Tema 46

OPOSICIONES TECNOLOGIA TEMA 46

MECANISMOS DE RETENCIÓN, ACOPLAMIENTO Y LUBRICACIÓN DE EJES

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TEMA 46 MECANISMOS DE RETENCIÓN, ACOPLAMIENTO Y LUBRICACIÓN DE EJES 0. – INTRODUCCIÓN Los mecanismos de retención son órganos destinados a interrumpir a voluntad el movimiento de rotación del eje y se les conoce con el nombre de frenos o trinquetes. Los mecanismos de acoplamiento son elementos de máquina destinados a unir entre sí ejes o árboles cuando se requiere una transmisión de potencia entre los mismos, los podríamos clasificar en fijos, elásticos, móviles y embragues. Los mecanismos de lubricación son aquellos elementos que sirven para engrasar los ejes, rodamientos o cojinetes y se les conoce como engrasadores. Es necesario tener en cuenta que el tema que nos ocupa tiene cierto solape con el tema 45, sobre todo en lo que se refiere al acoplamiento de ejes, no debemos olvidar que si se hace un acoplamiento de dos ejes es para que se produzca una transmisión de potencia entre ambos. Este comentario sería bueno hacerlo también en el tema 45. 1.- MECANISMOS DE RETENCIÓN DE EJES. 1.1.- FRENOS. Los frenos son órganos mecánicos encargados de reducir o hacer que cese el movimiento de una máquina. Este fin se logra aumentando las resistencias pasivas que inevitablemente encuentra una máquina durante su funcionamiento. Al iniciarse la maniobra, las partes por frenar poseerán cierta energía cinética y el frenado o deceleración producirá una transformación de esta energía en calor que es necesario eliminar lo antes posible para prolongar la duración del frenado y hacer que los mecanismos, tras su intervención, vuelvan a estar rápidamente en condiciones de actuar de nuevo eficazmente. 1.1.1.- Frenos de tambor. Los frenos de tambor son de dos tipos: - Zapatas externas que se contraen ejerciendo presión contra la superficie exterior (cilindrica) del tambor - Zapata interna, que se expanden para hacer contacto con la superficie interior del tambor. Los materiales utilizados en las zapatas como frenantes pueden ser: fundición, acero con bronce, latón, materiales compuestos obtenidos por sinterización. Hace unos años se utilizaba amianto, pero actualmente se ha desechado al demostrarse que este es cancerígeno. El dibujo representa un freno de zapata interna, la zapata (3) se abriría por la extensión que provoca un bombín hidráulico (1) tomando contacto con el tambor (6). Los muelles(2) facilitarían el retorno de las pastillas a su posición, las excéntricas (5) acercarían las zapatas al tambor a medida que el material frenante se fuera gastando. Los ganchos fijarían las zapatas permitiéndoles un movimiento de pivote. La apertura de las zapatas puede ser provocada por un bombín hidráulico o por otros sistemas ayudados por el accionamiento de cables o tirantes. Aplicación: maquinaria en general aunque y de manera especial en automoción, los frenos traseros de los turismos son mayoritariamente de este tipo. El principal inconveniente es que las zapatas al estar dentro del tambor tienen dificultad para evacuar el calor producido aumentándose la temperatura y reduciéndose el rendimiento. Los frenos de zapatas externas son menos utilizados ya que son muy voluminosos.

1.1.2.- Frenos de disco. Este tipo de disco, como se aprecia en la figura, están constituidos esencialmente por un disco que gira junto con el eje, y una pinza donde se alojan las pastillas que pueden ser aplicadas contra el disco para contener el giro. En este tipo de freno, el disco es sometido por sus dos caras a fuerzas iguales, evitándose así toda deformación del mismo y el desgaste irregular que nos podríamos encontrar en el caso anterior. Una ventaja importante de este sistema es la fácil refrigeración del conjunto, ya que es disco es exterior. Los frenos de discos se empezaron a utilizar en los primeros monoplazas de F-1 y gracias a su éxito son aplicados actualmente todos los turismos. Los turismos suelen utilizar discos en las ruedas delanteras y tambor en las traseras, aunque los de más alta gama utilizan disco en la cuatro ruedas.

1.1.3.- Freno de cinta o banda. Se encuentran muy difundidos en todas las máquinas elevadoras de cable, en las cuales la presencia del tambor de arrollamiento del cable flexible permite instalar un freno de diámetro relativamente grande, equivalente al del tambor, pero de dimensiones axiales más reducidas

1.2. TRINQUETES. Son órganos que permiten la rotación de un eje en un sentido determinado y lo impiden en el opuesto. En el esquema se permite la rotación en el sentido horario y se impide en el antihorario. Un sistema de trinquete se compone de una rueda cuyos dientes presentan un costado recto y otro curvo y un núcleo o trinquete propiamente dicho, que articulado a una parte fija, encaja en el costado recto del diente. Se puede usar como sistema de seguridad para levantar una carga impidiéndose que esta pueda caer de manera accidental.

1.2.- EMBRAGUES Mediante un sistema de embrague un eje que transmite potencia puede retener a un segundo eje para hacerlo solidario a el y que halla continuidad de potencia. Haciendo un símil eléctrico sería un interruptor. 1.2.1.- Funcionamiento Constan generalmente de un elemento fijo unido al árbol motor, y otro desplazable con materia frenante en el conducido, que están separados por la acción de un muelle o resorte cuyo efecto hay que vencer accionando una palanca. 1.2.2.- Embrague de disco y discos múltiples. En este tipo de embrague, la carcasa está girando y puede transmitir la potencia al árbol siempre y cuando el disco de embrague esté acoplado a esta gracias a los mecanismos de presión. Para evitar el acoplamiento vasta vencer la acción del diafragma (muelle) mediante un sistema de palanca señalado en el esquema como horquilla de desembrague. Con el objetivo de disminuir el diámetro del conjunto se recurre a la fabricación de embragues de múltiples discos (2,3, incluso 6). Las motocicletas suelen recurrir a esta solución estando todo el conjunto en un baño de aceite.

1.2.3.- Embragues hidráulicos. Este tipo de embragues se suelen utilizar en cajas de cambio de tipo automático y funcionan por la inercia que alcanza un líquido al ser arrastrado por un compresor que está girando por el efecto de un motor, de manera que se hace posible la transmisión de movimiento a una turbina. Como se observa este embrague es automático, no necesita que lo acoplemos externamente, produciéndose una transmisión cuando el árbol conductor alcance un cierto número de revoluciones.

1.2.4.- Embragues rígidos. En este caso no disponemos de materia frenante y el acoplamiento se produce por la unión de de manguitos dentados de manera que el acoplamiento no es progresivo como en los casos anteriores sino brusco.

2.- MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO. 2.1.- ACOPLAMIENTO FIJO. Los acoplamientos fijos son aquellos que unen rígidamente los árboles de transmisión que han de prolongarse. Para ello se requiere que sus respectivos ejes geométricos coincidan exactamente. Se emplean sistemas de casquillos o vainas cogidos mediante tornillos. No es posible acoplarlos y desacoplarlos como los embragues. 2.2.- ACOPLAMIENTO DESLIZANTE: Árboles telescópicos. Pueden variar su longitud y seguir transmitiendo potencia gracias a un estriado que une los dos elementos que componen el árbol.

2.3.- ACOPLAMIENTO ELÁSTICO: Silenblock. Son juntas de caucho que unen dos ejes y que permiten la transmisión de potencia entre estos con pequeños ángulos de desalineado (unos 2º - 3º) 2.4.- ACOPLAMIENTOS MÓVILES. 2.4.1.- Junta universal cardan Permiten la transmisión de movimiento entre dos árboles no alineados y cuyo ángulo relativo puede variar hasta los 45º. Consta básicamente de una cruceta y dos horquillas con sus correspondientes rodamientos, como se muestra en la figura

2.4.2.- Juntas homocinéticas: Doble cardan, trípode, junta de bolas. Tanto la velocidad media como la instantánea del árbol conductor y el conducido son iguales, precisamente por esto decimos que son juntas homocinéticas. 3.- SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ENGRASE. 3.1.- NECESIDAD DE LUBRICACIÓN.

Un lubricante es un medio de separación de dos partes que se mueven una respecto a otra sometidas a rozamiento. Sus funciones impedir el contacto directo entre ambas y con ello disminuir el rozamiento y el desgaste. Además el lubricante puede refrigerar y cerrar herméticamente los lugares de rozamiento. Existen lubricantes sólidos, pastosos, líquidos y gaseosos. La elección se rige por los detalles constructivos, por el par de metales y por las solicitaciones de los puntos de rozamiento. 3.2.- ADITIVOS Y MEJORAS DE PROPIEDADES

Los aditivos son sustancias activas que se añaden para mejorar las propiedades del lubricante. Los hay que modifican las propiedades físicas (por ejemplo, rebajan el punto de solidificación, mejoran el proceso viscosidad-temperatura) y otros que confieren nuevas propiedades químicas al lubricante (por ejemplo, inhibidores de la oxidación y de la corrosión). Pueden además modificar la superficie de las piezas en rozamiento (modificación de la fricción) mediante sustancias protectoras contra el desgaste (antidesgaste) o mediante aditivos protectores contra el gripado (presión extrema). Para evitar efectos antagónicos deben ser apropiados entre sí y con las substancias contenidas en el lubricante.

3.3.- TIPOS DE LUBRICANTES.

Aceites multigrado Aceites para motores y cajas de cambio con una reducida dependencia de la temperatura en la viscosidad (alto índice de viscosidad VI). Estos aceites están concebidos para su uso durante todo el año y cubren varias clases SAE. jabones metálicos Productos de la conversión de metales o de sus uniones con ácidos grasos. Sirven como espesantes para grasas o como friction modifier (modificadores de fricción). Aceites minerales Los aceites minerales son productos de la destilación y refinación del petróleo o del carbón. Constan de numerosos hidrocarburos de diferentes composiciones. Según cuáles sean los componentes prevalentes, se habla de:

- aceites de base parafínica (cadenas de hidrocarburos saturados ) - aceites de base nafténica (anillos de hidrocarburos saturados generalmente de 5 a 6 átomos de carbono en el anillo) o de - aceites ricos en aromáticos (p.ej. bencenos alquídicos). A veces se diferencian mucho en sus propiedades físico-químicas. Bisulfuro de molibdeno (MoS2) Lubricante sólido con estructura laminar reticulada. Entre las diferentes capas existen solamente fuerzas de cohesión muy pequeñas, de manera que se puede producir el deslizamiento de unas capas con otras con muy poco esfuerzo de cortadura. La reducción de la fricción se obtiene solamente cuando el MoS2 se aplica de forma apropiada sobre una superficie de metal, p.ej. también en combinación con un aglutinante (laca de deslizamiento de MoS2). 3.4.- MECANISMOS ENGRASADORES. 3.4.1.-ENGRASADOR DE MECHA O LANA PEINADA Es el primer engrasador automático que permitió alimentar los cojinetes de un modo razonable continuo. Es conocido también con el nombre de engrasador de sifón. El aceite pasa a través de una mecha mediante acción capilar y gotea en el cojinete Mecha (lana peinada) suministran aceite a un eje por gravedad o por contacto directo. - Sifón: por gravedad y capilaridad. Siempre hay goteo de aceite - Mecha tipo lámpara (la mecha hace contacto directo con el eje): solo por capilaridad, si el eje se detiene se para la alimentación.

3.4.2.- ENGRASADOR DE BOTELLA O VARILLA VIBRANTE Es un sistema más perfeccionado que el anterior y consiste en una varilla que vibra verticalmente por estar en contacto directo con el eje consiguiendo una acción de bombeo lo que determina que el aceite se deslice por ella hacia abajo

3.4.3.- ENGRASADOR DE GOTA O POR GRAVEDAD Emplea una válvula cónica para regular el flujo de aceite procedente de la cubeta. Tiene el inconveniente que el flujo varia mucho con la temperatura.

3.4.4.- ENGRASADOR DE NIVEL DE ACEITE: mantienen el nivel constante en un cárter. 2.4.5.- ANILLOS ENGRASADORES. Se emplean frecuentemente en los árboles pesados y en los cojinetes principales de los motores estacionarios. Consiste en un anillo que rodea y cuelga libremente del árbol y que se sumerge en un receptor de aceite dispuesto en la cubierta del cojinete como se muestra en la figura. A medida que el árbol gira el anillo también lo hace llevando aceite a la parte superior del árbol desde donde aquel se desliza.

3.5.- ENGRASE FORZADO POR BOMBA. Mediante un sistema de bombeo mecánico se puede conseguir que el lubricante acceda a diferentes puntos de la máquina estableciéndose un circuito cerrado con lo cual se deberá disponer de un sistema de filtrado del lubricante. Este sistema lo emplean los motores de 4 tiempos, tanto de ciclo Otto como Diesel. (motores de automóvil) 3.6.- ENGRASE POR CHAPOTEO. Los elementos que giran provocan un chapoteo y pulverización del aceite de un cárter para que de esta forma se pueda distribuir a los diferentes elementos. Este sistema es el empleado en las cajas de cambio.