Elementos de Máquinas: Sistemas de Transmisión, Frenado y Acoplamientos Mecánicos

1. Elementos transmisores de movimiento

1.1. Transformación de un movimiento circular en otro circular

1.1.1. Ejes alineados – Árboles de transmisión

Un árbol de transmisión es un elemento de revolución que permite unir dos ejes que están en prolongación uno de otro y separados una cierta distancia para transmitir el movimiento de giro entre ambos. Se fabrica generalmente de aceros o aceros ordinarios y soportan esfuerzos de torsión y flexión.

1.1.1.1. Totalmente en línea – Acoplamiento rígido

Bridas: Pueden ser de tipo plana o cilíndrica.

1.1.1.2. Ligeramente desalineados – Acoplamiento móvil

• Junta elástica: Cuando los ejes están ligeramente desalineados, se utiliza la junta elástica que consiste en un acoplamiento, parecido a las bridas planas, entre los que se coloca un disco de un material elástico, como el caucho.
• Junta Oldham: Se utiliza para transmitir el movimiento entre dos ejes paralelos separados por muy poca distancia.

1.1.1.3. Ejes que forman un ángulo (distinto de 180º)

• Juntas homocinéticas: No producen oscilaciones y sirven fundamentalmente para transmitir el movimiento desde el eje motriz hasta las ruedas.
• Junta Cardan: Está constituida por dos manguitos que se fijan al extremo de cada uno de los ejes, dotados de unas orejetas donde se monta una cruz o cruceta mediante cojinetes o rodamientos. Es un acoplamiento que produce oscilaciones, pudiendo reducirse con la colocación de dos juntas en lugar de una.

1.1.2. Ejes paralelos

• Ruedas de fricción
• Engranajes: rectos, helicoidales y en “V”
• Poleas
• Cadena y ruedas dentadas

Comparativa de sistemas de transmisión

1. Las ruedas de fricción y las poleas no permiten transmitir grandes potencias, puesto que pueden patinar.
2. Las ruedas de fricción y las poleas son más baratas y menos ruidosas que los otros mecanismos.
3. Las ruedas de fricción y los engranajes se utilizan cuando los ejes no están muy alejados.
4. Los engranajes y las ruedas dentadas necesitan un mantenimiento constante (engrase).
5. Los engranajes y las ruedas dentadas con cadena permiten una relación de transmisión más exacta.

1.1.3. Ejes que se cortan

Se utilizan ruedas de fricción troncocónicas o engranajes cónicos (rectos y helicoidales).

1.1.4. Ejes que se cruzan

• Ruedas de fricción (no es habitual).
• Poleas (no es habitual).
• Tornillo sinfín-corona: Los ejes pueden formar un ángulo cualquiera. Está constituido por un sinfín, que es un engranaje helicoidal con un ángulo de hélice muy grande, y una corona o rueda cóncava (engranaje helicoidal con la parte central de los dientes rebajada para evitar el rozamiento). Es un mecanismo irreversible y muy reductor.
• Engranajes helicoidales: Sirven para transmitir movimiento entre ejes que se cruzan formando cualquier ángulo. Los dientes están tallados formando una hélice. Tienen la ventaja de que siempre hay varios dientes engranados a la vez, reduciendo el riesgo de rotura y el ruido, ya que se produce una rodadura entre flancos en lugar de un choque.

1.2. Transformación de un movimiento circular en otro rectilíneo

• Biela-manivela: Mecanismo reversible que transforma movimiento circular en rectilíneo o viceversa. Consta de una manivela (gira), una biela articulada y un émbolo o pistón (limitado por guías). La carrera (C) es la distancia entre los puntos extremos (PMS - Punto Muerto Superior y PMI - Punto Muerto Inferior). C = 2r (siendo r la longitud de la manivela).

Cilindrada de un motor de explosión

Es el volumen de aire desplazado por el pistón en el cilindro desde el PMI hasta el PMS: V = π · r² · C.

• Leva: Mecanismo irreversible utilizado para pequeñas carreras. La carrera es la diferencia entre la distancia del punto más alejado y el más cercano al eje de giro: C = d – d’. Se aplica en motores para abrir y cerrar válvulas.
• Excéntrica: Tipo de leva circular donde el eje de giro se sitúa a una distancia del centro denominada excentricidad (d). C = 2d.
• Tornillo-tuerca: Mecanismo irreversible con roscas de perfil cuadrado o trapezoidal. Al tornillo se le llama husillo. Amplía mucho la fuerza y se usa en tornos, gatos y tornillos de banco.
• Piñón-cremallera: Mecanismo reversible constituido por un piñón y una cremallera (engranaje de radio infinito).

2. Otros elementos de máquinas

Frenos

Tienen la función de reducir o parar el movimiento transformando la energía mecánica en térmica por fricción. Se clasifican en:

1. Frenos de zapata: La pieza giratoria es cilíndrica. Puede ser exterior o interior (frenos de tambor). Las zapatas se recubren de ferodo (material con alto coeficiente de rozamiento y resistencia térmica).
2. Frenos de disco: Las pastillas rozan sobre un disco fijo al eje. Es el sistema más utilizado en automoción por su eficacia.

El accionamiento puede ser mecánico, hidráulico, eléctrico o neumático.

Embrague

Permite transmitir, a voluntad, el movimiento entre dos ejes alineados (eje motriz y eje resistente). Cuando transmite movimiento, está embragado.

• Embrague de dientes: Piezas con dientes tallados. Requiere que ambos ejes estén parados para el acoplamiento.
• Embrague de fricción: Dos discos lisos con alto poder de fricción. Es el más utilizado en vehículos.

Elementos elásticos (muelles)

Se deforman por una fuerza y recuperan su forma inicial al cesar esta. Se usan para recuperar posiciones o absorber fuerzas. Tipos de deformación:

1. Compresión: Muelle helicoidal (ej. válvulas de motor, amortiguadores).
2. Tracción: Zapatas de freno de tambor.
3. Flexión: Ballestas (comunes en tractores).
4. Torsión.

Trinquete

Impide el giro de un eje en un sentido permitiéndolo en el otro. Consta de una rueda dentada y una uñeta accionada por un muelle o por gravedad.

Cojinetes de fricción y rodamientos

Piezas donde se apoya y gira el eje. Son necesarios para reducir el coeficiente de rozamiento y evitar el desgaste del eje.

a) Cojinetes de fricción

El eje gira en su interior. El material debe ser más blando que el eje. Materiales comunes:

• Plástico (Nylon) para pequeños esfuerzos.
• Bronce (sinterizado y autolubricante) para esfuerzos medios.
• Acero con capa antifricción (estaño y plomo) para automoción (cigüeñal).

b) Rodamientos

El rozamiento es por rodadura. Constan de dos pistas y elementos rodantes (bolas o rodillos) en una jaula. Clasificación según sellado:

• Sellados: Engrasados de por vida.
• Semisellados: Una cara abierta.
• Abiertos: Acceso total para lubricación.

Según la forma de los elementos:

• De bolas.
• De rodillos (cilíndricos, l/d < 10).
• De agujas (cilíndricos, l/d > 10).
• De rodillos cónicos.

Cruz de Malta

Mecanismo que transforma el movimiento circular continuo en un movimiento rotatorio intermitente.