Fundamentos de los Mecanismos y Sistemas Mecánicos
Cuando se ensamblan distintas piezas se obtiene lo que conocemos como mecanismo, el cual realizará una tarea concreta. Al acoplar diversos mecanismos entre sí, obtenemos un sistema mecánico y, finalmente, varios de estos sistemas darán lugar a un determinado equipo o máquina.
Definiremos mecanismo como la combinación de piezas que generan una acción determinada. Se emplean para transmitir movimiento o para transmitir y transformar el movimiento.
Clasificación General de Mecanismos
Los mecanismos se pueden clasificar según su función principal:
- De control: Para regular o limitar determinados movimientos.
- De embrague: Para establecer o anular una transmisión entre dos ejes.
- De frenos: Para reducir la velocidad de un cuerpo.
- De inversión: Para invertir el sentido de movimiento.
- De regulación: Para regular un movimiento.
- De bloqueo: Para asegurar el posicionamiento de un elemento.
Medios de Funcionamiento
Los mecanismos pueden desarrollar su misión mediante:
- Medio mecánico.
- Medio hidráulico o neumático.
- Sistemas eléctricos.
Mecanismos de Transmisión
Acoplamientos
Los acoplamientos son elementos que sirven para conectar los ejes de dos equipos independientes, prolongando la línea de transmisión. Se utilizan principalmente cuando los ejes están alineados o forman un ángulo pequeño.
Los acoplamientos se dividen en rígidos o flexibles. Entre los tipos más comunes se encuentran:
- Rígidos.
- Flexibles (de fuelle metálico, de ranurado helicoidal, de láminas).
- Oldham (de desplazamiento lateral).
- Flexibles de cruceta, araña o estrella.
- Limitadores de par.
Configuraciones de Ejes
La transmisión también se clasifica según la disposición de los ejes:
- Ejes alineados o formando un ángulo pequeño.
- Ejes formando un ángulo entre sí superior a 5º.
- Ejes paralelos.
- Ejes que se cruzan.
- Ejes que se cortan.
Mecanismos de Transformación de Movimiento
Piñón-Cremallera
Mecanismo formado por un piñón que engrana en una barra dentada (cremallera). Ambos elementos deben tener el mismo perfil de diente (módulo). Es un sistema reversible.Biela-Manivela
Formado por un elemento giratorio (manivela) conectado a una barra rígida (biela). Cuando la manivela gira, la biela realiza un movimiento angular y lineal. La biela suele ir unida a una corredera que adquiere un movimiento lineal alternativo puro.Tornillo-Tuerca
Transforma un movimiento circular en otro lineal.Levas
Consiguen un movimiento lineal alternativo. Se componen de un impulsor (leva) que, mediante contacto directo o indirecto a través de un rodillo, mueve a otra pieza llamada seguidor.Tipos de Leva
- De disco
- De cuña
- Ranurada
- Lateral
Reductores de Velocidad y Variadores
Cajas Reductoras
Una caja reductora es un elemento capaz de reducir la velocidad de rotación, aumentando consecuentemente la transmisión del par. Están compuestos por engranajes, casquillos, coronas, piñones, arandelas y rodamientos.
Reductores de Tornillo Sin Fin
Es la constitución más sencilla. Está formado por un tornillo sin fin (de acero) que puede presentar una o varias entradas y que ajusta con una rueda compuesta por un núcleo de acero y, en su periferia, una corona dentada que suele ser de bronce. Si el tornillo tiene una sola entrada, por cada vuelta, la corona avanza un diente, lo que implica una considerable reducción de velocidad. Tienen el inconveniente de no presentar una buena eficiencia de trabajo, ya que disipan una potencia considerable.
Reductores de Engranajes
Están formados por pares de ruedas de cualquier tipo. En cada engranaje hay una rueda pequeña (piñón) acoplada con otra grande, transmitiendo el movimiento, disminuyendo la velocidad de rotación y aumentando la potencia.
- Dientes Rectos: La transmisión del movimiento se realiza entre ejes paralelos. Se emplean para transmitir grandes potencias.
- Ruedas Helicoidales: Proporcionan un funcionamiento más suave y silencioso. Permiten transmitir mayores potencias, puesto que la superficie de contacto entre dientes es mayor. Sus ejes pueden situarse tanto en paralelo como a 90°.
Reductores Cicloidales
Están compuestos por el eje de entrada, una leva excéntrica, un disco cicloidal, una serie de pernos y un eje de salida. La leva excéntrica, que gira a la velocidad del eje de entrada, hace girar a un disco cicloide por la parte interna de un anillo que presenta una serie de pernos. Por cada vuelta del eje, el disco avanza un perno. El disco cicloide es como una rueda dentada, pero en lugar de dientes presenta lóbulos en su periferia. El disco tiene, además, una serie de orificios donde van introducidos unos bulones, solidarios con un plato y, a su vez, con el eje de salida.
Reductores Planetarios
Consiste en una rueda central (sol) y varias ruedas externas (planetas) que engranan con la central y giran sobre ella. Los planetas van montados sobre un brazo móvil que gira respecto al sol y transfiere el movimiento a una rueda con dentado exterior, que es la que proporciona el movimiento al eje de salida. Pueden lograr grandes reducciones de velocidad y pueden presentar varias etapas.
Variadores de Velocidad Mecánicos
Un variador de velocidad mecánico es un dispositivo que altera la velocidad de un motor eléctrico mediante cambios en la relación de transmisión mecánica.
Variadores de Poleas y Correa
Consiguen su objetivo cambiando de forma progresiva los diámetros de las poleas, las cuales están formadas por dos platos que se pueden desplazar axialmente. De esta manera, se puede establecer la relación de transmisión necesaria.
Variadores de Fricción
El eje de entrada gira solidario a un disco de arrastre, que a su vez está en contacto con un anillo de fricción presionado por un muelle. A diferencia del variador de poleas, este puede regularse con el motor parado. Al tratarse de un sistema de fricción, los elementos funcionales de la transmisión deben trabajar en seco.
Mecanismo Diferencial
Un mecanismo diferencial es un sistema de engranajes que permite que las ruedas de un mismo eje giren a diferentes velocidades. Su funcionamiento se basa en un conjunto de engranajes que, al recibir la potencia del motor, la distribuyen y permiten que una rueda gire más rápido o más lento que la otra, según la necesidad de tracción.
Definición de Cadena Cinemática
La cadena cinemática es el conjunto de mecanismos que, unidos entre sí, logran transmitir la potencia mecánica de un elemento motriz al punto de trabajo.
Mecanismos de Embrague (Clutch)
La misión principal de estos mecanismos es establecer o anular la transmisión de movimiento entre dos ejes o elementos sin que uno de ellos se detenga. Controlan la transmisión de potencia, y su principio de funcionamiento suele basarse en la fricción.
Tipos de Embragues
Embrague de Disco Único
Funciona como una conexión entre el motor y la caja de cambios, interrumpiéndola al presionar el pedal (desembragar) y restableciéndola al soltarlo (embragar). Cuando está acoplado (pedal suelto), el disco se presiona contra el volante del motor por la presión de una placa, transmitiendo potencia a la transmisión. Al pisar el pedal, la conexión se interrumpe, lo que permite cambiar de marcha suavemente.
Embrague de Discos Múltiples
Se utiliza para transmitir mayores pares de torsión, ya que está compuesto por varios discos que aumentan la superficie de fricción y, con ello, el par a transmitir.
Embrague Cónico
Se emplea para acoplamientos sencillos. Son adecuados cuando se necesitan altos pares de torsión y el espacio disponible para el embrague es pequeño. Su funcionamiento se basa en la introducción de un elemento cónico en un alojamiento, lo que produce un rozamiento entre las superficies que posibilita la transmisión.
Embrague de Dientes
Su principio de funcionamiento es por contacto directo. Para embragar, ambos ejes deben estar parados, aunque permite el desembrague con los ejes en movimiento.
Mecanismos de Freno
Los frenos son mecanismos cuya finalidad es absorber la energía cinética para lograr ralentizar o detener el movimiento de un elemento.
Tipos de Frenos
Frenos de Disco
Funcionan cuando se aplica presión al pedal del freno, la cual se transmite hidráulicamente hasta las pinzas. Dentro de las pinzas, los pistones empujan las pastillas de freno contra el disco giratorio, generando fricción. Esta fricción convierte la energía cinética en energía térmica, lo que desacelera y detiene las ruedas.
Freno de Zapatas Exterior
Se compone de unas zapatas (elemento estático) que presionan exteriormente la superficie de un cilindro (elemento que gira). Estas zapatas van montadas sobre un mecanismo articulado, asociadas al diámetro del cilindro-tambor, que permite su aproximación o alejamiento. El par de frenado se obtiene mediante la acción de un resorte que puede ser ajustado. La liberación se realiza mediante un propulsor electrohidráulico.
Freno de Zapatas Interior (Freno de Tambor)
Se divide en dos partes: tambor y plato de freno. Funciona presionando las zapatas, que son piezas curvas con material de fricción, contra la superficie interna de un tambor giratorio. Al pisar el pedal, un sistema hidráulico empuja los pistones del cilindro de la rueda, los cuales a su vez empujan las zapatas hacia afuera, generando fricción con el tambor y ralentizando o deteniendo la rueda. Cuando se suelta el pedal, unos muelles separan las zapatas del tambor para que la rueda pueda girar libremente.