ELEMENTOS DE MAQUINAS COMPLEMENTARIOS

RESORTES Y MUELLESLos resortes mecnicos cumplen en las mquinas la misin de elementos flexibles, pudiendo sufrir grandes deformaciones por efecto de cargas externas sin llegar a transformarse en permanentes es decir, pueden trabajar con un alto grado de resistencia (capacidad de un material para absorber energa en la zona elstica)APLICACIONESLas aplicaciones de los resortes son muy variadas entre las ms importantes pueden mencionarse las siguientes: Como elementos absorbedores de energa o cargas de choque, como por ejemplo en chasis y topes de ferrocarril. Como dispositivos de fuerza para mantener el contacto entre elementos, tal como aparece en los mecanismos de leva y en algunos tipos de embragues. En sistemas de suspensin y/o amortiguacin, percibiendo la energa instantnea de una accin externa y devolvindola en forma de energa de oscilaciones elsticas. Como elemento motriz o fuente de energa, como en mecanismos de reloj y juguetes, dispositivos de armas deportivas, etc. Como absorbedores de vibraciones.

CLASIFICACIN

Los resortes suelen clasificarse segn su esfuerzo de deformacin predominante, su forma y aplicacin en: 1) Resortes de efecto de Torsin a. Espira Helicoidal (circular o rectangular) y envolvente cilndrica (Figura 5.1.a) b. Espira Helicoidal (circular o rectangular) y envolvente cnica (Figura 5.1.b) c. de tipo barra (Figura 5.1.c) d. de bloque elastomrico (Figura 5.1.d) 2) Resortes de efecto flexional a. de tipo espiral (Figura 5.1.e) b. de tipo disco (Figura 5.1.f) c. de lminas, tambin llamados ballestas (Figura 5.1.g)3) Resortes de efecto axial a. de tipo anular cermico o metlico (Figura 5.1.h) b. de tambor elastomrico (Figura 5.1.i)

RESORTES HELICOIDALES CILNDRICOS DE ALAMBRE DE SECCIN TRANSVERSAL CIRCULARHelicoidales de seccin transversal circular: En la figura 3.2 se muestra un resorte helicoidal cilndrico sin carga, donde se tienen sus diversos parmetros y la forma de denotarlos.De: dimetro exteriorDm: dimetro medio Lo: longitud libred: dimetro de alambre: ngulo de hlicep: paso

RESORTES PARA TRABAJAR A COMPRESIN

Haciendo un diagrama de cuerpo libre. La parte seleccionada ejercer una carga cortante directa y un momento torsor en la parte restante del resorte, notndose que el efecto de la carga axial es de producir una torsin en el alambre.

Por lo tanto de forma general se tiene que:

Donde: T: par torsional;T= (FaDm/2) J: momento polar de inercia. A: rea de la seccin transversal

En general, se considera la mejor alternativa cuando se tiene la necesidad de soportar cargas elevadas o eliminar vibraciones, evitando el usar resortes de secciones especiales. Comnmente, se utilizan dos o ms resortes helicoidales cilndricos de alambre de seccin transversal circular, donde todos estn sujetos a la misma deformacin axial como consecuencia de una carga externa aplicada. Esto corresponde a una disposicin de resortes en paralelo.

La deformacin axial esta dad por:

Donde: Dm1 , Dm2 : dimetro de las espiras mayor y menor, respectivamente La constante de estos resortes se determina a partir de:

MUELLES O BALLESTAS.

Son elementos elsticos formados por lminas de acero de distinta longitud, unidas entre s por medio de abrazaderas. Estn sometidos a esfuerzos de flexin, y se usan principalmente como elemento de suspensin en vehculos pesados. Cuando el vehculo circula por un terreno irregular, las vibraciones producidas son absorbidas por las ballestas que, al flexionarse, evitan que se transmitan a la carrocera del vehculo.

FRENOS Y EMBREAGUES

LOS FRENOSson elementos de mquinas que absorben energa cintica o potencial en el proceso de detener una pieza que se mueve o de reducirse la velocidad. La energa absorbida se disipa en forma de calor. La capacidad de un freno depende de la presin unitaria entre las superficies de energa que esta siendo absorbida. El comportamiento de un freno es anlogo al de un embrague, con la diferencia que un embrague conecta una parte mvil con otra parte mvil, mientras que el freno conecta una parte mvil con una estructura.

Sistema Bsico de Frenos

TIPOS DE FRENOSFRENO DE TAMBOREstos dispositivos estn constituidos por una zapata que obliga a entrar en contacto con un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende controlar, la zapata se construye de forma tal que su superficie til, recubierta de un material de friccin, calza perfectamente sobre el tambor. Una vez ms, al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de friccin generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado.Zapatas: Son bloques de madera o metal que presiona contra la llanta de una rueda mediante un sistema de palancas, existen dos tipos que son:a) De fundicinb) CompuestasEste tipo de freno consta de un tambor, por lo general realizado en hierro fundido, solidario al cubo de la rueda, en cuyo interior, al pisar los frenos, se expanden unas zapatas de friccin en forma de "C" que presionan contra la superficie interna del tambor. Ya no se utilizan en el tren delantero de los coches modernos, que es el que soporta el mayor esfuerzo en la frenada, porque presentan desventajas a la hora de disipar el calor, y porque al ser ms pesados que los frenos de disco pueden producir efectos negativos en la direccin del vehculo. S se utilizan con frecuencia en el eje posterior de muchos vehculos, combinados con discos delanteros.PARTES DEL FRENO DE TAMBORTambor del frenoZapataResortes de retorno de las zapatasPlato de anclajeCable de ajustePistn hidrulicoCilindro de ruedaFRENO DE DISCOSSe componen de un disco montado sobre el cubo de la rueda, y una mordaza colocada en la parte externa con pastillas de friccin en su interior, de forma que, al aplicar los frenos, las pastillas presionan ambas caras del disco a causa de la presin ejercida por una serie de pistones deslizantes situados en el interior de la mordaza. La mordaza puede ser fija y con dos pistones, uno por cada cara del disco. Pero tambin existen mordazas mviles, que pueden ser oscilantes, flotantes o deslizantes, aunque en los tres casos funcionan de la misma manera: la mordaza se mueve o pivota de forma que la accin de los pistones, colocados slo a un lado, desplaza tanto la mordaza como la pastilla. Son ms ligeros que los frenos de tambor y disipan mejor el calor, pues los discos pueden ser ventilados, bien formados por dos discos unidos entre s dejando en su interior tabiques de refrigeracin, bien con taladros transversales o incluso ambas cosas.La imagen muestra un freno de disco el cual funciona a base de friccin por lo que su fabricacin debe ser de alta calidad y los materiales deben tener determinadas caractersticas lo que mas adelante se analizaraEste sistema de frenado tiene las siguientes ventajas:1. No se cristalizan, ya que se enfran rpidamente.2.Cuando el rotor se calienta y se dilata, se hace ms grueso, aumentando la presin contra las pastillas.3.Tiene un mejor frenado en condiciones adversas, cuando el rotor desecha agua y el polvo por accin centrfuga.

Freno de disco exteriorEl disco es solidario del rbol o de la rueda. El apriete se efecta mediante un sector limitado y rodeado por unos estribos, en el interior de los cuales se desplazan unos topes de friccin.El frenado con discos se puede realizar mediante:

1) Discos: Inicialmente fueron de acero, ahora suelen ser de fundicin.2) Pastillas: Suelen ser de aleaciones de cobre, estos elementos de frenado se colocan en la rueda directamente o en el cuerpo del eje.Las ventajas e inconvenientes, frente al frenado con zapatas de este tipo de frenado son:Ventajas1. Frenado poco ruidoso.1. Menores gastos de conservacin.1. Mayor periodo de vida.1. La mayor parte del calor desprendido durante el frenado la absorben los discos, a los cuales se les proviene de un sistema de ventilacin.1. Materiales protegidos de agentes externos.1. Se comportan bien hasta los 230 Km/h; a partir de esta velocidad el desgaste aumenta considerablemente.Inconvenientes1. Menor aprovechamiento de la adherencia. Para solucionar este problema se suelen utilizar sistemas mixtos de zapatas y discos junto con sistemas de antipatinaje.1. Mayor distancia de parada.1. No tienen la llamada accin de servo o de aumento de potencia, y sus pastillas son ms pequeas que las zapatas de los frenos de tambor, y se gastan ms pronto.Un Embraguees un sistema que permite controlar el acoplamiento mecnico entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisin entre el motor y las ruedas. Los embragues utilizados en los automviles son por friccin entre un disco solidario con la caja de cambios y de una maza solidaria al cigeal del motor. El disco se coloca entre la maza y el volante de inercia y el presionado por un resorte llamado diafragma. Cuando el embrague est sin accionar (motor embragado) el disco tiene un gran rozamiento con la maza y transmite toda la fuerza generada en el motor. Cuando se acciona el embrague (motor desembragado) el diafragma es comprimido por el conductor y el disco queda suelto, siendo incapaz de transmitir la fuerza del motor a la caja de cambios. Segn la posicin del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento total (pedal suelto) o acoplamientos parciales (pedal a medio pisar) que nos permiten variar la fuerza transmitida por el motor a la transmisin.1. El embrague transmite la potencia del motor a la transmisin manual mediante su acoplamiento o desacoplamiento. Tambin, hace la salida ms suave, hace posible detener el vehculo sin parar el motor y facilita las operaciones del mismo.1. Un mecanismo de embrague tiene que ser resistente, rpido y seguro. Resistente debido a que por l pasa todo el par motor. Rpido y seguro para poder aprovechar al mximo dicho par, en todo el abanico de revoluciones del motor1. Embrague Mecnico:Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague usando un cable. Este mecanismo se basa en el accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de embrague, unida sta a su vez con el cojinete de embrague.1. Embrague Hidrulico: Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague por presin hidrulica. Una varilla de empuje conectada al pedal de embrague genera presin hidrulica en el cilindro maestro cuando el pedal es presionado y esa presin hidrulica desconecta el embrague.1. Embrague autoajustable:Embrague que incorpora entre su carcasa y diafragma cuas de ajuste que le permiten ir auto ajustndose conforme va desgastndose el disco.1. Embrague de friccin:Los embragues de friccin basados en la unin de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de transmisin de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido.1. Embrague pilotado:Dispositivo que elimina el accionamiento del embrague por parte del conductor. El control del embrague lo realiza una centralita electrnica en funcin de las acciones del conductor. El embrague pilotado permite realizar los cambios de marcha de forma manual pero sin necesidad de accionar el embrague. Por medio de sensores se conoce el accionamiento de la caja de cambios, la velocidad del vehculo, la forma de accionar el acelerador, las revoluciones del motor y con todos los datos, la centralita acciona una bomba hidrulica que acta sobre el embrague. Tambin se determina la rapidez de actuacin sobre el embrague y el deslizamiento necesario para evitar que se produzcan brusquedades durante el cambio de marchas.1. Embragues electromagnticos:Embragues que basan su funcionamiento en el principio de los efectos de la accin de los campos magnticos.1. Embragues dentados:Estn caracterizados porque la conexin entre los ejes conductor y conducido se logran mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro.1. Embragues unidireccionales:Son aquellos embragues diseados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotacin del eje conductor, los ejes de la transmisin se comportan como si no estuvieran acoplados.1. Embragues centrfugos:Consiste en un cierto nmero de zapatas, distribuidas simtricamente, en capacidad de deslizar radialmente a lo largo de guas solidarias al eje conductor, y as de entrar en contacto con la cara interior de un tambor solidario al eje conducido.ACOPLESLos acoplamientos o acoples mecnicos son elementos de una mquina que sirven para prolongar lneas de transmisin de ejes o conectar tramos de diferentes ejes, en planos diferentes o con direccin paralela, para transmitir energa.En modelos de acoplamientos ms avanzados y modernos, como los de Malmedie, estos dispositivos de acopletambincumplen con la funcin de proteger su sistema y el mismomecanismodesujecincontra cargas y fuerzasexcesivas.

Los acoplamientos pueden tener muchas funciones, pero su propsito principal es el de conectar los ejes de las unidades que fueron manufacturadas por separado y que giran, como el motor o el generador.Estos, sin embargo, s permiten un cierto movimiento final o desalineacin para la flexibilidad y tambin proporcionan una fcil desconexin de los dos dispositivos independientes para las reparaciones o modificaciones. Adems, reducen el choque que se transmite de un eje a otro, protegen contra las sobrecargas y pueden alterar la cantidad de vibraciones que experimenta una unidad giratoria.Hoy en da existen muchos tipos de acoplamientos mecnicos en la industria, y por lo general se clasifican en tres tipos: rgidos, flexibles y especiales o articulados.El acoplamiento rgido une dos ejes de forma apretada para que no sea posible que se genere movimiento entre ellos. Este tipo de acoples se usa cuando se requiere de una alineacin precisa. Con esta alineacin precisa y una unin apretada, los acoples rgidos son capaces de maximizar el rendimiento de una mquina. De platillos Por sujecin cnica De manguito o con prisioneroLos acoplamientos flexibles permiten una mayor flexibilidad en los ejes. Se usan para transmitir torque cuando los ejes estn desalineados. Pueden acomodar hasta tres grados de desalineacin: angular, radial y axial. Estos a su vez pueden clasificarse en:Acoplamientos de elementos deslizantes: se lubrican o estn hechos de plstico de baja friccin y pueden absorber slo desalineacin angular. Se subdividen en: De tipo engranaje: constituyen el diseo ms universalmente utilizado. De cadena: son muy sencillos, pues constan de dos ruedas y una cadena. Se usan en acoples cerrados. De rejilla de acero: tiene dos cubos de dientes externos y una rejilla de acero que pasa por todos los dientes. Acoplamientos de elementos flexionantes: absorben la desalineacin por la flexin de uno oms componentes.VOLANTES DE INERCIAEnmecnica, unvolante de inerciaovolante motores un elemento totalmente pasivo, que nicamente aporta al sistema unainerciaadicional de modo que le permite almacenarenerga cintica. Este volante contina su movimiento porinercia cuando cesa elpar motorque lo propulsa. De esta forma, el volante de inercia se opone a las aceleraciones bruscas en un movimiento rotativo. As se consiguen reducir las fluctuaciones develocidad angular. Es decir, se utiliza el volante para suavizar el flujo de energa entre una fuente de potencia y su carga. En la actualidad numerosas lneas de investigacin estn abiertas a la bsqueda de nuevas aplicaciones de los volantes. Algunos ejemplos de dichos usos son: Absorber la energa de frenado de un vehculo, de modo que se reutilice posteriormente en su aceleracin (KERS). Como dispositivos para suavizar el funcionamiento de instalaciones generadoras de energa elctrica medianteenerga elicayenerga fotovoltaica, as como de diversas aplicaciones elctricas industriales. En los ferrocarriles elctricos que usan desde hace mucho tiempo un sistema defreno regenerativoque alimenta la energa extrada del frenado nuevamente a las lneas de potencia; con los nuevos materiales y diseos se logran mayores rendimientos en tales fines.Aplicaciones Si la carga es una prensa punzadora, la operacin de punzonado propiamente dicha requiere energa slo durante una fraccin de su ciclo de movimiento. Si la fuente de potencia es un motor de cuatro ciclos y dos cilindros, slo proporciona energa durante aproximadamente la mitad de su ciclo de movimiento. En la actualidad, se llevan a cabo investigaciones sobre nuevas aplicaciones que comprenden el uso de un volante: Para absorber la energa de frenado de un vehculo y poder suministrarle posteriormente energa de aceleracin. Como dispositivos para suavizar la energa en aparatos elctricos, as como en instalaciones generadoras de energa elctrica mediante la energa solar o la fuerza del viento. Los ferrocarriles elctricos han utilizado desde hace mucho el llamado frenado de regeneracin, alimentando la energa de frenado nuevamente a las lneas de potencia; pero los nuevos materiales, ms resistentes, hacen que la utilizacin del volante para tales fines sea ahora ms factible.