TEMA 3: ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES.

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1 TEMA 3: 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, para 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. Fórmulas E cinética del volante = E c = 1 2 In2 (J) I = momento de inercia del disco = 1 2 mr2 (kg.m 2 ) m = masa (Kg) r = radio (m) n = velocidad de giro del disco (rad/s) 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. Frenos de tambor: 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. 2

3 Las zapatas son de hierro fundido, o bien de acero recubierto de un material especial de fricción muy resistente al calor) y que pueden presionar contra la periferia interna del tambor Las zapatas van montadas en el plato, que no gira, y es el tambor que gira con las ruedas el que queda frenado 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 o pistón. 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 Accionamiento de los frenos: Accionamiento hidráulico Al pisar el pedal del freno, un cilindro o pistón 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 Accionamiento neumático El freno neumático es un tipo de freno cuyo accionamiento se realiza mediante aire comprimido. Se utiliza principalmente en trenes, camiones, autobuses y maquinaria pesada. Utiliza pistones que son alimentados con depósitos de aire comprimido mediante un compresor, cuyo control se realiza mediante válvulas. Estos pistones actúan como prensas neumáticas contra los tambores o discos de freno. 3

4 Compresor Válvula control Pistones de freno Depósito Accionamiento eléctrico El freno eléctrico es un dispositivo que permite desacelerar o detener una máquina mediante accionamiento eléctrico. Hay dos tipos de frenos: Un freno regenerativo o KERS es un dispositivo que permite reducir la velocidad de una máquina transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica. Esta energía eléctrica es almacenada en baterías. Durante el frenado, se modifican las conexiones del motor eléctrico mediante un dispositivo electrónico, para que funcione a la inversa, como un generador eléctrico. y los terminales del motor se convierten en suministradores de energía, la cual se conduce hacia una batería. Un freno reostático es cuando la electricidad generada es disipada en forma de calor por medio de resistencias, en lugar de almacenarse. Control electrónico Este sistema de frenado está configurado como un sistema con control electrónico a partir de la información que recogen varios sensores. Los sensores miden la tasa de velocidad a la que están girando cada una de las ruedas de la máquina. Con la información recogida de los sensores se impulsará la actividad de los frenos, siempre en función de las necesidades y de forma que quede controlado el porcentaje de frenado que recibe cada una de las ruedas de la máquina. De esta manera al accionar el dispositivo de control, controlaremos la intensidad de la frenada haciendo que esta sea más o menos fuerte y en base a nuestros requerimientos. 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 = E c = 1 4 mr2 n 2 (J) m = masa (Kg) r = radio (m) n = velocidad de giro del disco (rad/s) E absorbida freno = fr e = F µ 2 π r n (J) 4

5 fr = fuerza de rozamiento = F µ (N) F = fuerza necesaria para accionar el freno (N) µ = coeficiente de rozamiento e = espacio recorrido en la frenada = 2 r n (m) r = radio (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 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 La conexión entre los ejes conductor y conducido se logra mediante dos piezas dentadas que giran solidariamente con cada eje, de manera que los dientes de una calcen en los huecos de la otra 5

6 De fricción Basados en la unión de dos piezas que al adherirse forman el efecto de una sola, Utilizan la adherencia existente entre dos discos, y a los que se les aplica una determinada presión, que los une fuertemente uno contra el otro Hidráulicos Son los que utilizan como elemento de unión el aceite y son utilizados generalmente por los vehículos dotados de cambios de velocidades automáticos Una rueda de paletas del eje motriz está sumergida en un baño de aceite y al girar, el aceite en movimiento hace girar una segunda rueda. No existe una unión sólida entre los dos elementos pero se transmite el movimiento Electromagnéticos Son los menos utilizados, y están basados en el principio de los efectos de la acción de los campos magnéticos. El embrague es gestionado por corrientes de intensidad variable. 6