SISTEMAS DE UNIÓN Y SOPORTE

SISTEMAS DE UNIÓN Y SOPORTE

Todas las máquinas están formadas por un conjunto de piezas o elementos unidos entre sí. el modo de fijación de estas piezas depende de su función y requiere el uso de diferentes procedimientos.

En general los procedimientos de unión de piezas se pueden clasificar en: Fijas y Desmontables.

UNIONES DESMONTABLES

En ocasiones los elementos y las piezas que constituyen una máquina se deben poder desunir por diferentes motivos.

En ese caso es necesario que los elementos que mantenían la unión permitan esta función con facilidad, dejando las piezas en las mismas condiciones que antes de haber sido unidas.
Este tipo de uniones fácilmente desmontables se pueden realizar de distintas formas:

Uniones roscadas

TORNILLO / TUERCA

Un tornillo es un elemento mecánico cilíndrico, generalmente metálico, dotado de una cabeza y una caña roscada, y que se emplea para fijar unas piezas con otras.

Aplicándole una fuerza de torsión en su cabeza con la herramienta apropiada se introduce en un orificio roscado o atraviesa piezas para acoplarse a una tuerca.

Una tuerca es la pieza, roscada interiormente, que se acopla al tornillo para formar una unión roscada

Para que tornillo y tuerca encajen deben tener el mismo tipo de rosca y el mismo paso.

TIRAFONDOS

Se utilizan para pared y madera.
Para instalarlos en pared se perfora ésta al diámetro adecuado, se inserta un taco de plástico y a continuación se introduce el tornillo que rosca a presión el taco, quedando así fuertemente sujeto al soporte.
También se utiliza para el atornillado de elementos de madera.

AUTORROSCANTES

Se les denominan autorroscantes porque abren su propio camino.

Se usan en láminas o perfiles metálicos, porque permiten unir metal con madera, metal con metal, metal con plástico o con otros materiales.

BULÓN

Es un tornillo de gran tamaño que se enrosca en una tuerca y que sólo está roscado en el extremo de su caña.

Las piezas que une un bulón no van roscadas y para que éste pueda ser introducido en ellas sin dificultad, tienen un diámetro ligeramente superior al del bulón.

TORNILLO DE UNIÓN

El tornillo de unión es semejante a los bulones, pero no se rosca a una tuerca sino que la pieza más alejada de la cabeza del tornillo hace la función de tuerca, por lo que tiene que estar roscada.

PRISIONERO

El prisionero es un tornillo que se rosca en una pieza y se alojan en el hueco practicado en la otra.

Se usan, sobre todo, cuando es necesario que una pieza permanezca fija sobre otra, sin desplazamientos ni giros.

ESPÁRRAGO

Es una varilla cilíndrica roscada en ambos extremos y con la parte central sin roscar. 

Se emplean para unir piezas grandes y costosas con otras más sencillas que requieren ser desmontadas con regularidad. La utilización del espárrago nos permite desmontar sólo la pieza sencilla y así preservar la rosca de la pieza costosa.

PERNO

El perno es un elemento cilíndrico largo, con cabeza redondeada por un extremo, y que en el otro extremo se asegura por medio de un pasador, una chaveta o una tuerca.

Se emplean para unir varias piezas y pueden desarrollar funciones de apoyo, de articulación y de anclaje.

Uniones No roscadas

PASADORES

Son vástagos cilíndricos o cónicos que van a unir piezas pasando a través de ellas.

Además de sujetar, sirven para mantener la posición relativa entre piezas.

Suelen ser de acero.

CHAVETAS

Son piezas metálicas en forma de cuña cuya altura va en disminución y que se alojan en unas hendiduras longitudinales llamadas chaveteros.

Son lo suficientemente robustas como para unir piezas y transmitir esfuerzos entre ellas.

Pueden ser transversales o longitudinales.

LENGÜETAS

Como las chavetas, son cuñas metálicas alojadas en chaveteros, pero éstas tienen todas sus caras paralelas.

Su función es permitir que la pieza a sujetar tenga un cierto desplazamiento longitudinal sobre la pieza que sujeta la lengüeta.

GUÍAS

Permiten el desplazamiento longitudinal de una pieza respecto a otra.

Son empleadas en las máquinas herramientas para desplazar herramientas y carros.

BOTONES, VELCRO, CORCHETES...

Son distintos elementos que se emplean habitualmente en el ámbito textil.

Los botones, se fabrican de resina, plástico, madera, nácar,… Para realizar la unión son introducidos por un ojal.

El velcro es un sistema de apertura y cierre rápido. Son dos tiras contrapuestas en un lado con unos ganchos más o menos deformables que se agarran a una tira de fibras enmarañadas, produciendo una adhesión parcial que se desmonta estirando de ambas.

Los corchetes son una especie de broches, fabricados de metal o de plástico, y constituidos por un macho y una hembra, que cuando se presionan uno sobre otro produce la unión entre las prendas.

UNIONES FIJAS

Las uniones fijas más comunes son

· Remaches y roblones

· Adhesivos

· Ajuste a presión

· Soldadura

Por lo general, las máquinas y mecanismos se diseñan de modo que sus componentes deben estar permanentemente unidos, ya que no se prevé su desmontaje.

Por eso se recurre a uniones fijas o difícilmente desmontables, de estas los métodos más empleados son:

• 
  

Remaches y roblones

¿Cómo se coloca un remache?

Imagen 39. Wikipedia. Creative Commons.

1. Se coloca el remache o roblón en la boquilla de la remachadora, apoyándolo por el lado de la cabeza sobre la pieza que vamos a unir, y dejándolo sobresalir una longitud de unas 1.5 veces el diámetro del vástago.
2. Mediante la acción de la remachadora, las mordazas ejercen sobre el vástago una fuerza de tracción.
3. La cabeza del vástago deforma la cabeza del remache, uniendo las dos piezas.
4. Cuando llegamos al grado máximo de presión, el vástago, que se encuentra debilitado en su parte superior se parte y se separa de la cabeza del remache.
5. Una vez separados vástago y cabeza, tenemos una fijación limpia, rápida y duradera.

Para darle la forma adecuada se emplea un útil llamado sufridera, en la que se apoya la cabeza, y se golpea con un mazo llamado buterola, configurando la nueva cabeza del roblón.

Según las dimensiones del roblón puede ser necesario calentarlo para facilitar su deformación.

Imagen 40. Isftic. Creative Commons.

Cuando no hay acceso al extremo opuesto se usan remaches ciegos, que son tubos de aluminio deformables al tirar de un alambre. El proceso de unión mediante remaches ciegos es mucho más rápido y más fácil que el remachado normal. Sus pasos son:

• Practicar un orificio del tamaño adecuado coincidente con el de las piezas a unir. Se suelen mantener las piezas juntas mientras se taladra.
• Se coloca el remache en la remachadora y la cabeza del remache se apoya contra el material a remachar.
• Se acciona la remachadora manteniendo las dos piezas unidas. La fuerza aplicada va creciendo sobre el alambre del remache y al romperse éste, las piezas quedan firmemente unidas.

En estas imágenes de la página tecno 12-18 se muestra el proceso del remachado.

Imagen 41. Tecno 12-18. Copyright.

¿Cómo se quita un remache?

Los remaches no admiten ajustes posteriores después de haberlos colocado.

Para quitar un remache se debe taladrar sobre él con una broca de diámetro ligeramente inferior al del remache.

Imagen 42. Alex. Copyright

¿Dónde se usan los remaches?

En el fuselaje de los aviones o en los cascos de los barcos se pueden verse casos de piezas unidas por remaches.

También son muy utilizados en estructuras metálicas de construcción civil. Como curiosidad, decir que en el proceso del montaje de la Torre Eiffel se emplearon más de dos millones y medio de remaches.

Los roblones son remaches cuyo diámetro es superior a 10 mm.

 

ELEMENTOS AUXILIARES DE MÁQUINAS

ELEMENTOS AUXILIARES DE MÁQUINAS

I.- ACUMULADORES DE ENERGÍA MECÁNICA

Es un dispositivo que puede almacenar o acumular una determinada cantidad de energía mecánica y devolverla en el momento necesario

Los acumuladores basan su acción en almacenar parte de la energía producida por el motor y suministrarla después en los períodos de tiempo en que el motor no produce ningún trabajo.
Entre los acumuladores más conocidos destacan el Volante de Inercia y los Elementos Elásticos.

Volante de Inercia

• El Volante de Inercia acumula la energía mecánica en forma de energía cinética de rotación

Consiste en una rueda o un disco (de fundición o acero). calado en el árbol motor, que gira solidariamente con él,  con la misión de garantizar un giro regular, frenando al eje cuando tienda a acelerarse y acelerándolo cuando tienda a frenarse

Animación de un motor de cuatro cilindros acoplados a un cigüeñal y con volante de inercia.

Elementos Elásticos

• Los Elementos Elásticos acumulan la energía en forma de energía potencial elástica

·Muelles: absorben energía energía en forma de vibraciones o cuando una fuerza actúa sobre ellos, para posteriormente liberarla lentamente. Se deforman por la acción de la fuerza y que recuperan su forma inicial cuando cesa la fuerza deformadora.

Existen varios tipos, entre los que se encuentran los de Compresión, Tracción, Torsión y planos.

Los materiales usados en su fabricación son aceros y bronce (para pequeñas cargas).

·Ballestas: Son elementos elásticos formados por láminas de acero de distinta longitud, unidas entre si por medio de abrazaderas. Están sometidos a esfuerzos de flexión, y se usan principalmente como elemento de suspensión en vehículos pesados. Cuando el vehículo circula por un terreno irregular, las vibraciones producidas son absorbidas por las ballestas que, al flexionarse, evitan que se transmitan a la carrocería del vehículo

II.- DISIPADORES DE ENERGÍA MECÁNICA

Es un dispositivo capaz de transformar la energía mecánica de un elemento en energía calorífica por medio de rozamiento o fricción (este proceso no es reversible).

Uno de los disipadores de energía más importantes son los:

FRENOS

Su misión es reducir o detener el movimiento de un elemento mecánico cuando sea necesario, transformado la energía cinética en calorífica a través de la fricción de dos piezas.
Tipos:

FRENOS DE TAMBOR

Se aplica en ruedas y consiste en que una o dos zapatas producen una disminución en la energía cinética del tambor debido al rozamiento de las mismas por la cara interior del tambor.

FRENOS DE DISCO

Constan de un disco colocado en torno al eje de giro y de dos piezas denominadas pastillas que se aplican sobre ambas caras del disco para reducir su movimiento, están hechas de un material de fricción llamado ferodo y están fijas al chasis Son los más utilizados en vehículos: motos, coches…

FUNCIONAMIENTO SISTEMA DE FRENOS:

FRENOS ELÉCTRICOS

Consta un disco metálico que gira entre dos polos fijos de un electroimán. Para frenar, hacemos pasar la corriente eléctrica a través del electroimán de forma que se creará un campo magnético. Por tener un metal moviéndose en el seno de un campo magnético, se inducirán en él una serie de corrientes y aparecerá en él una fuerza que, si el sistema está bien diseñado, tenderá a detenerlo. Se emplea en vehículos pesados (camiones) como freno de apoyo

FRENOS ABS

Consisten en un sistema gobernado eléctrico e hidráulico que lo que hace es que al pisar el pedal, la zapata no presiona de forma constante al tambor, sino que frena a impulsos, como si se pisase y se soltase el freno muchas veces.
De esta forma se evita el bloqueo de las ruedas y disminuye el calor disipado, garantizándose que la frenada se realiza por contacto entre la pastilla y el disco y no entre la rueda y el suelo.

Frenos ABS - Discovery Channel:

¿Qué es el ESP?

Como funciona el ABS, el EBD y el BAS

III.- ELEMENTOS DE FRICCIÓN

Son elementos de máquinas que se sitúan entre una parte móvil y su soporte con el fin de soportar el rozamiento y el desgaste y evitar que éste se reduzca en otros elementos de mayor coste y responsabilidad mecánica.
Se distinguen dos tipos de elementos de fricción: cojinetes y rodamientos

COJINETES

Son cilindros huecos por cuyo interior pasa el árbol o eje. Trabajan a fricción.
Están fabricados de un material más blando que el del árbol, con el objetivo de que se 
desgaste primero y lo proteja.

RODAMIENTO

Un rodamiento es un tipo de cojinete formado por unos cilindros unidos a un eje y una pieza, entre ellos se colocan unas bolas, agujas o rodillos que giran entre ambas piezas para reducir la fricción y el desgaste (tienen que estar bien lubricadas para mejorar el movimiento), los rodamientos suelen estar fabricados en acero con un acabado muy fino.En los rodamientos hay distintos tipos de movimiento dependiendo del esfuerzo, suelen ser: axiales, radiales y mixtos.

IV.- LUBRICACIÓN

Consiste en interponer un fluido entre las superficies en movimiento de las máquina que  deben estar en contacto para evitar la fricción en seco de éstas, generando una película separadora que evita el contacto entre ellas y por lo tanto su desgaste, no reduce totalmente el rozamiento, aunque lo limita considerablemente.


De no haber lubricación y debido al fricción se podría producir una elevación de temperatura tal que podría provocar la fusión de los componentes, a esto se le llama gripaje.


La lubricación también desempeña otros cometidos que garantizan el funcionamiento optimizado de la maquinaria, manteniéndola en buenas condiciones de uso durante un mayor tiempo, las funciones de la lubricación son:

• Refrigeración.
• Sellado.
• Eliminación de impurezas.
• Efecto anticorrosivo y antidesgaste.
• Ahorro energético.

En la figura se puede observar el circuito de lubricación del motor de un automóvil.

MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO

MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTO

El movimiento de entrada es diferente al movimiento de salida

CLASIFICACIÓN:

Mov. Rotación Continuo	Rectilíneo	Continuo	Piñón – Cremallera
			Tornillo – Tuerca
		Alternativo	Leva o Excéntrica
			Biela – Manivela
	Rotación	Continuo	Trinquete
			Rueda Libre
		Alternativo	Articulación
Mov. Rectilíneo Continuo	Rotación Continuo		Piñón – Cremallera
	Rotación Alternativo
Mov. Rectilíneo Alternativo	Rotación Continuo		Pistón – Biela – Cigüeñal

I.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN EN MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS

Piñón-cremallera

Este mecanismo es reversible, es decir, el movimiento rectilíneo de la cremallera se puede convertir en un movimiento circular por parte del piñón. En el primer caso, el piñón al girar y estar engranado a la cremallera, empuja a ésta, provocando su desplazamiento lineal (su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de circular en lineal continuo)

Tiene diferentes aplicaciones:

• Taladradora de columna: El conjunto piñón-cremallera lo componen la manivela de mando, que lleva en un extremo un piñón, y el eje portabrocas, que lleva tallada la cremallera. Al girar la manivela, el eje portabrocas avanza en sentido rectilíneo.

• Caja de Dirección de un automóvil:

• Puerta corredera:

• Sacacorchos:

Tornillo y tuerca

Es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo).

Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella.

Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.

Evidentemente, este mecanismo es irreversible, es decir, no se puede convertir el movimiento lineal de ninguno de los elementos en circular.

Veamos algunos instrumentos que incorporan este mecanismo:

El sargento: Esta herramienta de sujeción de piezas que se van a mecanizar, muy común en cualquier aula de tecnología, tiene este mecanismo como elemento esencial. En este caso, el elemento motriz es el tornillo que, al girarlo manualmente, avanza dentro de la tuerca que posee el brazo de la corredera.

El gato mecánico: En este caso, al girar la manivela, gira la tuerca, que actúa como elemento motriz y, a la vez, avanza por el tornillo linealmente de forma que se cierran las barras articuladas que levantan el automóvil.

Otros ejemplos de aplicación:

II.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN EN MOVIMIENTOS ALTERNATIVOS

La leva y La Excéntrica

En mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material(madera,metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor.

Permite obtener un movimiento alternativo, a partir de uno circular; pero no nos permite obtener el circular a partir de uno alternativo (o de uno oscilante). Es un mecanismo no reversible, es decir, el movimiento alternativo del seguidor no puede ser transformado en un movimiento circular para la leva. Si haces clic sobre el dibujo de la derecha, verás a la leva en acción.

En resumen:

• Tipo de mecanismo: Transformación circular a alternativo.
• Elemento motriz: Leva, que describe un movimiento circular.
• Elemento conducido: Seguidor, que describe un movimiento alternativo.

Este mecanismo se emplea en: motores de automóviles (para la apertura y cierre de las válvulas), programadores de lavadoras (para la apertura y cierre de los circuitos que gobiernan su funcionamiento), carretes de pesca (mecanismo de avance-retroceso del carrete), cortapelos, depiladoras,

Un automóvil posee múltiples cilindros (normalmente cuatro) con sus respectivas válvulas. Éstas deben abrirse y cerrarse siguiendo una secuencia periódica muy precisa y perfectamente sincronizada con el resto de los elementos del motor.

Conjunto de leva, taqué, balancín y válvula

Es por esto que todas las levas van montadas sobre un mismo elemento llamado árbol de levas. Por otra parte, cada una de las levas obliga a su correspondiente seguidor, llamado taqué, a un movimiento alternativo que se transmite hasta válvula a través de una palanca llamada balancín.

La excéntrica es un disco con su centro de rotación colocado 'descentrado'. Esto significa que la leva gira las subidas seguidor planas y cae a una velocidad constante.A medida que gira empuja el seguidor plana hacia arriba y luego permite que caiga hacia abajo. El movimiento es suave y a una velocidad constante.

Un juguete mecánico basado en una serie de levas excéntricas se ve a continuación. A medida que la palanca se gira el eje y las excéntricas fijas a girar.Colocados por encima de las levas son un número de  segmentos que representan una "serpiente". Como las levas giran algunos de los seguidores planas son empujados hacia  arriba, mientras que otros caen abajo. Esto da la impresión de que la serpiente se mueve.

Mecanismo biela-manivela

Transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo.
El sistema está constituido por un elemento giratorio denominado manivela, conectado a una barra rígida llamada biela, de modo que cuando gira la manivela, la biela está forzada a avanzar y retroceder sucesivamente

Es un sistema reversible, lo que quiere decir que también puede funcionar para convertir un movimiento lineal alternativo en otro de giro, como en el caso de un pistón dentro del cilindro en el motor de un automóvil, donde la manivela se ve obligada a girar.

Se consigue así un movimiento alternativo de vaivén en la biela. A la longitud de desplazamiento recibe el nombre de carrera, y su valor depende de la longitud de la manivela (radio de giro). Cuando la manivela da una vuelta completa, la biela se desplaza una distancia igual al doble de la longitud de la manivela. 

Las posiciones extremas del recorrido se llaman puntos muertos, siendo el punto muerto superior (pms) el que está a mayor distancia del eje de la manivela, y punto muerto inferior (pmi) el que está más próximo. 

La distancia entre el pms y el pmi se llama carrera y coincide con el doble de la longitud de la manivela. 

Entre sus numerosas aplicaciones destacan sobre todo las utilizadas en el mundo del automóvil. Así por ejemplo el movimiento alternativo producido en los pistones de los cilíndros es transformado en giro por medio de sistemas biela manivela.

Conjunto cigüeñal, biela y pistón

Veamos los siguientes vídeos explicativos:

El Cigúeñal:

Motor de combustión interna 2 tiempos 

Motor de combustión interna 4 tiempos 

Motor diésel:

III.- MECANISMOS QUE TRANSFORMAN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN EN MOVIMIENTOS DE ROTACIÓN

Trinquete

Es un mecanismo que permite la rotación de un eje en un sentido, pero lo imposibilita en sentido contrario, se utiliza cuando se requiere asegurar un sentido único de giro, como sucede en gatos o aparatos de elevación, impidiendo que la carga se convierta en elementos motriz cuando la fuerza de elevación cesa.

La utilización de este tipo de trinquete queda limitada a velocidades medias y bajas, para poder ser empleado con mecanismos que transmitan grandes velocidades es necesario un resorte de recuperación de fuerza lo que disminuye el rendimiento del mecanismo.

Aunque la función es esencialmente la misma, la forma de conseguirlo puede ser diversa cono vemos en los dibujos.

Rueda Libre

Es un mecanismo que se coloca en el árbol de transmisión, al objeto de permitir que el eje motor arrastre al eje resistente, pero no al contrario, es decir si el árbol resistente gira a más revoluciones que el árbol motriz, la conexión se desacopla. Es el mecanismo que montan las bicicletas, para cuando se realiza un descenso con mucha pendiente, el giro de las ruedas es más rápido que el que se da a los pedales y entonces de desacopla la transmisión, o bien para que cuando se deja de pedalear (eje motor) la bicicleta siga rodando (eje conducido), en las bicicletas de piñón fijo no ocurre así, si se deja de dar pedales, se frena absolutamente el movimiento.

Consiste en una rueda y una corona circular acoplada a ella, la rueda tiene practicadas unas cavidades en las que se introduce una bola con un resorte que mantiene el acoplamiento cuando la rueda conducida es arrastrada por la motriz, pero cuando la rueda conducida gira a mayor velocidad el resorte no puede continuar manteniendo el empuje y se produce el desacoplamiento entre los dos elementos.Actualmente está prácticamente en desuso en los automóviles, solamente se sigue montando en el Volkswagen VW Lupo 3L, para poder conseguir un consumo homologado inferior a 3 l/100 km, ya que permite que al levantar el pie del acelerador en el descenso de una pendiente el motor tiende a bajar de revoluciones, pero el impulso del coche obliga a continuar girando rápidamente. Actúa como si fuese un embrague automático, el motor gira a régimen de ralentí hasta que se vuelve a pisar el acelerador y vuelve a transmitir fuerza de giro a las ruedas motrices.