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miércoles, 20 de julio de 2011

Engranes y Frenos

Embrague y Frenos
Ciertos motores o maquinas requieren que se controle cuando hay un cambio de velocidad, o cuando comienzan el arranque hasta su velocidad de funcionamiento, o cuando se quiere detener o desacelerar una máquina que produce un determinado movimiento, en este esté blog vamos hablar de estos dispositivos que controlan estos movimientos que son los embragues y los frenos.
Un embrague es un elemento que permite conectar o desconectar un componente impulsado con el impulsor del sistema. Por ejemplo son las maquinas que deben de parar y arrancar con frecuencia, el motor siempre continua en funcionamiento pero el embrague lo que hace es desconectar o conectar la carga, esto permite que se mueva se pare con rapidez, y no hay necesidad por ejemplo que un motor acelere o desacelere con el pesado rotor que conecta la maquina impulsada.
Un freno tiene el mismo funcionamiento que el del freno de bicicletas lo que hace es detener o desacelerar un dispositivo en movimiento.
Es importante saber que los embragues y frenos están relacionados ya que ambos utilizan la fricción como medio de funcionamiento.
Tipos de frenos
El frenado con zapatas:
Este dispositivo esta 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. Una vez más, 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 zapatas de expansión interna (de tambor):
Los frenos de tambor tienen dos zapatas semicirculares que presionan contra la superficie interna de un tambor metálico que gira con la rueda. Las zapatas están montadas en un plato de anclaje; este plato está sujeto en la funda del eje trasero en la suspensión para que no gire.
Cuando el conductor pisa el pedal del freno, la presión hidráulica aumenta en el cilindro maestro y pasa a cada cilindro de rueda. Los cilindros de rueda empujan un extremo de cada zapata contra el tambor, y un pivote, llamado ancla, soporta el otro extremo de la zapata.
En el ancla, generalmente hay un ajustador de freno. Cuando las balatas, que van unidas a las zapatas, se desgastan, hay que acercar más las zapatas al tambor con un ajustador de rosca para mantener la máxima fuerza de frenado. En algunos automóviles se debe hacer un ajuste manual a intervalos de 5,000 a 10,000 kilómetros.
El frenado con discos:
El freno de disco consiste en un disco de hierro fundido o rotor que gira con la rueda, y una pinza o mordaza (caliper) montada en la suspensión delantera, que presiona las pastillas de fricción (balatas) contra el disco.
La mayoría de los frenos de disco tienen pinzas corredizas. Se montan de modo que se puedan correr unos milímetros hacia ambos lados. Al pisar el pedal del freno, la presión hidráulica empuja un pistón dentro de la pinza y presiona una pastilla contra el rotor. Esta presión mueve toda la pinza en su montaje y jala también la otra pastilla contra el rotor.


El freno de cinta:
Posiblemente el dispositivo de freno más sencillo de concebir es el llamado freno de cinta o freno de banda, el cual consiste fundamentalmente de una cinta flexible, estacionaria, que se tensa alrededor de un cilindro solidario al eje cuya velocidad se pretende modificar, la fricción existente entre la cinta y el tambor es responsable de la acción del frenado.
Se usa en las máquinas de vapor, en los vehículos a motor y en algunos tipos de bicicletas, pero sobre todo en aparatos elevadores.


Frenos neumáticos:
Su funcionamiento se basa en que el esfuerzo de frenado aplicado por las zapatas o discos proviene indirectamente del hecho de mover el pistón de un cilindro.



Tipos de Embragues
Embrague Mecánico:
Los movimientos del pedal del embrague son transmitidos al embrague usando un cable. Este mecanismo se basa en el accionamiento del sistema de embrague, mediante un cable de acero, unido por uno de sus extremos al pedal de embrague, y por el otro a una horquilla de embrague, unida ésta a su vez con el cojinete de embrague.

Al pisar el pedal, el cable tira de la horquilla, aplicándole un esfuerzo capaz de desplazar al cojinete de embrague, deformando a su vez el diafragma del mecanismo de embrague, con el consiguiente desembragado del sistema. Al soltar el pedal, la fuerza de dicho diafragma, hace desplazar al cojinete en sentido contrario, y ésta a su vez al cable, con el consiguiente retorno del pedal de embrague a su estado de reposo.





Embrague de fricción:
Los embragues de fricción basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola. Son aquellos caracterizados porque el mecanismo de transmisión de movimiento, y en consecuencia de potencia, se logra mediante el contacto entre dos superficies rugosas, una solidaria al eje conductor, la otra al conducido.
Embragues electromagnéticos:
Embragues que basan su funcionamiento en el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos.

Están formados por un elemento conductor fijado al volante de inercia en el que se encuentra polvo metálico, un elemento conducido ensamblado sobre el primario de la caja de cambios con una bobina que es alimentada a través de unas escobillas y un calculador electrónico, que recibe información de la posición de la palanca de cambios, del régimen del motor, de la velocidad del vehículo, y de la posición del pedal del acelerador. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable.

Embragues dentados:
Están caracterizados porque la conexión entre los ejes conductor y conducido se  logran mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro.
Existen dos tipos comunes de embragues de dientes, embragues de dientes cuadrados y de dientes en espiral, el segundo capaz de transmitir momento, y en consecuencia movimientos en dos sentidos, mientras que el primero en un solo sentido.


Embragues unidireccionales:
Son aquellos embragues diseñados para transmitir movimiento, y consecuentemente potencia, cuando el eje conductor gira en un solo sentido. Al invertir el sentido de rotación del eje conductor, los ejes de la transmisión se comportan como si no estuvieran acoplados.






miércoles, 13 de julio de 2011

Ejemplo de impulsores de cadenas

Vamos a realizar un problema de transmisiones por cadenas. Nos piden diseñar unas bandas transportadoras en la empresa de Coca-Cola para transportar los refrescos que vienen en cajas, son 9 los refrescos de 2 litros en cada caja, las bandas se impulsan con la ayuda de un motor eléctrico de 10 hp, el motor tiene una velocidad de 1200 rpm y se desea que la velocidad de salida sea de 300 rpm. 

  
 

Diseño de bandas transportadoras
 
-          Paso 1:
Se especifica el factor de servicio este se escoge por medio de unas tablas relacionando el impulsor (motor eléctrico) y maquina impulsada (bandas transportadoras), en este caso el F.S=1,5, este factor de servicio hay que multiplicarlo a la potencia del motor.

-          Paso 2:
Se calcula la relación que se desea en el diseño.

-          Paso 3:
Por medio da tablas relacionando el  potencia de diseño y la velocidad mayor, podemos obtener el tipo de cadena, el paso de la cadena, y el número de dientes del dela catarina pequeña. Los datos que obtuvimos para ese diseño fueron.
Cadena número 40 con paso 0,5 pulg
N1= 30 y una velocidad de n1= 1200 rpm para una potencia de 15,28hp
Lubricación tipo B

-          Paso 4:
La cantidad de dientes de la Catarina grande. Es recomendable que el número sea entero.

-          Paso 5:
Velocidad de salida esperada del diseño

-          Paso 6:
Los diámetros de paso de cada Catarina.
-          Paso7:
Se escoge la distancia entre centros que se desea debe de ser de 30 a 50 pasos de cadena. Vamos a escoger.

-          Paso 8:
La longitud de cadena necesaria, se recomienda un número par.

-          Paso 9:
La distancia real entre centros ya que la anterior era un estimado para hacer los cálculos.

Resumen de diseño
Paso: cadena número 40, con 0.5 pulg de paso
Longitud: 164 pasos o 82 pulg.
Distancia entre centros: 42 pasos o 21 pulg.
Catarinas: hilera simple, número 40, 0,5 pulga de paso.
Catarina pequeña: 30 dientes, diámetro 4,78 pulg.
Catarina grande: 120 dientes, diámetro 19,1 pulg.

Diseño con medidas de catarinas y distancia entre centro

jueves, 30 de junio de 2011

Impulsores de Cadenas

Transmisiones  por cadena
Las cadenas junto con las bandas representan los principales tipos de elementos flexibles para transmitir potencia de un motor ah un determinado dispositivo que se requiere ser impulsado para una determinada labor ya sea agitadores, ventiladores, bandas transportadoras, grúas, entre otros usos que se le dan ala bandas y cadenas. Pero nos vamos a centrar en las cadenas que es nuestros temas de interés.
Figura 1. Partes de cadena





La cadena es una serie de eslabones unidos que estos se unen por medios de pernos, las transmisión de cadenas para cumplir su función de transmisión de potencia esta debe de tener una rueda dentada pequeña (Catarina motriz) que esta va a ser impulsada por un determinado motor y una rueda dentada grande(Catarina conducida) luego la cadena que va a estar insertada en los dientes de las catarinas, la catarinas motriz se va iniciar un movimiento provocado por el motor que por ende la cadena va iniciar el movimiento de la catarina conducida, es común observar una cadena en bicicletas en motocicletas, en sierras, en distintos maquinas.
Figura 2. Transmisión por cadena de rodillos
 (Extraído de: Rexnord, Inc., Milwaukee, WI)


Figura 5. Cadena de rodillo para trabajo
 pesado (Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

d)      Cadena de rodillos de paso doble
Figura 6. Cadena de rodillos de paso
 doble(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

e)      Cadena de rodillos para transportador de paso doble
Figura 7. Cadena de rodillos para transporte de paso
 doble (Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)


2)      Cadena de aserradero, serie angosta
Se utilizan principalmente en la industria maderera, para transportar
Figura 7. Cadena de aserradero, serie angosta
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

3)      Combinación para aserradero
Se utiliza para transportadores de arrastre.
Figura 8. Combinación para aserradero
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

4)      Cadena de arrastre
Se utiliza en trabajo duro, en la transportación de cenizas y escoria.
Figura 9. Cadena de arrastre
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

5)      Cadena de clavijas
Se utiliza en transmisiones con velocidades de baja a moderada, o en transporte y en elevadores.
Figura 10. Cadena de clavijas
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

6)      Rodillos superiores de Transferencia
Se usa para transportar materiales en sentido transversal.

Figura 11. Rodillos superiores de transferencia
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

En el mercado se encuentran otros tipos más de cadenas, pero anteriormente citamos los más importantes. Hay que tener en cuenta la lubricación que cumple un papel muy importante en la trasmisión de cadenas.
Lubricación
Esta se debe dar ya que la viscosidad del aceite facilita la interacción entre la cadena y los dientes de la catarina, el aceite siempre debe de estar limpio y sin humedad. En el mercado se encuentran distintos tipos de lubricación, no todas los tipos de cadenas utilizan un solo tipo de lubricación o se escoge uno al azar, este lubricación se escoge por medio de la temperatura que estarán las cadenas y por medio de la velocidad que se diseñe. Entre los tipos de lubricación para cadena se encuentran:

A.      Tipo A. lubricación manual o por goteo.
La lubricación manual se aplica por medio de una brocha al menos una vez cada 8 horas, y la lubricación por goteo alimenta las cadenas con aceite automáticamente como se observa en la figura siguiente.
Figura 12. Lubricación manual por goteo
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

B.      Tipo B. Lubricación de baño o con disco:

Esta consiste en que uno de los catarinas ya sea al conducido o motriz se sumerge en aceite y cada vez que comienza su funcionamiento las cadenas se lubrican  automáticamente.

Figura 13. Lubricación por baño poco profundo
(Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)

A.      Tipo C. Lubricación con chorro de aceite:

En esta lubricación un abomba envía aceite hasta las cadenas, el flujo de aceite es continuo.
Figura 14. Lubricación por flujo de aceite
 (Robert L. Mott. Diseño de Elementos de Maquinas)