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jueves, 15 de mayo de 2008

MECANISMOS DE TRANSMISIÓN

MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
Un mecanismo es un dispositivo que transforma el movimiento producido por un elemento motriz en un movimiento deseado en la salida. La trasformación de la fuerza y el movimiento producido, generalmente por un motor, se suele realizar mediante cadenas cinemáticas, que son sistemas de elementos mecánicos convenientemente conectados entre sí para transmitir potencia mecánica del elemento motriz a la carga propiamente dicha.
Estos elementos mecánicos, a su vez, suelen ir montados sobre los llamados ejes de transmisión, que son piezas cilíndricas sobre las cuales se colocan los mecanismos de transmisión correspondientes y que serán los encargados de transmitir el movimiento de una parte a otra del sistema.
Entre los mecanismos de transmisión más importantes empleados en la transmisión de potencia mecánica a través de cadenas cinemáticas, podemos destacar: sistemas de poleas y correas, sistemas de ruedas de fricción, sistemas de engranajes, sistemas de ruedas dentadas y cadenas, sistemas de tornillo sinfín y rueda helicoidal, sistemas de rueda dentada y cremallera, etc.

3.SISTEMA DE POLEAS Y CORREAS.
Principio del formulario
Final del formulario
Mecanismo multiplicador y reductor de velocidad
Transmisión Simple
Relación de transmisión (i)
Transmisión Compuesta

Los sistemas de transmisión de poleas y correas se emplean para transmitir la potencia mecánica proporcionada por el eje del motor entre dos ejes separados entre sí por una cierta distancia. La transmisión del movimiento por correas se debe al rozamiento éstas sobre las poleas, de manera que ello sólo será posible cuando el movimiento rotórico y de torsión que se ha de transmitir entre ejes sea inferior a la fuerza de rozamiento. El valor del rozamiento depende, sobre todo, de la tensión de la correa y de la resistencia de ésta a la tracción; es decir, del tipo de material con el que está construida (cuero, fibras, hilos metálicos recubiertos de goma, etc.) y de sus dimensiones.
Las poleas son ruedas con una o varias hendiduras en la llanta, sobre las cuales se apoyan las
correas. Las correas son cintas cerradas de cuero y otros materiales que se emplean para transmitir movimiento de rotación entres dos ejes generalmente paralelos. Pueden ser de forma plana, redonda, trapezoidal o dentada.
Este sistema se emplea cuando no se quiere transmitir grandes potencias de un eje a otro. Su principal inconveniente se debe a que el resbalamiento de la correa sobre la polea produce pérdidas considerables de potencia; sobre todo en el arranque. Para evitar esto parcialmente se puede utilizar una correa dentada, que aumenta la sujeción.
Para evitar que las correas se salgan de las poleas, será necesario que las primeras se mantengan lo suficientemente tensas como para que sean capaces de transmitir la máxima potencia entre ejes sin llegar a salirse ni romperse. Para evitar este problema se emplean a veces rodillos tensores, los cuales ejercen sobre las correas la presión necesaria para mantenerlas en tensión.


Mecanismo multiplicador y reductor de velocidad



Se denomina mecanismo multiplicador de velocidad a aquél que transforma la velocidad recibida de un elemento motor (velocidad de entrada) en otra velocidad mayor (velocidad de salida). Se denomina mecanismo reductor de velocidad a aquél que transforma la velocidad de entrada en una velocidad de salida menor.
En todo mecanismo de transmisión existen como mínimo dos eje, llamados eje motriz y eje conducido o arrastrado. El eje motriz es el que genera el movimiento y puede estar acoplado a un motor o ser accionado manualmente por medio de una manivela. El eje conducido es el que recibe el movimiento generado por el eje motriz.
La velocidad de giro de los ejes se puede medir de dos formas:
· Velocidad circular (n) en revoluciones o vueltas por minuto (r.p.m.).· Velocidad angular (w) en radianes por segundo (rad/seg).
La expresión matemática que hace pasar de r.p.m. a rad/seg es: w = (2 * p * n) / 60



Transmisión Simple
Cuando un mecanismo se transmite directamente entre dos ejes (motriz y conducido), se trata de un sistema de transmisión simple.
Si se consideran dos peleas de diámetros "d1" y "d2" que giran a una velocidad "n1" y "n2" respectivamente, tal y como se indica en la figura, al estar ambas poleas unidas entre sí por medio de una correa, las dos recorrerán el mismo arco, en el mismo periodo de tiempo.
d1 * n1 = d2 * n2
De donde se deduce que los diámetros son inversamente proporcionales a las velocidades de giro y, por tanto, para que el mecanismo actúe como reductor de velocidad, la polea motriz ha de ser de menor diámetro que la polea conducida. En caso contrario actuará como mecanismo multiplicador.
El sentido de giro de ambos ejes es el mismo.
Relación de transmisión (i)

i = velocidad de salida / velocidad de entrada
i = n2 / n1 = d1 / d2
Cuando i es mayor que 1 es un sistema multiplicador.Cuando i es menor que 1 es un sistema reductor.



Transmisión Compuesta
Cuando un movimiento se transmite entre más de dos árboles o ejes de transmisión se dice que se trata de un sistema de transmisión compuesta.
Consideremos el siguiente ejemplo de la figura.

n1 *d1 = n2 * D2
n2 * d2 = n3 * d3
i = n3 / n1 = (d1 / D2) * (d2 / d3)
i = i1,2 * i2,3 = (d1/D2) * (d2/d3) = (n2/n1) * (n3/n2)










SISTEMA DE CADENAS Y PIÑONES
Mediante este sistema se consiguen transmitir potencias relativamente altas entre dos ejes distantes entre sí, sin que exista apenas resbalamiento o desprendimiento entre las dos ruedas de piñones y la cadena, que es el elemento de enlace que une ambas ruedas.
Quizás entre las muchas aplicaciones que usan este tipo de sistemas de transmisión, las primeras que nos vienen a la mente son la de la bicicleta y la de la motocicleta, aunque también se utilizan en otros muchos campos, sobre todo en el sector de la maquinaria agrícola.
Este sistema consta de dos ruedas dentadas (piñones) montados sobre dos ejes paralelos y sobre las cuales se adentras los eslabones flojamente articulados que componen la cadena, de manera que al hacer girar una de ellas (rueda motriz) arrastra a la otra (rueda conducida). El movimiento rotatorio y el movimiento de torsión se trasmite entre ejes por la tracción entre la cadena y las ruedas dentadas.
Para evitar problemas de pérdida de velocidad por el resbalamiento de la cadena será necesario que ésta se mantenga suficientemente tensa, lo cual se consigue a base de ruedas tensoras dentadas. Además, un sistema de este tipo necesita de un mantenimiento continuo de lubricación para reducir el deterioro y el desajuste entre la cadena y los piñones, así como el funcionamiento ruidoso de éste.
Para este sistema se cumplen las mismas expresiones que en un sistema de poleas de transmisión simple.
d1 *n1 = d2 * n2



SISTEMA DE RUEDAS DE FRICCIÓN
Este sistema de transmisión consiste en hacer resbalar dos o más ruedas que se tocan entre sí y montadas sobre ejes paralelos mediante la fuerza que produce el rozamiento entre ambas. Para poder transmitir movimiento de un eje a otro será necesario que ambas ruedas estén en contacto, ejerciendo una cierta presión la una sobre la otra.
Al contrario de lo que sucedía en el sistema de poleas y en el de cadenas, en este tipo de mecanismo el sentido de giro del eje motriz será contrario al del eje conducido.
Generalmente este tipo de sistema solamente se usa cuando se pretenden transmitir pequeñas potencias, que al estar en contacto una rueda con otra se produce, por resbalamiento, una pérdida de velocidad. Otro inconveniente del uso de estas ruedas es su continuo desgaste debido a que funcionan por rozamiento y por presión.
Sus principales aplicaciones se encuentran en el campo de la electrónica y en el de la informática: equipos de sonido, vídeo, impresoras, etc.
Al igual que con los dos mecanismos anteriores, para este tipo de sistema también se cumplen las mismas expresiones matemáticas que en el caso de las poleas , siendo la distancia entre ejes "c" igual a:
n1 * d1= n2 * d2
c = (d1 + d2) / 2

SISTEMA DE ENGRANAJES

RUEDAS DENTADAS
Engranajes rectos
Engranajes helicoidales
Engranajes cónicos
Parámetros y características de los engranajes con dientes rectos
Transmisión simple
Transmisión Compuesta

RUEDAS DENTADAS
Se trata de uno de los mecanismos de transmisión, conjuntamente con las poleas, más antiguos que se conocen. Los engranajes son mecanismos utilizados en la transmisión de movimiento rotatorio y movimiento de torsión entre ejes.
Este sistema posee grandes ventaja con respecto a las correas y poleas: reducción del espacio ocupado, relación de transmisión más estable (no existe posibilidad de resbalamiento), posibilidad de cambios de velocidad automáticos y, sobre todo, mayor capacidad de transmisión de potencia. Sus aplicaciones son muy numerosas, y son de vital importancia en el mundo de la mecánica en general y del sector del automóvil en particular.
Se trata de un sistema reversible capaz de transmitir potencia en ambos sentidos, en el que no son necesarios elementos intermedios como correas y cadenas para transmitir el movimiento de un eje a otro.
En un sistema de este tipo se le suele llamar rueda al engranaje de motor diámetro y piñón al más pequeño. Cuando el piñón mueve la rueda se tiene un sistema reductor de velocidad, mientras que cuando la rueda mueve el piñón se trata de un sistema multiplicador de velocidad. Obviamente, el hecho de que una rueda tenga que endentar con otra para poder transmitir potencia entre dos ejes hace que el sentido de giro de éstos sea distinto. En función de la forma de sus dientes y de la del propio engranaje, éstos pueden ser:
* Engranajes rectos. * Engranajes helicoidales. * Engranajes cónicos.

Engranajes rectos
Son engranajes cilíndricos de dientes rectos y van colíndales con el propio eje de la rueda dentada. Se utilizan en transmisiones de ejes paralelos formando así lo que se conoce con el nombre de trenes de engranajes. Este hecho hace que sean unos de los más utilizados, pues no en vano se pueden encontrar en cualquier tipo de máquina: relojes, juguetes, máquinas herramientas, etc.

Engranajes helicoidales
Son aquellos cuyos dientes están dispuestos siguiendo la trayectoria de hélices paralelas alrededor de un cilindro. Estos engranajes pueden transmitir movimiento (potencia) entre ejes paralelos o entre ejes que se cruzan en cualquier dirección (incluso perpendiculares). Debido a su forma geométrica, su construcción resulta más cara que los anteriores y se utiliza en aplicaciones específicas tales como: cajas de cambios, cadenas cinemáticas, máquinas herramientas, etc. En este caso, el sistema de engrane de sus dientes proporciona una marcha más suave que la de los engranajes rectos, lo cual hace que se trate de un sistema más silencioso, con una transmisión de fuerza y de movimiento más uniforme y segura.

Engranajes cónicos


Se utilizan para transmitir movimiento entre ejes perpendiculares, aunque también se fabrican formando ángulos diferentes a 90 grados.Se trata de ruedas dentadas en forma de troncos de cono, con dientes tallados en una de sus superficies laterales. Dichos dientes pueden ser rectos o curvos (hipoides), siendo estos últimos muy utilizados en sistemas de transmisión para automóviles.

Ruedas dentadas

Parámetros y características de los engranajes con dientes rectos

Obviamente para que en un sistema de engranajes se endenten o se engranen unos con otros, el tamaño de los dientes deberá ser el mismo para todas las ruedas.
Al número de dientes de una rueda se le denominará con la letra "Z". Se denominará paso "p" a la distancia entre dos dientes consecutivos.
La circunferencia primitiva o diámetro primitivo "dp", sobre e que se supone que las ruedas realizan la transmisión, está relacionado con otro parámetro importante denominado módulo "m", que es la relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Tanto el módulo como el paso se expresarán en unidades de longitud (mm).
m=dp/Z p=p* m
El valor del módulo suele ser un número entero o fracción sencilla.
Por su parte, la altura total del diente "h" se divide generalmente en dos partes:
* La altura de la cabeza del diente "hc" que normalmente toma como valor : hc=m * La altura de fondo o pie del diente que normalmente toma como valor: hf=1,25*m
Conocido el diámetro primitivo y la altura total del diente "h", se puede determinar el diámetro exterior "de" y el diámetro de fondo "df":
h=hc+hf=2,25*m de=dp+2*hc=dp+2*m df=dp-2*hf=dp-2,5*m
Finalmente, queda por mencionar la longitud del diente "B", que suele tener también un valor normalizado de B=10*m
Todos los valores anteriores se pueden observar gráficamente en la figura.


Transmisión simple
Cuando el movimiento se transmite directamente entre dos ejes se trata de un sistema de transmisión simple.
m=dp1/Z1 m=dp2/Z2 igualando ambas expresiones
dp1/dp2=Z1/Z2
n1*dp1=n2*dp2
n2/n1=dp1/dp2=Z1/Z2
n1*Z1=n2*Z2
Donde Z1 y Z2 es el número de dientes de la rueda conductora y conducida respectivamente y, n1 y n2 la velocidad de giro en ambos ejes en r.p.m. Por su parte, la relación de transmisión "i" del sistema así como la distancia "c" entre ejes, será igual a:
i=velocidad de salida/velocidad de entrada=n2/n1=Z1/Z2
c=(dp1+dp2)/2





Transmisión Compuesta
En este caso la transmisión se realiza entre más de dos ejes simultáneamente, para lo cual será necesario que en cada uno de los ejes intermedios vayan montadas obligatoriamente dos ruedas dentadas (Z2 y z2). Una de ellas engrana con la rueda motriz, que es la que proporciona el movimiento, mientras que la otra conecta con el eje siguiente al que arrastra.


n1 * z1 = n2 * z2
n2 * Z2 =n3 *z3
i = i1,2 * i2,3 = (z1/Z2) * (z2/z3) = (n2/n1) * (n3/n2)
i = n3/n1 = (z1/Z2) * (z2/z3)