Mecanismos y Máquinas Simples: Fundamentos y Aplicaciones

Torno

Torno vertical: Torno diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño que, por sus dimensiones, imposibilitan su fijación en un torno horizontal. El torno vertical tiene el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre un plano horizontal. La manipulación de las piezas para fijarlas en el plato se realiza mediante grúas-puente. El torno vertical se utiliza para mecanizar piezas de gran tamaño.

Torno CNC: Torno manipulado mediante control numérico por ordenador (CNC), muy eficaz y versátil. Es una máquina-herramienta ideal para el trabajo en serie y mecanizado de piezas complejas.

Operaciones de torneado

• Cilindrado: Operación para reducir el diámetro de una barra de material. En el carro transversal se regula la profundidad de pasada y con el carro paralelo se regula la longitud del cilindro.
• Mandrinado: Operación de cilindrado en el hueco interno de la pieza.
• Refrentado: Mecanizado frontal y perpendicular al eje de las piezas. Se mecaniza el extremo de la pieza, en el plano perpendicular al eje de giro. Se realiza para producir un buen acoplamiento en el montaje posterior de las piezas torneadas.
• Ranurado: Consiste en mecanizar unas ranuras cilíndricas de anchura y profundidad variable (canales de poleas, canales para insertar una junta tórica, etc.).
• Truncado: Operación de corte de una pieza.
• Taladrado: Realización de agujeros en una pieza mediante brocas de diferentes tamaños.
• Roscado: Operación mecánica para realizar roscas.
• Moleteado o Garfilado: Conformar en frío el material mediante unas moletas que presionan tangencialmente la pieza mientras gira. Se realiza sin arranque de viruta. Las moletas están fabricadas con acero templado muy duro y llevan talladas en su parte exterior las estrías con sus diferentes formas y medidas.

Fresado

El fresado consiste en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro. Por tanto, la fresadora se utiliza para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante movimientos de la herramienta rotativa de varios hilos de corte, mientras la pieza permanece fija sobre una bancada móvil. La pieza se coloca sólidamente fijada en tres direcciones, los ejes X, Y y Z.

Componentes principales de la fresadora

1. Base
2. Cuerpo
3. Consola
4. Carro
5. Mesa
6. Puente
7. Eje de la herramienta, con un husillo para el acoplamiento del eje portaherramientas.

Tipos de fresadoras

• Fresadora horizontal o tren de fresado
• Fresadora vertical
• Fresadora universal

Elementos Auxiliares

Cojinete de fricción

Elemento mecánico que sirve de apoyo o soporte de ejes y árboles para sostener su peso y facilitar el movimiento rotatorio, disminuyendo la fricción y el desgaste. Para garantizar un perfecto rodaje y conservación de la forma geométrica del cojinete es importante mantener una adecuada lubricación. La lubricación en los rodamientos tiene la función de evitar o reducir el contacto metálico entre las superficies de rodadura y de deslizamiento y así mantener bajos el rozamiento y el desgaste.

El cojinete de fricción debe tener las siguientes propiedades:

• No desgastar la superficie del eje que soportan aunque se interrumpa el flujo de aceite entre ambos materiales.
• Soportar temperaturas de 150ºC sin deformaciones.
• Resistir la acción corrosiva de los ácidos presentes en el aceite.
• Tener la tolerancia adecuada para un óptimo funcionamiento.

Rodamiento

Es un cojinete basado en la fricción por rodadura de un tercer elemento. El elemento rotativo que puede emplearse en la fabricación del rodamiento puede ser de bolas, de rodillos o de agujas.

• Rodamientos rígidos de bolas: Son usados en una gran variedad de aplicaciones. Su precio es relativamente reducido, son capaces de trabajar a altas velocidades y requieren poca atención o mantenimiento.
• Rodamientos axiales de rodillos a rótula: Está compuesto por una hilera de rodillos montados oblicuamente, que giran sobre la superficie esférica del aro apoyado en el soporte. Tiene una gran capacidad de carga y es de alineación automática. Puede trabajar a altas velocidades, aun soportando elevada carga.
• Rodamientos de agujas: Son rodamientos que incorporan rodillos cilíndricos que se caracterizan por ser entre tres y diez veces más largos en relación a su diámetro. Estos rodamientos tienen una gran fiabilidad para operar bajo altas cargas o condiciones de trabajo de desalineación.

Embrague

Está constituido por un conjunto de piezas situadas entre el motor y los sistemas de transmisión, que permite transmitir o interrumpir la transmisión de una energía mecánica de manera voluntaria. Tiene las siguientes posiciones: acoplada, desacoplada y posiciones intermedias.

Palancas

De acuerdo con la posición de la potencia y de la resistencia con respecto al punto de apoyo, se consideran tres clases de palancas:

• Palanca de primer género: En la palanca de primer género, el punto de apoyo se encuentra en un punto intermedio cerca de la resistencia.
• Palanca de segundo género: Las palancas de segundo género tienen el punto de apoyo en un extremo de la palanca, la potencia en otro extremo y la resistencia en algún punto intermedio.

Frenos

Su principal función es detener o disminuir progresivamente la velocidad de un elemento mecánico, normalmente, un eje, árbol o tambor, o mantenerlo inmovilizado cuando está detenido. Los frenos mecánicos están diseñados para actuar mediante fuerzas de fricción. Existen varios sistemas de freno, los más comunes son los siguientes:

• Freno de cinta o de banda: Utilizan una banda flexible, las mordazas o zapatas se aplican para ejercer presión sobre un tambor giratorio que se encuentra solidario al eje que se desea inmovilizar.
• Freno de disco: En el momento de actuar el freno, las pastillas, que tienen un alto coeficiente de fricción, ejercen presión sobre el disco que está solidario a la rueda giratoria.
• 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 giratorio conectado al eje o la rueda giratoria.
• Freno de llanta: Utilizan como cuerpo móvil la llanta de una rueda. Son muy utilizados en bicicletas y existen varios tipos.

Dinámica y Cinemática

La dinámica es la parte de la física que estudia el movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas que actúan sobre ellos. La dinámica relaciona los conceptos de fuerza, masa y aceleración.

La cinemática es la parte de la mecánica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que los producen, limitándose esencialmente al estudio de su trayectoria en función del tiempo. La cinemática relaciona los conceptos de espacio, velocidad, aceleración y tiempo.

Principios de la dinámica (Leyes de Newton)

• Primera Ley de Newton (Principio de inercia): Todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U), a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él.
• Segunda Ley de Newton (Principio de fuerza): La fuerza neta (F) aplicada sobre la masa (m) de un cuerpo es proporcional a la aceleración (a) que adquiere dicho cuerpo y se efectúa según la línea recta en dirección de la cual se imprime dicha fuerza.
• Tercera Ley de Newton (Principio de acción y reacción): A toda acción aplicada sobre un cuerpo se opone siempre una fuerza de reacción en sentido contrario y de igual magnitud.

Elementos básicos de la cinemática

• Espacio: Es el lugar donde se encuentran los objetos y en el que los fenómenos físicos que ocurren tienen una posición y una dirección relativas.
• Tiempo: Es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos sujetos a cambio.
• Móvil: Objeto en movimiento del que se quiere estudiar su trayectoria o las fuerzas que intervienen sobre él.

Transmisiones

Transmisión por poleas

La transmisión por poleas es un sistema de transmisión lineal. Una polea es una rueda que tiene una ranura en su periferia que gira alrededor de un eje que pasa por su centro. A través de la ranura pasa una cuerda que permite vencer una carga o resistencia, atada a uno de sus extremos, ejerciendo una potencia o fuerza en el otro extremo. Permite elevar pesos de forma cómoda hasta cierta altura.

• Polea simple fija: El eje se encuentra fijo, por lo tanto la polea no se desplaza. Con su uso no se obtiene ventaja mecánica, ya que en uno de los extremos estará sujeta la carga y en el otro se aplicará la fuerza para moverla, ésta será de la misma magnitud. Se emplea para cambiar el sentido de la fuerza haciendo más cómodo el levantamiento de la carga.
• Polea simple móvil: Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga y un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga.
• Polea compuesta: Existen sistemas con múltiples poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles llamados polipastos.

Transmisión por correa

El sistema de transmisión por correa es un sistema de transmisión circular. El sistema de poleas con correa más simple consiste en dos poleas, situadas a cierta distancia, que giran a la vez por efecto del rozamiento de una correa con ambas poleas.

Un sistema de transmisión por correa consta de los siguientes elementos:

• La rueda motriz o rueda conductora: rueda ajustada al eje que tiene movimiento propio.
• La rueda conducida: rueda ajustada al eje que debe moverse.
• La correa de transmisión: cinta de cuero, caucho u otro material flexible que permite la transmisión del movimiento entre ambas poleas. La correa debe mantenerse tensa.

Inversión del sentido de giro

Ventajas

1. Posibilidad de transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a grandes distancias entre sí.
2. Diseño sencillo y costo de fabricación bajo. Bajo mantenimiento. No necesita lubricación.

Inconvenientes

1. Ocupa demasiado espacio.
2. La correa puede patinar, con lo cual la transmisión no sería efectiva.
3. La potencia es limitada.
4. Únicamente válido para fuerzas pequeñas. Si las fuerzas son muy grandes se utilizan cadenas.

Ruedas de fricción

Este sistema permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos o perpendiculares haciendo resbalar dos o más ruedas que se tocan entre sí mediante la fuerza que produce el rozamiento entre ambas. Sus principales aplicaciones se encuentran en las dinamos de bicicleta, en el campo de la electrónica y en el de la informática.