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TECNOLOGÍA INDUSTRIAL 1. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz 1 TEMA 11: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES Y ELEMENTOS DE UNIÓN Son aquellos elementos, que aunque no se clasifican dentro de los elementos transmisores y transformadores del movimiento, son necesarios para facilitar un funcionamiento idóneo de las máquinas. Aunque pueden ser de muchos tipos, sólo vamos a estudiar alguno de ellos: 1.- Acumuladores de energía: Volante de inercia: Es un elemento totalmente pasivo, que únicamente aporta al sistema una inercia adicional de modo que le permite almacenar energía cinética. Este volante continúa su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa Consiste en una rueda o un disco, de fundición o de acero, que se monta en un eje o árbol, para garantizar un giro regular. Esta rueda o volante es capaz de evitar irregularidades en el giro. La inercia de este volante frena el giro del eje cuando éste tiende a acelerarse y le obliga a girar cuando tiende a detenerse. Elementos elásticos: Son elementos que se deforman por la acción de una fuerza, y tras desaparecer la fuerza, recuperan su forma inicial. Los elementos elásticos pueden trabajar a tracción, compresión, flexión y torsión. Según el tipo de esfuerzo, los clasificamos en: Elemento elástico Esfuerzo Aplicaciones Muelles. Tracción y compresión Torsión Arrollamiento helicoidal de acero elástico que se retuercen y comprimen según el esfuerzo a soportar. Se usan como elemento de suspensión de coches, para absorber energía Fórmulas E cinética del volante = = (J) m = masa (Kg) r = radio (m) n = velocidad de giro del disco (rad/s)

TEMA 11: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES Y ELEMENTOS DE …ies.almudena.madrid.educa.madrid.org/dpto_tecnologia/TI.I... · ELEMENTOS DE UNIÓN Son aquellos elementos, que aunque no

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TEMA 11: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES Y

ELEMENTOS DE UNIÓN

Son aquellos elementos, que aunque no se clasifican dentro de los elementos transmisores y

transformadores del movimiento, son necesarios para facilitar un funcionamiento idóneo de las

máquinas.

Aunque pueden ser de muchos tipos, sólo vamos a estudiar alguno de ellos:

1.- Acumuladores de energía:

Volante de inercia:

Es un elemento totalmente pasivo, que únicamente aporta al sistema una inercia adicional de modo que le permite almacenar energía cinética. Este volante continúa su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo propulsa Consiste en una rueda o un disco, de fundición o de acero, que se monta en un eje o árbol, para garantizar un giro regular. Esta rueda o volante es capaz de evitar irregularidades en el giro. La inercia de este volante frena el giro del eje cuando éste tiende a acelerarse y le obliga a girar cuando tiende a detenerse.

Elementos elásticos:

Son elementos que se deforman por la acción de una fuerza, y tras desaparecer la fuerza, recuperan su forma inicial.

Los elementos elásticos pueden trabajar a tracción, compresión, flexión y torsión. Según el tipo de esfuerzo, los clasificamos en:

Elemento

elástico Esfuerzo Aplicaciones

Muelles. Tracción y compresión Torsión

Arrollamiento helicoidal de acero elástico que se retuercen y comprimen según el esfuerzo a soportar. Se usan como elemento de suspensión de coches, para absorber energía

Fórmulas

E cinética del volante = 𝐄𝐜 = 𝟏

𝟒𝒎𝐫𝟐𝐧𝟐

(J)

m = masa (Kg)

r = radio (m)

n = velocidad de giro del disco (rad/s)

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Ballestas Flexión

Las ballestas están formadas por un conjunto de láminas de acero, unidas mediante unas abrazaderas que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. Se usan como elemento de suspensión de vehículos pesados, para absorber vibraciones

Barras Torsión

Elemento de suspensión independiente de algunos coches que consiste en una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos

2.- Disipadores de energía: FRENOS

Se llama freno a todo dispositivo capaz de modificar el estado de movimiento de un sistema mecánico mediante fricción, pudiendo incluso detenerlo completamente, absorbiendo la energía cinética de sus componentes y transformándola en energía térmica. El dispositivo de frenado se compone de un mando, de una transmisión y del freno propiamente dicho Los frenos más utilizados son:

FRENOS MECÁNICOS

Frenos de zapata exterior:

Este dispositivo está constituido por una zapata que se 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 útil, recubierta de un material de fricción, calza perfectamente sobre el tambor. Al forzarse el contacto entre zapata y tambor, las fuerzas de fricción generadas por el deslizamiento entre ambas superficies producen el par de frenado. Frenos de tambor:

Frenos de tambor

El freno de tambor es un tipo de freno en el que la fricción se causa por un par de zapatas o pastillas que presionan contra la superficie interior de un tambor (cilindro hueco) giratorio, el cual está conectado al eje o la rueda.

Tipos de frenos

Mecánicos De Zapata - De zapata exterior

- De tambor

De disco

Eléctricos

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Las zapatas son de hierro fundido, o bien de acero recubierto de un material especial de fricción muy resistente al calor) y que pueden presionar contra la periferia interna del tambor Las zapatas van montadas en el plato, que no gira, y es el tambor que gira con las ruedas el que queda frenado por el frotamiento con las zapatas. Los frenos de tambor con zapatas internas tienen poca capacidad de disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten fácilmente. En esos casos los materiales se vuelven más endebles y es necesario presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable.

Frenos de disco:

Frenos de disco: sustituyen el tambor por un disco, que también se une a la rueda por medio de tornillos. Este disco puede ser frenado por medio de unas plaquetas o pastillas, que son accionadas por un émbolo o pistón. Suelen ir convenientemente protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos. Las pastillas están diseñadas para producir una alta fricción con el disco. Deben ser reemplazadas regularmente, y muchas están equipadas con un sensor que alerta al conductor cuando es necesario hacerlo. Algunas tienen una pieza de metal que provoca que suene un chirrido cuando están a punto de gastarse, mientras que otras llevan un material que cierra un circuito eléctrico que hace que se ilumine un testigo en el cuadro del conductor

Accionamiento de los frenos:

Accionamiento hidráulico

Al pisar el pedal del freno, un cilindro o pistón maestro, envía líquido o fluido con igual presión, a cada cilindro de la rueda, cuyos pistones, presionan las pastillas o zapatas contra los discos o tambores

Accionamiento neumático

El freno neumático es un tipo de freno cuyo accionamiento se realiza mediante aire comprimido. Se utiliza principalmente en trenes, camiones, autobuses y maquinaria pesada.

Utiliza pistones que son alimentados con depósitos de aire comprimido mediante un compresor, cuyo control se realiza mediante válvulas. Estos pistones actúan como prensas neumáticas contra los tambores o discos de freno.

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Accionamiento eléctrico

El freno eléctrico es un dispositivo que permite desacelerar o detener una máquina mediante accionamiento eléctrico. Hay dos tipos de frenos:

Un freno regenerativo o KERS es un dispositivo que permite reducir la

velocidad de una máquina transformando parte de su energía cinética en energía

eléctrica. Esta energía eléctrica es almacenada en baterías.

Durante el frenado, se modifican las conexiones del motor eléctrico mediante un dispositivo electrónico, para que funcione a la inversa, como un generador eléctrico. y los terminales del motor se convierten en suministradores de energía, la cual se conduce hacia una batería.

Un freno reostático es cuando la electricidad generada es disipada en forma de

calor por medio de resistencias, en lugar de almacenarse.

Control electrónico

Este sistema de frenado está configurado como un sistema con control electrónico a partir de la información que recogen varios sensores. Los sensores miden la tasa de velocidad a la que están girando cada una de las ruedas de la máquina.

Con la información recogida de los sensores se impulsará la actividad de los frenos, siempre en función de las necesidades y de forma que quede controlado el porcentaje de frenado que recibe cada una de las ruedas de la máquina. De esta manera al accionar el dispositivo de control, controlaremos la intensidad de la frenada haciendo que esta sea más o menos fuerte y en base a nuestros requerimientos.

CÁLCULOS EN LA FRENADA

Cuando la máquina o mecanismo frena, la energía cinética del disco o tambor debe ser absorbida por las zapatas o pastillas de freno.

Fórmulas

E cinética del disco = E absorbida freno

E cinética del disco = 𝐄𝐜 = 𝟏

𝟒𝒎𝐫𝟐𝐧𝟐

(J)

m = masa (Kg)

r = radio (m)

n = velocidad de giro del disco (rad/s)

E absorbida freno = fr e = F µ 2 π r n´ (J)

Pistones de freno

Compresor Válvula control

Depósito

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3.- EMBRAGUE

Son acoplamientos utilizados para solidarizar dos ejes o árboles alineados, para transmitir a uno de ellos el movimiento de rotación del otro, y desacoplarlos a voluntad de un operario externo, cuando se desea modificar el movimiento del conducido sin necesidad de parar el eje motriz.

Un Embrague es un sistema que permite controlar el acoplamiento mecánico entre el motor y la caja de cambios. El embrague permite que se puedan insertar las diferentes marchas o interrumpir la transmisión entre el motor y las ruedas. Su misión, es desconectar el motor de las ruedas en el momento de arrancar o realizar un cambio de marcha, sin que deje de funcionar el motor

En posición acoplado ("embragado") transmite la potencia suministrada. En un automóvil, este rueda y el motor está vinculado a la transmisión.

En posición desacoplado ("desembragado") se interrumpe la transmisión. En un automóvil, las ruedas giran libres o están detenidas, y el motor puede continuar girando sin transmitir este giro a las ruedas)

Tipos de embragues

Existen diferentes tipos de embrague, que se agrupan básicamente en cuatro:

fr = fuerza de rozamiento = F µ (N) F = fuerza necesaria para accionar el freno (N) µ = coeficiente de rozamiento

e = espacio recorrido en la frenada = 2 ∏ r n´ (m)

r = radio (m)

n´ = número de vueltas necesarias para frenar

Tipos de embragues

De dientes

La conexión entre los ejes conductor y conducido se logra mediante dos piezas dentadas que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de una calcen en los huecos de la otra

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4.- Elementos mecánicos de unión:

Los mecanismos y piezas de una máquina se unen entre sí mediante los elementos mecánicos de unión, que pueden ser desmontables o fijos.

Uniones desmontables: cuando las piezas pueden separarse con facilidad, sin romper el

medio de unión.

De fricción

Basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola, Utilizan la adherencia existente entre dos discos, y a los que se les aplica una determinada presión, que los une fuertemente uno contra el otro

Hidráulicos

Son los que utilizan como elemento de unión el aceite y son utilizados generalmente por los vehículos dotados de cambios de velocidades automáticos Una rueda de paletas del eje motriz está sumergida en un baño de aceite y al girar, el aceite en movimiento hace girar una segunda rueda. No existe una unión sólida entre los dos elementos pero se transmite el movimiento

Electromagnéticos

Son los menos utilizados, y están basados en el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable.

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Elementos roscados:

Tornillo pasante y tuerca

Mecanismo de tornillo que enrosca en una tuerca. Los elementos a unir no van roscados

Prisioneros

Dispositivo mecánico con rosca, con o sin cabeza, que sirve para impedir el giro o movimiento entre piezas, tales como un eje y un collar. El tornillo prisionero pasa por la rosca de la primera pieza y tiene una punta que se presiona firmemente contra la segunda pieza, impidiendo de esta manera el movimiento.

Espárragos

Es un elemento que posee rosca en sus dos extremos, donde uno de ellos entra en una pieza roscada previamente y en el otro se coloca una tuerca, con el objeto de realizar una unión.

Pernos Elemento roscado sólo en una zona que se aprieta o afloja mediante una tuerca

Tornillos rosca-chapa

Son tornillos de rosca cortante o autorroscantes. Van realizando la rosca a medida que son introducidos. La punta del tornillo es en forma de cono. Se usan para metales, maderas y plásticos.

Tornillos tirafondos

Se utilizan para madera. A medida que se introduce el tornillo, se va realizando la rosca. La parte roscada supone ¾ partes de su longitud.

Otros elementos de unión:

Pasadores

Son piezas de forma cilíndrica o cónica que sirven para sujetar elementos de máquinas. No suelen transmitir grandes esfuerzos

Chavetas

Son piezas prismáticas que se interponen entre dos piezas para unirlas e impedir el giro de una pieza respecto a la otra.

Lengüetas

Son piezas prismáticas que se utilizan para unir dos piezas, pero pueden permitir el desplazamiento entre ambas piezas

Guías Elementos de sujeción que permiten el desplazamiento de una pieza respecto a la otra

Chaveta

Lengüeta con tornillo

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Uniones fijas: para que las piezas se separen es necesario romper el elemento de unión,

y a veces, se deterioran las piezas.

Remaches:

Los remaches son varillas cilíndricas con una cabeza en un extremo que sirven para unir varias chapas o piezas de pequeño espesor de manera permanente. Se fabrican de metales blandos, como acero suave, aluminio, latón, etc.

Roblones:

Son remaches cuyo diámetro es mayor de 10 mm

Ajuste a presión:

Se denomina ajuste a presión, o ajuste con aprieto, a aquel que se realiza cuando el eje es más grande que el agujero donde se va a colocar.

Dependiendo de la diferencia entre medidas, el aprieto será más fuerte o más débil. Cuando se requiere un aprieto fuerte, es necesario calentar previamente la pieza donde está el agujero para que se dilate; seguidamente se introduce el eje y, finalmente, se deja enfriar todo el conjunto. Este es el método que se emplea para fijar el bulón a la biela y al pistón. Si el aprieto es débil, la pieza se introducirá en el agujero a presión, manualmente o mediante prensas.

Adhesivos:

Sirven para unir dos superficies, interponiendo una capa de un material con alto poder de adherencia

Soldadura:

Consiste en la unión permanente de dos o más metales, mediante calor en la zona de unión hasta que el material de aportación funda, uniendo así ambas superficies, o cuando el propio material de las piezas se funde y las une.

Si el material de aportación es similar al de las piezas, se denomina soldadura homogénea y, si es distinta, soldadura heterogénea. Con la soldadura homogénea se consigue una unión mejor al fundirse las piezas y luego enfriarse. La soldadura heterogénea consiste en realizar uniones en las que el material de aportación es distinto al material base y tiene menor punto de fusión. La unión se realiza sin fusión del material base y mediante la fusión del material de aportación que se distribuye entre las superficies de la unión muy próximas entre sí.

Tipos de soldadura

Heterogénea Blanda

Fuerte

Homogénea Oxiacetilénica

Eléctrica

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­ Soldadura blanda: utiliza materiales de aportación con punto de fusión por

debajo de los 450 °C.

se emplea para soldar componentes electrónicos. Como metal de aportación

se usa generalmente una aleación de estaño y plomo que suele fundir a

unos 230ºC.

El soldador aporta el calor necesario para fundir la aleación. Otros materiales

de aportación pueden ser:

Estaño–Plata: Se utiliza en instrumentos de trabajo delicados.

Estaño–Cinc: Se utiliza para soldar aluminio.

Cadmio–Plata: Se emplea en la unión de cobre

­ Soldadura fuerte: utiliza materiales de aportación con punto de fusión por

encima de los 450 °C. Las superficies a soldar se recubren con un material

antioxidante (bórax). Se aporta calor con un soplete de gas y se añade el

fundente (varillas de Cu-Zn ó Cu-Zn_Ag)

­ Soldadura oxiacetilénica o autógena: El calor necesario se obtiene de la

llama de un soplete por el que sale acetileno y oxígeno. La temperatura

alcanzada puede llegar a los 3.000ºC. Como metal de aportación se emplea

un material igual al de las piezas a unir.

­ Soldadura eléctrica: Se emplea para unir piezas metálicas, generalmente

de acero. Consiste en hacer saltar un arco eléctrico entre dos electrodos. Con

ese calor se funde una porción de las partes de las piezas que se van a unir.