Mecanismos de transmisión, guías, pasadores y obturaciones

Mecanismos mecánicos y transmisión de movimiento

1. Mecanismos: Se utilizan para transmitir movimiento y también para transformarlo. Esto se logra variando las revoluciones, invirtiendo el sentido de giro y transformando un tipo de movimiento en otro.

2. Mecanismos mecánicos

Según su función, se distinguen los siguientes tipos:

• Control: regulan o limitan movimientos, ponen en funcionamiento y paran máquinas.
• Embrague: embragan o desembragan partes de máquinas, estableciendo la transmisión entre dos ejes o anulándola sin parar el motor.
• Frenos: reducen la velocidad de un objeto hasta detenerlo si es necesario.
• Inversión: invierten el sentido de giro.
• Regulación: regulan un movimiento o la velocidad mediante un variador.
• Bloqueo: aseguran la posición del cuerpo, evitan que una máquina funcione con las protecciones retiradas y que dos partes incompatibles se activen a la vez.
• Acoplamiento: acoplan y desacoplan ejes, logrando la transmisión.

3. Mecanismos de transmisión

Al estudiar la forma de transmitir el movimiento, es necesario analizar primero la posición relativa de los ejes. Así, se distinguen las siguientes disposiciones:

3.1. Ejes alineados o formando entre sí un pequeño ángulo (acoplamientos)

Acoplamientos flexibles: transmiten movimientos con rigidez y torsión de nivel medio, admitiendo leves desalineamientos angulares, axiales y en paralelo. Entre ellos se encuentran el acoplamiento Oldham, el acoplamiento flexible de transmisión Jawflex, el de transmisión tipo fuelle y el de transmisión de ranurado helicoidal.

Acoplamientos rígidos: permiten unir dos ejes de manera rígida. La superficie de unión puede estar en un plano perpendicular al eje.

Acoplamientos de desembrague y embrague: permiten realizar o anular una transmisión de movimiento entre dos ejes o elementos alineados sin que uno de ellos se detenga.

• Los acoplamientos que permiten un desembrague con los dos ejes en movimiento; para realizar la unión, las piezas deben estar paradas.
• Los mecanismos que permiten el embrague y desembrague con los ejes parados o en rotación.

Acoplamientos limitadores del par: interrumpen la continuidad entre la fuente de potencia y la carga cuando esta alcanza un valor predeterminado. Además, favorecen la absorción de la inercia del motor de arranque.

Acoplamientos con reductores intermedios: se aplican cuando la velocidad del eje de entrada debe ser distinta a la del eje de salida.

3.2. Ejes que forman entre sí un ángulo superior a 5°

Para transmitir movimiento entre dos ejes con desalineamientos angulares superiores a 5° se emplean las juntas universales cardan. En estos acoplamientos articulados no se recomienda una desalineación superior a 30°.

• Junta cardan simple: se emplea para conectar una amplia variedad de equipos de alta velocidad o alta precisión, donde cabe esperar desalineamientos angulares superiores a 5°.
• Junta cardan doble: el eje que las une forma ángulos semejantes en el conductor y en el conducido. Se aplica en la conexión de ejes de línea, ejes motores, cintas transportadoras y numerosos tipos de maquinaria giratoria.

3.3. Ejes paralelos

Sistemas habituales: ruedas de fricción, correas y poleas, ruedas dentadas, y cadenas y ruedas de cadena.

3.4. Ejes que se cruzan

• Correas y poleas.
• Tornillo sinfín y rueda: método muy empleado, ya que además de transmitir movimiento entre dos ejes perpendiculares produce una gran reducción de velocidad en el eje de salida. La transmisión suele ser irreversible y se realiza únicamente del tornillo sinfín a la rueda.
• Dos ruedas helicoidales: permiten que el ángulo formado entre los ejes sea igual o superior a 90°.

3.5. Ejes que se cortan

Para conectar dos ejes que se cortan se utilizan: correas y poleas, ruedas de fricción o engranajes cónicos.

4. Tipos de embrague

• Embrague cónico de fricción: para acoplamientos sencillos.
• Embrague de disco: gran superficie de rozamiento, ocupa poco espacio y disipa mejor el calor que los cónicos.
• Embrague de discos múltiples: varios anillos que, al estar separados, no transmiten movimiento; al juntarse, sí lo transmiten.

5. Cadenas

• Cadenas de eslabones redondos: están formadas por redondos conformados que se entrelazan y se sueldan en un punto de unión. En operaciones de elevación o transporte de cargas, la cadena se acopla a una polea para lograr la ascensión de la carga.
• Cadenas de rodillos (Renold): se utilizan para transmitir movimiento entre ejes distanciados. La relación de transmisión máxima con este sistema es de 8:1.
• Cadenas Galle: soportan elevadas cargas con velocidades de funcionamiento bajas, entre 0,3 y 0,5 m/s. Su constitución es sencilla: placas, ejes y arandelas.
• Cadenas de bloques: por su fuerte constitución pueden transmitir potencias de hasta 100 CV. Están formadas por eslabones macizos unidos mediante ejes a placas laterales.
• Cadenas silenciosas: se emplean cuando se necesita una transmisión de movimiento constante y silenciosa. Están formadas por mallas, ejes, bujes y arandelas.

6. Guías

Las guías permiten el movimiento de una pieza móvil sobre otra fija, soportan cargas en determinadas direcciones, aseguran un movimiento determinado y evitan, en la medida de lo posible, la pérdida de energía por rozamiento.

6.1. Guías de deslizamiento

Son aquellas en las que todas las superficies en contacto rozan entre sí. Son muy habituales en bancadas de maquinaria y pueden soportar grandes cargas. Incorporan una película intermedia de aceite que mejora el deslizamiento y proporciona una buena absorción de vibraciones, con un coeficiente de amortiguación proporcional a la superficie de contacto.

Inconvenientes:

• El cizallamiento del aceite produce resistencia al movimiento, por lo que se requieren grandes potencias para obtener los desplazamientos.
• Se produce el efecto stick-slip, generado por la diferencia entre el coeficiente de rozamiento estático y dinámico. Cuando la parte móvil se detiene, el espesor de aceite disminuye y aumenta la fricción del conjunto.

La forma y las dimensiones de la guía dependen de la magnitud de las cargas y de la dirección de aplicación de las fuerzas. También se tienen en cuenta la precisión necesaria, el espacio disponible, la posibilidad de lubricación y las protecciones necesarias para su conservación.

Perfiles más comunes:

• Guía redonda: absorbe solicitaciones en todas las direcciones de su radio. Normalmente se monta en parejas para impedir el vuelco de la corredera.
• Guía plana: soporta mayores esfuerzos que la redonda. Generalmente está sometida a cargas verticales; si incide una carga horizontal, debe limitarse el movimiento mediante apoyos laterales.
• Guías prismáticas: absorben con facilidad los esfuerzos oblicuos (las superficies de deslizamiento suelen tener una inclinación de 15° a 30°). Su inconveniente es que la ranura debilita considerablemente los carros o correderas, por lo que muchas veces deben sobredimensionarse. Dentro de este grupo se incluyen las guías en doble «V», que pueden desplazar mayores cargas con movimientos más rápidos que las de cola de milano.
• Guía en cola de milano: muy habitual, ya que ocupa un espacio reducido, aunque su fabricación es costosa.

6.2. Guías de rodadura

Entre las superficies de contacto se introduce un elemento rodante, de modo que la zona de rozamiento disminuye considerablemente. Mediante la aplicación intermedia de bolas o rodillos se logra un guiado adecuado. Las guías de rodadura se basan en el mismo principio que los rodamientos: son guías rectificadas con superficies de rodadura por donde circulan las bolas o cilindros, que recorren un circuito de un bloque precargado fijado al elemento móvil de la máquina.

6.3. Guías hidrostáticas

Se basan en el uso de aceite a presión para mantener una separación constante entre las partes que se deslizan. Así se obtiene un coeficiente de rozamiento muy bajo y se elimina totalmente el efecto stick-slip, por lo que el movimiento es suave y sin vibraciones. Además, se eliminan las holguras y las guías no se desgastan, ya que no existe contacto entre las superficies metálicas que se desplazan.

7. Construcción y materiales de las guías

Las guías de deslizamiento suelen construirse con el mismo material que la bancada de la máquina. Para aumentar su dureza, se aplican tratamientos superficiales en las zonas de rozamiento. Pueden rectificarse o rasquetearse para lograr un gran acabado superficial, lo que reduce el coeficiente de rozamiento y aumenta la precisión del movimiento. En algunos casos se colocan guías postizas de acero aleado, tratado y rectificado, atornilladas a la bancada.

8. Chavetas y pasadores

8.1. Chavetas

• Chavetas sin cabeza, con cabeza y tangenciales: están formadas por dos elementos que se apoyan sobre su cara inclinada. Se alojan intercaladas entre el cubo y el eje, tangencialmente a ellos.
• Chavetas transversales: su principal misión es unir dos ejes en prolongación. Normalmente no se emplean cuando hay transmisión de movimiento.

8.2. Pasadores

• Pasador cilíndrico: de forma cilíndrica; se emplea básicamente para situar piezas de forma determinada, asegurando una posición relativa.
• Pasador cónico: de forma cónica; transmite momentos torsores entre dos piezas y sirve, a la vez, de sujeción. Debido a la transmisión de movimiento aparecen esfuerzos de cortadura.
• Pasador elástico: cilíndrico, de forma tubular con una ranura longitudinal. Se emplea para fijar piezas entre sí, aunque el ajuste es más impreciso que con los cónicos. También puede utilizarse como pasador de presión, retén o elemento de seguridad al transmitir movimiento.
• Pasador en espiral: similar al elástico, pero admite mayores tolerancias en los orificios. Su forma en espiral le proporciona flexibilidad suficiente para absorber golpes y amortiguar vibraciones.
• Pasador de aletas: formado por un perfil semicircular doblado para adoptar su forma característica. Se utiliza como pasador antivibración o de retención para inmovilizar tuercas y elementos.
• Pasador tipo «Beta»: variante de los anteriores.
• Pasador estriado: posee en su cuerpo una serie de estrías.

9. Transmisiones por cadena, correa y engranaje

Transmisión por cadena y rueda: cuando se requiere una transmisión precisa entre ejes distanciados se emplean cadenas con sus respectivas ruedas (de eslabones redondos, de rodillos Renold, Galle, de bloques y silenciosas).

Transmisión con correas y poleas: permite transmitir movimiento entre ejes dispuestos de diversas formas, aunque lo más común es entre ejes paralelos. Tipos: correa plana, correa trapecial, correa dentada, poleas, y ruedas dentadas y engranajes (de dientes rectos).

Engranajes cónicos: muy empleados, ya que logran buenas transmisiones de movimiento entre ejes que se cortan.

Engranajes de tornillo sinfín.

Ruedas con dentado interior: sus diámetros primitivos son tangentes en la parte interior de una de las ruedas.

Cremalleras: permiten transformar el movimiento; mediante el giro de un piñón se obtiene un desplazamiento lineal de la cremallera.

10. Juntas y obturaciones

10.1. Juntas

• Juntas planas: al aplicar presión, la junta se adapta a las irregularidades de las piezas que asientan contra ella.
• Juntas tóricas o anillos toroidales.
• Sin juntas: la obturación requerida no es muy elevada; basta con evitar la penetración de impurezas, como polvo o partículas contaminantes.

10.2. Obturaciones rozantes

Realizan la estanqueidad mediante el rozamiento relativo entre dos superficies:

• Obturación radial de labio: ideal para evitar la penetración de suciedad, polvo, agua u otros contaminantes, e impide simultáneamente la salida y pérdida del lubricante en mecanismos con ejes en rotación o parados.
• Obturación axial de labio: junta de sellado con perfil en «V».
• Obturación mecánica: compuesta por dos anillos metálicos sobre los que se acoplan juntas de copa que ejercen una presión continua sobre el agujero.
• Obturación mediante anillos: el cierre de un eje mediante un anillo busca, como los sistemas anteriores, la estanquidad del medio.

10.3. Obturaciones no rozantes

No existe rozamiento entre los elementos que aseguran la estanqueidad, ya que se dejan separaciones o huecos entre el elemento móvil y el fijo:

• Obturación de intersticio: la más sencilla de las obturaciones no rozantes; se materializa mediante un único intersticio longitudinal entre el eje y el alojamiento.
• Obturación de laberinto: por su constitución ofrece una obturación superior a la de intersticio.