Transmisiones y acoplamientos

1. Características de las transmisones

1. Características de las transmisones

Transmisión de movimiento y esfuerzos
Junto a una estructura resistente una maquina necesita un aparato motor que lle permita transmitir movimientos y realizar los trabajos para los que ha sido diseñada. Esto requiere reducciones en las velocidades de rotación de un motor, transformación de movimientos circulares en lineales. etc. Para poder desarrollar el aparato motor de modo adecuado conviene conocer cuales son las posibilidades que ofrece el sistema. Estos sistemas empleados para trasnsformar los movimientos y esfuerzos son llamados transmisiones.

Transmisiones entre ejes paralelos
La transmisión de movimiento y esfuerzos entre ejes paralelos se hace utilizando engranajes rectos, poleas o cadenas.

Cadena
Otro sistema que se utiliza en transmisiones entre ejes paralelos es la cadena, que podremos utilizar junto a los engranajes rectos.
los dos elementos de la figura: el primero es una cadena sin más, mientras que la segunda permite diseñar orugas que sustituyan las ruedas de un vehículo (o arrastrar otro conjunto de piezas). Este segundo elemento permite también diseñar una cinta transportadora

Cadena Simple

Cadena Doble

Cadena Triple

 

En la figura anterior se pueden observar cadenas y ruedas dentadas que se aplican en las transmisiones entre ejes paralelos.
Poleas La segunda opción que se ofrece para transmitir movimiento y fuerza entre ejes paralelos es utilizar poleas. Este sistema permite aumentar la distancia entre ejes. Además, el sentido de giro de los dos ejes será el mismo. Sin embargo, la transmisión de movimiento y esfuerzos por medio de engranajes ofrece mayor precisión y capacidad para transmitir mayores esfuerzos.

Transmisiones entre ejes que se cortan

Cuando hay que transmitir movimiento y esfuerzos entre ejes que se cortan se utilizan los engranajes cónicos.

Transmisiones entre ejes que se cruzan
Cuando dos ejes se cruzan se utiliza la combinación tornillo sinfín - corona (en nuestro caso la corona será un engranaje recto). Por medio de estas combinaciones se consiguen grandes relaciones de transmisión. En este engranaje el tornillo sinfín siempre será el conductor y la corona la conducida.

Transformación del movimiento
Mecanismo piñon / cremallera
El mecanismo piñon cremallera se utiliza para transformar un movimiento de rotación en un movimiento rectilineo.

Mecanismo tornillo / tuerca
El mecanismo tronillo/tuerca es de uso habitual cuando se necesita un movimiento rectilineo en máquina-herramientas (aunque hoy en día está siendo sustituido por el husillo a bolas).

Mecanismo biela / manivela
El mecanismo biela/manivela se utiliza para transformar el movimiento rectilíneo en circular, o viceversa. Al contrario de los dos mecanismos anteriores, en este caso el movimiento rectilíneo es de vaivén.
Un ejemplo de la transformación de movimiento rectilíneo en circular se encuentra en el motor de un automóvil (pistón - biela - cigüeñal) o en las viejas locomotoras a vapor. En el caso contrario se encuentran los compresores de aire alternativos. .

Mecanismo leva / seguidor
Una leva convierte un movimiento de rotación en un movimiento alternativo. En un motor de explosión las levas abren y cierran las válvulas de los cilindros.La forma de las levas es variable dependiendo de la utilidad a la que se destinan.

Diferencial
Cuando un vehículo gira, las ruedas de un lado describen un recorrido de mayor longitud que las del otro, así que si no se desea que se produzca un deslizamiento las velocidades de las ruedas no podrán ser iguales.
Cuando se monta un robot móvil con las ruedas de los dos lados movidas por un solo motor conviene utilizar un diferencial. Para ello combinaremos el elemento de la figura con tres engranajes cónicos. El diferencial puede ser útil en otros casos, por ejemplo, cuando se controlan dos movimientos con un solo motor. Si uno de los movimientos llega a un tope el otro podrá continuar sin problemas.

Tornillo sin tornillo sinfín y rueda elicoidal

Este mecanismo se compone de un tornillo cilíndrico o hiperbólico y de una rueda (corona) de diente helicoidal cilíndrica o acanalada. Es muy eficiente como reductor de velocidad, dado que una vuelta del tornillo provoca un pequeño giro de la corona. Es un mecanismo que tiene muchas pérdidas por roce entre dientes, esto obliga a utilizar metales de bajo coeficiente de roce y una lubricación abundante, se suele fabricar el tornillo (gusano) de acero y la corona de bronce. En la figura de la derecha se aprecia un ejemplo de este tipo de mecanismo.
En la siguiente figura se aprecia una gata de tornillo accionada por un mecanismo tipo tornillo sin fin y rueda helicoidal, creada a partir de los planos de Leonardo, una manivela manual gira el tornillo que mueve la rueda helicoidal, la cual tiene un agujero roscado con el cual se conecta al eje que sube el peso.

2. Características de los acoplamientos

Introducción
Acoplamiento: Un acoplamiento o cople es un dispositivo qire se utiliza para unir dos ejes en sus extremois con el fin de transmitir potencia . Existen dos tipos generales de coples rigidos y flexibles
Los acoplamientos son sistemas de transmisión de movimiento entre dos ejes o árboles, cuyas misiones son asegurar la transmisión del movimiento y absorber las vibraciones en la unión entre los dos elementos.
Las vibraciones son debidas a que los ejes no son exactamente coaxiales. Hay desalineaciones angulares o radiales, aunque lo normal es que se presente una combinación de ambas.

Idealmente la relación de transmisión es 1, pero a veces un eje puede tener más velocidad en un intervalo del ciclo que en otro.
Algunos tipos de acoplamientos pueden funcionar como "fusible mecánico", permitiendo su rotura cuando se sobrepase cierto valor de par, salvaguardando así partes delicadas de la instalación que son más caras. Esto se consigue fabricando el acoplamiento o parte de él con materiales menos resistentes o con secciones calculadas para romper con un determinado esfuerzo.
El termino acoplamiento o cople se le da a un dispositivo que se utiliza para unir dos ejes en sus extremos con el fin de transmitir potencia . existen dos tipos generales de acoplamientos rigidos y flexibles .
Los acoplamientos rigidos se diseñan para unir dos ejes en forma aplretada de manera que no sea posoble que se genere movimiento relativo entre ellos. Este diseño es deseable para ciertos tipos de equipos para los cuales es deseable que alla una alineación precisa de dos ejes que puede lograrse . En tales casos , el cople debe diseñarse de manera que sea capaz de transmitir el torque en los ejes .
En la figura se muestra un cople rigido comon , en el cual los rebordes o pestañes se montan en los extremos de cada eje y se unen por medio de una serie de tornillos . asi la trayectoria de la carga del eje impulsor hacia su pestaña, m4ediante los tornillos , hacia la pestaña que embona y hacia fuera al eje que es impulsado . el torque coloca a los tornillos ante esfuerza de corte . Las fuerza total de corte en los tornillos depende del radio

Diferentes clases de acoplamientos
Los acoplamientos se clasifican en función de la posición del eje geométrico de los árboles que se han de conectar. Los principales tipos de acoplamiento son: los rígidos, los flexibles, los hidráulicos y los magnéticos.
El modelo rígido no permite desalineaciones. Distinguimos 3 tipos:

• De manguito: Los ejes se unen mediante una pieza cilíndrica hueca. No admiten desalineaciones. Se suelen usar para ejes muy largos que no se pueden hacer de una pieza. Presentan el inconveniente de tener que separar los ejes para sustituirlos, lo cual puede resultar complicado en algunos casos.  

De manguito partido: Parecidos a los anteriores, pero el acoplamiento está hecho en 2 piezas, que aseguran la transmisión con la presión de los tornillos. Permiten la sustitución sin tener que desmontar los ejes. 

• De brida o de plato: Consta de dos platos forjados con el eje o encajados en ambos árboles y asegurados por pernos embutidos. Los de este último tipo tienen una pieza cónica para que la presión de los tornillos apriete las bridas contra los ejes, asegurando así que no haya rozamiento. Se utiliza por ejemplo para unir una turbina y su alternador, conexión que exige una perfecta alineación
• Acoplamientos Flexibles

 El modelo flexible admite desalineaciones. Se puede clasificar en dos grandes grupos:

• Rígidos a torsión: No amortiguan vibraciones a torsión. Dentro de este grupo encontramos otros subgrupos:
• • Junta Cardan: Permiten elevados desalineamientos, tanto angulares como radiales. De hecho, se suelen usar para transmitir movimiento entre ejes paralelos. El problema que presentan es que hay oscilación en la velocidad de salida. Para evitarlo se recurre al sistema con doble junta Cardan, que consta de un eje intermedio. Para asegurar que se mantiene la velocidad, el ángulo  debe ser el mismo en las dos articulaciones y los ejes de las dos articulaciones deben ser paralelos.

Juntas homocinéticas: Poseen una pieza intermedia con bolas, lo cual permite elevadas desalineaciones. Son típicas en automoción (caja de cambios-rueda). Se adjuntan imágenes de dos tipos de jaulas para alojar las bolas.
- Junta Oldham: Como en el caso anterior, presenta una pieza intermedia. En este caso se trata de una pieza cilíndrica con dos salientes prismáticos perpendiculares. Admite desalineaciones radiales.

 - Flexible dentado: Unos dientes son los que se encargan de transmitir el movimiento. No llevan la evolvente normal, sino que están redondeados en la cabeza para permitir desalineaciones angulares (elevadas) y radiales (pocas). También permite desalineaciones axiales, dependiendo de la longitud de los dientes.

Una variación de este tipo de acoplamiento bastante abundante en los catálogos comerciales, es el siguiente, en el que la corona exterior que une a las dos bridas en las que se acoplan los ejes, se construye de plástico, permitiendo cierto grado de amortiguamiento.

De cadena: Consta de dos bridas unidas a los ejes mediante prisioneros y de una cadena doble, que engrana sobre unos dientes. Fácilmente desalineable. Adjunto un ejemplo con cadena de plástico.

 - De barriletes: Parecido al dentado, sólo que los dientes son abombados. Permite desalineaciones. Usado en sistemas de elevevación (polipastos).

 Acoplamientos Elasticos

• Acoplamientos elásticos. Absorben vibraciones a torsión. La transmisión del par no es instantánea. Clasificación:

- De diafragma elástico: Se caracteriza por presentar los platos provistos de pernos de arrastre, cuyo movimiento se produce a través de una conexión elástica. Admite desalineaciones.

- De resorte serpentiforme: Formado por dos bridas con almenas por las que pasa un fleje en zig-zag.

- De manguito elástico: Es cilíndrico pero con muchos cortes radiales, dando la apariencia de un muelle. Permite mucha desalineación y es de reducido tamaño, si bien no permite la transmisión de elevados pares. Muy utilizado en electrodomésticos.

- Semielástico de tetones: Formado por dos bridas unidas por pernos, pero separadas por un material elástico.

- De banda elástica: Formado por dos bridas unidas por una banda de caucho.

Una variación de este tipo podría ser la que se muestra en la siguiente figura:

- De elastómero: Formados por dos bridas almenadas separadas por una pieza intermedia elástica. Muy usados para baja y media potencia (cerámica).

- De eje flexible: El eje es de una aleación de bronce y permite desalineamientos.

El acoplamiento hidráulico se distingue por la presencia de un cárter que se llena con aceite especial, dentro del cual hay un rotor solidario del árbol que es móvil y rige la rotación del mecanismo. La fuerza centrífuga generada por la rotación impulsa al aceite al exterior accionando un segundo rotor que, a su vez, pone en marcha el árbol de transmisión.

En el acoplamiento magnético, la unión se consigue de modo suave y de fácil regulación a través de de la acción magnética, para lo cual se dispone una mezcla de aceite y limaduras de hierro (en proporción 1:10) entre las superficies paralelas de dos platos; al pasar a través de esa mezcla una corriente de intensidad débil, las limaduras se magnetizan y accionan los platos. El desacoplamiento se consigue mediante la desmagnetización de las limaduras.

En el ejemplo que he obtenido de internet, el funcionamiento es distinto, ya que hay imanes permanentes en los dos cilindros en los que se acoplan los ejes.

Existe una variante electromagnética, que se muestra en la figura:

 

 

Autor:

Erik Alejandro Míreles Órnelas

23 años estudia la carrera de ing. Químico