TEMA 11: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES.

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1 TEMA 11: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES. 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, par 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. El exceso de energía ( W) que absorbe el volante de inercia se traduce en una variación de la velocidad angular, según la siguiente fórmula: Fórmulas E cinética del volante = (J) I = momento de inercia del disco = (kg.m 2 ) W = velocidad de giro del disco (rad/s) (máxima, mínima y media) 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 Muelles. Esfuerzo Tracción y compresión Torsión Aplicaciones 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 1

2 Ballestas Barras Flexión Torsión 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 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: Tipos de frenos Mecánicos Eléctricos De Zapata De disco - De zapata exterior - De tambor 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. 2

3 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. Las zapatas son de hierro fundido, o bien de acero recubierta de un material especial de fricción muy resistente al calor) y que pueden ser aplicadas contra la periferia interna del tambor por la acción del bombín o muelles, produciéndose en este caso el frotamiento de ambas partes. Como las zapatas van montadas en el plato, sujeto al chasis por el sistema de suspensión y que no gira, es el tambor el que queda frenado en su giro 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 y pinza de freno, que se aplican lateralmente contra él deteniendo su giro. 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 Funcionamiento general de los frenos mecánicos: Tambor Zapata Al pisar el pedal del freno, un cilindro 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 Componentes del sistema de frenado Pedal de freno: Pieza metálica que transmite la fuerza ejercida por el conductor al sistema hidráulico. Con el pedal conseguimos hacer menos esfuerzo a la hora de transmitir dicha fuerza. El pedal de freno forma parte del conjunto pedalera, donde se sitúan 2 o 3 palancas de accionamiento individual que nos permiten manejar los principales sistemas del vehículo. 3

4 Bomba de freno: Es la encargada de crear la fuerza necesaria para que los elementos de fricción frenen el vehículo convenientemente. Al presionar la palanca de freno, desplazamos los elementos interiores de la bomba, generando la fuerza necesaria para frenar el vehículo; Básicamente, la bomba es un cilindro con diversas aperturas donde se desplaza un émbolo en su interior, provisto de un sistema de estanqueidad y un sistema de oposición al movimiento, de tal manera que, cuando cese el esfuerzo, vuelva a su posición de repose. FRENOS ELÉCTRICOS: Los frenos eléctricos se emplean para reducir o disminuir la velocidad de giro de un elemento giratorio o eje de otra máquina a la cual se acopla. Están formados por un disco de aluminio o cobre que gira entre dos polos fijos de un electroimán. Si se hace pasar una corriente eléctrica en el electroimán, se inducen corrientes parásitas o de Foucault en el disco. Estas corrientes parásitas originan unas fuerzas en los rotores que se oponen al propio movimiento del rotor y disminuyen su velocidad de giro. Su principal aplicación se encuentra en los vehículos pesados, sobre todo camiones y autocares, y en otras vertientes industriales, mientras que sus características más importantes son su falta de elementos de roce o fricción, sencillez, gran rendimiento, duración y un mínimo mantenimiento consistente en su reengrase en periodos muy largos. 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 = (J) I = momento de inercia del disco = (kg.m 2 ) W = velocidad de giro del disco (rad/s) E absorbida freno = f r e = F µ 2 π r n (J) fr = fuerza de rozamiento = F µ (N) F = fuerza necesaria para accionar el freno e = espacio recorrido en la frenada = 2 r n (m) n = número de vueltas necesarias para frenar 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 4

5 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: Tipos de embragues De dientes De fricción Hidráulicos Electromagnéticos basados en la unión de dos piezas que encajan mediante dientes basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola, son los que utilizan como elemento de unión el aceite y son utilizados generalmente por los vehículos dotados de cambios de velocidades automáticos son los menos utilizados, y están basados en el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos. Accionamiento del embrague Por accionamiento del embrague se entiende todos los elementos que se encargan de llevar la acción que el conductor u operario realiza sobre el pedal hasta el embrague en sí. Sistemas de embragues pilotados por un pedal Accionamiento mecánico: 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. 5

6 Accionamiento hidráulico: en este sistema se utiliza, para desplazar al cojinete de embrague y en consecuencia al mecanismo de embrague, un cilindro emisor (o bomba), y un cilindro receptor (o bombín). Están comunicados entre si, a través de una tubería, el sistema funciona por medio del movimiento de unos émbolos situados dentro de los cilindros, dicho movimiento se efectúa a través de un líquido (el mismo que es utilizado en los sistemas de frenado). Cuando presionamos el pedal de embrague, este actúa directamente sobre el cilindro emisor, desplazando su émbolo, éste a su vez ejerce una presión sobre el líquido, que desplaza al émbolo del cilindro receptor. El cilindro receptor (o bombín), se comunica con el cojinete de embrague (en la mayoría de los casos), por medio de una horquilla. Esta está accionada por el cilindro receptor, por medio de un vástago, que permanece en contacto con el émbolo de dicho cilindro. Al desplazarse el émbolo por la fuerza del líquido, se desplaza el vástago y acciona la horquilla. Mecanismos de embrague pilotados electrónicamente El otro medio por el cual el conductor pilota el mecanismo de embrague, aunque esta vez sin la existencia del pedal de embrague. En este mecanismo el mando del sistema, está encomendado a un sistema electrónico de gestión accionado por la electrónica o la hidráulica. TIPOS DE EMBRAGUE Embragues de dientes Están caracterizados porque la conexión entre los ejes conductor y conducido se logra mediante dos miembros dentados que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de uno calcen en los huecos del otro. Embragues de fricción Están constituidos por una parte motriz, que transmite el giro a una parte conducida, utilizando para tal efecto la adherencia existente entre dos discos, y a los que se les aplica una determinada presión, que los une fuertemente uno contra el otro. El embrague de fricción está compuesto por dos partes claramente diferenciadas, el disco de embrague y el plato o maza de presión. Cuando el embrague está sin accionar (motor embragado) el disco tiene un gran rozamiento con la maza y transmite toda la fuerza generada en el motor. Cuando se acciona el embrague (motor desembragado) el diafragma es comprimido por el conductor y el disco queda suelto, siendo incapaz de transmitir la fuerza del motor a la caja de cambios. Según la posición del pedal del embrague se puede conseguir un acoplamiento total (pedal suelto) o acoplamientos parciales (pedal a medio pisar) que nos permiten variar la fuerza transmitida por el motor a la transmisión. 6

7 Embragues hidráulicos El embrague hidráulico sustituye al embrague de fricción en los vehículos equipados con caja de cambios automática. Consta de dos partes giratorias: la bomba, movida por el motor, y la turbina, que transmite el par a la caja de cambios. Un embrague hidráulico está formado por una rueda de paletas unida rígidamente al extremo posterior del cigüeñal del motor, gira con este y sumergida en un baño de aceite, produciendo al girar en el líquido un efecto parecido al del rotor de una bomba centrífuga con lo cual transmite la energía de movimiento del motor al aceite, produciendo así el movimiento de éste. Una segunda rueda de paletas similar a la primera está en frente y paralela, el eje de esta segunda rueda forma el eje primario de la caja de cambio de velocidades; el aceite en movimiento hace girar esta segunda rueda entregándole la energía de movimiento al motor. No existe una unión sólida entre los dos elementos pero se transmite el movimiento. Funcionamiento: Al ponerse en marcha el motor, las paletas del rodete impulsor comienzan a mover el aceite que es lanzado contra las paletas del rodete conducido; mientras la velocidad del rodete impulsor sea pequeña, el rodete conducido no es arrastrado por el aceite, pero a medida que aumenta la velocidad del motor el aceite va aumentando su velocidad y su capacidad de arrastrar al rodete conducido, cuando llega a la misma velocidad gira el rodete conducido. 7

8 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. 4.- Rodamientos Es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste por medio de bolas o rodaduras. Están formados por dos cilindros concéntricos, uno fijo y otro móvil. Entre ambos cilindros se intercala una corona de bolas o rodillos. 8