Elementos mec�nicos auxiliares

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Elementos mec�nicos auxiliares Powered By Docstoc
					Unidad
         Elementos mecánicos
14       auxiliares
                 14.1. Acoplamientos entre árboles.
    Para que las máquinas o sistemas
    técnicos         puedan         funcionar
    adecuadamente, deberán disponer de
    otros elementos, llamados elementos
    auxiliares. Estos elementos facilitan el
    buen funcionamiento y el control de
    todos los mecanismos de una máquina,
    por lo que su elección es un factor muy
    importante a tener en cuenta para
    optimizar el rendimiento, garantizar el
    buen funcionamiento y facilitar la
    durabilidad del sistema técnico.
    Con la aparición de nuevas técnicas de
    fabricación, mucho más precisas, así
    como nuevos materiales y recubrimiento
    de piezas, estos dispositivos han
    mejorado considerablemente en los
    últimos años.

    Además de los elementos mecánicos
    transformadores y transmisores del
    movimiento anteriormente estudiados,
    las máquinas disponen también de
    otros      elementos     denominados,
    genéricamente, elementos auxiliares,
    que facilitan un funcionamiento idóneo
    de todo el conjunto. Los principales se
    muestran en la tabla.


                                                Elementos auxiliares de máquinas.
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                          Elementos auxiliares de máquinas.


    Ver de la Web el archivo flash sobre el esquema de una caja de cambios.




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              14.2. Acumuladores de energía.
    Los acumuladores de energía son aquellos elementos capaces de almacenar un tipo de energía y suministrarla
    posteriormente. El estudio se va a centrar en acumuladores mecánicos de energía. Los más utilizados son el volante de
    inercia y los elementos elásticos.

    A Volante de inercia




    El movimiento irregular de un eje o árbol se puede producir cuando la fuerza que origina
    el movimiento no es constante, como es el caso de los motores de combustión interna.
    Las irregularidades del giro se evitan gracias a la inercia de este volante, que frena el
    giro del eje cuando tiende a acelerarse y le obliga a girar cuando tiende a detenerse.
    Con ello se consigue un giro más uniforme en el árbol de salida de la máquina.
    El exceso de energía (DW) que absorbe el volante de inercia se traduce en una
    variación de la velocidad angular entre wmin y wmáx, según la expresión:

              DW = ½ · I · w2máx - ½ · I · w2min = ½ · I · (w2máx - w2min)
    Siendo:       I = momento de inercia (kg · m2).
                  w = velocidad angular en radianes/segundo (rad/s).

    Esta acumulación de energía trae como consecuencia una variación de la energía
    cinética (energía debida al movimiento).

    Si la velocidad media de rotación es: wmed =   (wmáx + wmin) / 2                            Volante de inercia.
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    Se denomina grado de irregularidad o coeficiente de fluctuación al cociente:

                                                 Cf = (wmáx - wmin) / wmed
    que es la relación entre el incremento de la velocidad angular y la velocidad angular media. La velocidad media vendrá
    impuesta por la velocidad de régimen de la máquina o vehículo a que esté conectado el volante. Los valores de los
    coeficientes de fluctuación (Cf) se muestran en la tabla.

    De esta manera, la variación de energía se puede poner como:    DW = I · w2med · Cf

       Tipos de                                                           Motores de
       máquinas       Máquinas de        Bombas,         Máquinas        transmisión        Molinos        Máquinas
                      machaqueo         sierras, etc.    eléctricas       por correa                      herramientas
       Valor de Cf    Entre 0,1 y 0,2   Entre 0,04 y        0,002            0,03             0,02             0,03
                                            0,05

     Ejemplos:
     1º. Calcula el momento de inercia que debe tener un volante que se acopla a una máquina punzonadora de chapa si el
     número de revoluciones del eje, donde se encuentra colocado el volante, es de 600 rpm y exceso de energía es de
     10.000J. Tomar Cf = 0,2. (Solución: I = 1,27 kg·m2).
     2º. Determina el número de revoluciones por minuto (rpm) máximo y mínimo de la máquina punzonadora del ejemplo
     anterior. (Solución: wmáx = 660 rpm; wmin = 540 rpm).

     Actividades:
     1º. El motor de una máquina-herramienta, cuyo giro es de 2.000 rpm tiene acoplado un volante de inercia de 40 cm de
     diámetro con una masa de 600 g. Calcula:
     a.) El momento de inercia del volante. (Solución: I = 0,012 kg·m2).
     b.) Energía cinética media del volante. (Solución: Ec= 263,19 J).
     c.) Número de revoluciones máximas y mínimas de la máquina. (Solución: 2.030 y 1.970 rpm).
4    d.) Energía que debe absorber el volante de inercia. (Solución: E = 15,79 J).
    B Elementos elásticos
    Son aquellos elementos que se
    deforman por la acción de una
    fuerza y, una vez que ésta ha
    desaparecido, recuperan su forma
    inicial.

    En las máquinas se utilizan
    elementos elásticos para recuperar
    la posición inicial de los diversos
    órganos móviles cuando cesa la
    fuerza, o para absorber vibraciones y
    esfuerzos bruscos.

    Los elementos elásticos pueden
    trabajar a tracción, compresión,
    flexión   y   torsión.  Los    más
    importantes se muestran en la tabla
    adjunta.




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                                            Elementos elásticos sometidos a distintos tipos de esfuerzos.
              14.3. Elementos disipadores de energía

    Se denominan elementos
    disipadores de energía a los
    que tienen la misión de
    reducir o parar el movimiento
    de uno o varios elementos
    mecánicos      cuando     sea
    necesario. En la práctica, se
    emplean      para     detener
    elementos mecánicos que
    giran,   transformando     su
    energía cinética (mecánica)
    en energía calorífica por
    medio de fricción entre dos
    piezas.

    A estos elementos se les
    conoce con el nombre de
    frenos. Los tipos de frenos
    más importantes son los que
    aparecen en la tabla.

Ver de la Web los archivos flash sobre:
- Frenos de disco.
- Frenos de tambor.



     Tipos de frenos más importantes.

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                      14.4. Embrague
        Es un elemento de máquinas
        que se encarga de transmitir,
        a voluntad del usuario, el
        movimiento entre dos ejes
        alineados. Uno de ellos
        recibe el movimiento del
        motor (árbol motriz) y el otro
        está acoplado al árbol de
        salida, que transmite el
        movimiento a los demás
        órganos.
        Cuando el embrague produce
        la transmisión entre ambos
        árboles, se dice que está en
        posición de embragado. Por
        el contrario, si no se transmite
        movimiento entre los árboles,
        se       dice      que      está
        desembragado.
        Los        embragues        más
        utilizados son los de dientes,
        de fricción e hidráulicos.

Ver de la Web los archivos flash sobre:
- Embrague centrífugo.
- Embrague de garras.
- Embrague hidrostático.


            Embragues más utilizados.

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                14.5. Otros elementos mecánicos
     Además de los elementos mecánicos ya estudiados, se necesitan otros que contribuyan a que los primeros funcionen
     adecuadamente. Los más importantes son: soportes, cojinetes y rodamientos.

    A Soportes.
    Los soportes o bastidores son piezas o dispositivos destinados a sostener o
    apoyar algún otro elemento fijo o móvil de la máquina. Todo elemento móvil
    necesita dos o más puntos de apoyo sobre una superficie fija para poder
    moverse en la dirección requerida.

    En el caso de los árboles que transmiten movimiento, es preciso que los
    soportes les permitan el giro e impidan el movimiento axial (en la dirección del
    eje). Sólo en algunas ocasiones este desplazamiento se permite, con el fin de
    cumplir un objetivo previsto.
                                                                                       Soporte o bastidor de un vehículo.
    B Cojinetes.
    Son unas piezas cilíndricas que se colocan entre el apoyo de la máquina y el
    eje o árbol de transmisión del movimiento.
    El uso de cojinetes se debe a tres razones:
       - Cuando una pieza se mueve respecto de otra, se produce rozamiento y,
       por tanto, desgaste. Este proceso a medio y largo plazo origina holguras que
       traen como resultado vibraciones y pérdidas de potencia en la máquina.
       - En muchos casos, los ejes o árboles suelen estar fabricados del mismo
       material que el soporte. Este material puede tener coeficientes de
       rozamiento alto que originan fricciones y pérdidas de potencia.
       - Si no se colocasen cojinetes, se desgastarían los soportes, con lo que su
       reemplazamiento resultaría más caro que la sustitución de cojinetes.

    Para evitar todo esto, se colocan cojinetes ajustados a presión (unión forzada)
    en el soporte. Los árboles y ejes giran libremente sobre los cojinetes.
                                                                                          Cojinetes de fricción axiales y
    Existen dos tipos de cojinetes: cojinetes de fricción y rodamientos.                  radiales en sus soportes.
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     Cojinetes de fricción.
Son cilindros huecos por cuyo interior pasa el árbol o eje. Trabajan a fricción. Están fabricados de un material más blando que el del
árbol, con objeto de que se desgaste primero y lo proteja.
Dependiendo de la dirección de la carga, se fabrican dos tipos de cojinetes de fricción: axiales (soportan cargas en sentido
longitudinal) y radiales (página anterior).
Este tipo de cojinetes se suele utilizar en máquinas que van a girar a pocas revoluciones y de poca potencia (pequeño
electrodoméstico, aparatos de vídeo, juguetes, etc.).
Los materiales más empleados para la fabricación de cojinetes son: metal babbit o antifricción (3% Cu + 90% Sn + 7% Sb), bronce al
plomo, cobre al plomo, aleación de aluminio (1% Cu + 6% Sn + 93% Al), nailon, etc.

     Rodamientos.
Son cojinetes formados por dos cilindros
concéntricos, uno fijo al soporte y otro al
eje, entre los que se intercala una corona
de bolas o rodillos, que pueden girar
entre ambos, lo cual proporciona una
menor pérdida de energía que la fricción.
Las medidas de los rodamientos están
normalizadas para poder encontrar un
cojinete idéntico en caso de que haya
que cambiarlo. El material con el que se
fabrican es el acero.
Las pistas sobre las que ruedan las bolas
o rodillos deben tener un acabado muy
fino, y mantenerse engrasadas para
facilitar la rodadura y aminorar el
desgaste.

9                   Tipos de rodamientos.
               14.6. Lubricación de máquinas.

     En estos temas de mecánica hemos visto diferentes elementos
     de máquinas, la mayor parte de ellas con movilidad. Esta
     movilidad trae consigo un rozamiento o fricción de unas piezas
     con otras, que pueden provocar desgaste prematuro de piezas,
     pérdida de potencia y un calentamiento excesivo de la máquina.
     Por ello es necesaria una lubricación adecuada.

     La lubricación consiste en interponer una capa fina de aceite
     entre dos superficies que se mueven entre sí para evitar que
     estén en contacto.

     Industrialmente, el lubricante más utilizado es de origen
     sintético, aunque también se usan aceites vegetales (palma,
     colza, girasol, etc.) y animales (grasa de caballo, cebo, aceite de
     ballena, etc.).

     Los diferentes tipos de aceite se clasifican según su viscosidad
     (tiempo en segundos que tardan 60 cm3 de ese líquido en
     atravesar un tubo capilar estándar a 15,5ºC).

     Un aceite poco viscoso (muy fluido) pasará fácilmente por un
     orificio, pero se mantendrá muy poco tiempo en una superficie,
     ya que caerá por gravedad. En cambio, uno muy viscoso no
     pasará por el orificio, pero se mantendrá más tiempo en la
     superficie. El aceite que se presenta pastoso a temperatura
     ambiente se denomina grasa.                                           Lubricantes más utilizados.




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     Dependiendo de los mecanismos a lubricar y de las condiciones de uso (velocidad, temperatura, tipo de lubricación, etc.), se
     emplea un aceite de mayor o menor viscosidad. En las instrucciones de uso de cada máquina, el fabricante nos indica qué
     aceite es el más adecuado. Los sistemas de lubricación de máquinas más empleados son: manual, a presión y por borboteo.




          Sistemas de lubricación de máquinas más empleados.


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                    14.7. Mantenimiento de elementos mecánicos
      Para que puedan funcionar con normalidad, muchos de los elementos estudiados hasta ahora necesitan un mantenimiento constante o
      periódico. Con objeto de prever la máxima durabilidad, en las mejores condiciones de trabajo, los fabricantes de productos y mecanismos
      suelen establecer un plan de intervención de cada máquina construida. Este plan tiene como objetivo dos aspectos importantes:

       •    Diagnóstico o detección precoz de posibles averías de la máquina.
      Hay máquinas muy delicadas en las que una avería, aun muy simple, podría tener
     consecuencias fatales para sus usuarios. Este es el caso de mecanismos o elementos
     mecánicos instalados en aviones o helicópteros. Por ello, es vital anticipar qué se puede
     romper o qué puede dejar de funcionar.
     Esta operación se lleva a cabo mediante una inspección ocular o, periódicamente,
     desmontando todas las piezas que forman este elemento mecánico y haciendo una
     comprobación exhaustiva de medidas, defectos, resistencia, etc. Todo ello se puede llevar a
     cabo mediante ensayos adecuados.

       •    Mantenimiento.
     - Limpieza diaria o periódica de ciertas partes, piezas o mecanismos, después de haberse
     usado en condiciones normales o especiales. Por ejemplo, una máquina de cortar el pelo
     eléctrica, que es necesario desmontar para limpiar posibles pelos que hayan quedado
     atrapados en ella.
     - Lubricación de partes concretas de manera habitual o después de un determinado tiempo de
     trabajo.
     - Sustitución de partes del mecanismo, como correas, juntas, filtros, muelles, cojinetes, etc.
     - Reglaje, mediante el equilibrado, ajuste o alineación de ciertas piezas que, debido al uso
     normal, necesitan ser ajustadas por el desgaste natural o porque se desplazan en virtud de
     vibraciones u otras causas.
                                                                                                      Mantenimiento de vehículos.
     - Detección de averías o mal funcionamiento de algunas piezas, que provocan ruidos y vibraciones por encima del nivel o umbral
     permitido. Un tipo de avería muy corriente suele ser el aumento de la temperatura, que trae como consecuencia una disminución efectiva
     de potencia, debida a fallos en rodamientos y cojinetes o pérdidas de aceite imprevistas.
     Un ejemplo típico de plan de mantenimiento de elementos mecánicos lo constituyen los documentos que entregan los fabricantes de
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               14.8. Interpretación de planos de montaje de
               máquinas sencillas
     Hay muchos casos en los que podemos encontrar máquinas sencillas o determinadas partes de una máquina que llegan hasta
     nosotros desarmadas. Las razones por las que llegan de esta manera pueden ser diversas; por ejemplo: grandes dimensiones
     (volumen) que encarecen el transporte, que su carácter didáctico imponga su montaje en casa, la ampliación de equipos
     existentes, y muchas cosas. En casi todos los casos, salvo que se trate de máquinas extraordinariamente sencillas formadas por
     muy pocas piezas o que, de manera intuitiva, se adivine su montaje, el fabricante suele acompañarlas de uno o varios planos de
     montaje que indican el procedimiento a seguir y las precauciones que deben tomarse.

      Los pasos que se deberían seguir para llevar a cabo un
      montaje eficaz son:
      1. Comprobar que se han recibido todas las piezas y
         material adicional que se necesita. Para ello, hay que       Relación gráfica de materiales.
         identificar cada pieza recibida con la descripción gráfica
         o relación de materiales que aparecen en la
         documentación. Lo normal es que a cada pieza o grupo
         de piezas ya montadas se le haya asignado una letra o
         número correlativo.
      2. Ordenar las piezas por grupos que se van a ensamblar
         entre sí.
      3. Seguir las instrucciones dadas por el fabricante en el
         manual de montaje. Estas instrucciones suelen ser
         gráficas. En algunos casos puede haber instrucciones
         ajenas al montaje, como cortar, limar, taladrar, etc.
      4. Realizar los ajustes y puestas a punto que se indiquen,
         siguiendo los pasos en el orden establecido.
      5. Finalmente, comprobar que todo marcha según lo
         previsto.




                         Instrucciones gráficas de montaje de juguetes (arriba) y
                                                  juguetes ya montados (abajo).
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                14.9. Identificación de mecanismos en máquinas reales
      En la actualidad, casi la totalidad de las máquinas o sistemas técnicos que nos rodean están formados por elementos mecánicos,
      eléctricos y electrónicos. En algunos casos pueden disponer, además, de elementos o mecanismos neumáticos e hidráulicos.
      A continuación como ejemplo vamos a identificar los mecanismos de una máquina sencilla, atendiendo exclusivamente a criterios
      mecánicos.
      El ejemplo que vamos a desarrollar corresponde a una taladradora manual sencilla. Los pasos que se pueden seguir pueden ser:



     1. Desmontaje. Desatornilla cada uno de los tornillos
        de unión que lleva en uno de sus laterales. Puede
        que la cabeza del tornillo lleve una ranura especial
        que no te permita utilizar los destornilladores
        habituales. Esto se debe a que los fabricantes no
        son muy amantes de que los aficionados anden
        “trasteando” cuando ocurre una avería, y luego lo
        lleven al servicio técnico. En estos casos, la única
        solución es comprar un destornillador apropiado.


     2. Identificación. Identifica el elemento motriz; en este
        caso, el motor eléctrico. Luego, trata de seguir el
        camino por el que discurre el movimiento hasta llegar
        a la broca. Seguramente ya habrás empezado a
        reconocer algunos elementos transmisores y
        transformadores del movimiento.




                                                                          Identificación de los principales elementos mecánicos.


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     3. Planos. Traza un dibujo esquemático del
        conjunto. Tiene como objetivo saber
        cómo estaban dispuestos cada uno de
        los elementos al principio. De esta
        manera, cuando tengamos que montarlo
        de nuevo, no habrá ninguna dificultad.


     4. Desmontaje total. Quita el resto de
        tornillos hasta que tengas una visión total
        de todas las piezas que componen cada
        uno de los mecanismos. Realiza varios
        dibujos para saber dónde va cada pieza.
        Es muy importante que ordenes
        adecuadamente        los   tornillos  (por
        grupos), según los vayas quitando. Acto
        seguido, se empezará a identificar cada
        uno de los elementos mecánicos
        existentes     y   a     determinar    sus
        características. Por ejemplo, número de
        dientes de cada engranaje existente, qué
        tipo de engranaje es, qué tornillería se
        emplea, qué muelles hay y para qué
        valen, si hay rodamientos y de qué tipo
        son, etc. A continuación se muestran las
        características más relevantes.
                                                      Identificación y análisis de los distintos elementos mecánicos existentes.


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                  14.10. Mecanismos mecánicos para una tarea concreta

       La tarea de diseño de máquinas exige, por parte de técnicos e ingenieros, un
       gran conocimiento de mecanismos o elementos de máquinas existentes,
       además de saber cuál es el que mejor va a cumplir su función para una
       aplicación determinada. Por ello, antes de seleccionar un mecanismo concreto,
       se debería hacer un análisis profundo de los bloques de que dispondría la
       máquina. En términos generales, se podrían seguir estos tres pasos:

      Realización    del   diagrama                         de       bloques          del
     funcionamiento de la máquina.
     Podría consistir en dibujar una serie de bloques conceptuales, como el diagrama de
     bloques de la figura.


      Elección del mecanismo más adecuado.
     Una vez que ya se conoce qué elementos mecánicos debe llevar cada bloque de la
     máquina, se procederá a la elección del más adecuado, atendiendo a varios
     criterios, entre los que cabe destacar: sencillez (de diseño), economía, fiabilidad (en
     su funcionamiento) y durabilidad. Afortunadamente, estas cualidades suelen estar
     asociadas; es decir, los mecanismos sencillos (que constan de pocas piezas) suelen
     provocar menos averías que otros más complejos, al mismo tiempo que resultan
     más baratos.
     En muchas ocasiones la toma de decisiones exige, además, tener en cuenta otros
     parámetros, como tiempo de funcionamiento diario, potencias a transmitir,
     velocidades de giro iniciales y finales, condiciones atmosféricas de trabajo, etc.

                                                                                               Diagramas de bloques del
                                                                                               funcionamiento de una máquina.
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     Elección de elementos auxiliares.
     Ya has visto que la elección adecuada de elementos auxiliares (como puedan ser cojinetes / rodamientos, soportes,
     frenos, embragues, sistema de lubricación, etc.) desempeña un papel trascendental en el rendimiento y durabilidad de
     cualquier máquina.
     Por ello, es vital la realización de un análisis y estudio profundo para elegir el elemento que mejor se adapte a las
     exigencias de trabajo. Algunas pautas podrían ser las mostradas a continuación:




                                       Algunos elementos auxiliares de máquinas.

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                 14.11. Normas de seguridad y uso de elementos mecánicos.
     En líneas generales, la manipulación y uso de los elementos auxiliares estudiados no tienen asociados peligros significativos,
     siempre que se tengan en cuenta las siguientes normas:
      Usar guantes de cuero, sobre todo cuando se manipulen elementos mecánicos con aristas que puedan producir cortes.
      No tocar ningún elemento mecánico de la máquina cuando esté funcionando, ya que puede provocar accidentes.
      Desconectar la máquina de la red cuando se esté manipulando interiormente.
      Cuando sea necesario cambiar el aceite de lubricación, asegurarse de que la máquina y el lubricante estén frío, ya que, de lo
     contrario, puede provocar quemaduras.
      En la manipulación o recambio
     de elementos de máquinas en los
     que     sea    necesario     realizar
     grandes esfuerzos físicos para
     cambiar o colocar un mecanismo,
     se deberán usar grúas o llevarlos
     a cabo entre varias personas,
     manteniendo siempre la espalda
     recta (hay que flexionar las
     rodillas, no el tronco), para evitar
     lesiones.
      Finalmente, antes de poner en
     marcha una máquina, asegurarse
     de que todos sus elementos
     mecánicos       están     instalados
     adecuadamente. De esta manera
     se minimizarán los riesgos de
     posibles accidentes.




                                                 Normas básicas para izar cargas sin riesgo de accidentes.
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posted:11/26/2011
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