Elementos de máquinas. Introducción y tipos Una máquina esta compuesta por una serie de elementos más simples que la constituyen, pudiendo definir como elementos de máquinas todas aquellas piezas o elementos más sencillos que correctamente ensamblados constituyen una maquina completa y en funcionamiento. Estos elementos de maquinas, no tienen que ser necesariamente sencillos, pero si ser reconocible como elemento individual fuera de la maquina que forma parte o de las maquinas de las que puede formar parte. Tipos de elementos para maquinas
Nos centraremos en los de tipo mecánico Mecánicos: son las piezas de metal o de otros materiales que constituyen los elementos de la maquina, podemos diferenciar: Elementos mecánicos constitutivos: son los elementos que forman la estructura y forma de la maquina: y y y y
Bancada Bastidor Soportes Carros móviles
Elementos de unión: son los que unen los distintos elementos de la maquina: Elementos de unión fija: dan lugar a una unión que una vez realizada no puede ser deshecha: y y
Remache Soldadura
Elementos de unión desmontable : dan lugar a uniones que pueden ser desmontadas en un momento dado: y y y y y
Tornillo Tuerca Arandela Tornillo pasante o bulón Chaveta
Elementos de transmisión: son los que trasmiten el movimiento y lo regulan o modifican según el caso: y y y
Árboles de transmisión Engranaje Husillo
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os
El m
i
smontabl
ornillo Dispositivo
mecánico de fijaci n, por lo general metálico, f ormado esencialmente por un plano inclinado enroscado alrededor de un cilindro o cono. Las crestas f ormadas por el plano enroscado se denominan filetes, y según el empleo ue se les vaya a dar pueden tener una secc i n transversa l cuadrada, tr iangular o redondeada . La distancia entre dos puntos correspond ientes situados en filetes adyacentes se denomina paso. Si los filetes de la rosca están en la par te exter ior de un cilindro, se denomina rosca macho o tornillo, mientras ue si está en el hueco cilíndr ico de una pieza se denomina rosca hembra o tuerca. Los tornillos y tuercas empleados en máquinas utilizan roscas cilíndr icas de diámetro constante, pero los tornillos para madera y las roscas de tuber ías tienen f orma cónica. aracter ísticas pr incipales y
y
y
Diámetro
exter ior : en el sistema métr ico se expresa en mm y en el sistema inglés en f racciones de pulgada. ipo de rosca : métr ica, Whitwor th, trapecial, redonda, en diente de sierra, eléctr ica, etc. Paso de rosca: Distanc ia que hay entre dos crestas sucesivas , en el sistema mét r ico se expresa en mm y en el sistema inglé s por el número de h il os que hay en una pu lgada.
rca Pieza roscada inter iormente, que se acopla a un tornillo f ormando una unión roscada, fija o deslizante. Las f unciones que realiza una tuerca son las siguientes: y
y
Sujetar y fijar uniones de elementos desmontables. Se puede incorporar a la unión una arandela para mejorar la fijación y apr iete de la unión. onver tir un movimiento girator io en lineal.
La tuerca es un elemen to que está normali zado de acuerdo con los sistemas genera les de roscas que ex isten y siempre debe tener las mismas caracter ísticas geomét r icas del torn ill o con el que se acopla .
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Arande la
Una arandela es un disco delgado con un agujero, por lo común en el centro. ormalmente se utilizan para sopor tar una carga de apr iete. Entre otros usos pueden estar el de espaciador , de resor te, dispositivo indicador de precarga y como dispositivo de seguro.
Las arandelas normalmente son de metal o de plástico. Los tornillos con cabezas de alta calidad requieren de arandelas de algún metal duro para prevenir la pérdida de pre carga una vez que el par de apr iete es aplicado. Los sellos de hule o fibra usados en tapas y juntas para evitar la f uga de líquidos (agua, aceite, etc.) en ocasiones son de la misma f orma que una arandela pero su f unción es distinta. Las arandelas también son impor tantes para preven ir la corrosión galvánica , espec íficamente aislando los tornillos de metal de super ficies de aluminio .
ornillo asante o bul n El tornillo pasante o bulón atraviesa las piezas a unir , sin roscar en ningunas de ellas, la sujeción se realiza mediante una tuerca que rosca sobre el mismo bulón. Generalmente debe resistir f uerzas de tracción.
Chaveta
Se denomina chaveta a una pieza de sección rectangular o cuadrada que se inser ta entre dos elementos que deben ser solidar ios entre sí para evitar que se produzcan deslizamientos de una pieza sobre la otra. El hueco que se mecaniza en las piezas acopladas para inser tar las chavetas se llama chavetero. La chaveta tiene que estar muy bien ajustada y carecer de juego que pudiese desgastar la o romper la por cizallamiento.
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Elementos de transmisi n Árboles de transmisi n En ingenier ía mecánica se conoce como eje de transmisión o árbol de trasmisión a todo objeto axisimétr ico especialmente diseñado para transmitir potencia . Estos elementos de máquinas constituyen una par te f undamental de las transmisiones mecánicas y son ampliamente utilizados en una gran diversidad de máquinas debido a su relativa simplicidad. Un árbol de transmisión es un eje que transmite un esf uerzo motr iz y está sometido a solicitaciones de torsión debido a la transmisión de un par de f uerzas y puede estar sometido a otros tipos de solicitaciones mecánicas al mismo tiempo.
Engranaje
Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están f ormados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina ' corona' y la menor 'piñón'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más impor tantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una f uente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctr ico, hasta otro eje situado a cier ta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la f uente de energía 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. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes . La pr incipal 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 relaci ón de transmisión. Dimensiones f undamentales
La circunf erencia que definir ía la super ficie por la cual el engranaje rueda sin deslizar la llamaremos circunf erencia r imitiva.
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El di metro r imitivo (d) es el que corresponde a la circunf erencia pr imitiva. El número de dientes (z), es el número total de dientes de la corona del engranaje en toda su circunf erencia. El paso (p) es el arco de circunf erencia, sobre la circunf erencia pr imitiva, entre los centros de los dientes consecutivos. ipos de engranajes
Engranaje dientes rectos
Engranaje helicoidal
Engranaje cónico Husillo Se denomina husillo, a un tipo de tornillo, generalmente largo, y de gran diámetro, metálico o de madera, el mater ial más utilizado es acero templado, utilizado para accionar los elementos de apr iete tales como prensas o mordazas, así como para producir el desplazamiento lineal de los dif erentes carros de f resadoras y tornos.
El tipo de rosca de los husillos es dif erente a la de los tornillos normales, porque además de tener un paso muy grande su per fil puede ser : y
y
Rosca redonda rectificada: con circulación de bolas utilizada en las máquinas herramientas control numér ico para el desplazamiento de los carros y mesas de trabajo. Rosca cuadrada: utilizada para regular el apr iete de elemento s pequeños, tales como gatos para cambiar ruedas de automóvil, tornillos de banco , mordazas, etc. La sección del filete es cuadrada.
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y
Rosca trapecial ACME es el tipo de rosca más utilizada en los husillos. En esta rosca la sección del filete es un trapecio, y se utiliza en los órganos de máquinas que tengan que sopor tar grandes esf uerzos, como prensas, máquinas-herramientas, etc.
Cadenas
correas de transmisi n
Se conoce como correa de transmisión a un tipo de transmisión mecánica basado en la unión de dos o más ruedas, sujetas a un movimiento de rotación , por medio de una cinta o correa continua, la cual abrasa a las pr imeras en cier to arco y en vir tud de las f uerzas de f ri cción en su contacto arrastra a las ruedas c onduci das suministrándoles energía desde la rueda motr iz . Es impor tante destacar que las correas de trasmisión basan su f uncionamiento f undamentalmente en las f uerzas de f ri cción, esto las dif erencia de otros medios de flexibles de transmisión mecánica, como lo son las cadenas de transmi sión y las correas dentadas las cuales se basan en la inter f erencia mecánica entre los distintos elementos de la transmisión . Las correas de transmisión son generalmente hechas de goma, y se pueden clasificar en dos tipos: planas y trapezoidales. Transmisi
n mediante piñones
cadena: estos mecanismos están compuestos por dos o más ruedas dentadas conectadas entre sí mediante una cadena que se engrana en los dientes de las ruedas. Sirven para conectar dos ejes que se encuentran alejados.
orrea de transmisión
adena de transmisión
Elementos de pivotar rodadura Cojinete
Son piezas que ajustan en los muñones y pivotes de los ejes y arboles, alos que sirven de sopor tes. Generalmente, suelen tener exter iormente también
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f ormas de revolución. Atendiendo a su f orma de trabajo pueden ser radiales, axiales o que reúnan ambas cualidades . ualidades a tener en cuenta: y y y
ener reducido coeficiente de rozamiento Buen transmisor del calor Poseer cier ta dureza
Rodamiento Un rodamiento es un elemento mecánico que reduce la f ri cción entre un eje y las piezas conectadas a éste, que le sirve de apoyo y f acilita su desplazamiento.
Si se intercalan entre el eje y el sopor te una ser ie de bolas o rodillos se habrá sustituido el rozamiento por f rotamiento, por el de rodadura que proporcionará una menor pérdida de energía. Atendiendo a su f orma de trabajo los rodamientos pueden ser : y y y
odamientos para cargas radiales odamientos para cargas axiales odamientos para carga combinada ( axial y radial)
Un rodamiento radial es el que sopor ta esf uerzos radiales, que son esf uerzos de dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda, es axial si sopor ta esf uerzos en la dirección de su eje, ejemplo en quicio, y axial -radial si los puede sopor tar en los dos, de f orma alternativa o combinada .
El elemento rotativo que puede emplearse en la f abr icación del rodamiento , pueden ser : bolas, rodillos o agujas.
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Retén
Se denomina retén a un componente de mater ial sintético que tiene como objetivo maximizar la vida y el buen f uncionamiento de los rodamientos que f orman par te de las máquinas y motores y preservar de f ugas de lubr icante al exter ior de las cajas de velocidades o motores de explosión que van lubr icados permanentemente.
Quicionera Un sopor te para árbol ver tical, el sopor te aloja en su inter ior la quicionera o cazoleta, sujeta en el inter ior mediante tornillos. Dent ro de la quicionera va el quicio que sopor ta los esf uerzos axiales y el casquillo o cojinete destinado a sopor tar los posibles esf uerzos radiales. El ex tremo del árbol que gira en el inter ior de la quicionera se llama pivote.
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Mecanismos
Se llama mecanismo a un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos pernos, uniones de contacto, pasadores, etc. , cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerzas Todas las máquinas se componen de mecanismos .Un mecanismo es un dispositivo que transforma un movimiento y una fuerza de entrada en otra de salida. Movimiento y
Movimiento
fuerza de
Mecanismo
entrada.
y fuerza de salida.
Tipos De Movimientos a mayoría de las máquinas tienen varios componentes que realizan movimientos. Estos movimientos pueden llegar a ser muy complejos, pero se pueden conseguir combinando cuatro básicos: y
Lineal:
Es un movimiento que se efectúa en línea recta y en un solo
sentido y y y
Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta. Rotativo: Es un movimiento en círculo y en un solo sentido. Oscilante: Es un movimiento de avance y retroceso que describe un arco. Alternativo:
Podemos encontrar distintos tipos de mecanismos, a continuación expongo una breve explicación de algunos de ellos.
Tipos de mecanismos Poleas
Es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso 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 ²aparejos o polipastos² sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Existen la polea simple fija o la polea simple móvil. Es una polea que no se mueve al desplazarse la carga, solamente gira alrededor de su eje. · Polea Fija:
· Polea
Móvil:
Es una polea que se mueve al desplazarse la carga.
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- Si combinamos dos o más poleas, además de cambiar la dirección, multiplicaremos la f uerza. A esa combinación de poleas se le llama polipasto. El aumento de f uerza que se consigue es tanto mayor cuanto mayor sea el número de poleas que se combinan. - Al aumentar el número de poleas, también tendremos que incrementar la longitud de la cuerda que pasa por ellas. Al aumentar la distancia conseguimos multiplicar la f uerza.
Biela-manivela El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transf orma un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa . El e jemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convier te en movimiento circular en el cigüeñal.
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Leva
Es un elemento mecánico hecho de algún mater ial (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con f orma especial. De este modo, el giro del eje hace que el per fil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como segui dor . Existen dos tipos de seguidores, de traslación y de rotación. La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea en caso del espacio. De ser necesar io pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el contacto.
Excéntr icas
Se trata de un cuerpo cilíndr ico que está descentrado con relación de a un árbol de transmisión el diámetro de la excéntr ica suele ser mayor que el diámetro del árbol de transmisión. La excéntr ica transf orma el movimiento circular unif orme del árbol de transmisión en movimiento rectilíneo alternativo var iable de la biela.
Tornillo
sin fin
Se denomina tornillo sin fin a una disposición que transmite el movimiento entre ejes que están en ángulo recto. ada vez que el tornillo sin fin da una vuelta completa, el engranaje avanza un diente.
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Entre las caracter ísticas se encuentran: y y y
elaciones de transmisión altas. oste elevado. ransmite el movimiento a través de ángulos rectos
Piñ n-cremallera
El mecanismo piñón-cremallera tiene por finalidad la transf ormación de un movimiento de rotación o circular (piñón) en un movimiento rectilíneo (cremallera) o viceversa. Este mecanismo como su mismo nombre indica está f ormado por dos elementos componentes que son el piñón y la cremallera. y
y
El piñón es una rueda dentada normalmente con f orma cilíndr ica que descr ibe un movimiento de rotación alrededor de su eje. La cremallera es una pieza dentada que descr ibe un movimiento rectilíneo en uno u otro sentido según la rotación del piñón.
El mecanismo piñón-cremallera f unciona como un engranaje simple, esto significa que tanto la cremallera como el piñón han de tener el mismo paso circular y, en consecuenc ia, el mismo módulo.
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Tornillo-tuerca
Se trata de un si stema en el que si la tuerca permanece fija, el tornillo puede girar y desplazarse linealmente si, por el contrar io, el tornillo puede girar pero no desplazarse en la dirección del eje, entonces es la tuerca la que se desplaza Se define avance de un tornillo como la distancia que se desplaza una tuerca paralelamente al eje de la rosca de un tornillo, cuando da una vuelta completa, en el caso de una rosca simple, de solo un filete el avance es igual a 3 veces el paso
Va=p.e.n P= paso de la rosca = numero de vueltas del tornillo E= numero de entradas del tornillo El f uncionamiento del micrómetro es un claro ejemplo del mecanismo tornillo tuerca.
Palanca Una palanca simple es una barra r ígida que gira sobre un eje en un punto que se denomina f ulcro. Un destornillador actúa como una palanca cuando se us a para abr ir un bote de pintura . La f uerza de entrada se denomina esf uerzo, y la de salida se denomina carga. alculo de la relación de velocidades: Di stanci a
Calculo
a por el esfuer zo / d i stanci a rec orr id a por la c arga. rec orr id
del rendimiento mecánico:
Carga/ esfuer zo .
la f uerza del esf uerzo se aplica a una palanca , la palanca gira alrededor del f ulcro. El ef ecto de rotación producido se denomina momento. Cuando
Calculo
del momento:
Fuerza x Distancia.
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Tipos de palancas Hay tres tipos o clases diferentes de palancas: Palanca de clase 1. Este tipo de palanca tiene el fulcro mas cerca de la carga para mejor rendimiento mecánico.
E
C
ulcro
Palanca de clase 2. Este tipo de palanca tiene mas cerca la carga al fulcro para mejor rendimiento mecánico.
E
ulcro C
Palanca de clase . A diferencia de las palancas de clases 1 y 2, una palanca de clase tiene una desventaja mecánica. a fuerza de entrada es mayor que la fuerza producida en la carga. Sin embargo, la distancia recorrida por la carga es mayor que la distancia recorrida por el esfuerzo.
E
ulcro C
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Mecanismos articulados maquinas y ar tef actos utilizan mecanismos ar ticulados para hacer las f uncionar . Muchas
Cardán
El cardán es un componente mecánico que permite unir dos ejes que giran en ángulo uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como par te del árbol de transmisión , que lleva la f uerza desde el motor situado en la par te delantera de l vehículo hacia las ruedas traseras. El pr incipal problema que genera el cardán es que, por su configuración, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a velocidad angular constante.
R tula Una rótula mecánica o rótula esfér ica es una ar ticulación o junta en la cual una pieza terminada en una bola está unida a una pieza terminada en una cavidad o casquillo de f orma que permite un relativo movimiento dentro de cier to ángulo en todos los planos que pasan por una línea. Denominada también ar ticulación a rótula .
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Cruz de malta
La rueda de Ginebra , también conocida como cruz de Malta, es un mecanismo que convier te un movimiento circular continuo en un movimiento circular intermitente. Consiste en un engranaje donde la rueda motr iz tiene un pivote que alcanza un carr il de la rueda cond ucida y entonces avanza un paso. La rueda motr iz tiene también un bloque circular que bloquea la posición de la rueda conducida mientras la motr iz gira.
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