circuitos de fluidos. suspensión y dirección

Circuitos de fluidos.Suspensin y direccin

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Circuitos de fluidos.Suspensin y direccinToms Gonzlez - Gonzalo del Ro - Jos Tena - Benjamn Torres

Circuito de fluidos SD - por_CF 03/03/11 11:31 Pgina 1

joseRectngulo

joseTexto escrito a mquinaTest de autoevaluacin interactivos

joseTexto escrito a mquinaACCESO

NDICE1. Fundamentos de mquinas . . . . . . . .6

1 Funciones mecnicas elementales . . . . . . . . . . .8

2 Elementos de guiado y apoyo . . . . . . . . . . . . .16

3 Mecanismos de transmisin . . . . . . . . . . . . . .22

4 Tipos de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

5 Estudio de los mecanismos segn sus velocidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

6 Accin de las fuerzas sobre los cuerpos . . . . .39

7 Conceptos relacionados con las fuerzas . . . . .40

8 Estudio de los mecanismos segn sus fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59

Prctica Profesional:Sustitucin de un rodamiento . . . . . . . . . . . . . . . .60Sustitucin de una correa de servicios . . . . . . . . .61

Mundo Tcnico:Es mejor la distribucin por correa o por cadena? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

2. Leyes de hidrulica y neumtica . . .661 Magnitudes fsicas de hidrulica

y neumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

2 Leyes fundamentales de hidrulica y neumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88

Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

Prctica Profesional:Realizacin de medidas de densidad, presin relativa y absoluta, caudal, vaco (depresin), temperaturas, etc. . . . . . . . . . . . . . . .92

Mundo Tcnico:Experiencia de Torricelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

3. Elementos de neumtica e hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98

1 Elementos de neumtica . . . . . . . . . . . . . . . .100

2 Elementos de hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . .126

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

Prctica Profesional:Mantenimiento de una instalacin de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

Mundo Tcnico:Blaise Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

4. Circuitos hidrulicos y neumticos bsicos . . . . . . . . . . .138

1 Estructura de circuitos hidrulicos y neumticos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140

2 Tipos de mandos en circuitos neumticos o hidrulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142

3 Diseo de circuitos hidrulicos y neumticos secuenciales . . . . . . . . . . . . . . .147



Prctica Profesional: Realizacin del montaje de un circuito neumtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

Mundo Tcnico:Los ltimos segundos antes del accidente . . . . .162

5. Suspensin convencional . . . . . . . .1641 Principios fsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166

2 Elementos de suspensin . . . . . . . . . . . . . . . .169

3 Tipos de suspensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179

4 Intervenciones en el sistema de suspensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186



Prctica Profesional: Sustitucin de un amortiguador en una suspensin McPherson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192

Mundo Tcnico:LosamortiguadoresSalvanVidas.com . . . . . . . . . .196

6. Suspensin con regulacin de altura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

1 Suspensin hidroneumtica . . . . . . . . . . . . .200

2 Suspensin neumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . .216

3 Intervencin sobre el sistema . . . . . . . . . . . .227



Prctica Profesional:Sustitucin de un fuelle neumtico . . . . . . . . . . .234

Mundo Tcnico:Un sistema de suspensin de cabina de Massey Ferguson gana la medalla de oro en Sima . . . . .238

00 C_fluidos.qxd:00_Indice_Como 1/3/11 11:53 Pgina 2

7. Suspensin pilotada electrnicamente . . . . . . . . . . . . . . .240

1 Suspensin convencional pilotada . . . . . . . .242

2 Suspensin convencional autonivelante . . .248

3 Suspensin hidroneumtica (hidractiva) . . .254

4 Suspensin neumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . .265

5 Control antibalanceo activo . . . . . . . . . . . . .280

6 Intervenciones sobre el sistema . . . . . . . . . .288

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .291Prctica Profesional:Mantenimiento y diagnosis de la suspensin hidractiva 3+ . . . . . . . . . . . . . . .292Mundo Tcnico:Mximo agarre en curvas.BMW Dynamic Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296

8. La rueda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2981 Parte metlica de las ruedas . . . . . . . . . . . . .300

2 Parte neumtica de las ruedas . . . . . . . . . . .304

3 Anomalas de la rueda . . . . . . . . . . . . . . . . . .322

4 Consejos para el mantenimiento de las ruedas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328

5 Diagnosis de anomalas del neumtico . . . .329

6 Reciclado del neumtico . . . . . . . . . . . . . . . .330

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .333Prctica Profesional:Sustitucin de neumticos en un vehculo . . . . .334Mundo Tcnico:Michelin reinventa el futuro del neumtico con el Michelin Active Wheel . . . . . . . . . . . . . . . .336

9. La direccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3381 La direccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340

2 Geometra de la direccin . . . . . . . . . . . . . . .349

3 Orientacin de las ruedas traseras . . . . . . . .360

4 Intervencin en la direccin . . . . . . . . . . . . .364

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370Evala tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .371

Prctica Profesional:Comprobar la alineacin de la direccin en un vehculo . . . . . . . . . . . . . . .372

Mundo Tcnico:Innovaciones para el automvil . . . . . . . . . . . . . .374

10. La direccin asistida . . . . . . . . . . .3761 Asistencia hidrulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378

2 Asistencia variable electromecnica . . . . . . .394

3 Asistencia variable hidrulica . . . . . . . . . . . .401

4 Asistencia sobre las ruedas traseras . . . . . . .412

5 Intervencin en la direccin asistida . . . . . . .413



Prctica Profesional:Montaje, desmontaje y diagnosis de la direccin asistida electromecnica . . . . . . .418

Mundo Tcnico:Direccin asistida elctrica (EPS) . . . . . . . . . . . . .424

11. Seguridad y gestin ambiental en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4261 Poltica sobre prevencin y proteccin

de riesgos laborales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .428

2 Riesgos en el taller de MVA, prevencin y proteccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .434

3 Sealizacin empleada en el taller . . . . . . . .448

4 Consideraciones de seguridad e higiene en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453

5 Gestin ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .460

6 Almacenamiento y retirada de residuos peligrosos (RP) del taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .462



Prctica Profesional:Elaboracin de una ficha de evaluacin inicial de los riesgos en el taller y su prevencin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .468

Mundo Tcnico:El reciclaje en la fase de eliminacin . . . . . . . . . .470

Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .472

A Simbologa neumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . .473

B El sistema de suspensin Bose . . . . . . . . . . . .476

Y


El desarrollo de los contenidos aparece ordenado enepgrafes y subepgrafes y acompaado de numerosasilustraciones, seleccionadas de entre los equipos y he-rramientas ms frecuentes que te vas a encontrar al rea-lizar tu trabajo.

En los mrgenes aparecen textos que amplan los con-tenidos y llamadas al caso prctico inicial.

A lo largo del texto se incorporan actividades pro-puestas y ejemplos que ayudan a asimilar los concep-tos tratados.

CMO SE USA ESTE LIBRO

Como cierre de la unidad se proponen una serie de ac-tividades finales para que apliques los conocimientosadquiridos y, a su vez, te sirvan como repaso.

El apartado evala tus conocimientos consiste enuna batera de preguntas que te permitirn comprobarel nivel de conocimientos adquiridos tras el estudio dela unidad.

Cada unidad de este libro comienza con un caso prc-tico inicial, que plantea una situacin relacionada conel ejercicio profesional y vinculado con el contenido dela unidad de trabajo. Pretende que comprendas la uti-lidad de lo que vas a aprender. Consta de una situacinde partida y de un estudio del caso, que o bien lo re-suelve o da pistas para su anlisis a lo largo de la uni-dad. El caso prctico inicial se convierte en eje verte-brador de la unidad ya que se incluirn llamadas quehagan referencia a ese caso concreto, a lo largo del de-sarrollo de los contenidos.


La seccin mundo tcnico versa sobre informacin tc-nica de este sector y vinculada a la unidad. Es impor-tante conocer las ltimas innovaciones existentes en elmercado y disponer de ejemplos en la vida real de lasaplicaciones de los contenidos tratados en la unidad.

La unidad finaliza con el apartado en resumen, mapaconceptual con los conceptos esenciales de la unidad.

Adems, se incluyen en el apartado entra en Internetuna serie de actividades para cuya resolucin es necesa-rio consultar diversas pginas web sobre componentesy equipos.

En la seccin prctica profesional se plantea el desa-rrollo de un caso prctico, en el que se describen lasoperaciones que se realizan, se detallan las herramien-tas y el material necesario, y se incluyen fotografas queilustran los pasos a seguir.

Estas prcticas profesionales representan los resultadosde aprendizaje que debes alcanzar al terminar tu m-dulo formativo.

El libro termina con dos anexos:

Simbologa neumtica

El sistema de suspensin Bose

IMPORTANTE

Todas las actividades propuestas en este libro deben realizarse en un cuaderno de trabajo, nunca en el propio libro.


6 Unidad 4

Fundamentos de mquinas1

y al finalizar esta unidad...

Analizars las funciones mecnicas, los tiposde movimiento y la transmisin y transformacin de los mismos.

Establecers las diferencias entre los distintosmecanismos de transmisin de movimiento.

Relacionars los elementos de transmisin ytransformacin de movimiento con susrganos auxiliares de sujecin, unin, guiadoy estanqueidad.

Resolvers ejercicios y cuestiones planteadascon transmisin de movimiento.

Analizars la transmisin de fuerzas yesfuerzos a que estn sometidos loselementos de transmisin.

vamos a conocer...

1. Funciones mecnicas elementales

2. Elementos de guiado y apoyo

3. Mecanismos de transmisin

4. Tipos de movimientos

5. Estudio de los mecanismos segn sus velocidades

6. Accin de las fuerzas sobre los cuerpos

7. Conceptos relacionados con las fuerzas

8. Estudio de los mecanismos segn sus fuerzas

PRCTICA PROFESIONAL

Sustitucin de un rodamientoSustitucin de una correa de servicios

MUNDO TCNICOEs mejor la distribucin por correa o por cadena?

01 C_Fluidos_SD.qxd:01 C_Fluidos 1/3/11 12:15 Pgina 6

Fundamentos de mquinas 7

situacin de partida

Flix trabaja de mecnico en un taller de reparacin de automvi-les realizando tareas de mantenimiento, principalmente de tipocorrectivo, de los sistemas conjuntos y subconjuntos mecnicos,hidrulicos, neumticos y elctrico/electrnico que conforman losdiferentes tipos de vehculos. As mismo, deber realizar transfor-maciones en los vehculos segn peticin del cliente.Como ejemplo de las tareas ms habituales, realiza el manteni-miento del sistema de direccin, para lo cual es muy importantetener los conocimientos siguientes:

Identificar los elementos de guiado y apoyo. Analizar los tipos de movimiento. Explicar los conceptos de fuerza, par, potencia y sus unidades

asociadas. Calcular las desmultiplicaciones y relaciones de movimiento en

ejercicios propuestos y sobre los elementos de transmisin ytransformacin de movimiento.

Clasificar el desmontaje y montaje de rodamientos atendiendoa los manuales tcnicos.

estudio del casoDurante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este casoprctico inicial.

1. En el sistema de direccin de un vehculo, intervienen di-ferentes piezas. Cmo se llaman?

2. Hay diferentes tipos de movimientos. Puedes clasificarlos?

3. Dispone de palancas y ruedas que transforman el movi-miento. Puedes calcular su relacin de transmisin?

CASO PRCTICO INICIAL

Barra deacoplamiento

Z = 14 dientes

A

r = 25 cm

30 c

m

20 cm

20 cm

Barra de mando

Palanca de mando

Palanca de ataque

Mangueta

Palanca deacoplamiento

14 kgf 15 cm


8 Unidad 1

1. Funciones mecnicas elementalesEl funcionamiento de un mecanismo se consigue mediante la accin coordinadade las diferentes piezas que intervienen en su conjunto, cada una de las cualesrealiza una funcin precisa.

Para estudiar mejor el comportamiento de las distintas piezas que componen unmecanismo, vamos a clasificar las funciones elementales para las que se diseancada una de ellas, que sern:

Estructurales.

De unin.

De impermeabilidad.

1.1. Estructurales

Una pieza cumple una funcin estructural cuando acta como cuerpo o soportede la mquina o de algunos de sus componentes.

Es la parte ms robusta, visible exteriormente, llamada normalmente bastidor,bancada o bloque.

1.2. De unin

Existe unin entre las piezas cuando queda total o parcialmente eliminada todaposibilidad de desplazamiento de cualquiera de ellas con respecto al resto.

Unin rgida permanente

Es aquella en que, para producir la separacin de las piezas, es necesario romperalguna de ellas o el rgano de unin. Ejemplos de ello son el remachado o la sol-dadura, utilizados especialmente en elementos estructurales y calderera.

Unin rgida desmontable

Aquella en que se puede realizar el montaje y desmontaje de sus componentes unnmero razonable de veces sin deterioro ninguno. Es el caso de unin mediantetornillos, pernos, esprragos, tuercas, arandelas, prisioneros, pasadores, chavetas,abrazaderas, etc.

Tornillos, pernos y esprragos

Se entiende por tornillo el elemento de sujecin constituido por una cabeza deforma variable y un cuerpo, denominado vstago, que se introduce en el agujeroroscado de la pieza a la que se une.

El tornillo se enrosca nicamente en una de las piezas, que hace de tuerca, y atra-viesa libremente, con holgura, la otra u otras, destinadas a ser apretadas.

Un perno o tornillo con tuerca, por su parte, atraviesa libremente las piezas quese desean unir, quedando stas presionadas entre la cabeza del perno y la tuercaque enrosca al perno en su otro extremo.

Un esprrago es un tornillo que no tiene cabeza y est roscado por sus dos lados.Uno enrosca en una pieza, a la que permanece permanentemente unido; y el otrose introduce en la otra u otras piezas a las que se quiere unir la primera, y recibeuna tuerca para realizar el cierre.

El pernoUn perno es el conjunto de tornilloy tuerca.

vocabulario


Los tipos de cabezas de tornillos ms utilizados en automocin son los expuestosen la figura 1.4.

Tuercas y contratuercas

Son elementos de sujecin complementarios de los pernos y esprragos.

Para evitar que se afloje la tuerca, se aprieta a esta por medio de una contratuer-ca, que en realidad es otra tuerca, generalmente menos gruesa.

Las tuercas autoblocantes, ms extendidas, evitan el aflojamiento incorporandoen el agujero roscado, un anillo de plstico que hace de freno.

a Figura 1.5. Tuercas.

Arandelas

Son elementos complementarios de los tornillos y tuercas. Pueden ser planas o bi-seladas y las clasificamos segn su medida nominal o dimetro interior en mil-metros. Se clasifican en:

Arandelas de proteccin. Tienen la misin de proporcionar un asiento correc-to a las cabezas de los tornillos y a las tuercas, as como de repartir la presinde la cabeza del tornillo, o de la tuerca, sobre una mayor superficie de la pieza,para no daarla.

Arandelas de seguridad. Tienen por misin impedir el aflojamiento de lostornillos por las vibraciones de los elementos que los rodean.

Arandelas de muelle, Grower. Cuya medida nominal ser el dimetro in-terior.

Hexagonal Ranurada Almenada Botn MariposaCuadrada


a Figura 1.1. Tornillo.

Cabeza

Cuerpo

a Figura 1.2. Perno.

Tornillo

Tuerca

a Figura 1.3. Esprrago. a Figura 1.4. Cabezas de tornillos.

Hexagonal Allen

Embutida

Redonda

Phillips

a Figura 1.6. Arandelas.

Plana Biselada

a Figura 1.7. Arandelas Grower.

Sentidode apriete


Arandelas de seguridad con solapa. Es una arandela normal provista deuna solapa cuyo extremo se dobla sobre una arista de la pieza. La parte dearandela se dobla por su parte sobre una cara de la tuerca cuando esta estapretada.

Arandelas dentadas. Los dientes o muescas se clavan en el material, impidien-do el giro de los dos elementos en contacto.

Arandelas de seguridad para ejes y para agujeros, denominadas tambin ani-llos seeger o circlips.

Arandelas elsticas de retencin.

Anillos de retencin. Son anillos cilndricos que disponen en sentido radial deuno o ms prisioneros.

Prisioneros

Son elementos roscados normalizados, sin cabeza; con ranura o hexgono interiorpara apretarlos por un extremo, y con el otro terminado en punta redondeada ocnica para apoyar en su alojamiento.

10 Unidad 1

a Figura 1.8. Arandelas de solapa. a Figura 1.9. Arandelas dentadas.

Dentadoexterior

Dentadointerior De cazoleta

a Figura 1.10. Arandelas de retencin.

a Figura 1.12. Anillo de retencin.

Anillo

Eje

Tornillo prisionero

a Figura 1.11. Anillos seeger o cir-clips.

Para ejes

Para agujeros


Se utilizan para realizar esfuerzos pequeos de frenado, posicionamiento obloqueo.

a Figura 1.13. Tornillos prisioneros.

Pasadores

Por el uso a que se destinan, se dividen en: pasadores cilndricos elsticos (se em-plean en las cajas de cambio), cnicos, de aletas (empleados en las rtulas de ladireccin y suspensin, etc.).

Sus principales funciones son las de actuar en posicionado, liberar los tornillos decargas cortantes, unir piezas transmitiendo momentos y esfuerzos axiales y blo-quear tuercas para evitar que se aflojen.

Chavetas

Son unas piezas prismticas de acero, de seccin rectangular y ligeramente cni-cas en sentido longitudinal. Van alojadas a presin, dentro de un chavetero, tam-bin de seccin rectangular, practicado parte en el eje y parte en la pieza que seha de solidarizar con el eje.

Abrazaderas

Se emplean para acoplar tubos elsticos (de plstico o goma) a tubos metlicos oracores, sin que haya fugas en las juntas. En automocin se utilizan mucho paralos manguitos de goma del circuito de refrigeracin o para los fuelles de la trans-misin y direccin.

Unin elstica o silenblocs

Utiliza un vnculo intermedio flexible, de caucho, goma, etc., que se coloca en-tre las dos piezas que se desea juntar y cuya misin es frenar o amortiguar las vi-braciones en la transmisin del movimiento de una pieza a otra, se utilizan en losbrazos de la suspensin, soportes, motor, etc.


a Figura 1.14. Pasadores.

Cilndrico

Cnico

De aletas

Elstico

De horquilla

a Figura 1.15. Chaveta.

1:100

a Figura 1.16. Abrazaderas: A. de muelle B. de lmina flexible C. de tornillo sinfn D. con torni-llo y tuerca E. de plstico o brida (Ilustracin cedida por Dorman).

A B C D E

a Figura 1.17. Silenblocs.


12 Unidad 1

Unin mvil

Existe unin mvil cuando el desplazamiento de una de las piezas est controla-do, dirigido y asegurado por las otras.

Unin mvil deslizante

Esta forma asegura, a la vez, el desplazamiento en traslacin y la inmovilizacinen rotacin.

Lengetas. Son piezas prismticas con los extremos redondeados y dos carasplanas paralelas. Van situadas en el rbol y fijas a l con tornillos de cabeza em-potrada. La parte saliente va alojada con holgura en otra ranura practicada enla pieza que contiene al eje, para poder desplazarse la una sobre el otro.

Ejes y cubos ranurados o entallados. Los ejes ranurados tienen por objetotransmitir grandes esfuerzos. Las nervaduras o flancos son rectos. Son muy em-pleados para las ruedas deslizables de las cajas de cambio y embragues.

Los ejes entallados finos son una variante de los ejes nervados que no admitendeslizamientos axiales de los rganos de transmisin; es decir, estn pensados paraacoplamiento fijo. Se emplean para transmitir movimientos y esfuerzos en cubosde ruedas, pedal de marcha de las motos, etc.

Otros tipos de uniones deslizantes. Consisten en ejes que se deslizan dentrodel agujero o soporte, el cual evita que estos ejes giren respecto al soporte.

Barra de cremallera, empleada en las direcciones de cremallera. La barra (6)engrana con un pin (9) que accionamos con la columna de la direccin.Este pin hace desplazar, pero no girar, a la barra dentro de la carcasa (1).Para ajustar la holgura sufrida por el desgaste entre barra y carcasa, emplea-mos un pulsador (19) empujado por un muelle y fijado por una contratuerca.

Eje deslizante de base cuadrada, empleado en la transmisin de maquinariaagrcola.

a Figura 1.18. Lengetas.

b

l

l

a Figura 1.20. Direccin de cremallera.

96

1

19

a Figura 1.19. Ejes y cubos ranurados.

Perfil de eje nervado6'

Perfil de cubonervado

a Figura 1.21. Uniones deslizantes.

En la figura 1.20 se indica el nom-bre de las piezas de la caja dedireccin.

caso prctico inicial


Unin mvil giratoria

Las dos piezas son solidarias nicamente en traslacin. En rotacin, en cambio, sonlibres y pueden girar la una con relacin a la otra. Un rbol rota respecto al apoyo.

Ejes. Son elementos estticos de seccin circular que sirven de apoyo a uno oms rganos mviles que giran sobre l.

rboles. Son elementos dinmicos de seccin circular que transmiten un mo-vimiento, mediante los elementos mecnicos que lleva montados solidaria-mente, girando apoyado en unos asientos o soportes.

Gorrones. Son las partes del eje o rbol que se apoyan en los soportes. Segnsea la direccin de la carga respecto al eje, se clasifican en radiales o muones,cuando la carga es perpendicular al eje, y axiales o quicios, cuando la carga ac-ta en la misma direccin del eje.

Otros tipos de uniones mviles giratorias son: uno o dos pasadores tangentes(rtulas de direccin y suspensin), tornillo prisionero, anillo elstico, etc.

a Figura 1.23. Otros tipos de uniones giratorias.

Unin mvil articulada

Es un caso particular de unin, donde la posibilidad de movimiento de una pieza res-pecto a otra queda limitada a un giro parcial de la primera respecto a la segunda.

Si una de las piezas se balancea alrededor de un eje, se denomina articulacin dehorquilla.

Si la pieza articulada gira alrededor de un punto, se denomina articulacin de rtula.

Articulacin de horquilla. Una de las piezas lleva una horquilla en la cual sealoja la otra; ambas estn unidas por el eje de articulacin. La pieza mvil nopuede efectuar una rotacin completa alrededor de su eje.

Se utiliza en los sistemas de accionamiento del cambio y en los brazos de la sus-pensin de los vehculos. Entre el eje de articulacin (2) y el brazo de articu-lacin (3), se interpone un casquillo elstico (4) que amortigua las vibraciones.

a Figura 1.24. Horquilla de suspensin.

Uno o dos pasadores tangentes Tornillo prisionero Anillo elstico


a Figura 1.22. Gorrones.

Mun

Quicios


14 Unidad 1

Articulacin de rtula. Las rtulas estn formadas por un perno con cabeza es-frica (35 o 40), que acopla una placa (32) y un anillo seeger o circlips (31) enlos semicojinetes esfricos (34 y 36 o 39 y 41), mantenidos en posicin por unmuelle (33 o 38). Por la parte inferior se dispone un guardapolvo que evita laentrada de polvo o salida de la grasa que introducimos por el engrasador.

El muelle permite una cierta elasticidad capaz de absorber las vibraciones y,al mismo tiempo, ajusta automticamente la holgura que pueda haber. Porotra parte nos podemos fijar en el detalle de los pasadores de aletas. Otro tipode rtula es la que tiene el perno roscado en el extremo y la fijacin se reali-za con una tuerca en sustitucin del pasador de aletas.

1.3. De impermeabilidad

Tienen por objeto evitar que se derramen al exterior los fluidos (lquidos o gases)contenidos en depsitos y conducciones e impedir la entrada de agentes exterio-res (polvo, humedad, etc.), que podran perjudicar el funcionamiento de los com-ponentes internos de la misma.

Juntas de estanqueidad. En las uniones fijas entre dos piezas que deben conte-ner un lquido o gas, el perfecto acabado entre las dos superficies en contactoo asientos no es suficiente para conseguir la estanqueidad, por lo que se em-plean las juntas. Consisten en una lmina de amianto aprisionada entre doschapas muy finas de acero o de cobre, cuando se trata de soportar elevadas pre-siones y temperaturas (juntas de culata). Otras veces son de caucho, corcho oplstico (juntas del crter del aceite), segn las condiciones de trabajo.

Siempre que se hace el desmontaje de este tipo de uniones es conveniente sus-tituir las juntas por otras nuevas, aadindoles en algunos casos una especie depasta o sellador hermtico.

a Figura 1.26. Juntas de estanqueidad.

a Figura 1.25. Bieleta de la direccin. Articulacin de rtula.

41 40 39

3836

34

33

3231

35Engrasador

En la figura 1.25 se muestra unabarra de direccin y sus articulacio-nes.



Obturadores. Se emplean en las uniones mviles para impedir fugas del acei-te o grasas de engrase existentes en los ejes deslizantes o giratorios, y evitar,con su proteccin, que entre suciedad en su interior.

Anillos de fieltro o juntas tricas de caucho. Se emplean generalmente parala lubricacin por grasa. Los anillos se colocan en canales hechos a propsi-to en los lados del soporte.

Prensaestopas con empaquetadura. Pueden tener forma de cazoleta, copa o vaso.

Retenes. Llamados tambin anillos de retencin o juntas. Son elementos im-portantes en toda clase de mquinas y vehculos.

Son de goma sinttica y estn provistos de un labio apropiado, apretado so-bre el eje por la elasticidad de la goma y la accin de un resorte anular. Sonmuy apropiados para elevadas revoluciones, pueden tener un alma metlicaincorporada al anillo exterior.

Estos anillos deben ser montados untados en aceite, para suplir, al principio,la carencia de este y quitar el alabeo del labio, impidiendo la salida del lubri-cante. Y con el labio hacia el interior.

Fuelles o guardapolvos. Se utilizan en las rtulas de la direccin y en las juntashomocinticas de la transmisin o palieres principalmente. En estas ltimas secomercializan con una bolsa de grasa, para aadir en el momento del montaje.

Junta trica. Se denomina junta trica, a un elemento toroidal de goma elsti-co, que tiene como funcionalidad asegurar la estanqueidad.

a Figura 1.30. Juntas de estanqueidad (Fuelles).


a Figura 1.27. Anillos de fieltro.

d1

d2d3

d b

N8

f14

a Figura 1.28. Prensaestopa con empaquetadura. a Figura 1.29. Retenes.

d 2H

8

d1h1

1

b

Gomao resorteanular

1. Para qu llevan las tuercas almenadas sus ranuras?

2. Es indiferente el sentido de las ranuras a la hora de colocar una arandela dentada?

3. Identifica los ejes y cubos ranurados en la transmisin de un vehculo.

4. Localiza en un vehculo los fuelles de la transmisin.

ACTIVIDADES

En la figura 1.30 se representa unajunta de estanqueidad utilizada enlos sistemas de la caja de direccin.



16 Unidad 1

2. Elementos de guiado y apoyoEn todas las uniones mviles existe un movimiento relativo entre dos superficies,a fin de facilitar el deslizamiento y reducir el desgaste. Los gorrones se apoyan so-bre cojinetes montados en los soportes. Los cojinetes pueden clasificarse, segnsu modo de trabajar, en cojinetes o cojinetes de deslizamiento cuando el roza-miento entre gorrn y cojinete se efecta por deslizamiento; y en rodamientos ocojinetes de rodadura, cuando el rozamiento es por rodadura.

2.1. Cojinetes de deslizamiento

El empleo de cojinetes de friccin supone una solucin ms econmica respectode aquella que emplea cojinetes de rodadura.

Los cojinetes de friccin no pueden ser utilizados para elevadas revoluciones, amenos que la carga que soporten sea pequea.

Excepcionalmente, se pueden emplear los cojinetes de friccin, utilizando lubri-cacin a presin, para soportar fuertes cargas y elevadas velocidades; por ejemplo,semicojinetes de biela y de cigeal de un motor alternativo.

Clases de cojinetes de friccin

La fabricacin de este tipo de cojinetes se realiza segn la figura 1.31, a partir dechapa de acero recubierta en su cara interna, la superficie de trabajo, con unaalea cin antifriccin que le proporciona un rozamiento suave y evita el desgastedel rbol. Los cojinetes deben estar lubricados durante su funcionamiento, nor-malmente por barboteo o a presin, por lo que disponen de unas ranuras de en-grase comunicadas con un orificio, por donde entra el aceite a presin. Otras ve-ces, las ranuras son curvas para facilitar la distribucin de la lubricacin. A estasranuras les llamamos patas de araa. Al mismo tiempo, gracias a su bajo puntode fusin, si se calienta excesivamente por falta de engrase, el cojinete se funde yas se evita el agarrotamiento o gripado de las partes en movimiento. El materialantifriccin es ms blando que el del eje que gira, por lo que el desgaste se produ-ce en el cojinete, que es el que se sustituye en las reparaciones.

a Figura 1.31. Cojinetes con patas de araa.

Cojinetes de pata de araa

Acero

Capa de materialde antifriccin

Cojinetes de ranura de engrase

Taladroy ranurade engrase

Taln deposicionamiento

Llegadade aceite



Un ejemplo tpico en automocin es cuando se dice que se ha fundido una biela.

Atendiendo a su forma de trabajo (figura 1.32), los cojinetes pueden ser radialeso axiales.

Segn su forma constructiva pueden ser (figura 1.33):

Enteros. El cojinete se compone de un cilindro hueco, en este caso llamadocasquillo.

Partidos. Estn formado por dos semicasquillos.

Sistemas de montaje y ajuste

En el montaje hay que inmovilizar la superficie exterior de los cojinetes con el so-porte, siendo la superficie interior la parte deslizante:

Para los casquillos enteros, por medio de un ajuste forzado.

Para los casquillos partidos, se fijan al soporte por medio de unos sombreretesy unas pestaas, o taln de posicionado, en los bordes (figura 1.31), que seasientan en unos entrantes del soporte.

A pesar del engrase, los cojinetes y gorrones se desgastan por el rozamiento, au-mentando la holgura entre ellos. Para ajustar la holgura, necesitamos solucionescomo las siguientes:

Para los casquillos: rectificamos el rbol y sustituimos el cojinete por otro nue-vo de sobremedida. En un principio, el eje rectificado no entra en el nuevo co-jinete, por lo que debemos escariar el nuevo cojinete hasta hacer un ajuste per-fecto con el rbol rectificado.

Para cojinetes partidos: se trata de rectificar el rbol desgastado y sustituir lossemicojinetes por otros de mayor grosor, cojinetes con sobremedida, que cubranel espacio perdido en el rectificado y se ajusten perfectamente. Ejemplo: los se-micojinetes de biela y de cigeal.

a Figura 1.34. Rectificado de ejes.

a

b

Trabajo de escariado realizado con taladradora vertical; a) taladrado; b) escariado.

Carrera doble

CarreraCarrera

a Figura 1.32. Cojinetes axiales y radiales.

Radial Axial y radial

a Figura 1.33. Cojinetes axiales y radiales (enteros y partidos).

Pestaa


18 Unidad 1

2.2. Cojinetes de rodadura o rodamientos

Estn constituidos por un anillo interior, va o pista interior, unido solidariamenteal rbol o eje; otro anillo exterior, va o pista exterior, unido al soporte del cojine-te; y un conjunto de elementos rodantes (que pueden ser bolas, rodillos o conos),separados entre s por medio de una jaula que mantiene cierta distancia entre ellos.

El empleo de rodamientos, aunque encarece el mecanismo, reduce considerable-mente el rozamiento, el desgaste y el lubricante necesario. Adems permite ma-yor velocidad de empleo, y admite mayores cargas, tanto axiales como radiales.Sin embargo, no son muy propicios cuando soportan choques o sobrecargas.

Tipos de rodamientos

En los catlogos de las casas de fabricantes de rodamientos se encuentran diferen-tes modelos adaptados a la magnitud y direccin de las cargas aplicadas. Un resu-men de los mismos aparece en la siguiente clasificacin:

Rodamientos radiales para cargas perpendiculares al eje

Rodamiento rgido de bolas, de una o dos hileras. Este tipo de rodamiento nosoporta ms que empujes radiales.

Rodamiento rgido de bolas de contacto angular. La carga se transmite de uncamino de rodadura al otro, bajo un ngulo de contacto de 40, con lo que seconsigue una elevada capacidad de carga axial. Existen rodamientos de contac-to angular con dos hileras de bolas capaces de absorber las cargas axiales enambos sentidos.

Rodamiento oscilante de bolas o de rtula. Dispone de dos hileras de bolascon un camino de rodadura comn y esfrico en el aro exterior. Tiene la pro-piedad de auto-orientarse, y compensar de este modo posiciones inclinadas delrbol respecto al soporte, as como flexiones del rbol.

Rodamiento de rodillos cilndricos. No pueden soportar ms que empujes ra-diales.

Rodamiento de agujas. nicamente soportan cargas radiales. Se usan cuandointeresa que haya poca diferencia de dimetros y existen cargas bruscas.

Rodamiento oscilante de rodillos. Contiene dos hileras de rodillos simtricosen forma de tonel, que pueden orientarse libremente en la superficie de roda-dura esfrica del aro exterior.

a Figura 1.35. Protecciones y estanqueidades.

Rodamientos axiales para cargas paralelas al eje

Rodamiento axial de bolas. Pueden ser de simple efecto, absorbiendo cargasaxiales en un solo sentido, o de doble efecto, absorbiendo cargas axiales en losdos sentidos.

PROTECCIN ESTANQUEIDAD1 deflector de acero: Z

2 deflectores de acero: ZZ1 junta: E

2 juntas: EE

ESTANQUEIDADES REFORZADASJunta E10 con 2

labios, uno de ellosde contacto axial

(Patente SNR)Junta E16 labio

de contacto axial



Rodamientos para cargas oblicuasLos rodamientos cnicos pueden transmitir grandes cargas axiales y radiales. Per-miten simplificar considerablemente los montajes, mediante la supresin de com-binaciones de rodamientos axiales y radiales, ya que los rodillos cnicos cumplenla finalidad de ambos.

a Figura 1.36. Tipos de rodamientos.

a Figura 1.37. Rodamientos. a Figura 1.38. Rodamientos cnicos.

01 C_Fluidos_SD_01 C_Fluidos 06/07/11 11:52 Pgina 19

Eleccin del tipo de rodamiento

Segn las condiciones de trabajo, nos decidiremos por un tipo de rodamiento, cu-yas caractersticas cumplan con las condiciones exigidas, segn la tabla siguiente:

Sistemas de montaje

Soportes. Entre los soportes y el rbol se intercalan unos elementos de guiadoque suavizan el deslizamiento y disminuyen el desgaste, como sucede con losrodamientos.

a Figura 1.39. Soporte de rodamientos.

Caja o alojamiento de rodamientos. Los rodamientos suelen alojarse en cajaso alojamientos practicados en el bastidor.La posicin de los rodamientos generalmente se fija por su lado interno por me-dio de resaltes o collarines, mecanizados directamente sobre el eje o la caja deellos, donde hacen tope, la pista interior o la exterior. Otras veces, las funcionesde resalte o collarines las hacen unos casquillos concntricos con el eje o la caja,segn permitan un cierto deslizamiento de unos respecto a otros, o estn fijostanto al rbol como al bastidor.

m

a

hc

h1A Dd

l

Visto por A

Sombrerete

Base

V

b u

20 Unidad 1

a Tabla 1.1. Caractersticas de los rodamientos.

Forma constructiva del rodamiento

Rodamientos radiales Rodamientos axialesCaracterstica funcional

Absorcin decarga radialAbsorcin decarga axialAdaptabilidadangularNm. de revoluciones elevado

Rozamiento reducido

Alta rigidez radial

Alta rigidez axial

La forma constructiva del rodamiento cumple la caracterstica funcional

Muy bien Bien Suficientemente En determinadas condiciones No


Se fijan, por el lado externo (vase la figura 1.40), con unas tapas o platinas ator-nilladas a la pared del bastidor (para la pista exterior), unos anillos seegers (paralos aros exterior o interior) o unas tuercas de fijacin (para el aro interior).

a Figura 1.40. Sistemas de fijacin de rodamientos.

Sistemas de fijacin de rodamientos:

Tapa para el anillo exterior y resalte del eje. Se emplean para pequeos es-fuerzos axiales (figura 1.40-A).

Anillos. Se emplea este procedimiento cuando el resalte de la pieza exteriory del eje son pequeos (figura 1.40-B).

Tuerca de fijacin. Es uno de los procedimientos ms empleados. En deter-minados casos es conveniente emplear contratuerca (figura 1.40-C).

Comprobacin de los rodamientos

Un rodamiento deteriorado produce durante su funcionamiento un ruido como derugido o sonajero, vibraciones, elevacin de temperatura o par anormal de arras-tre, rompindose totalmente al poco tiempo con el dao que ello pueda causar.

Un rodamiento en perfecto estado no debe de tener la menor corrosin, exfolia-cin, marcas o fisuras. Adems, si hacemos girar alguna de sus pistas, el rozamien-to ser suave, sin presentar sntomas de agarrotamiento.

Tapa para el anillo exterior y resalte del eje

Anillos

Platinas

Collarn

Resalte

A B C

Tuerca de fijacin

Paraejes

Paraagujeros

Carcasa Tapa

Tuerca

Junta


5. Identifica los diferentes ti-pos de cojinetes radiales yaxiales en un motor, ascomo sus soportes, su for-ma de montaje y de ajuste.

6. Analiza el montaje de losrodamientos en la figura si-guiente:

ACTIVIDADES

a Figura 1.41.

Aros interiores apoyadosen resalte del rbol

Tapa o platinade fijacin

Sellode fieltro

Rodamientoderecho

Rodamientoizquierdo

Anillo deretencin

Tapa deestanqueidad

o platina

Aro exterior flotaen el alojamiento

Poleas planasAro exterior apoyado

en la tapa

Chavetero ChaveteroBastidor

Bastidor


22 Unidad 1

3. Mecanismos de transmisinSe denomina transmisin o mecanismo al conjunto formado por los rganos quese emplean en las mquinas o talleres para transmitir o transformar un tipo demovimiento en otro.

Los componentes mviles ms empleados en mecanismos son:

Engranajes.

Correas.

Cadenas.

Tornillos o husillos.

Acoplamientos de rboles y palancas.

3.1. Engranajes

Es un conjunto mecnico compuesto de dos o ms ruedas dentadas, cuyos dien-tes, enlazados entre s, transmiten un movimiento circular de un rbol a otro.

La transmisin se realiza por empuje de un diente a otro, impidiendo el desliza-miento entre las ruedas, lo que permite transmitir grandes potencias.

Caractersticas de las ruedas dentadas

Circunferencias en una rueda dentada

Circunferencia de pie es aquella sobre la que se apoyan los dientes.

Circunferencia de cabeza es la que limita el dentado por la parte exterior.

a Figura 1.42.

Cara

Flanco

Fondo

Crculoprimitivo

Crculobase

x

z

y

Adendo

Dedendo

Crculo de adendo(o de extremos)

Crculo de dedendo(o de raz)

Holgura (o claro)

Grosorde

diente

Paso circularBorde superior

Ancho de cara

Dex

Din

Dp

Adendo = mDedendo = 1,25 m

Relaciones en los engranajes:Dp = m zDex = Dp + 2mDin = Dp 2,5m



Circunferencia primitiva (F). Cuando dos ruedas engranan, las podramosconsiderar, a efectos de transmisin de movimiento, como dos ruedas lisasque ruedan la una sobre la otra. Al dimetro de cada una de estas ruedas lellamamos dimetro primitivo. Y es un dimetro intermedio entre el de lasprimeras circunferencias.

Paso (p)

Es el arco de circunferencia primitiva comprendida entre los centros de dos dien-tes consecutivos, de modo que puede escribirse:

Dp = z p

Donde z es el nmero de dientes.

Dos ruedas dentadas engranadas deben tener el mismo paso y el mismo mdulopara as poder entrelazar sus dientes.

Mdulo (m)

Es la relacin que existe entre el dimetro primitivo y el nmero de dientes.

m = = (mm/diente)

Por razones prcticas los valores de m se escogen creciendo de 0,25 en 0,25 hastael valor 4, de 0,5 en 0,5 hasta 7 y de 1 en 1 hasta 16, etc.

Clases de ruedas

Ruedas cilndricas. Cuando la parte exterior del dentado est contenida en uncilindro.

Ruedas cnicas. Cuando la parte exterior del dentado, o contorno de la rue-da, es un cono.

Se acostumbra a llamar pin a la ms pequea y rueda o corona a la ms grande.

Clases de dentados

El tipo de dentado que pueden llevar los engranajes puede ser recto, inclinado ohelicoidal, as como en flecha o doble dentado.

Recto. Cuando los dientes tienen los flancos paralelos a sus ejes. Son los mssencillos de construir, pero tienen el inconveniente de que los dientes entrande inmediato en contacto sobre todo el ancho de cara. El impacto repetitivode dientes contra dientes produce una vibracin particular, que se oye como elrugido caracterstico de los coches en marcha atrs. El perfil de diente ms em-pleado es el de la evolvente del crculo.

a Figura 1.44. Dentados rueda cilndrica.

Inclinado o helicoidal. Sus flancos forman lneas helicoidales. Tienen la ven-taja, sobre las de dentado recto, de ser ms silenciosos debido al contacto mssuave y gradual entre las superficies de los dientes cuando estos entran en con-tacto. Pueden ir a mayor velocidad; pero presentan el inconveniente de la apa-ricin de fuerzas axiales.

Dentado recto Dentado helicoidal Doble hlice

p

Dpz

a Figura 1.43. Rueda dentada c-nica.


24 Unidad 1

Dentado a doble hlice o robln. Para evitar el inconveniente de la apari-cin de fuerzas axiales, pueden tallarse las ruedas con los dientes inclinados,la mitad en un sentido y la otra mitad en el opuesto, de modo que cada flan-co de dientes tenga la forma de flecha. Con ello, aparecen las fuerzas axialesiguales y de sentido contrario, por lo que se anulan, permaneciendo las ven-tajas de las ruedas de dentado inclinado. Sin embargo, al ser ms difcil su eje-cucin estas ruedas no se usan ms que en la transmisin de grandes fuerzasa gran velocidad.

Tipos de engranajes

Los engranajes pueden ser de tipos distintos, segn sea la posicin de sus ejes ylas condiciones tcnicas que se deseen. Los ms corrientes se indican a conti-nuacin:

Ejes paralelos. Es el caso ms sencillo y corriente en la tcnica. Puede solucionar-se con cualquiera de los tipos de dentado que comentamos en el punto anterior.

a Figura 1.45. Ejes paralelos.

Ejes que se cortan. Los dos ejes estn situados en el mismo plano y se cortanen un punto de este. Las ruedas son cnicas, y los dentados rectos, helicoida-les, o dentado espiral.

Ejes que se cruzan. Cuando los dos ejes no son paralelos ni estn situados enel mismo plano. Las soluciones ms empleadas son:

Ruedas cilndricas helicoidales.

Tornillos sinfn. Cilndricos o globoides. Estos ltimos se utilizan en algunasdirecciones para conseguir una relacin de giro variable.

Engranaje hipoide. Formado por dos ruedas cnicas en las que sus ejes no secortan, sino que se cruzan. Se utilizan en el grupo cnico-reductor de algu-nos coches de propulsin trasera.

Otros tipos. Dentado interior, cremallera, rueda de trinquete y rueda de ca-dena.

a Figura 1.47. Ejes que se cruzan.

a

Ruedas cilndricashelicoidales

Tornillo sinfn normal Sinfn globoideEngranaje helicoidal

Engranaje exterior Engranaje interior Cremallera

Double chevroEl primer Citron Citron A, 1919ya luca doble galn, que tiene suorigen en los engranajes conoci-dos por su funcionamiento casi per-fecto que fabricaba la sociedad deengranajes Citron en 1913.

vocabulario

Razn de transmisinSi Z1, N1, Z2 y N2 son los dientes yrevoluciones de las ruedas se cum-ple:

Z1 N1 = Z2 N2

saber ms

a Figura 1.46. Ejes que se cortan.

Dentado recto

Dentadohelicoidal

La propulsin traseraUno de los inconvenientes de loscoches de propulsin trasera es quemerman un poco la habitabilidad,ya que hay que dejar espacio parael eje. El llamado tnel de transmi-sin (el hueco por donde pasa eleje) se redujo haciendo que el rbolde transmisin pueda atacar msbajo al eje trasero con un engrana-je tipo hipoide.

saber ms


Tipos de trenes de engranaje

Un tren de engranaje es una sucesin de dos o ms ruedas dentadas conectadas.Segn la disposicin entre ellas, distinguimos varios tipos de trenes, como son:

Trenes de engranaje en serie. Son aquellos en que cada eje tiene solo un en-granaje.

Trenes de engranaje en paralelo. Son aquellos en los que cada eje tiene dos oms engranajes solidarios entre s.

Trenes de engranaje serie-paralelo. Son aquellos en los que se combinan unosen serie y otros en paralelo.

Trenes de engranaje epicicloidales. Es una clase de tren de engranajes que tie-ne extensa aplicacin. En l son necesarias dos entradas para obtener una sali-da. Se utilizan en los cambios automticos de los vehculos y en la reductora delos motores de arranque modernos.

a Figura 1.48. Tipos de trenes de engranaje.

3.2. Correas y poleas

Para la transmisin de movimiento entre rboles alejados, donde la utilizacin de untren de engranaje resulta difcil, se emplean los mecanismos de correas y poleas.

En estos mecanismos la transmisin se realiza por medio de la fuerza de rozamien-to, generada entre la polea y la correa (excepto en las correas dentadas, en que latransmisin se asegura por empuje).

Las transmisiones con correa se usan en una amplia variedad de aplicaciones: co-rrea de la distribucin, del compresor del aire acondicionado, del alternador, etc.Son relativamente silenciosas, no requieren lubricacin y resultan de bajo costeen comparacin con las transmisiones de engranajes o cadenas.

El inconveniente principal de las correas es su baja capacidad para transmitirgrandes esfuerzos, debido a la posibilidad de deslizamiento. Por eso se recurre a lascorreas dentadas.

2

2

3 57

3 4

Engranajes en serie

Engranajes en paralelo

Engranajes epicicloidalesCorona (3)

Satlite (2)Planetario (1)

Eje desalida

Eje deentrada

N2

entr.

entr.

sal.

sal.

N2 N3

N4 N514t

N6 N714z 70t

84z

14z 84t

14z 84z 14z 70z84z

N3N4 N5 N6

5 6


Willis

N2 = (Z3 N3 + Z1 N1)

1: Planetario

2: Satlites

3: Corona

1Z3 + Z1

saber ms


26 Unidad 1

Tipos existentes

Segn la forma del elemento flexible cabe distinguir entre:

a Figura 1.49. Tipos de correas.

Eleccin del tipo de correa y polea

Las correas planas se construyen de diferentes espesores y anchos. Se comerciali-zan en tiras abiertas cortadas, segn la longitud, cuyos extremos libres se unencon chapas atornilladas o grapas, que soportan los esfuerzos y permiten una cier-ta elasticidad.

Las correas trapezoidales y dentadas son elementos de mquinas fuertemente nor-malizados.

Conocida la correa, buscamos las poleas, tambin normalizadas, de forma que nosacerquemos lo ms posible a la relacin de transmisin que buscamos.

Finalmente, para cualquier tipo de seccin, hay un conjunto de correas con dis-tinto desarrollo o longitud, de las que elegiremos la que ms se aproxime a nues-tras exigencias.

A la hora de sustituir una correa, se mide el espesor, la anchura y la longitud o de-sarrollo. A continuacin, se recurre a los catlogos del fabricante, donde encon-traremos una correa semejante.

Sistemas de montaje

Las poleas se fijan casi siempre al rbol mediante chavetas.

Si estn en el extremo del rbol, se encajan entre un collarn practicado en el r-bol con un chavetero y un tornillo con su arandela por su parte exterior.

Si estn a lo largo del rbol, las fijamos con un tornillo de retencin o prisioneros.

En cuanto a las poleas, todas necesitan un sistema tensor. Unas veces este ser derodillos tensores, como en la correa de la distribucin de un coche. En cambio, otraspoleas llevan un sistema de sujecin por basculamiento, como en el alternador.

Las correas no deben estar demasiado tensas ni demasiado flojas, debiendo exis-tir siempre una suavidad de atirantamiento, que se mide apretando fuerte con eldedo pulgar en el punto medio del tramo ms largo. La correa debe flexar unosmilmetros pero lo ms fiable es consultar los datos del fabricante (la tensin dela correa es muy importante en los vehculos modernos).

Redondas Planas Trapeciales

Banda trapecial En eslabones Dentadas Banda en Vo multigarganta

Seccin ammh

mm

Z 10 6

A 13 8

B 17 11

C 22 14

D 32 19

E 38 25

F 51 30

40

a

h

a Figura 1.50. Tipo de seccin.

a Figura 1.51. Polea.

Llanta

Cubo y chavetero Radio

Tornillo de retencin



3.3. Cadenas

Los mecanismos de cadenas y ruedas dentadas son aquellos encargados de trans-mitir un movimiento de rotacin entre dos rboles paralelos, por medio del em-puje generado entre los dientes de las ruedas y los eslabones de cadena. Se utili-zan principalmente cuando los ejes de conductor y conducido son muy distantesy las condiciones de esfuerzo y altas temperaturas impiden el uso de correas. Enestos casos, la transmisin de cadena puede ser la solucin ms fiable y econmi-ca. Tiene el inconveniente de necesitar lubricacin.

a Figura 1.55. Tipos de cadenas.

Tipos de cadenas

De mallas o bloques.

De rodillos. Pueden ser sencillas, dobles, triples, etc.

Eleccin del tipo de cadena

Las cadenas (en sus diferentes formas) y las ruedas correspondientes son elemen-tos que se encuentran sujetos a fuertes normalizaciones, en especial las cadenas,pues las ruedas pueden construirse en talleres no especializados.

De mallas o bloques

De rodillos sencillosDe rodillos dobles De rodillos triples

a Figura 1.52. Tensado de correa. a Figura 1.53. Tensado de correa.

Bloquedel motor

Correa

Rodillotensor

34

a Figura 1.54. Tensado de correa.

2 cm

T

DV

C

a Figura 1.56. Husillo y tuerca.


28 Unidad 1

3.4. Husillos o tornillo y tuerca

Se trata de un eje roscado y una tuerca roscada en l. A la tuerca se le asegurala conduccin en traslacin y la inmovilizacin en rotacin, de tal manera que,cuando hacemos girar al eje roscado, la tuerca se enrosca o desenrosca con unmovimiento de traslacin. Un ejemplo es el mecanismo de direccin de torni-llo y tuerca.

Tornillo con recirculacin de bolas. Otra disposicin de este tipo de direc-cin consiste en intercalar una hilera de bolas entre el tornillo y la tuerca.El movimiento lineal se transmite por medio de una cremallera lateral a unsector dentado unido a la palanca de mando. Esta disposicin, mucho mscara y de mayor dificultad de fabricacin, disminuye los rozamientos y eldesgaste.

Otros mecanismos que se basan en el mismo principio los vemos en la figura 1.58.

3.5. Acoplamiento de rboles

Son rganos mecnicos que transmiten el movimiento entre dos rboles coaxia-les. La variedad de los mismos es muy grande, porque deben adaptarse a las con-diciones particulares del trabajo. Segn sus caractersticas, se distinguen los si-guientes tipos:

Acoplamientos rgidos. Se emplean para unir los extremos de dos rboles queguardan entre s una alineacin perfecta. Los hay de manguito y de disco; losacoplamientos estn normalizados segn el dimetro de los rboles.

Manguito de dos mitades. El arrastre est asegurado por la adherencia de lasdos mitades del manguito debido a la presin que ejercen los tornillos.

Manguito de platos y casquillo cnico. El arrastre es doblemente asegurado;de una parte, por la adherencia de los conos; y de otra, por la presin de lostornillos. Es ms complicado y costoso de fabricar que los anteriores, pero semonta y desmonta fcilmente.

Acoplamientos elsticos. Sirven para acoplar rboles que no estn bien alinea-dos. Para ello se intercalan entre sus partes rgidas unos rganos deformableselsticos de material diverso (caucho, fleje de acero, etc.) que permiten unarranque ligeramente progresivo, absorben las deformaciones angulares de losrboles debido a la torsin y eliminan la transmisin de vibraciones. Se utili-zan, por ejemplo, en el acoplamiento del rbol de la direccin.

a Figura 1.57. Caja de direccin. a Figura 1.58.

Rosca a derechas Rosca a izquierdas

Tornillo tensor

Destornillador de vaivn

a Figura 1.59. Acoplamiento rgi-do con manguito de dos mitades.

Corte A-B

A

B

Fn

Fn

R

O

La figura 1.57 muestra un tipo decaja de direccin.



a Figura 1.60. Acoplamiento rgido con platos y casquillo cnico.

Acoplamientos mviles o variables. Permiten desplazamientos relativos axia-les, radiales y angulares de los rboles en movimiento.

Juntas cardan de cruceta. Son los modelos ms conocidos.

Se componen esencialmente de dos horquillas unidas a los extremos de losrboles, situadas en planos perpendiculares y unidas mediante una articula-cin en cruz o cruceta, alrededor de la cual pueden oscilar las horquillas.

El inconveniente de estas articulaciones es que no son homocinticas, por loque la velocidad del rbol conducido no es igual a la del rbol conductor,sino que flucta regularmente durante su giro.

Doble junta cardan de cruceta. Se emplean en mecanismos donde no sonadmisibles estas fluctuaciones de velocidad. Estn compuestas por un rbolintermedio unido a los extremos de los dos rboles de la transmisin median-te dos juntas cardan sencillas.

El rbol intermedio puede ser telescpico, para permitir el desplazamientoaxial de uno de los rboles.

Juntas cardan de rtula. Este sistema, tambin homocintico, no tiene comopieza intermedia una cruceta, sino una esfera con cuatro o seis acanaladuras,en las que se alojan unas bolas.

a Figura 1.62.

rbol telescpico

Horquilla del rbol de transmisinCrucetaCojinetes de agujasArandelas de seguridad

1234

1 23

4

Despiece de una junta cardan

Junta homocintica

60

P

Corte A-B

R

A

A

F0

F0

Fr Fn

F0

Conicidad 5 %


a Figura 1.61. Acoplamientos els-ticos.

La junta homocinticaCuando las ruedas delanteras sondirectrices y motrices, estas tienenque transmitir fuerzas independien-temente del ngulo en que estngiradas. La junta cardan no solucio-na del todo este problema, porqueno transmite la fuerza regularmen-te, sino a pequeos saltos. Esteinconveniente se soluciona con lainvencin de la junta homocintica.El primero en emplearla fue la mar-ca francesa Tracta en 1927.

saber ms

La figura 1.61 muestra la uninelstica entre la caja de direccin yla columna.



30 Unidad 1

3.6. Mecanismos de palancas

Este mecanismo, de gran versatilidad, est formado por cuatro componentes, unode ellos fijo (bastidor). Los miembros que giran unidos al bastidor se llaman ma-nivelas o balancines, segn que puedan dar o no una revolucin completa (no-sotros le llamaremos palanca). El componente intermedio, que no tiene eje de ro-tacin fijo y que sirve de enlace para los dos anteriores, se denomina biela obieleta (nosotros le llamaremos brazo o barra). Por ejemplo: sistema de direccin.

a Figura 1.63. Conjunto direccin.



Barra deacoplamiento

Barra demando

Palancade ataque

Palancade mando

EngranajeColumna

VolanteMangueta

Pivote

7. Calcula el mdulo de una rueda dentada si tiene 24 dientes y un radio primitivo de 80 milmetros.

8. Sabemos que una rueda dentada tiene un mdulo m = 3,5 y 28 dientes. Calcular el dimetro primitivo de larueda dentada.

9. Clasifica, por orden de mejor a peor, los distintos tipos de dentados y explica el porqu.

10. Sabras decir dnde suele haber piones cnicos en un vehculo?

11. Qu tipo de correa trapezial deberamos emplear en una transmisin donde la polea menor gira a 1.000 r.p.m.y la potencia a transmitir es de 147,2 kW?

12. Copia el dibujo en tu cuaderno y en el sistema de direccin de la figura siguiente, identifica las distintas arti-culaciones y el tipo al que pertenece cada una.

ACTIVIDADES

a Figura 1.64. Puente delantero.

Palanca de mandoSemibarra de acoplamientoPalanca de acoplamientoSemibarra de acoplamientoPalanca de ataqueJunta elsticaCaja de direccin (mecanismo)Barra de acoplamiento

A.B.C.D.E.F.G.H.

FG

C

A

E

D

H

B

En la figura 1.63 se muestran loselementos que tiene la direccin.



4. Tipos de movimientosComenzaremos definiendo los siguientes conceptos sobre el movimiento:

Mvil: se llama mvil a todo cuerpo que se mueve.

Trayectoria: la trayectoria es el camino seguido por el mvil.

Velocidad: es el espacio recorrido en la unidad de tiempo. v = . Se mide enkm/h, m/s, etc.

En este punto veremos los distintos tipos de movimientos planos por orden de di-ficultad:

Movimiento lineal

Movimiento angular

Movimiento compuesto (lineal ms angular)

4.1. Movimiento lineal

Fjate en el movimiento del pistn (figura 1.65). La trayectoria o camino del pun-to A es una lnea recta as como la trayectoria del punto B o de cualquier otro,que tambin son lneas rectas.

Al mismo tiempo, si la velocidad del punto A es vA = 10 m/s, en ese mismo mo-mento, la velocidad del punto B o del C tambin ser cada una de 10 m/s.

Efectivamente, en cualquier instante las velocidades de todos los puntos del cuer-po son iguales y, adems, todos los puntos del cuerpo tienen trayectorias rectil-neas paralelas.

En estos casos, se dice que el pistn tiene un movimiento lineal.

4.2. Movimiento angular

Un cuerpo tiene movimiento angular cuando las trayectorias de todos sus puntosson circunferencias concntricas, con centro en el centro de rotacin. La veloci-dad angular de todos sus puntos o, lo que es lo mismo, el nmero de vueltas quedan en la unidad de tiempo, es la misma.

et


a Figura 1.65. Conjunto biela-pis-tn.

BCA

a Figura 1.66. Volante.

A

B

C

En este apartado se indican los dife-rentes tipos de movimientos.



Al estudiar un movimiento angular se pueden presentar dos casos:

Clculo de la velocidad lineal en un punto

Conocidos:

La velocidad angular N (rev/min).

La distancia R (metros) a su centro de rotacin.

Cuando el cuerpo da una vuelta, el punto A recorre una circunferencia con centro en el centro de rotacin y se desplaza la longitud de la circunferencia L = 2 R (m/vuelta).

Si en un minuto realiza N (vueltas/minuto), se mover a una distancia de N (vuel-tas/minuto) L (m/vuelta) = N L (metros/minuto). Por tanto, la velocidad li-neal del punto A ser:

vA = 2 R ( ) N ( ) = 2 R N ( )La direccin ser perpendicular al radio, y el sentido el que indica la velocidad an-gular.

Clculo de la velocidad angular de un cuerpo

Conocidos:

La velocidad lineal de un punto vB (metros/seg).

Su distancia R (metros) al centro de rotacin.

Si la longitud a que se desplaza el punto B en un segundo es vB (metros/ segundo),en un minuto se habr desplazado L = VB (m/su) 60 (su/min) = vB 60 (m/min). El nmero de vueltas que dar en un minuto ser igual a la longitud que recorre enun minuto, partido entre la longitud de una vuelta, L = 2 R (metros/vuelta):

N =

vB ( ) 60 ( )= ( )

2 R ( )4.3. Movimiento compuesto (lineal ms angular)

La rueda de la figura 1.67 rueda sobre el suelo. Esta rueda gira sobre su propio ejey al mismo tiempo se traslada. Se trata de un movimiento compuesto (lineal msangular).

Este tipo de movimiento se puede estudiar como un movimiento de rotacin cuyocentro de rotacin, en ese instante, centro instantneo de rotacin (C.I.R.), esel punto de contacto con el suelo. El sentido de giro y la velocidad angular sonlos de la propia rueda.

Se trata de un movimiento angular con la diferencia de que en este, el centro derotacin no es fijo, sino que vara con el tiempo.

mrevu

revminu m

min

mrevu

revmin

vB 602 R

sminum

suu

32 Unidad 1

Cantidades y unidadesSiempre que trabajemos con canti-dades, tenemos que poner las uni-dades en que se miden, para assaber las unidades en que obten-dremos el resultado.

saber ms

a Figura 1.67.

C.I.R.


El problema que realmente plantea un movimiento compuesto es calcular el cen-tro instantneo de rotacin. Se pueden presentar dos casos:a) Conocemos el punto fijo del cuerpo, el que hace contacto con el suelo, sobre

el que gira en ese instante (centro instantneo de rotacin).b) El cuerpo no tiene ningn punto fijo, pero conocemos la direccin de la velo-

cidad lineal en dos puntos distintos.


13. Si una persona andando desarrolla una velocidad media de 4 km/h, calcula el tiempo que tardara en recorreruna distancia de 15 km.

14. Para el caso anterior, qu espacio recorrer andando durante 5 horas y 30 minutos?

15. Un coche ha realizado un viaje en dos etapas de 300 y 450 kilmetros. Sabiendo que las velocidades mediasen cada una de ellas han sido de 70,4 y 110,7 km/h, respectivamente, calcula la velocidad media de todo elrecorrido.

16. Una rueda gira con una velocidad angular de 15 rev/min. Calcula las vueltas que da en 15 segundos.

17. Calcula la velocidad angular en rev/min a las que gira la Tierra en su movimiento de rotacin. Y la velocidada la que gira el minutero y el segundero de un reloj?

18. Un disco de vinilo de 25 cm de dimetro gira a 18 rev/min. Calcula la velocidad lineal de un punto en su bor-de, y la de otro en la mitad, entre el borde y el centro.

ACTIVIDADES

El disco de la figura rueda sobre el suelo sin resbalar. Se trata de un movimiento lineal ms angular. Si sa-bemos que gira a 200 rev/min, calcula la velocidad a la que se desplaza (velocidad lineal).

Solucin

El punto fijo del disco es aquel que est en contacto con el suelo al no haberdeslizamiento. Este ser el centro instantneo de rotacin, y consideraremos elmovimiento como de rotacin pura respecto a este punto. La velocidad angu-lar es de 200 rev/min.

La velocidad de traslacin ser la velocidad lineal del centro del disco.

El centro se mueve en ese instante como si describiera la circunferencia quepasa por l y con centro en el centro de rotacin. Se trata de un movimiento derotacin. Conocemos la velocidad angular y nos piden la lineal de un punto:

v = 200 2 20 = 25.120 = =

= 418,66 = 4,18

De todo lo anterior deducimos que el disco est sometido realmente a un movimiento lineal de 4,18 m/s msun movimiento angular de 200 rev/min respecto a su eje.

El movimiento no es respecto al centro instantneo de rotacin, pues este solo nos sirve para simplificar losclculos considerando al movimiento como una rotacin pura, y cuyos resultados son totalmente vlidos.

cmrevu

ms

cms

25.120 cm60 s

cmmin

revminu

EJEMPLO

a Figura 1.68.

C.I.R.

R = 20 cm


34 Unidad 1

El mecanismo siguiente trata de una rueda que gira respecto a su eje y esteal mismo tiempo respecto a un pivote fijo al suelo. Si la rueda gira a 150rev/min, calcula la velocidad angular de su eje respecto al pivote.

Solucin

Si nos fijamos en la rueda por separado, vemos que se trata de un movimientocompuesto. Su velocidad de traslacin ser:

v = 150 2 20 = 18.840 = 188,4 =

= = 3,14

Esta ser la velocidad lineal del eje en la rueda.

Si nos centramos en el eje y su pivote, podemos hallar la velocidad lineal del punto del eje sobre el que gira la rue-da y el recorrido que realiza en una vuelta.

mmin

cmmin

cmrevu

revminu

ms

188,4 m60 s

EJEMPLO

N = = 6revmin

2 5 mrevu

3,14 60s

minum

su

a Figura 1.69.

30 cm

R = 20 cm

EjeRueda

Pivote

5 m

19. La bicicleta de la figura 1.70 se mueve a 30 km/h. Calcula:

a) La velocidad lineal del punto en contacto con el suelo de cada una de las ruedas.

b) La velocidad angular de cada una de las ruedas.

c) La velocidad lineal del punto ms alto de cada una de las ruedas.

20. Si en la bicicleta anterior la velocidad angular de la rueda pequea es de 70 rev/min, calcula la velocidad an-gular de la grande.

21. La direccin de la carreta consiste en un eje rgido delantero, que gira sobre el pivote central.

a) Cmo hemos calculado el C.I.R?

b) Si la rueda delantera exterior gira a 30 rev/min, calcula la velocidad angular de las dems ruedas.

ACTIVIDADES

c Figura 1.70.Ry = 10 m

5 m

50 cm

2,15 m

120 cm 35 cm

100

cm


5. Estudio de los mecanismos segnsus velocidades

En general, el problema de velocidades de los mecanismos se plantea del modo si-guiente: dado un mecanismo, identificamos los distintos componentes y la rela-cin del movimiento entre conductor-conducido en la cadena de movimiento,hasta llegar al conducido final.

5.1. Engranaje

Es un conjunto mecnico compuesto de dos o ms ruedas dentadas cuyos dientes,enlazados entre s, transmiten un movimiento circular de un rbol a otro.

Transmisin simple

En la figura 1.71 tenemos dos ruedas dentadas que engranan entre s:

La rueda dentada 1 tiene movimiento de rotacin y cada uno de sus dientes va en-granando en los entrantes de la rueda dentada 2, a la que transmite su movimiento.

La rueda dentada 1 tiene Z1 dientes y gira a N1 revoluciones por minuto.

La rueda dentada 2 tiene Z2 dientes. Queremos calcular el rgimen de giro N2.

Como a cada diente que se desplaza de 1 le corresponde otro diente de 2, tendre-mos que: N1 Z1 = N2 Z2Relacin de transmisin. Es la relacin entre el rgimen de giro de la conducto-ra y la conducida.

RT =

Si la RT < 1, es una multiplicacin (la conducida gira ms rpidamente que laconductora) y si la RT > 1, es una reduccin (la conducida gira ms lentamente quela conductora). De aqu la expresin para la relacin de transmisin:

RT = =

Otras veces se trabaja con los radios primitivos de cada rueda dentada o dimetros.

De donde nos queda, para la relacin de transmisin:

RT = = = =

Si conocemos los dientes o los radios primitivos de las ruedas dentadas, podemoscalcular la relacin de transmisin y, conocida esta, es posible hallar las revolu-ciones de una rueda cuando conocemos las revoluciones de la otra.

RT N2 = N1

Trenes de engranaje

Un tren de engranaje es una sucesin de transmisiones simples.

Segn la disposicin entre ellas, distinguimos varios tipos de trenes, como son:

Tren de engranaje en paralelo. Es un tren en el que todos los ejes tienen dosengranajes solidarios entre s.

Tren de engranaje en serie. Es aquel en el que cada eje tiene solo un engranaje.

21

R2R1

N1N2

Z2Z1

N1N2

Z2Z1

N1 (rgimen de la conductora)N2 (rgimen de la conducida)


Relacin entre la transmisinde fuerza y el giroLos vehculos compaginan la trans-misin de la fuerza del motor porlas dos ruedas del mismo eje y elgiro independiente entre estas,para poder tomar las curvas, debi-do a un mecanismo que se interca-la entre estas y la caja de cambiosllamado diferencial.

saber ms

a Figura 1.71.

R1R2

N1N2

Z1 Z2


Tren serie-paralelo. Es una combinacin de los anteriores.

A la hora de estudiar un tren de engranajes, lo consideramos como una cadenade transmisiones simples, y calculamos la relacin de transmisin de cada una deestas transmisiones.

La relacin de transmisin total del tren es el producto de todas estas transmisio-nes simples.

Relacin de transmisin total: RTT = RT1 RT2 RT3 . . . RTN

5.2. Cremallera

5.3. Tornillo sinfn

36 Unidad 1

Conocido el radio primitivo y el rgimen de giro del pin deataque, calcula la velocidad que se transmite a la cremallera enla figura 1.72.

Solucin

Calculamos la velocidad lineal del punto de contacto entre el pin y lacremallera.

vA = 2 r1 ( ) N1 ( ) = 2 r1 N1 ( )La velocidad de este punto en el pin es la misma que en la cremalle-ra, no hay deslizamiento, y as tenemos la velocidad de la cremallera.

cmmin

revmin

cmrev

EJEMPLO

a Figura 1.72.

V ? VA

A

r1 (cm)

Dado el siguiente tornillo sinfn de una sola entrada conocemos elrgimen de giro del tornillo y el nmero de dientes de la ruedadentada Z, calcula la velocidad con que sube el cuerpo.

Solucin

Cuando el tornillo sinfn da una vuelta, el diente que est en el punto Apasa al punto B, con lo que la rueda dentada ha avanzado un diente. Sicuando avanza 1 diente da una vuelta, cuando avance una vuelta la rue-da, el tornillo gira Z vueltas (una entrada en el tornillo).

Relacin de transmisin del tornillo sinfn:

RT = = = Z =

Sabemos que la velocidad con que sube el cuerpo es la misma que lalongitud de cuerda que se enrolla en la unidad de tiempo.

v = 2 r1 ( ) ( ) = ( )

N dientes de la ruedaN de entradas del tornillo

cmmin

2 r N1

revminuN1

Zcmrevu

N1N2

N conductoraN conducida

EJEMPLO

a Figura 1.73.

Z

N2?

V ?

B Ar1 (cm)



5.4. Husillos o tornillos

Se emplean para transmitir grandes fuerzas y para convertir un movimiento circu -lar en otro de traslacin, o viceversa.

El destornillador de vaivn de la figura 1.74 tiene dos posiciones, de tal maneraque, al empujar al mango contra la pared, unas veces gira en un sentido y otras enotro. Se trata de un mecanismo de tornillo y tuerca: el mango es la tuerca y el tor-nillo, el vstago.

5.5. Mecanismos de palancas

Este mecanismo de gran versatilidad est formado por cuatro componentes, unode ellos fijo (bastidor). Los miembros que giran unidos al bastidor (tienen un ejede rotacin fijo) se llaman manivelas o balancines, segn puedan dar o no una re-volucin completa; en los mecanismos de direccin les llamaremos palancas.

El componente intermedio, que no tiene eje de rotacin fijo y sirve de enlacepara los dos anteriores, se llama biela o bieleta; en los mecanismos de direccin,barras. Las palancas giran respecto a su eje en un movimiento de rotacin pura,tal como hemos estudiado anteriormente.

Las barras, sin embargo, tienen un movimiento compuesto (rotacin ms trasla-cin) en el que empezaremos calculando su centro instantneo de rotacin, parapoderlo estudiar como un movimiento de rotacin.

Estos mecanismos se utilizan para transformar un movimiento lineal en angular,o un movimiento angular en otro angular. A continuacin exponemos un ejem-plo que sirve de aclaracin. a Figura 1.74.

P = 2 mmA

B

A

B

En el sistema de biela-manivela de la figura 1.75, sabemos que la manivela o cigeal gira a 4.500 rev/min.

Calcula para ese instante: a) La velocidad angular de la biela. b) La velocidad lineal del pistn.

EJEMPLO

a Figura 1.75.

15,49 cm

12 cm

vB?

A

vA

B C.I.R.

r = 8 cm

NA?

9,79

N = 4.500 revmin 12,6

5


38 Unidad 1

Solucin

a) Se trata de un movimiento compuesto (rotacin ms traslacin). Calculamos su centro instantneo de rota-cin y la distancia de los puntos A y B a dicho centro.

vA = 2 8 4.500 = 226.080

La velocidad angular de la biela ser:

b) VB = 2 15,49 3.000 = 291,831 cmmin

revminucm

revu

cmmin

revminucm

revu

N = = 3.000 revmin

2 12 cmrevu

226.080 cmminu

22. Dado el siguiente tren de engranaje en paralelo, si conocemos el nmero de dientes de cada una de las rue-das y la velocidad de la conductora, calcula la velocidad de la conducida.

23. Para el mismo motor del ejercicio anterior, la posicin del pistn y la biela en otro instante es la indicada enla figura 1.77. Calcula: a) La velocidad angular de la biela. b) La velocidad lineal del pistn.

24. En la direccin de cremallera de la figura 1.78, calcula la relacin de giro del volante. Consideramos a las bie-letas con movimiento de traslacin.

25. Identifica la rueda dentada y el tornillo sinfn en el motor de un limpiaparabrisas o el de un elevalunas.

ACTIVIDADES

a Figura 1.77.

B

VB

B

r = 8 cm

85 cm

90 cm

AA

VA

a Figura 1.78.

Bieleta

30 cm

Palanca de arranque

Pin de ataqueMangueta

= 6 cm

Barra de mando

a Figura 1.76. Tren de engranajes en paralelo.

N1

N5?

Z2

Z2

Z3Z1 . . Z4

Z5Z4 Z3 . .


6. Accin de las fuerzas sobre los cuerpos

Estudiaremos cmo trabajan las distintas piezas, segn las fuerzas a las que se lassometa, y cmo responden a dichas fuerzas.

6.1. Deformacin de los materiales

Cuando un cuerpo est sometido a la accin de fuerzas exteriores, se deforma porpequeas que estas sean. Si las fuerzas no han superado el esfuerzo elstico, elcuerpo volver a su forma original y se cumple la ley de Hooke, que dice: los alar-gamientos unitarios son proporcionales a las tensiones.

Los esfuerzos internos dependen del tipo de deformaciones y pueden ser los siguientes:

Esfuerzo de traccin: las fuerzas lo alargan.

Esfuerzo de compresin: las fuerzas lo contraen.

Esfuerzo de cortadura: las fuerzas lo cortan.

Esfuerzo de torsin: las fuerzas lo tuercen.

Esfuerzo de flexin: las fuerzas lo curvan.

a Figura 1.79.

6.2. Rotura de los materiales

Existen dos tipos de roturas bien diferenciadas, que responden a dos situacionesmuy distintas de trabajo.

Rotura por deformacin: por encima del esfuerzo elstico, la deformacinser permanente y, si se supera el esfuerzo de rotura, la pieza termina rom-pindose.

Rotura por fatiga: los materiales pueden llegar a romperse con cargas muy pe-queas (sin apenas deformacin), cuando son sometidos a esfuerzos variables.Los fallos producidos por la fatiga constituyen la mayora de los daos estruc-turales que se producen en aparatos con funcionamiento cclico, como porejemplo motores, suspensiones, etc.

El dao comienza en un punto concreto por desajustes atmicos y se va exten-diendo, quedando una superficie pulida por frotamientos en los dos lados, hastaque la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo mximo de lafuerza cclica y se rompe.

Traccin Compresin Cortadura Torsin Flexin


Lmite elstico o de propor-cionalidadEs la tensin por encima de la cuallas deformaciones dejan de ser pro-porcionales a los esfuerzos ycomienzan las deformaciones per-manentes. En el automvil, todassus piezas se disean para que nose supere el lmite elstico en sufuncionamiento normal.

saber ms

a Figura 1.80.

Rotura pordeformacin

Rotura porfatiga


7. Conceptos relacionados con las fuerzas

Para conocer la relacin de las fuerzas y cmo se transmiten sobre el conjunto ysus partes, empezaremos conociendo el significado de fuerza, par y potencia.

7.1. FuerzaLas fuerzas no se ven, solo se aprecian por los efectos que producen en los cuer-pos sobre los que actan:

Originan una deformacin en ellos.

Modifican su estado de posicin y movimiento.

a Figura 1.81.

Podemos definir la fuerza como la causa capaz de producir o modificar el estadode reposo o movimiento de un cuerpo o de originar en l una deformacin.

Para medir una fuerza, utilizamos el dinammetro. Se trata de un muelle fijo poruno de sus extremos. En el otro extremo lleva un gancho que nos permite colgarde l los diferentes cuerpos.

Al lado del muelle existe una escala graduada que nos servir para medir los alarga-mientos del muelle al colgar diferentes cuerpos.

Si colocamos un cuerpo en el extremo libre del muelle, el muelle se alarga hastaque se detiene en una determinada posicin.

Si colgamos varios cuerpos sucesivamente del muelle, de manera que pesen dos, tres,cuatro... veces ms que el ms ligero, observaremos que tambin el alargamiento delmuelle es dos, tres, cuatro... veces mayor que el alargamiento con el ms ligero.

= = = = cte.

Esto nos demuestra que una fuerza mayor produce un alargamiento mayor.

La relacin entre las fuerzas y los alargamientos es una constante caracterstica decada muelle, constante de elasticidad.

Para cuantificar cualquier fuerza o peso, podemos comparar la deformacin queprovoca esta fuerza con la deformacin de una fuerza de referencia que establez-camos como unidad para comprobar cuntas veces es mayor que esta unidad.

El peso es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos. Como unidad de pesose estableci el de un litro de agua, al que se le denomin kilogramo fuerza (kgf).

Pl

2P2l

3P3l

4P4l

P

0

10

20

30

40

50

l2l

2P

40 Unidad 1

26. Un coche se muevepor una carreterahorizontal y recta a100 km/h. Si conside-ramos nulas todas lasresistencias que seoponen al movimien-to del vehculo, senecesita una fuerzapara mantener el co-che a esa velocidad?

27. Sabemos que un cuer-po tiene distinto pesosegn est en la Tierrao en la Luna. Variarla masa segn dndese encuentre el cuer-po en el espacio? Ra-zona la respuesta.

ACTIVIDADES


Instintivamente, se sabe que existe una relacin entre fuerzas y movimiento. Sinembargo, no se supo establecer una relacin matemtica entre ellas hasta que IsaacNewton realiz el siguiente experimento:

Sobre una superficie totalmente plana y horizontal, coloc un cuerpo que se des-lizaba sin rozamiento sobre esta superficie (vase la figura 1.82).

Tirando, horizontalmente y en lnea recta, del cuerpo con un dinammetro (conestiramiento constante), el cuerpo se mueve con un movimiento rectilneo uni-formemente acelerado (con aceleracin constante).

Comprob, con cuerpos de distinto peso, que los cuerpos ms pesados necesi-tan mayores fuerzas para adquirir una determinada aceleracin, mientras quepara los menos pesados se necesitan fuerzas menores para adquirir la mismaaceleracin.

Para que un cuerpo de masa m (kg), adquiera una aceleracin a (m/s2) le debemosaplicar una fuerza F = m a (kg m/s2).

De todo ello tenemos dos unidades para medir las fuerzas: el kilogramo fuerza(kgf) y el newton (N). Y, segn utilicemos el Sistema Tcnico de Unidades o elSistema Internacional de Unidades, emplearemos el (kgf) o el (N), respectiva-mente.

Qu relacin hay entre el kilogramo fuerza y el newton?

Un cuerpo de masa 1 kg pende en el aire de una cuerda; el peso o la fuerza conque tira la Tierra de l ser de 1 kgf: F = 1 kgf.

Si lo soltamos, el cuerpo caer al suelo con un movimiento uniformemente ace-lerado, con una aceleracin g = 9,81 m/s2.

Utilizando la frmula de Newton para calcular la fuerza con la que tira la Tierradel cuerpo:

F = m a = 1 kg 9,81 m/s2 = 9,81 kg m/s2 = 9,81 N

1 kgf = 9,81 N

1 N =

Para pasar de kgf a N, multiplicamos por 9,8 N/kgf, y para pasar de N a kgf, divi-dimos por 9,8 N/kgf.

1 kgf9,81

El kilogramo fuerza deriva del Sistema Tcnico de Unidades (ST).

El newton deriva del Sistema Internacional de Unidades (SI).

As se estableci otra unidad de fuerza, el newton, equivalente a la fuerza a aplicar aun cuerpo de masa 1 kg para que adquiera una aceleracin de 1 m/s2.

1 N = 1 kg 1 m/s2 = 1 kg m/s2

Masa es la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser acelerados. Como unidad demasa se estableci la de un cuerpo de un kilogramo de peso, 1 kgf, al que se le asigncomo valor un kilogramo masa, 1 kg.


a Figura 1.82.

l = ctea = cteF

a Figura 1.83.

1 kgf1 kgf

28. En un plano horizontal,sin rozamiento, tiramosen horizontal de uncuerpo con un dina-mmetro, qu pasarpara los siguientescasos?: a) Si tiramos deun kilogramo con unafuerza de un newtonen horizontal, quaceleracin adquirir?b) Si tiramos de un kilo-gramo con una fuerzade un kilogramo fuerza,qu aceleracin adqui-rir? c) Para que treskilogramos adquieranuna aceleracin hori-zontal de 9,81 m/seg2,con cuntos kgf tene-mos que tirar? d) Si tira-mos de tres kilos conuna fuerza de 1 kgf,qu aceleracin adqui-rir?

ACTIVIDADES


Qu ventajas tiene un tipo de unidades u otro?

El kilogramo fuerza lo podemos utilizar para relacionar la fuerza con la deformacin,o para pesar cantidades de materia en la Tierra (en el espacio las cosas no pesan opesan menos, como en la Luna). Sin embargo, el newton, adems, nos relaciona lafuerza con la aceleracin, y siempre que necesitemos estudiar un movimiento recu-rriremos a esta unidad.

Por todo ello, utilizaremos normalmente el newton porque el Sistema Internacio-nal de Unidades es de obligado cumplimiento.

Todas las fuerzas que estn en una misma direccin se pueden sustituir por unaequivalente cuyo valor es la suma de los valores de las que van en un sentido, me-nos las que van en el otro. Si este valor es positivo, la fuerza resultante tiene elmismo sentido que las que sumamos. Y si tienen valor negativo tendr el sentidode las que restamos.

Cuando el cuerpo no se mueve, o se mueve a velocidad constante, tendremos a = 0 y, por tanto, FTOTAL = 0.

FTOTAL = Suma de los valores de las fuerzas en un sentido Suma de los valores de lasfuerzas en el otro sentido = m a.

42 Unidad 1

29. Pasa los siguientes kilogramos fuerza a newtons:

0,24 kgf; 23 kgf; 68,24 kgf; 123,82 kgf; 1.528,28 kgf

30. Pasa los siguientes newtons a kilogramos fuerza:

0,59 N; 34 N; 28,4 N; 578,35 N; 1.592,37 N

Nota: Expresa todas las c

circuitos de fluidos. suspensión y dirección

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