Fundamentos y Componentes Esenciales de Máquinas Industriales

Conceptos Fundamentales en Ingeniería Mecánica

Máquina: Es una combinación de mecanismos o dispositivos, agrupados adecuadamente, que aprovechan una forma predeterminada de energía, la transforman y producen un efecto final.

Elementos de Máquinas y sus Clasificaciones

Elementos de Máquinas: Son cada una de las piezas de que consta una máquina. El término mecanismo se suele asignar a un conjunto de piezas que tienen algún tipo de movilidad.

Clasificación de los Elementos de Máquinas:

• Mecánicos:
  • Transmisores de movimiento
  • Transformadores del movimiento
  • Auxiliares
  • De unión
• Eléctricos y Electrónicos:
  • Generadores
  • Conductores
  • Receptores
  • Elementos de control
• Neumáticos:
  • Compresores
  • Tuberías
  • Válvulas de regulación
  • Actuadores

Árboles y Ejes: Diferencias Clave

Árbol: Elemento de revolución que permite transmitir potencia o energía.

Eje: Elemento de máquinas que soporta diferentes piezas que giran, pero no transmite potencia.

Tipos de Acoplamientos Mecánicos

Los acoplamientos son elementos que permiten unir dos ejes para transmitir movimiento o potencia.

Acoplamientos Rígidos y Móviles

• Rígido: Se realiza mediante bridas y platillos, sin permitir desalineaciones.
• Móvil: Permiten cierta desalineación entre los ejes. Incluyen:
  • Juntas Elásticas: Absorben pequeñas irregularidades de giro y permiten una variación máxima de 15º de desalineación.
  • Cardán: Diseñado para transmitir el movimiento entre dos árboles no alineados. Se colocan dos horquillas que se unen con una cruceta. Para permitir el giro entre la cruceta y la horquilla, se instalan rodamientos. Debido a las oscilaciones durante el giro, se suelen colocar dos en el mismo árbol.
  • Homocinéticas: Cumplen la misma función que el Cardán, pero no producen oscilaciones, asegurando una velocidad angular constante.
  • Oldham: Permite transmitir movimiento entre dos árboles paralelos, separados por muy poca distancia.
  • Eje Estriado Deslizante: Permite que el árbol pueda variar su longitud axialmente.

Cálculos y Ejemplos Prácticos

Ejemplo de Cálculo de Fuerza Tangencial (Fx)

Para una potencia P en vatios (W), la fuerza tangencial Fx se calcula como:

Fx = (60 * P) / (2 * π * n)

Donde:

• P: Potencia en vatios (W)
• n: Velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm)
• π: Constante pi (aproximadamente 3.14159)

Dimensiones de Engranajes Cilíndricos (Ejercicio 6)

A continuación, se presentan las fórmulas para las dimensiones clave de un engranaje cilíndrico, donde m es el módulo y Zr es el número de dientes:

• Altura del Adéndum (h1): h1 = m
• Altura del Dedéndum (h2): h2 = 1.25 * m
• Altura Total del Diente: h1 + h2 = 2.25 * m
• Longitud del Diente (b): b = 10 * m
• Paso Circular (p): p = π * m
• Diámetro Primitivo (Dp): Dp = m * Zr
• Diámetro Exterior (De): De = m * (Zr + 2)
• Diámetro Interior (Di): Di = m * (Zr - 2.5)
• Grueso del Diente (s): s = (19/40) * p
• Hueco del Diente (w): w = (21/40) * p

Cálculo de Ruedas Dentadas Interiores

Considerando una relación de transmisión i = 1/5 y una distancia entre centros E = 800 mm:

1. Relación de radios: R = 5 * r
2. Distancia entre centros: E = R - r
3. Sustitución: 800 = 5 * r - r = 4 * r
4. Cálculo del radio menor (r): r = 800 / 4 = 200 mm
5. Cálculo del radio mayor (R): R = 5 * 200 = 1000 mm
6. Diámetro mayor (D): D = 2 * R = 2 * 1000 = 2000 mm
7. Diámetro menor (d): d = 2 * r = 2 * 200 = 400 mm

Cálculo de Ruedas Dentadas Exteriores

Considerando una relación de transmisión i = 1/4 y una distancia entre centros E = 400 mm:

1. Relación de radios: R = 4 * r
2. Distancia entre centros: E = R + r
3. Sustitución: 400 = 4 * r + r = 5 * r
4. Cálculo del radio menor (r): r = 400 / 5 = 80 mm
5. Cálculo del radio mayor (R): R = 4 * 80 = 320 mm
6. Diámetro mayor (D): D = 2 * R = 2 * 320 = 640 mm
7. Diámetro menor (d): d = 2 * r = 2 * 80 = 160 mm

Engranajes Troncocónicos

Engranajes Troncocónicos: Sirven para transmitir el movimiento entre ejes cuyas prolongaciones se intersecan. Tienen forma de tronco de cono y, en cualquier punto de contacto de ambas ruedas, su velocidad tangencial es la misma.