ELEMENTOS DE MÁQUINAS Y SISTEMAS: abril 2013

Piñón-cremallera

Este sistema transforma el movimiento circular en rectilíneo por medio de dos elementos dentados: Un piñón que gira sobre su propio eje y una barra dentada denominada cremallera. Los dientes pueden ser rectos o helicoidales.

Tiene diferentes aplicaciones:

Taladradora de columna: El conjunto piñón-cremallera lo componen la manivela de mando, que lleva en un extremo un piñón, y el eje portabrocas, que lleva tallada la cremallera.

Al girar la manivela, el eje portabrocas avanza en sentido rectilíneo.

Caja de dirección de un automóvil: El piñón está solidario a la barra de dirección y al volante, y los extremos de la cremallera se encargan de orientar las ruedas.

La cremallera puede considerarse como una rueda dentada de radio infinito, cuyo módulo debe coincidir con el del piñón.

Tornillo y tuerca

Este sistema sirve como elemento de unión entre dos o más piezas. Pero, además posee unas características que le permiten que se pueda utilizar para transmitir el movimiento. Se compone de una varilla roscada y una pieza con un agujero roscado.

Al girar la varilla, permaneciendo fija la tuerca, hace que esta última se desplace en sentido longitudinal del eje, con lo que se consigue transformar un movimiento circular uniforme en otro lineal.

Transmisión entre ejes perpendiculares

Transmisión entre ejes que se cortan

Los engranajes suelen ser:

· De dientes rectos: engranajes cónicos.

· De dientes helicoidales: engranajes cónicos helicoidales.

Ambos tipos tienen las superficies primitivas troncocónicas. Esta transmisión permite transferir esfuerzos importantes pero, al mismo tiempo, se generan grandes fuerzas axiales.

Transmisión entre ejes que se cruzan

Existen dos formas básicas

Tornillo sinfín y rueda cóncava: Tiene la ventaja de que solamente se puede transmitir el movimiento del tornillo a la rueda cóncava (corona) y nunca al revés, lo que permite que se pueda utilizar en aplicaciones en las que una vez que el motor se ha parado, no sea arrastrado por el propio peso.

Permite la transmisión de esfuerzos muy grandes y a la vez tiene una relación de transmisión muy baja.

El mecanismo consta de una rueda conducida dentada, y un tornillo, que es la rueda motriz.

Ejemplo de ello pueden ser los tornos para sacar agua o subir materiales, ascensores, etc.

Transmisión entre ejes

Transmisión entre ejes paralelos

Se utiliza para la transmisión entre ejes (o árboles) con poca separación, siendo la forma de los piñones o ruedas dentadas, cilíndrica.

Normalmente el tallado de los dientes es sobre la superficie exterior de la rueda, aunque también puede ser interior. Veamos los subtipos:

Dientes Rectos

Son los más sencillos de fabricar y se utilizan en máquinas para transmitir pequeños esfuerzos. Se emplea en maquinaria que utilice ejes cuya velocidad no es muy elevada, ya que es un sistema ruidoso y causa vibración. Además de producir mucho ruido, tiene el inconveniente de transmitir el esfuerzo sólo sobre el diente que está engranado.

Para caracterizar una rueda dentada con dientes rectos, es necesario definir una serie de parámetros básicos que

son:

· Diámetro primitivo (d_p): es el correspondiente a la denominada circunferencia primitiva. Dicha circunferencia es la que tendría una rueda de fricción con la misma relación de transmisión. Por eso, cuando dos ruedas dentadas engranan, sus circunferencias primitivas son tangentes entre sí.

· Diámetro exterior (d_e): es el correspondiente a la circunferencia que limita exteriormente los dientes.

· Diámetro interior (d_i): es el que corresponde a la circunferencia que limita interiormente los dientes.

· Módulo (m): es el cociente entre el diámetro primitivo d_p y el número de diente z que posee la rueda

Esta magnitud se mide en mm, normalmente.

· Paso circular (p): es el arco de la circunferencia primitiva limitado entre dos flancos homólogos de dos dientes consecutivos. El paso se puede obtener dividiendo la longitud de la circunferencia primitiva L_p entre el número de dientes

Dientes helicoidales

Tienen la particularidad de que varios dientes están engranados a la vez. Esto da lugar a que el esfuerzo de flexión se reparta entre ellos durante la transmisión, lo que hace que las posibilidades de rotura sean menores. Además, así se disminuye el ruido durante el funcionamiento.

El único inconveniente es que al estar inclinados los dientes se produce una fuerza axial (en el sentido de los ejes) sobre los cojinetes de apoyo del eje.

Dientes en V

Estos engranajes conservan las ventajas de los anteriores con un diseño que contrarresta las fuerzas axiales.

Mecanismos y sistemas mecánicos

Un mecanismo es un conjunto de elementos, conectados entre sí por medio de articulaciones móviles y cuya misión es:

- transformar una velocidad en otra velocidad

- transformar una fuerza en otra fuerza

- transformar una trayectoria en otra diferente o

- transformar un tipo de energía en otro tipo distinto.

Según el número de elementos, los mecanismos se pueden clasificar como:

- Simples: si tienen dos elementos de enlace.

- Complejos: si tienen más de dos elementos de enlace. A partir de aquí, definimos sistema mecánico

- Un sistema mecánico o máquina es una combinación de mecanismos que transforma velocidades, trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie de transformaciones intermedias.

Los movimientos que puede describir un elemento de un mecanismo son:

- Movimiento rectilíneo: en un único sentido

- Movimiento alternativo: o movimiento de vaivén.

- Moviendo circular o de rotación

Los mecanismos (y por extensión los sistemas mecánicos) constan de los siguientes elementos básicos:

1. Sistema motriz o sistema de entrada: recibe la energía de entrada, la cual será transformada o transmitida. En un automóvil sería el motor.

2. Sistema transmisor: medio que permite modificar la energía o el movimiento proporcionado por el sistema motriz. En un automóvil este sistema estaría compuesto por ejes de transmisión, embragues, caja de cambios, …

3. Sistema receptor o sistema de salida: realiza el trabajo con la salida que le proporciona el sistema transmisor, y es el objetivo del sistema mecánico. En un automóvil este sistema estaría compuesto por las ruedas motrices.

Los mecanismos se pueden clasificar en dos grandes grupos diferenciados:

a) Sistemas de transmisión del movimiento: En este caso el sistema motriz y el sistema receptor tienen el mismo tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transmisión:

o Mecanismos de transmisión lineal: movimiento rectilíneos en movimientos rectilíneos

(poleas, palancas, etc)

o Mecanismos de transmisión circular: movimientos de rotación en otra rotación

(transmisión por correas, con cadenas, engranajes, …)

b) Sistemas de transformación del movimiento: En este caso el sistema motriz y el sistema receptor tienen distinto tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transformación:

o Mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo o Mecanismos que transforman el movimiento circular en alternativo