamientos pueden ser fijos, elásticos, limitadores de par, móviles y embragues.
Los mecanismos de lubricación engrasan las partes de los ejes que están en contacto con partes fijas y estos pueden ser de mecha, de gota, de anillos, etc.
Este tema tiene su justificación en el currículo de Tecnología de Bachillerato debido a su gran aplicación ya que es necesario para cualquier montaje básico de una máquina. Este tema se impartiría para explicar el bloque de contenidos de máquinas y también serviría para contenidos de mecanismos de la ESO.
2. – MECANISMOS DE RETENCIÓN DE EJES
Estos mecanismos detienen el movimiento de rotación de un eje. Distinguimos dos tipos: los frenos y los trinquetes.
El accionamiento de los frenos, en la mayoría de los casos se realiza mediante un sistema hidráulico, que basado en el efecto de Pascal, hace que la fuerza que aplicamos para el accionamiento del mismo, se multiplique en la zona de fricción y consigamos un eficaz frenado con pequeños esfuerzos.
2.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES DE FRICCIÓN.
En cualquier sistema de frenado está el forro y el contramaterial. El forro, es un tejido prensado de amianto u otro material, sobre un armazón de latón o plomo. A veces el forro es llamado ferodo, por su nombre comercial. El contramaterial es la parte móvil del sistema de freno y está sometido a esfuerzos térmicos y mecánicos.
2.2. ACCIONAMIENTO DEL FRENADO.
Los sistemas de frenado pueden ser por mando mecánico o por mando hidráulico.
El freno mecánico actúa por medio de cables, levas y palancas, con lo que a veces necesita un ajuste.
El freno hidráulico se basa en el principio de Pascal, donde la presión ejercida en un punto de la superficie del líquido es trasmitida con la misma intensidad en todas las direcciones. Así con el esfuerzo del pedal éste se trasmite por una columna de líquidos hasta los bombines de los frenos con mayor presión. Es el más utilizado actualmente.
Y para que el esfuerzo sobre el pedal no sea grande, se usa el servofreno, que acumula por medio de un compresor una presión mayor que puede hacer el pedal de freno y luego se trasmite al sistema de frenado. Los más usados son los servofrenos neumáticos.
2.3. FRENOS
Los frenos son órganos mecánicos destinados a reducir o cesar el movimiento de una máquina. La acción del frenado se consigue mediante una resistencia pasiva, el freno, que transforma la energía cinética del eje en movimiento en calor, como consecuencia de la fuerza de rozamiento que se genera entre el eje y la resistencia. El calor generado es necesario eliminarlo lo antes posible para prolongar la duración del frenado. Para la fabricación de estos mecanismos de retención han de emplearse materiales con un alto coeficiente de rozamiento, y una alta conductividad eléctrica. A continuación veremos los tipos de frenos utilizados como mecanismos de retención de ejes.
2.3.1. FRENOS DE ZAPATA
Este dispositivo está constituido por una zapata que se obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje para controlar su velocidad. La zapata se construye de forma que su superficie útil, recubierta de un material de fricción calce perfectamente sobre el tambor. Al forzarse el contacto entre la zapata y el tambor, las fuerzas de fricción generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado. En función de que la zapata actué sobre el ambor por el exterior o el interior, están las zapatas externas o internas.
2.3.2. FRENOS DE CINTA
El sistema de freno de cinta o freno de banda consiste fundamentalmente de una cinta flexible estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende modificar. La fricción existente entre la cinta y el tambor, es responsable de la acción del frenado. Este sistema se utiliza sobre todo en aparatos elevadores.
El frenado de disco, consiste en un disco de hierro fundido que gira solidariamente con el eje que se desea parar; una pinza o mordaza montada en una parte fija, que presiona las pastillas de fricción contra el disco. Las pinzas suelen ser
corredizas de forma que se pueden mover varios milímetros a ambos lados. Cuando se aplica una fuerza a los pinzas, estas presionan a las pastillas con el disco, produciéndose la acción de frenado. Una de las ventajas de estos tipos de
frenos es que se enfrían rápidamente, con lo que se mejoran las condiciones de frenado.
2.3.4. FRENOS ELECTRICOS.
También llamados Warner, y están formados por un electroimán dentro del tambor de freno, que acciona la leva se separación de las zapatas a ser movido por el inducido de la corriente eléctrica.
2.4. TRINQUETES
Son órganos que permiten la rotación de un eje en un sentido determinado y lo impiden en el opuesto. Un sistema de trinquete se compone de una rueda dentada cuyos dientes presentan un costado recto y otro curvo y un núcleo o trinquete propiamente dicho que, articulado a una parte fija, encaja en el costado recto del diente. Los trinquetes se usan principalmente en los mecanismos de elevación y son muy ruidosos.
Existe un sistema de retención por rozamiento, que realiza la misma función que el trinquete con la ventaja de ser más silencioso en su funcionamiento. Sustituye al trinquete cuando las velocidades y los esfuerzos son pequeños, en caso contrario se usa el trinquete.
3. – MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO DE EJES
Los acoplamientos de ejes son elementos de unión destinados a transmitir los movimientos de giro entre dos ejes alineados o casi alineados. Se dividen en acoplamientos permanentes, con los que no es posible interrumpir la transmisión del movimiento y acoplamientos de conexión o embragables, con los que se puede efectuar la separación o la unión de los ejes.
3.1. ACOPLAMIENTOS PERMANENTES
Se pueden clasificar en: fijos, elásticos, limitadores de par y móviles.
3.1.1. ACOPLAMIENTOS FIJOS
Se unen rígidamente los árboles de transmisión que han de prolongarse. Para ello se requiere que sus respectivos ejes geométricos coincidan exactamente. Dentro de este tipo de acoplamientos podemos distinguir:
− Acoplamientos de manguito: está formado por un manguito de fundición acanalado interiormente para acoger las chavetas que lo sujetan a los extremos de ambos árboles. La asimetría debida a las ranuras y a las chavetas y la inevitable excentricidad, limitan el uso de este tipo de acoplamiento para velocidades y fuerzas pequeñas. También se puede hacer la unión entre el manguito y los ejes con clavija cónica transversal. Si el par fuese pequeño se hace con tornillos de precisión.
− Acoplamientos de abrazaderas: estos acoplamientos se pueden montar sin tener que alejar entre sí los extremos de los árboles, ya que están construidos por un manguito cortado en 2 partes, llamadas vainas, a lo largo de un plano diametral y mantenidas unidas conjuntamente mediante diversos tornillos.
− Acoplamientos de platos: el acoplamiento de platos permite la unión entre dos ejes de igual o distinto diámetro. Está formado por 2 platos constituidos, cado uno de ellos, por un cubo ajustado al eje con chaveta, y un disco que acostumbra a tener reborde exterior en forma de llanta. Los platos o discos se unen entre sí por medio de varios tornillos distribuidos por los mismos. la transmisión del movimiento se hace por el rozamiento entra las dos superficies frontales y a la acción de los tornillos de unión de los platos.
3.1.2. ACOPLAMIENTOS ELÁSTICOS
En los acoplamientos fijos, los arranques bruscos o fuertes variaciones de carga pueden ser peligrosos. En estos casos se utilizan acoplamientos elásticos, donde se coloca una pieza intermedia capaz de absorber algo de deformación.
Veremos los acoplamientos mediante anillos elásticos, mediante discos de goma, mediante correa y mediante paquetes de cuero.
− Acoplamiento por anillos elásticos, que está formado por unos pernos aislados por medio de anillos elásticos de cuero, y que se montan alternos para compensar los esfuerzos.
− Acoplamiento por disco de goma, donde el esfuerzo se trasmite por un disco de goma intermedio que por su elasticidad absorbe la falta de alineación.
− Acoplamiento mediante correa, usado en motores de mayor potencia, con una correa de cuero que absorbe las diferencias de vibración y corta las vibraciones que se transmite de la parte conductora a la conducida.
− Acoplamiento por paquetes de cuero, que se utiliza para pequeñas potencias y en el acoplamiento de platos los tornillos son tacos de cuero.
3.1.3. ACOPLAMIENTOS LIMITADORES DE PAR
Estos tipos de acoplamientos se emplean para temas de seguridad. Consiste en colocar un elemento pasador sobre uno de los ejes a unir, de tal manera que si se produce un embalamiento, este pasador se rompe impidiendo que se transmitan las altas velocidades al otro eje. A veces reciben el nombre de fusible, por su función.
3.1.4. ACOPLAMIENTOS MÓVILES
Dentro de este tipo de acoplamientos descaremos la Junta de Cardan, la junta Oldhan y las juntas homocinéticas.
− La Junta de Cardan permite la unión entre ejes no alineados, y además admite desplazamientos entre los mismos. La unión entre los ejes la efectúa una cruz colocada entre ambos.
Si los dos ejes están alineados, sus velocidades son iguales, pero si forman entre sí un ángulo, sus velocidades instantáneas no serán iguales. En muchos casos puede evitarse esta diferencia de velocidades por medio de un eje intermedio unido a cada uno de los ejes por sendas uniones Cardán, de modo que forme el mismo ángulo con ambos ejes. Un ejemplo es la transmisión de la toma de fuerza de un tractor a un rotovator o en un camión.
− La Junta Oldham: que es una cruz con cuatro gorrones que pueden desplazarse o resbalar longitudinalmente en sus cojinetes, colocados en dos horquillas.
− Las juntas homocinéticas, Para compensar las variaciones periódicas de la velocidad angular debidas a la presencia de la junta cardan, se juntan dos de éstas, una a cada extremo del árbol de transmisión, de manera que sean compensados los adelantos y retrasos del árbol conducido en la segunda junta cardan. El acoplamiento de estas dos juntas cardan se denomina acoplamiento homocinético o junta homocinética. Son unas rótulas con bolas interiores que giran sobre un casquillo.
3.2. EMBRAGUES
Son órganos destinados a establecer a voluntad el movimiento entre dos árboles en prolongación e incluso paralelos. Constan de un elemento fijo unido al árbol motor, y otro desplazable en el eje conducido, que están separados por la acción de un muelle, cuyo efecto hay que vencer accionando una palanca. El disco de embrague es el elemento encargado de transmitir a la caja de velocidades todo el par motor sin que se produzcan resbalamientos. Por este motivo, el disco de embrague, está forrado de un material de fricción que se adhiere a las superficies metálicas y es muy resistente al desgaste y al calor.
Dependiendo del par motor a transmitir, y del peso del vehículo, se calcula el dimensionado del disco de embrague. El Mecanismo de embrague es el elemento mediante el que gobernamos la transmisión del par motor al disco de embrague. En la actualidad podemos encontrarnos con dos tipos de mecanismos de embrague, uno tipo accionado por muelles, y el otro tipo accionado por un diafragma. Los dos tipos están formados por un plato de presión, y una carcasa, y dependiendo del tipo, unos muelles y patillas de accionamiento, o un diafragma.
El embrague de diafragma permite obtener mayores ventajas respecto al de muelles, porque ocupa menos espacio, reparte mejor la presión y necesita menos fuerza en el pedal.
Existen infinidad de tipos de embragues, veremos los de dientes, de fricción, hidráulicos y electromagnéticos.
3.2.1. EMBRAGUE DE DIENTES
En este tipo de embrague hay un manguito de boca dentada fijo al árbol motor, y otro igualmente dentado y desplazable a lo largo del árbol conducido mediante el accionamiento de una palanca con un brazo. Según cual sea la forma de los dientes, permiten la transmisión de la rotación en ambos sentidos o en un solo. Para accionarlos es necesario detener el movimiento de los árboles, para no romper los dientes.
3.2.2. EMBRAGUE DE FRICCIÓN
Se fundamenta en la fuerza de rozamiento, que nace al ejercer una presión sobre dos superficies en contacto, la cual puede bastar para transmitir el movimiento de uno a otro. La presión puede ejercerse axialmente con embragues planos o de disco, o radialmente con embragues cónicos.
3.2.3. EMBRAGUE HIDRÁULICO
Utilizan un fluido como elemento transmisor del movimiento entre el árbol motor y el conducido. En este tipo de mecanismos, no existe contacto mecánico entre las piezas. Los embragues hidráulicos constan de dos turbinas sumergidas en un fluido dentro de un recipiente estanco. El árbol motor hace girar una de las turbinas, lo que ocasiona un desplazamiento del fluido hacia la turbina situada en el árbol conducido, provocando así su movimiento. Se utiliza para camiones de gran tonelaje, autobuses, etc. Este embrague funciona según el número de revoluciones.
3.2.4. EMBRAGUE ELECTROMAGNÉTICO.
Al igual que el hidráulico funciona según el número de revoluciones y no necesita actuación exterior. Puede ser electromagnético de disco o de polvo electromagnético.
4. – MECANISMOS DE LUBRICACIÓN DE EJES
La lubricación consiste en interponer una película de aceite entre dos piezas dotadas de movimiento relativo e impedir el contacto directo entre ambas, reduciendo así el desgaste de las mismas, la oxidación y evacuación de las partículas del desgaste. Los lubricantes pueden ser sólidos, líquidos o pastosos, o de origen animal, vegetal o sintético. Según la Sociedad de ingenieros automovilísticos (SAE), los aceites se clasifican con un código formador por SAE mas un número que indica la viscosidad a 100 ºC., cuanto mayor número mayor viscosidad. Si lleva la W, significa que es más fluido. Ejemplo SAE 20W.
Existen diferentes métodos de engrase o engrasadores. A continuación describiremos algunos de ellos.
4.1. LUBRICACIÓN MEDIANTE GRASAS.
La grasa es un tipo de lubricante semisólido, formado por un lubricante y un agente espesante. Esta lubricación se hace en ejes de bajas revoluciones, menores de 1000 rpm. La grasa será inyectada hasta ese punto mediante una bomba de engrasar que la suministrará a presión a través de unos orificios
4.2. ENGRASADOR DE MECHA
Este engrasador fue el primero automático que permitió alimentar los cojinetes de un modo razonable y continuo. En él, el aceite pasa a través de una mecha mediante acción capilar y gotea en el cojinete. La cubeta debe mantenerse llena hasta un nivel constante razonable, por regla general hasta las tres cuartas partes de su altura total Las mechas están constituidas por hilos de lana peinados y suelen enhebrarse en un lazo en los extremos de un alambre para facilitar su introducción en el tubo. La alimentación se regula, variando el número de hilos de la mecha.
Otro engrasador es el engrasador inferior, que tiene una mecha tipo lámpara en contacto con el árbol. Aquí la alimentación se hacer por acción capilar. Una ventaja de este tipo de engrasador es que cuando el árbol se detiene la alimentación de aceite se interrumpe automáticamente.
4.3. ENGRASADOR DE VARILLA VIBRANTE
Está formado por una varilla que se ajusta al vástago del engrasador con un juego insuficiente para permitir flujo de aceite. Cuando el árbol empieza a girar, la varilla, que se apoya contra él, vibra verticalmente con una acción de bombeo, que hace que el aceite se deslice por ella hacia abajo. Debido al juego tan pequeño de este engrasador, debe tenerse mucho cuidado de que el aceite empleado está limpio.
4.4. ENGRASADOR POR GOTEO O POR GRAVEDAD
Este engrasador usa una válvula cónica que regula el flujo de aceite que viene de la cubeta. La cubeta tiene una palanca para abrir o cerrar la válvula. Este tipo de engrasador es muy sensible a los cambios de temperatura y de nivel de aceite y requiere un ajuste constante para dar una alimentación continua.
4.5. ANILLOS ENGRASADORES
El mecanismo de alimentación de aceite consiste en el anillo que rodea y cuelga libremente del árbol, que se sumerge en un receptor de aceite dispuesto en la cubierta del cojinete. A medida que el árbol gira, el anillo también lo hace, llevando aceite a la parte superior del árbol, desde donde se desliza por los lados de éste. Los cojinetes engrasados con anillos se usan en árboles pesados y en los cojinetes principales de los motores estacionarios descubiertos.
4.6. ENGRASADOR POR BOMBA
El engrasador mecánico consta de un circuito hidráulico que lubrica todos los elementos de la máquina. Están provistos de una bomba para llevar una cantidad media de aceite sometida a una presión más o menos grande a los puntos que se desea lubricar.
Este sistema cuenta con un tubo o mirilla para controlar el nivel de aceite, y puede usar distintos tipos de bomba, como pueden ser: Bomba de engranajes, de paletas o de émbolo.
− La bomba de engranaje, consta de 2 piñones engranados que al girar transportan el aceite.
− La bomba de paletas, que lleva una paleta que divide la parte de aspiración con la impulsión, y al producir el movimiento rotativo transporta el aceite.
− La bomba de émbolo, funciona como el cilindro de un motor.
4.7. ENGRASADOR POR BORBOTEO
Aquí una cuchara o paleta, recoge por cada vuelta, aceite de una bandeja y lo va depositando en los elementos a engrasar. Se emplea en cigüeñales, que aprovecha el movimiento rotativo.
5.- CONCLUSIÓN
En definitiva se han visto los sistemas más usuales de retención, acoplamiento y lubricación, de forma adecuada al tiempo disponible. Pero se podría haber profundizado en los sistemas de funcionamiento con detalle para entender su mejor funcionamiento, así como incluir imágenes para su mejor compresión, pero por cuestión de tiempo no puede ser posible.