libro del estudiante 2007 instituto

INSTITUTO GECOLSA CONSTRUCCION

MODULO 1TREN DE POTENCIA

Nombre: Identificacin:

Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin

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Tren de FuerzaGeneralidades del CursoEn este mdulo estudiaremos los componentes y las operaciones bsicas de los sistemas del tren de fuerza usados en las mquinas de Caterpillar Inc. Se incluyen los componentes bsicos, embragues, transmisiones manuales y servotransmisiones. Tambin veremos las funciones de los componentes bsicos y su relacin con la operacin de los sistemas del tren de fuerza.


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Unidad 1 - Tren de Fuerza: Generalidades del Curso

ContenidoUNIDAD 1: TREN DE FUERZA Leccin 1: Introduccin al tren de fuerza Leccin 2: Componentes bsicos del tren de fuerza Leccin 3: Sistemas de mando del tren de fuerza UNIDAD 2: ACOPLAMIENTOS Leccin 1: Embrague del volante Leccin 2: Componentes bsicos del tren de fuerza UNIDAD 3: TRANSMISIONES Leccin 1: Transmisin manual Leccin 2: Servotransmisin Leccin 3: Controles para las servotransmisiones

2000 Caterpillar Inc.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin

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Unidad 1: Contenido

Tren de FuerzaDescripcin del CursoDescripcin 1. Curso del tren de fuerza I 2. Nmero del curso ___________ 3. Requisitos: Ninguno 4. Cuatro horas de clase y seis horas de prcticas de taller por semana. 5. Crdito: tres horas semestrales Mtodos de presentacin 1. Clase y explicacin 2. Demostraciones 3. Soporte de los ejercicios y hojas de trabajo de las prcticas de taller Evaluacin sugerida para calificar los logros del estudiante 1. Exmenes de las unidades ______% 2. Hojas de trabajo de las prcticas de taller ______% 3. Examen final ______% 4. Participacin en clase y en las prcticas de taller _______%


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Unidad 1: Descripcin del Curso

Tren de FuerzaObjetivosAl terminar este curso el estudiante sabr cmo funcionan el tren de fuerza bsico, sus componentes y sistemas. Usando las herramientas especiales y las publicaciones de referencia, el estudiante estar en capacidad de desarmar y armar los convertidores de par, divisores de par, embragues, transmisiones manuales y servotransmisiones.


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Unidad 1: Objetivos

Tren de FuerzaHerramientasLas prcticas de taller y los ejercicios para este curso requieren las herramientas individuales de la siguiente lista. La lista corresponde a las herramientas de una estacin de trabajo. Pueden usarse otras herramientas, si el instructor lo considera conveniente. 1P0510 1P0511 1P0520 1P0531 1P1862 1P1863 1P1864 1P2321 1P2322 2P8312 5P4758 5P9736 4C3652 4C6136 4C6137 4C6142 4C6143 4C6399 4C6402 6V2156 8B7548 8B7551 8B7556 8B7560 8H0684 8S2328 9S9154 FT2343 FT0833 FT0834 FT0947Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin

Grupo impulsor Plancha Grupo impulsor Manivela Pinzas Pinzas Pinzas Extractor Extractor Pinzas Pinzas Soporte de eslabn (3) Compresor de resorte Soporte de levantamiento Soporte de levantamiento Instalador de espaciador- Brg Instalador de pistn de embrague Compresor de resorte Compresor de resorte Soporte de eslabn (2) Extractor Extractor de cojinete Adaptador (2) Plancha de paso Llave de trinquete Grupo indicador de esfera Plancha de paso Cubierta de Plexigls Abrazadera (2) Inyector de prueba de embrague Abrazadera (2)6 de 1842 12/28/06

Unidad 1: Herramientas

Tren de FuerzaMateriales de ReferenciaLa siguiente lista de materiales de referencia debe pedirse antes de iniciar el curso. Pueden usarse otros materiales de referencia, si el instructor lo considera conveniente. Manuales de desarmado y armado Tren de fuerza del Cargador de Ruedas 970F Tren de fuerza del Tractor de Cadenas D6R Tren de fuerza del Cargador de Ruedas 924F con portaherramientas integrado IT24F Tren de fuerza de las Cargadoras Retroexcavadoras 416B, 426B, 428B, 436B y 438B Tren de fuerza del Cargador de Ruedas de la Serie II Varios Introduccin a los cojinetes Introduccin a los sellos y empaquetaduras El libro de los engranajes SEBV0507 SEBV0511 SEBV0533 SENR6627-01 SENR8357 SENR6726 SENR5803-01 SENR5918-01


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Materiales de Referencia

UNIDAD 1Tren de Fuerza IIntroduccin En esta unidad haremos una introduccin al tren de fuerza, comenzando con la explicacin de cmo funciona. Esta unidad tambin cubre los componentes bsicos y los sistemas de mando del tren de fuerza. Objetivos Al terminar esta unidad, el estudiante estar en capacidad de identificar los cojinetes antifriccin, engranajes, sellos y empaquetaduras ms usados y explicar cmo funciona el tren de fuerza.


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Unidad 1: Tren de Fuerza I

Leccin 1: Operacin del Tren de Fuerza

Fig. 1.1.1 Tren de Fuerza

Introduccin En esta leccin estudiaremos la operacin del tren de fuerza, los tipos de tren de fuerza y sus componentes. Tambin veremos el flujo de potencia a travs del tren de fuerza. Objetivos Al terminar esta leccin, el estudiante estar en capacidad de explicar la operacin bsica del tren de fuerza. Materiales de referencia Cuaderno de notas del estudiante El libro de engranajes SEBV0533


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Leccin 1: Operacin del Tren de Fuerza

Unidad 1 Leccin 1

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.2 Rueda hidrulica

Operacin del tren de fuerza El tren de fuerza es un grupo de componentes que trabajan juntos para transferir energa desde la fuente donde se produce la energa al punto donde se requiere realizar un trabajo. Esta operacin puede compararse con la que realiza un tren de carga. El tren de carga es un conjunto de componentes formado por la locomotora y los vagones. La funcin es llevar la carga desde donde se produce hasta el sitio donde se necesita. El trmino tren de fuerza no es nuevo y se ha usado desde hace mucho tiempo para describir los componentes que transfieren energa de un lugar a otro. Por ejemplo, en los molinos hidrulicos (figura 1.1.2) usados durante el tiempo de la Colonia, el trmino tren de fuerza se refera a la maquinaria que transportaba energa desde la rueda hidrulica hasta el sitio de trabajo o de la molienda de harina, los telares o los aserraderos.

PRO P OS ITO DEL TR EN DE F UER ZA1. C onec tar y d escon ect ar la p oten cia d el m ot or 2. M odific ar la velocid ad y e l p ar 3. Pro veer u n m e dio p ara m arch a en re troc eso 4. R egular la d istr ibuc i n de po tenc ia a las rued as

Fig. 1.1.3 Funciones del tren de fuerza

Funciones del tren de fuerza En una mquina industrial moderna tpica, el tren de fuerza transfiere potencia del volante del motor a las ruedas o cadenas que impulsan la mquina. Sin embargo, el tren de fuerza no solamente transfiere potencia. Si un motor est acoplado directamente a las ruedas de impulso del vehculo, el vehculo se desplazar constantemente a la velocidad del motor.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 10 de 1842 12/28/06

Unidad 1 Leccin 1

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Tren de Fuerza I

El tren de fuerza provee un medio para desconectar y controlar la potencia del motor. Las funciones bsicas del tren de fuerza son: Conectar y desconectar la potencia del motor a la(s) rueda(s) de mando Modificar la velocidad y el par Proveer un medio para marcha en retroceso Regular la distribucin de potencia a las ruedas de mando (para permitir que el vehculo gire)

Potencia =

Trabajo Tiem po

Fig. 1.1.4 Ecuacin de potencia

Principios del tren de fuerza Potencia es un trmino usado para describir la relacin entre trabajo y tiempo. La potencia se define como la velocidad a la que se realiza el trabajo o la transferencia de energa. En otras palabras, la potencia mide la rapidez con que se hace el trabajo. La potencia es igual al trabajo realizado dividido por el tiempo que toma en hacerlo, o P=W/t.


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Tren de Fuerza I

Trabajo = F uerza x D istancia

Fig. 1.1.5 Trabajo y fuerza

Trabajo y fuerza El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia que el objeto recorre. La fuerza es una medida de la potencia de empuje que un objeto ejerce sobre otro. De acuerdo con las leyes de movimiento del fsico Isaac Newton, cuando se mueve un objeto, el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia, o W = F x d.

Potencia =

F uerza x D istancia Tiem po

Fig. 1.1.6 Potencia

Potencia Si sustituimos la definicin de trabajo en la frmula de la potencia, se demuestra que la potencia es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la velocidad que el objeto recorre, o P = F x d/t


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Unidad 1 Leccin 1

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Tren de Fuerza I

PALANC A PALAN CA PAR PAR O B JE TO PU NTO D E APO YO P UNTO D E AP OY O OB JE TO

Fig. 1.1.7 Par

Par El par es un esfuerzo de torsin aplicado a un objeto que tiende a hacer que el objeto gire alrededor de su eje axial de rotacin. El par es igual a la magnitud de la fuerza aplicada multiplicada por la distancia entre el eje de rotacin del objeto y el punto donde se aplica la fuerza. As como una fuerza aplicada a un objeto tiende a cambiar la velocidad del movimiento lineal del objeto, un par aplicado a un objeto tiende a cambiar la velocidad de movimiento de rotacin del objeto. La cantidad de par disponible de una fuente de potencia es proporcional a la distancia desde el centro a la cual se aplica el par. En la figura 1.1.7, la palanca tiene ms par cuando el punto de apoyo esta ms cerca del objeto de la aplicacin de la fuerza (diagrama de la derecha). Sin embargo, la palanca deber girarse an ms para obtener este par. Tipos de trenes de fuerza Los trenes de fuerza usados en la mayora de las mquinas de construccin actuales pueden clasificarse en uno de los siguientes tres tipos bsicos: - Mecnicos - Hidrostticos - Elctricos


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Tren de Fuerza I

MAND O FINAL

M OTOR

C ON VE RTIDO R DE PAR

TRANSM ISION

D IFER EN CIAL

MAND O FINAL

Fig. 1.1.8 Tren de fuerza mecnico

En un tren de fuerza mecnico, la potencia del motor se transfiere a travs de un acoplamiento (embrague o convertidor de par) a la transmisin. De la transmisin, la potencia se transfiere al diferencial, al mando final y a las ruedas o cadenas.

COM PO NE NT ES D EL TRE N D E FUE RZ A M E CA NIC O

M oto r A cop lam ient o T ran sm isin D ifer enc ial M an do final M eca nism o de tr accin

Fig. 1.1.9 Componentes del tren de fuerza mecnico

Componentes del tren de fuerza mecnico Los siguientes son los principales componentes del tren de fuerza mecnico tpico: Motor: Suministra la potencia para operar el vehculo y el dispositivo de acoplamiento Acoplamiento: Conecta la potencia del motor al tren de fuerza. Los acoplamientos del embrague del volante pueden desconectar la potencia del motor del tren de fuerza. Esto permite que el motor funcione cuando la mquina no est en movimiento. Los convertidores de par y los divisores de par suministran siempre un acoplamiento hidrulico para conectar el motor al tren de fuerza. La conexin puede ser directa si la mquina tiene un embrague de traba. Transmisin: Controla la velocidad de salida, la direccin y el par de fuerza suministrado al tren de fuerza.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 14 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Diferencial: Transmite la potencia al mando final y a las ruedas, para permitir que cada rueda gire a diferente velocidad. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas o cadenas. Mecanismo de traccin: Impulsa la mquina a travs de las ruedas o cadenas.

Fig. 1.1.10 Compactador 826G Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecnico

Fig. 1.1.11 Tractor D11R Caterpillar con los componentes de tren de fuerza mecnico

Las mquinas mostradas en las figuras 1.1.10 y 1.1.11 estn equipadas con tren de fuerza mecnico.


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Tren de Fuerza I

M OTOR

BOM BA HID R AU LIC A

M OTO R HIDR AU LIC O

T RA NS M IS ION O DIFER EN CIAL

M AN DO FINAL

C O NEX ION H IDR AU LIC A

M OTO R H IDR AUL ICO M OTO R B O M BA HIDRAUL ICA M OTOR HIDRAUL ICO

M A ND O F IN AL

M A N DO FIN AL

Fig. 1.1.12

Mandos hidrostticos Como su nombre lo indica, los mandos hidrostticos usan fluido para transmitir la potencia del motor al mando final de la mquina. La potencia del motor se transfiere a una bomba hidrulica. La bomba hidrulica suministra el flujo de aceite a un motor de mando. El motor de mando transfiere la potencia a la transmisin o directamente al mando final.CO M PON EN TE S DE L TR E N DE FU ER ZA H IDR O STA T ICO M oto r B om b a(s) h idr ulica (s) M oto r(es) h idr ulico( s) T ran sm is in ( si tien e) Difer encial (si t iene ) M and o final M ecan is m o de tra cci n

Fig. 1.1.13 Componentes del tren de fuerza hidrosttico

Componentes del tren de fuerza hidrosttico Los siguientes son los componentes principales de un tren de fuerza hidrosttico tpico: Motor: Suministra la potencia necesaria para accionar el vehculo y la(s) bomba(s) hidrulica(s). Bomba(s): Produce(n) el flujo de fluido para accionar el(los) motor(es) de mando. Motor(es): Suministra(n) la potencia a la transmisin o al mando final. Transmisin (si est equipado): Controla la velocidad de salida, la direccin y el par de fuerza entregados al tren de fuerza. Diferencial (si est equipado): Transmite la potencia al mando final y a las ruedas, para permitir que cada rueda gire a diferente velocidad.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 16 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Mando final: Conecta la potencia a las ruedas o cadenas. Mecanismo de traccin: Impulsa el equipo a travs de las ruedas o cadenas.

Fig. 1.1.14 Cargador de Cadenas 953C Caterpillar con los componentes de tren de fuerza hidrosttico

Fig. 1.1.15 Cargador de ruedas pequeo Caterpillar con los componentes de tren de fuerza hidrosttico

Las mquinas mostradas en las figuras 1.1.14 y 1.1.15 estn equipadas con tren de fuerza hidrosttico.


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Tren de Fuerza I

En el mando elctrico, se usa electricidad para transmitir la potencia del motor al mando final de la mquina. La potencia del motor se transfiere a un generador CA. La electricidad del generador CA se usa para accionar los motores del mando final.

Fig. 1.1.16 Componentes del mando elctrico CC

M a ndo Elctrico C C M otor Generador C A Rectificador Excitador de cam po M otores CC M and o final M ecanis m o de traccinFig. 1.1.17 Componentes del mando elctrico CC

Componentes del mando elctrico CC Motor: Suministra la potencia necesaria para operar el vehculo. Generador CA: Convierte la potencia mecnica del motor en electricidad. Rectificador: Convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Excitador de campo: Controla la velocidad de los motores elctricos. Motores CC: Suministran la potencia al mando final. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas. Mecanismo de traccin: Impulsa el equipo a travs de las ruedas.


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Fig. 1.1.18 Componentes del mando elctrico CA

M a ndo Elctrico C A M otor Gen erado r CA Rectificador Inversor CC a C A variab le M ot ores CA M ando final M ecanism o d e tra ccinFig. 1.1.19 Componentes del mando elctrico CA

Componentes del mando elctrico CA Motor: Suministra la potencia necesaria para operar el vehculo. Generador CA: Convierte la energa mecnica del motor en electricidad. Rectificador: Convierte la CA en CC. Inversor de CC a CA variable: Controla la velocidad de los motores. Motores CA: Suministra la potencia al mando final. Mando final: Conecta la potencia a las ruedas. Mecanismo de traccin: Impulsa el equipo a travs de las ruedas.


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.20 Ubicacin tpica del mando elctrico CA

Los mandos elctricos se usan en algunos camiones de minera de la competencia. La mayora de los camiones de minera de la competencia tienen un mando elctrico CC; sin embargo, los camiones grandes de minera actuales tienen un mando elctrico CA. Caterpillar no fabrica mquinas con mando elctrico. Los camiones de minera con mandos mecnicos han demostrado que tienen un rendimiento mayor del tren de fuerza y una mayor velocidad de operacin en pendientes fuertes. Los camiones de minera de la competencia tambin cuentan con frenado dinmico, en vez de frenos de discos enfriados por aceite. Debido a que Caterpillar no fabrica equipos con mandos elctricos, no se hablar ms de estos mandos en el resto del curso.


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Tren de Fuerza I

Mandos de transferencia de potencia Mientras las funciones de todos los trenes de fuerza son bsicamente los mismos, se han desarrollado diferentes mtodos para realizar estas funciones. Los mandos principales para transmitir potencia en una mquina se pueden clasificar en los siguientes tipos: - De engranajes - De cadena - De friccin - Hidrulicos

Fig. 1.1.21 Engranajes

Mando de engranajes Por definicin, un engranaje es una rueda o cilindro dentado que se usa para transmitir movimiento reciprocante o de rotacin de una pieza a otra de la mquina. Los engranajes son los elementos ms usados en los trenes de fuerza modernos. Esto se debe a que los engranajes son los medios ms eficientes y econmicos de transferir la potencia del motor a las ruedas de mando de una mquina. Al variar el tamao y el nmero de engranajes, tambin es posible modificar la potencia producida por un motor para ajustarse al trabajo que est realizando.


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.22 Rotacin en sentidos opuestos

Rotacin en sentidos opuestos Los dientes de un engranaje actan como palancas mltiples que transfieren el par del volante del motor a otros engranajes del tren de fuerza. Cuando se usan slo dos engranajes, los contraejes giran en sentidos opuestos (figura 1.1.22).

Fig. 1.1.23 Engranaje loco

Engranaje loco Dos engranajes acoplados reciben el nombre de juego o conjunto de engranajes. Un tercer engranaje llamado engranaje loco (figura1.1.23) se usa algunas veces con el engranaje impulsor y con el engranaje impulsado. El engranaje loco cambia el sentido del engranaje impulsado de forma que ste gira en el mismo sentido que el engranaje impulsor.


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Fig. 1.1.24 Tren de engranajes

Tren de engranajes Tres o ms engranajes conectados reciben el nombre de tren de engranajes (figura 1.1.24).

Fig. 1.1.25 Engranaje de pin

Engranaje de pin Cuando un engranaje es significativamente ms pequeo que el otro, el engranaje ms pequeo recibe el nombre de pin (figura 1.1.25).


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.26 Estras del engranaje

Estras del engranaje Los engranajes estn montados generalmente en ejes. La fuerza se transmite hacia y desde los engranajes por medio de ejes, por tanto, los engranajes deben estar muy bien asegurados a los ejes. Se usan diferentes mtodos para sujetar los engranajes a los ejes. Las ranuras, conocidas como estras, se pueden mecanizar sobre la superficie del eje y en la maza del engranaje. Cuando el engranaje se conecta en el eje, las estras sostienen el engranaje de forma que gire en el eje sin patinar. Algunas veces las estras se disean de forma que el engranaje pueda deslizarse lateralmente en el eje. Esta caracterstica se usa frecuentemente en las transmisiones.

Fig. 1.1.27 Chavetas de engranajes

Chavetas de engranajes Las chavetas son otro mtodo usado para evitar el deslizamiento de los engranajes sobre los ejes. En una disposicin sencilla de chaveta, se hace una ranura nica o cuero en el eje y otra en la maza del engranaje. La chaveta es un trozo de metal cuadrado que al insertarse traba al engranaje y al eje juntos. Una variacin de chaveta ms elaborada es la chaveta semicircular conocida como chaveta Wooddruff, por el nombre de su inventor.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 24 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

V E N TA J A D E V E LO C ID A D o u na V E N TA J A DE PAR

Fig. 1.1.28 Ventaja mecnica de los engranajes

Ventaja mecnica de los engranajes Los engranajes se usan frecuentemente para proveer una ventaja de velocidad o una ventaja de par en la maquinaria. Los engranajes no pueden proveer una ventaja de potencia. La potencia real de una mquina est determinada por la capacidad del motor. Sin embargo, al usar engranajes de tamaos diferentes, permiten que la potencia y la velocidad del motor se usen ms eficientemente en la operacin de la mquina en condiciones de carga variable. Cuando los engranajes se usan para aumentar el par, se reduce la velocidad de salida. Cuando la velocidad de salida se aumenta por medio de engranajes, se reduce el par.

Fig. 1.1.29 Relacin de engranajes 2:1

Relacin de engranajes 2:1 La velocidad de rotacin de los ejes impulsados por engranajes depende del nmero de dientes de cada engranaje. Cuando un engranaje de pin con 24 dientes impulsa otro de 48 dientes, el engranaje impulsor gira 2 veces ms rpido que el engranaje impulsado. La relacin de los engranajes es de 2:1 (figura 1.1.29).Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 25 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.30 Relacin de engranajes 1:2

Relacin de engranajes 1:2 Si el flujo de potencia se invierte, de manera que el engranaje ms grande impulse el engranaje ms pequeo, la relacin de los engranajes tambin se invierte 1:2 (fig. 1.1.30). Si se usa un tren con varios engranajes, la relacin de la velocidad del engranaje impulsor al engranaje impulsado puede variar dentro de lmites amplios.

Fig. 1.1.31 Relacin de engranajes locos

Relacin de engranajes locos Cuando se usa un engranaje loco para cambiar el sentido de rotacin, no se cambia la relacin de los engranajes (fig.1.1.31). El engranaje loco puede tener cualquier nmero de dientes. Por tanto, si se usa un engranaje loco pequeo de 12 dientes entre dos engranajes de 48 dientes cada uno, la relacin sigue siendo 1:1. El resultado es el mismo si el engranaje loco tuviera 48 dientes.


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Fig. 1.1.32 Engranajes de dientes externos e internos

Engranajes de dientes externos e internos Un engranaje con dientes alrededor de su circunferencia externa se denomina engranaje de dientes externos. Un engranaje con dientes alrededor del dimetro interno se denomina engranaje interno.

Fig. 1.1.33 Ancho de cara del engranaje

Ancho de cara del engranaje El ancho del engranaje a travs del diente se denomina ancho de cara. A mayor ancho de cara del engranaje, mayor el rea de contacto y se podr transmitir mayor potencia.


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C U R V A IN V O L U T A

Fig. 1.1.34 Curva involuta

Curva involuta Para que un tren de fuerza opere adecuadamente, todos los engranajes del tren de engranajes deben tener dientes compatibles unos con otros en tamao y forma. Los lados de los dientes del engranaje no son rectos. Los dientes se disean con un perfil para obtener la mxima transferencia de potencia del engranaje cuando opera con otros engranajes. Los lados de cada diente siguen la forma de lo que se conoce como curva involuta (fig.1.1.34). La forma de la curva del diente del engranaje provee un contacto de rodadura que se opone al movimiento deslizante del otro diente en conexin.A N G U LO D E P R E S IO N

Fig. 1.1.35 Angulo de presin

Angulo de presin Los dientes de los engranajes poseen un perfil, de modo que cuando los dientes entran en contacto se produce un ngulo de presin especfico que permite un contacto suave y de mxima profundidad (figura 1.1.35).


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Fig. 1.1.36 Espacio libre entre los dientes del engranaje

Espacio libre entre los dientes del engranaje Es importante un contacto suave entre los dientes del engranaje para lograr una operacin adecuada. Si los engranajes hacen un contacto entre dientes muy apretado, los dientes se pegan y producen una friccin excesiva y una prdida de potencia. Si el contacto es demasiado suelto, los engranajes producirn ruido y sern ineficientes. Para permitir la lubricacin y el contacto suave en una operacin eficiente, se requiere un pequeo espacio libre entre los dientes (fig.1.1.36). El espacio libre permite un ligero movimiento hacia atrs de los engranajes, denominado contrajuego. Un contrajuego excesivo es generalmente una indicacin de desgaste de los dientes del engranaje o de los cojinetes que soportan los engranajes. Un contrajuego excesivo puede ocasionar la rotura de los dientes del engranaje o que los dientes se salten bajo carga. Durante las operaciones de servicio del equipo es necesario medir y ajustar el contrajuego a las especificaciones correctas usando los calces diseados para este propsito.

VEN TAJAS DEL M ANDO DE ENGR ANA JES S e evita el pat ina do Pu ed e m an ejar ca rga s m uy alta s

Fig. 1.1.37 Ventajas del mando de engranajes

Ventajas del mando de engranajes Las ventajas de los mandos de engranajes son que no patinan y, adems, pueden manejar cargas muy altas. Sin embargo, son ms pesados que otros tipos de mandos y la distancia entre los ejes de entrada y de salida depende del dimetro de los engranajes.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 29 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.38 Mando de engranajes de un eje

Mando de engranajes de un eje El eje de la figura 1.1.38 es un ejemplo de mando de engranajes. En esta aplicacin particular los engranajes estn en capacidad de manejar cargas de par muy altas en el mando final.

Fig. 1.1.39 Mando de cadenas

Mando de cadenas Un mando de cadenas es una variacin de un mando de engranajes y tambin se usa para transmitir potencia de un eje de rotacin a otro. Los engranajes, usualmente llamados ruedas motrices, no estn en contacto, pero estn conectados por una cadena de eslabones. Los eslabones de la cadena entran en contacto con los dientes de las ruedas motrices de tal forma que la rueda motriz impulsada mantiene una relacin de velocidad constante con la rueda motriz impulsora. Los mandos de cadenas funcionan segn los mismos principios de un mando de engranajes. Al igual que los mandos de engranajes, los mandos de cadenas prcticamente eliminan el patinado. Las ruedas motrices conectadas al mismo lado de la cadena giran en el mismo sentido. Las ruedas motrices conectadas en diferentes lados de la cadena se mueven en sentidos opuestos. Para evitar el desgaste excesivo, las rudas motrices de los mandos de cadenas de rodillos deben tener 10 o ms dientes. Si una cadena tiene un nmero par de espacios entre eslabones, entonces, las ruedas motrices deben tener un nmero impar de dientes.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 30 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.40 Componentes de la cadena de rodillos

Componentes de la cadena de rodillos Las cadenas de rodillos son las ms usadas en la maquinaria pesada. Estas cadenas suministran un medio eficaz de transportar cargas pesadas a bajas velocidades entre ejes que estn lejos uno de otro. La cadena de rodillos consta de eslabones de rodillos alternos y de eslabones de pasador. Los eslabones de rodillos tienen dos planchas laterales de eslabn de rodillo, dos bujes y dos rodillos. Los eslabones de pasador constan de dos planchas de eslabn de pasador y dos pasadores. Las planchas laterales de la cadena de rodillos determinan el paso de la cadena.

Fig. 1.1.41 Tensin de la cadena

Tensin de la cadena Al igual que en los engranajes, las ruedas motrices de la cadena estn generalmente montadas en ejes con estras y chavetas. El lado suelto de la cadena debe estar en la parte inferior, siempre que sea posible. En mandos de cadena largos, se usa generalmente una rueda loca o rueda motriz en el lado suelto para mantener la tensin correcta entre la rueda motriz impulsora y la rueda motriz impulsada. Las cadenas tienden a estirarse con el uso, de modo que la tensin de la cadena debe ajustarse algunas veces (fig.1.1.41). El ajuste puede realizarse moviendo una de los ruedas motrices principales o ajustando la rueda loca, si tiene.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin

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VENTA JAS D E LO S M ANDO S D E CADEN A P oco o n ing n p atinaj e R ela tiva m en te eco nm icos P ued en m ant ener u na re lacin fija en tre ejes R esisten tes a l c alo r, la su cie da d y la in tem p erie M s p oten cia que lo s m an do s de co rrea

Fig. 1.1.42 Ventajas de los mandos de cadena

Ventajas de los mandos de cadena Las ventajas de los mandos de cadena son: - Poco o ningn patinaje - Relativamente econmicos - Pueden mantener una relacin fija entre los ejes de rotacin - Resistentes al calor, la suciedad y la intemperie - Pueden transmitir mayor potencia que los mandos de correas Desventajas de los mandos de cadena Se debe tener cuidado de que las ruedas motrices de cadena y los ejes estn en lnea para asegurar una tensin correcta de la cadena y, por tanto, mximo tiempo de servicio. Los mandos de cadena deben lubricarse regularmente para disminuir el desgaste, protegerlos contra la corrosin y evitar que los pasadores de los eslabones o los bujes de los rodillos se deformen o se daen.


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Fig. 1.1.43 Mando de cadena del tractor de cadenas

Mando de cadena Las mquinas grandes usan diferentes mandos de cadena. El tractor de la figura 1.1.43 usa un tipo especial de cadena (oruga) para impulsar la mquina. Una rueda motriz impulsa la cadena.

Fig. 1.1.44 Mando de cadena de un minicargador

Mando de cadena de un minicargador En equipos pequeos, como el minicargador mostrado en la figura 1.1.44, la cadena transmite la fuerza al mando final y a las ruedas de mando. Un motor hidrulico impulsa la cadena mediante una rueda motriz, como se muestra en la figura 1.1.39.


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Fig. 1.1.45 Friccin entre la rueda y el terreno

Mando de friccin La friccin se produce cuando las superficies de dos objetos rozan entre s. La friccin se puede usar para transmitir movimiento y fuerza de un objeto a otro. La cantidad de friccin depende de la superficie de los materiales, la fuerza con la cual los objetos se tocan y la temperatura de las superficies. A diferencia de los mandos de engranajes y de cadenas, los mandos de friccin permiten cierto patinaje entre sus componentes. Este patinaje es til cuando se desea una mayor transferencia gradual de potencia. En donde generalmente se usa el mando de friccin es en la rueda. La friccin entre una rueda impulsada y el terreno mueve la rueda y la mquina en el mismo sentido en que gira la rueda (figura 1.1.45).


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Fig. 1.1.46 Friccin entre dos ruedas

Friccin entre dos ruedas Usando la friccin se puede transmitir fuerza si se coloca una rueda impulsada en contacto con la superficie circular de una segunda rueda (figura.1.1.46). La segunda rueda girar en sentido opuesto. Las ruedas usadas para transmitir fuerza de este modo se conocen como engranajes de friccin, aunque estas ruedas no tienen dientes. La velocidad y el par de los mandos de rueda de friccin dependen del tamao de cada rueda. Los principios de par y velocidad explicados anteriormente para los engranajes se aplican tambin para los mandos de ruedas de friccin. Cuando una rueda pequea impulsa una rueda grande, se obtiene menor velocidad y mayor par. Cuando una rueda grande impulsa una rueda pequea, se obtiene menor par y mayor velocidad.


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Fig. 1.1.47 Mando de disco o de embrague (disco de friccin)

Mando de disco o de embrague Otro mando de friccin comn es el disco o embrague. Los embragues se usan para hacer que dos componentes giren juntos. Cuando se conecta el embrague, los discos y las planchas se mantienen juntos mediante resortes o mediante presin hidrulica. La friccin hace que los discos y las planchas giren juntos. En un embrague del volante, se montan dos discos en un eje. Un disco se conecta al motor y el otro, generalmente, al tren de fuerza en la transmisin. Cuando los discos no estn en contacto, el disco conectado al motor gira libremente (figura 1.1.47, diagrama superior), mientras que el disco conectado al tren de fuerza no se afecta. Cuando los discos se ponen en contacto, la rotacin del motor se transfiere por friccin al disco del tren de fuerza, lo que hace que los discos giren en el mismo sentido (figura 1.1.47, diagrama inferior). La velocidad y el par de cada disco de friccin son los mismos. Los embragues se usan en transmisiones planetarias para cambiar la relacin de velocidad entre el eje de entrada y el eje de salida. Los embragues tambin se usan en los convertidores de par junto con los embragues de traba para suministrar una conexin directa entre el eje de entrada y el eje de salida.


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Fig. 1.1.48 Mando de correa

Mando de correa Las correas se utilizan, generalmente, para transferir fuerza de una rueda a otra. En un mando de correa (figura 1.1.48), las ruedas se denominan poleas. A diferencia de los mandos de ruedas por contacto de friccin directa, las poleas giran en el mismo sentido. Las correas tambin transfieren la fuerza ms eficientemente que las ruedas de friccin debido al mayor contacto de la superficie de la polea. La velocidad y el par de los mandos de correa dependen del tamao de la polea. El mismo principio de velocidad y par explicado anteriormente para los mandos de engranaje y ruedas de friccin se aplica tambin a los mandos de correa. Cuando una polea pequea impulsa una polea grande se obtiene menor velocidad y mayor par. Cuando una polea grande impulsa una polea pequea se obtiene menor par y mayor velocidad.


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VEN TAJAS DE LO S M AND O S D E FRICC ION Se pu ede d ise ar p atin aje in ten cion al en la m q uina Pued e usa rse u na am plia gam a de m a teria les

Fig. 1.1.49 Ventajas de los mandos de friccin

Ventajas de los mandos de friccin Las ventajas de los mandos de friccin (fig. 1.1.49) incluyen la capacidad de proveer el patinaje necesario a la mquina y de poder usar una amplia gama de materiales. El rea de contacto sobre el mando debe ser mnimo de 180 grados. Los mandos de friccin son costosos y un patinaje excesivo puede acelerar el desgaste y hacer que fallen prematuramente.

Fig. 1.1.50 Mando de correa

Mando de correa Los mandos de correa del tractor Challenger mostrado en la figura 1.1.50 usan friccin para transferir potencia del mando final al terreno.


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Fig. 1.1.51 Mando de disco

Mando de disco Los discos de embrague y las planchas mostrados en la figura 1.1.51 usan friccin para conectar el conjunto del embrague, el cual transfiere la potencia a la transmisin.

Fig. 1.1.52 Mando hidrulico - rueda hidrulica

Mando hidrulico Los mandos hidrulicos se han usado desde el inicio del desarrollo de la maquinaria. Una de las formas bsicas de mando hidrulico es la rueda hidrulica (figura 1.1.52). Muchos de los molinos y fbricas de tiempos de la colonia en Norte Amrica se impulsaban mediante ruedas hidrulicas. Los mandos hidrulicos se usan ahora en algunos de los equipos ms modernos y sofisticados, como son los mandos hidrostticos.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 39 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.1.53 Bomba hidrulica

Fig. 1.1.54 Motor

Bomba hidrulica y motor En una mquina, el mando hidrulico del tren de fuerza convierte la potencia mecnica del motor en potencia hidrulica, y luego convierte esta potencia hidrulica otra vez en potencia mecnica para mover la mquina. Esta conversin de potencia se hace usando un sistema hidrosttico o hidrodinmico. El sistema hidrosttico es un sistema hidrulico cerrado en el que se usa fluido a presin alta y velocidad baja para transmitir potencia. Una bomba hidrulica impulsada por motor (figura 1.1.53) suministra el flujo de aceite al motor (figura 11.1.54), que impulsa la mquina.


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Fig. 1.1.55 Acoplamiento hidrulico

Acoplamiento hidrulico La hidrodinmica usa presin baja de aceite a velocidad alta para transmitir potencia mediante el uso de un acoplamiento hidrulico. Un acoplamiento hidrulico (figura 1.1.55) consta de un impulsor (o bomba) y una turbina. El impulsor (accionado por el motor) enva el aceite a presin dentro de la turbina, la cual transfiere la potencia a la transmisin.

Fig. 1.1.56 Los lquidos no tienen forma propia

Los lquidos no tienen forma propia Los dos principios de hidrulica que se requieren para entender un sistema de mando hidrosttico son: - Los lquidos no tienen forma propia y, por tanto, toman la forma del recipiente que los contenga (figura 1.1.56).


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Fig. 1.1.57 La Ley de Pascal

Ley de Pascal - Los lquidos son incompresibles. La Ley de Pascal de los fluidos establece: "El cambio de presin aplicado a un fluido contenido en un recipiente cerrado se transmite sin reducirse a cada punto del fluido y a las paredes que lo contienen" (figura 1.1.57).

V E N T AJA M E C A N IC A1 00 lb s 50 lbs

5 0 lb/p ulg 2 x 2 p ulg. 2 = 1 00 lbs .

50 lb/pu l 2 2 p ulg. 2 1 pu lg. 2 12 pu lg.

6 pulg.

F lujo 50 lb /pulg 2 x 1 pu lg. 2 = 5 0 lb/p u lg 2

Fig. 1.1.58 Ventaja mecnica

Ventaja mecnica En la prctica, estos principios permiten que el aceite de un sistema hidrulico fluya en cualquier sentido y en conductos de cualquier tamao o forma. Cuando la presin se aplica al fluido, en vez de comprimirlo, lo empuja a travs de los conductos del dispositivo que lo contiene. La presin aplicada se transmite en todas las direcciones para producir trabajo.


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Por ejemplo, si dos cilindros iguales se conectan mediante un tubo y se llenan parcialmente de aceite, el comprimir el fluido de un cilindro har que el fluido suba una cantidad correspondiente e igual en el cilindro conectado. Este es el principio de operacin bsico usado en hidrulica. Pongamos dos cilindros iguales con una pulgada cuadrada de rea y dos pistones del mismo tamao en cada cilindro. Si se aplica una fuerza de una libra al pistn de un cilindro, se aplicar una fuerza de una libra a travs de todo el lquido. Entonces, habr una fuerza igual de una libra en el segundo cilindro. Ahora, pongamos un primer cilindro con un rea de una pulgada cuadrada y un segundo cilindro con un rea de dos pulgadas cuadradas y apliquemos otra vez una fuerza de una libra al primer cilindro. Dado que el segundo cilindro tiene un rea de dos pulgadas cuadradas, ahora habr una fuerza de dos libras en el segundo pistn. Esto se llama ventaja mecnica (figura 1.1.58). La fuerza ejercida por un pistn se puede determinar multiplicando el rea del pistn por la presin.

VE NTAJAS DE LO S M AND O S HID RAU LICO S M u y poca s p iezas en m ov im ie nto M en or d esg aste Gam as de v eloc ida d inf initas

Fig. 1.1.59 Ventajas del mando hidrulico

Ventajas del mando hidrulico En un sistema de mando hidrosttico se usa un nmero de pistones para transmitir la potencia. Un grupo de pistones de la bomba enva la potencia a otro grupo de pistones del motor. En un mando hidrulico de motor de bomba, la velocidad de flujo de aceite determina la velocidad. El par depende de la presin del aceite. La direccin del flujo de aceite controla la direccin del flujo de potencia. Las ventajas de un sistema de mando hidrulico incluyen usar menos piezas, menor desgaste y tener gamas de velocidad infinitas. Los sistemas de mando hidrulico son susceptibles a escapes y a problemas relacionados con la temperatura.


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Leccin 2: Componentes Bsicos del Tren de Fuerza

Fig. 1.2.1 Componentes bsicos del tren de fuerza

Introduccin En esta leccin veremos los componentes bsicos del tren de fuerza, incluidos los cojinetes, los sellos y los engranajes. Objetivos Al terminar esta leccin, el estudiante estar en capacidad de demostrar su conocimiento de los componentes bsicos del tren de fuerza, incluidos los cojinetes, los sellos y los engranajes, seleccionando la respuestas correctas en el examen de la unidad. Material de referencia Cuaderno del estudiante Introduccin a los cojinetes Introduccin a los sellos y juntas El libro de los engranajesOmar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 44 de 1842

SEBV0507 SEBV0511 SEBV053312/28/06

Leccin 2: Componentes Bsicos del Tren de Fuerza

Unidad 1 Leccin 2

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.2.2 Cojinetes

Cojinetes Un cojinete (figura 1.2.2) es un dispositivo mecnico que disminuye la friccin de una mquina en la que una pieza en movimiento ejerce fuerza sobre otra.

F R I C C IO N

Fig. 1.2.3 Friccin

Friccin Cuando los objetos se mueven uno contra otro se produce un grado de resistencia entre las superficies en contacto. Esta resistencia se conoce mejor como friccin (figura 1.2.3). Si bien la friccin es til para transmitir el movimiento de un objeto a otro, la friccin tambin es una fuerza que acta contra el movimiento. La friccin genera calor y produce desgaste de las superficies en contacto. En la maquinaria, cuando no se controla la friccin, produce dao rpido de las piezas y rotura de los equipos.


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Fig. 1.2.4 Cojinetes en ejes

Cojinetes en ejes Generalmente, los cojinetes sostienen una pieza en movimiento. El cojinete debe permitir que la pieza se mueva en un sentido, por ejemplo rotacin, e impedir que se mueva en cualquier otro sentido, por ejemplo lateralmente. Los cojinetes generalmente se encuentran en los soportes rgidos de los ejes en rotacin (figura 1.2.4) en donde se produce la mayor friccin.

FUN CIO NES DE LO S C OJINETES Red uce n la fricci n, el c alo r y el desg ast e Sop orta n el p eso est tic o de los ejes y de la m aq uin aria Sop orta n car gas ra diales y d e em p uje Perm iten to lera ncia s m u y estre cha s Fciles de r eem p laza r y m en os cos toso s qu e los eje s

Fig. 1.2.5 Funciones de los cojinetes

Funciones de los cojinetes Los cojinetes se inventaron hace mucho tiempo. Cuando se invent la rueda, estaba montada sobre un eje y la superficie de contacto entre la rueda y el eje era un cojinete. Los primeros cojinetes tenan superficies de madera o de cuero lubricadas con grasa, por ejemplo, grasa animal. Los cojinetes modernos se disean generalmente de dos tipos: de friccin y de antifriccin. Ningn cojinete est completamente libre de friccin, pero ambos tipos de cojinetes son eficientes en la tarea de reducir la friccin.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 46 de 1842 12/28/06

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En la maquinaria, la lubricacin y los cojinetes son los mtodos ms usados para reducir la friccin, el calor y el desgaste. El aceite suministra lubricacin y enfriamiento pero no provee sostn. Los cojinetes son particularmente tiles porque tambin soportan el peso esttico y las cargas dinmicas de los ejes de mando giratorios, de los engranajes, de las bielas, etc. Por ejemplo, los cojinetes de las ruedas soportan el peso total de una mquina pesada. Los cojinetes de los muones del cigeal dan soporte al eje de las fuerzas producidas por las bielas. Las principales funciones de los cojinetes de una mquina son: - Disminuir la friccin, el calor y el desgaste - Soportar el peso esttico de los ejes y la mquina - Soportar las cargas radiales y de empuje producidas por los ejes giratorios - Permitir tolerancias de ajuste mnimas para evitar el "juego" de los ejes de rotacin - Son ms fciles de reemplazar y menos costosos que los ejes.

Fig. 1.2.6 Cargas radiales y de empuje en los cojinetes

Cargas radiales y de empuje en los cojinetes A medida que los ejes de los engranajes funcionan en la mquina, se producen diversas cargas que los cojinetes deben soportar. Primero, est la carga esttica del peso del eje y los engranajes montados sobre l (figura1.2.6, diagrama superior). La direccin de la carga est en lnea con el eje (o axial). Esta se denomina carga radial. Segundo, cuando el eje gira, tiende a moverse hacia la izquierda o hacia la derecha a lo largo de la lnea central del eje (figura 1.2.6, diagrama inferior). Esta carga se denomina carga de empuje. Los cojinetes absorben las cargas radiales y de empuje para impedir el movimiento de los ejes.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 47 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Aunque en los equipos modernos se usan muchos tipos de cojinetes, los cojinetes se clasifican en dos tipos principales: compactos (de friccin) y antifriccin.

Fig. 1.2.7 Cojinetes compactos

Cojinetes compactos Los cojinetes compactos (figura 1.2.7) se clasifican como cojinetes de manguito o bujes, y cojinetes divididos. Los cojinetes compactos tambin se conocen como cojinetes de friccin.

Fig. 1.2.8 Eje soportado por aceite (teora compacta)

En un cojinete compacto, el eje gira en la superficie del cojinete. El eje y el cojinete estn separados por una delgada capa de aceite lubricante. Cuando el eje gira a la velocidad de operacin, queda generalmente soportado por la delgada capa de aceite y no por el cojinete en s. A medida que aumenta la velocidad de giro, la pelcula de aceite aumenta de grosor, el aumento de la friccin disminuye en proporcin directa a la velocidad. En velocidades bajas la pelcula de aceite es ms delgada si no cambian otros factores. En velocidades extremadamente bajas, la pelcula se puede romper y las dos piezas entran en contacto. Por esto, la friccin es alta cuando se inicia el movimiento de una mquina y el cojinete puede fallar si se producen altas tensiones durante el arranque.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 48 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.2.9 Cojinete de manguito

Cojinete de manguito Los tipos ms sencillos de cojinetes compactos son los cojinetes de manguito de una pieza, tambin llamados bujes. Los cojinetes de manguito se usan en ruedas y otros ejes en rotacin desde hace mucho tiempo. Los cojinetes de manguito o mun son ms sencillos en su fabricacin que los cojinetes antifriccin, pero ms complejos en su teora de operacin. La figura 1.2.9 muestra un tipo de cojinete de manguito y un eje de levas. En el bloque del motor, el eje de levas se apoya en los muones mediante los cojinetes de manguito.


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El eje soportado por el cojinete se denomina mun y la parte externa se denomina manguito. Si el mun y el manguito son de acero, las superficies del cojinete, aun si estn bien lubricadas, se pueden agarrotar o producir esquirlas de metal debido al contacto. Por esto, los manguitos de la mayora de los cojinetes estn revestidas con latn, bronce o metal antifriccin. Los cojinetes de manguito de bronce se usan ampliamente en las bombas de aceite y en los motores elctricos. Los cojinetes compactos son piezas de metal revestidos con material ms blando que el de los ejes en los que giran, de modo que los cojinetes se desgastarn antes que el eje. Es ms fcil y mucho menos costoso reemplazar un cojinete desgastado que tener que reemplazar el eje o el conjunto que descansa sobre el cojinete. En general, los cojinetes de manguito se lubrican con presin a travs de un orificio en el mun o desde la ranura que contiene el cojinete. A menudo el manguito tiene ranuras que sirven para distribuir el aceite uniformemente sobre la superficie del cojinete.

Fig. 1.2.10 Cojinete dividido

Cojinete dividido El segundo tipo de cojinete compacto es el cojinete dividido (fig.1.2.10). Los cojinetes divididos son probablemente los ms usados en los motores para automvil. Los cojinetes de bancada son un tipo de cojinetes divididos atornillados a las varillas del pistn. Estos cojinetes se pueden reemplazar si se desgastan excesivamente. Los cojinetes divididos, adems de tener orificios para el aceite, a menudo tienen ranuras que permiten que el aceite fluya libremente alrededor de la cara del cojinete. Los cojinetes divididos tambin pueden tener pestaas de traba que se ajustan en las muescas de la tapa del cojinete. Estas pestaas evitan que el cojinete patine horizontalmente sobre el eje. Aunque se describen como cojinetes compactos, generalmente los cojinetes divididos constan de dos capas de metal. El material de la cara del cojinete generalmente es una aleacin de aluminio, por ser ms blando que el acero y buen conductor de calor. El aluminio blando permite que las partculas extraas que entren en el aceite se incrusten en la cara del cojinete, y se evita as que se raye el cigeal, que es mucho ms costoso.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 50 de 1842 12/28/06

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VENTAJAS DE LO S C OJINETES C OM PACTO S E con m icos M an ejan altas carg as ra diales

Fig. 1.2.11 Ventajas de los cojinetes compactos

Ventajas de los cojinetes compactos - Bajo costo - Manejo de altas cargas radiales


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Fig. 1.2.12 Cojinetes antifriccin

Cojinetes antifriccin En los cojinetes antifriccin se usa la accin de rodadura para reducir la friccin y obtener una friccin inicial ms baja que en los cojinetes compactos. Los diseos de los cojinetes antifriccin (figura 1.2.12) incluyen los cojinetes de bolas, de rodillos y de agujas.

Fig. 1.2.13 Componentes de los cojinetes antifriccin

El conjunto de los cojinetes antifriccin (figura 1.2.13) consta generalmente de los siguientes componentes: Cubeta interior o cono: Es un anillo de acero endurecido con un canal rectificado o ranura para que sostenga el movimiento de las bolas o los rodillos. La cubeta interior generalmente est sujeta al eje giratorio que soporta el cojinete. Cubeta exterior: Parecida a la cubeta interior, es un anillo de acero endurecido con un canal o ranura que sostiene el movimiento de las bolas o los rodillos. La cubeta exterior generalmente es un componente separado, montado de forma que permanezca fijo.


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Bolas o rodillos: Entre las cubetas estn los verdaderos elementos que permiten reducir la friccin. Estos pueden ser bolas de acero endurecidas, rodillos rectos o cnicos, o rodillos delgados llamados agujas. Las bolas o rodillos giran libremente entre las cubetas exterior e interior. Jaula: La jaula est ubicada entre las cubetas exterior e interior y se usa para mantener el espacio libre correcto entre las bolas o rodillos.

Fig. 1.2.14 Area de contacto del cojinete

Los cojinetes antifriccin reducen la friccin al proveer tanto accin de rodadura como un rea reducida de contacto (Figura 1.2.14). Las bolas tienen contacto en un punto con las cubetas que las soportan y permiten una operacin a alta velocidad. Una delgada capa de aceite separa los componentes. Los rodillos rectos tienen una lnea de contacto. La lnea provee mayor contacto de superficie lo que da mayor soporte a cargas radiales.

Fig. 1.2.15 Cojinetes de rodillos cnicos

Cojinetes de rodillos cnicos Los rodillos cnicos funcionan de igual forma que los rodillos rectos. Los rodillos y las superficies de las cubetas estn ahusados en ngulo hacia la lnea central del eje que los soportan. El ngulo da resistencia a las cargas de empuje. Los cojinetes cnicos (figura 1.2.15) se usan a menudo en los dos extremos del eje y trabajan juntos para contrarrestar las cargas de empuje en ambos sentidos.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 53 de 1842 12/28/06

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Fig. 1.2.16 Cojinetes de agujas

Cojinetes de agujas Los cojinetes de agujas (figura 1.2.16) funcionan igual que los cojinetes de rodillos rectos y permiten tambin una lnea de contacto. Debido a los dimetros pequeos de las agujas, estos cojinetes se pueden usar en aplicaciones donde hay disponible un espacio mnimo.

Fig. 1.2.17 Cojinetes de agujas con jaula

Cojinetes de agujas con jaula Las agujas tienen la ms alta capacidad de carga en el mismo espacio radial de los otros cojinetes, pero su aplicacin se limita a dimetros interiores menores de 254 mm (10 pulgadas).


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VENTA JAS D E LOS CO JINETES AN TIF RICCIO N E vit an el de sga ste de l eje M en or p rdid a de p oten cia P erm ite n velo cid ade s a lta s

Fig. 1.2.18 Ventajas de los cojinetes antifriccin

Cojinetes antifriccin Las ventajas de los cojinetes antifriccin son: - Evitan el desgaste del eje - Disminuyen las prdidas de potencia - Permiten velocidades ms altas

Fig. 1.2.19 Falla del sello

Sellos y empaquetaduras Para una operacin suave con un mnimo desgaste, la mayora de los engranajes y cojinetes requieren lubricacin constante. Desde hace mucho tiempo los ingenieros han ideado diferentes medios para mantener la lubricacin alrededor de las piezas en movimiento y evitar que entren el agua, el polvo y la suciedad. Dadas las condiciones tpicas de operacin de la maquinaria de construccin, la eficacia de los sellos es particularmente importante. El dao del sello (figura 1.2.19) puede ocasionar roturas de la mquina y, como consecuencia, prdida de tiempo y de dinero.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 55 de 1842 12/28/06

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.2.20 Tipos de sellos

Tipos de sellos Un sello se define como un trozo de material o un mtodo para evitar o disminuir el flujo de fluido o aire entre dos superficies. Las superficies de sello pueden ser fijas o tener movimiento entre ellas. Algunas funciones de los sellos son: - Evitar fugas del lubricante - Impedir que entren la suciedad y otros cuerpos extraos - Mantener separados fluidos como el agua y el aceite - Mantener su flexibilidad para permitir el movimiento entre las partes sin que se presenten fugas - Sellar superficies rugosas - Desgastarse ms rpido que las piezas ms costosas en que se usan Los sellos (figura 1.2.20) se pueden clasificar en dos tipos bsicos: sellos estticos y sellos dinmicos. Los sellos estticos se usan cuando no hay movimiento entre las dos superficies selladas. Los sellos dinmicos se usan cuando hay movimiento entre las superficies selladas. Los sellos estticos incluyen los sellos anulares, las empaquetaduras y el material lquido de la empaquetadura. Los sellos dinmicos incluyen los sellos anulares, los sellos de labio, los sellos Duo-Cone y las empaquetaduras de anillo.


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Fig. 1.2.21 Empaquetaduras

Empaquetaduras Las empaquetaduras son unos de los sellos ms usados para sellar pequeos espacios entre piezas fijas de la mquina. Se fabrican de materiales que evitan el paso de aire, gas o lquido entre las superficies fijas. Algunas partes donde se usan las empaquetaduras son entre la culata y el bloque, y entre el bloque y el colector de aceite. Las superficies deben estar limpias, lisas, secas y sin rayas. La presin de los herrajes para unir las superficies produce una parte importante de la accin de sello de las empaquetaduras. Se deben apretar los herrajes al par especfico para evitar fugas.

Fig. 1.2.22 Sello anular

Sello anular El sello anular (figura 1.2.22) es un anillo circular blando de caucho natural, caucho sinttico o plstico. Durante la operacin, el sello generalmente se comprime entre las dos superficies de las piezas y las sella. El sello se puede usar como sello esttico de manera similar a una empaquetadura.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin

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Fig. 1.2.23 Anillo de retencin

Los anillos de retencin (figura 1.2.23) se usan en aplicaciones de sellado de presin extremadamente alta por encima de 800 lb/pul2 (5.500 kPa), algunas veces en combinacin con los sellos anulares para evitar la extrusin del sello anular en el espacio libre entre las superficies selladas. Los anillos de retencin de presin generalmente se fabrican de plstico y aumentan la vida til del sello anular. Aunque la mayora de los sellos anulares tienen una seccin circular, hay sellos con otras formas que se emplean en aplicaciones especficas. Asegrese de que todas las superficies donde se instalan los sellos estn libres de suciedad y de polvo. Revise el sello en busca de suciedad, cortes y rayas. No se deben torcer o estirar los sellos anulares durante su instalacin. Cuando quite un sello anular use herramientas que no daen la superficie de la pieza.

Fig. 1.2.24 Sellos de labio internos

Sellos de labio Los sellos de labio son unos de los ms importantes sellos dinmicos usados en la maquinaria de construccin. Los sellos de labio resisten la operacin en todo tipo de condiciones severas, as como alta temperatura o el contacto con lubricantes o fluidos hidrulicos. Tambin resisten el movimiento entre las dos piezas selladas. Los sellos de labio son relativamente fciles de quitar para el reemplazo.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 58 de 1842 12/28/06

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Los dos tipos ms comunes de sellos de labio son los radiales y los sellos contra suciedad. Los sellos de labio contra suciedad se usan como "raspadores" en los cilindros hidrulicos. Los sellos de labio radial se usan para evitar fugas en los ejes de rotacin y se fabrican de diferentes formas y tamaos de acuerdo con las aplicaciones especficas. Los sellos de labio interno tienen el labio de sello en su dimetro interno. Algunos de los sellos de labio interno ms comunes se muestran en la figura 1.2.24.

Fig. 1.2.25 Sellos de labio externo

Sellos de labio radial externo Los sellos de labio radial externo (figura 1.2.25) tienen el sello de labio en su dimetro exterior.E LE M E NTO SE LL AN TE TALO N P UN TA

S EC CION DE FL EX ION L ABIO BOR DE C ONTACTO EJ E S UP ER FIC IE DE AJU STE RANU RA RES OR TE DE LIGA AR EA D E U NIO N

JAULAEL CAS CO EX TE RIOR DEL S EL LO SE US A CO M O PR O TEC CION Y PARA L A IN STALAC ION

Fig. 1.2.26 Resorte de liga

Resorte de liga Los sellos de labio radial se sostienen contra la superficie del eje que sellan mediante la presin del fluido y un resorte de liga (figura 1.2.26). El resorte de liga suministra una fuerza adicional cuando la presin del fluido es baja. El sello realmente funciona sobre una delgada pelcula de aceite entre el labio del sello y el eje. Esto permite la lubricacin del labio del sello sin permitir fugas.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 59 de 1842 12/28/06

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Algunas veces, se usan cilindros delgados de metal denominados manguitos de desgaste del eje junto con los sellos de labio para suministrar una superficie suave de reemplazo al sello y evitar tener que remplazar los ejes costosos o que requieren un alto grado de rectificado. Los manguitos se encuentran a menudo en empaquetaduras universales y cigeales grandes. Asegrese de que la superficie donde se usan los sellos de labio estn limpias y libres de rayas o muescas. No se deben usar sellos de labio si el labio est deformado. Los sellos de labio se deben quitar usando una herramienta especial.

Fig. 1.2.27 Componentes del sello Duo-Cone

Sello Duo-Cone Los sellos Duo-Cone se disean para evitar la entrada de suciedad y el escape de lubricante. Debido a las condiciones severas donde se usan, los sellos Duo-Cone deben ser resistentes a la corrosin para que duren un largo tiempo con un mnimo de mantenimiento. Deben ser resistentes a las fuerzas del eje, juego axial y cargas de choque. El sello Duo-Cone contiene dos anillos, generalmente de caucho, montados sobre dos anillos de retencin de metal que poseen ranuras.


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Fig. 1.2.28 Sello Duo-Cone

Durante la operacin, el caucho o los anillos tricos sostienen juntos los anillos de metal para formar un sello. Los anillos toricos tambin proporcionan amortiguacin para los anillos de metal y mantienen las caras de sello en lnea cuando el eje se mueve durante la operacin de la mquina. Las superficies lisas de los anillos de metal permiten junto con el aceite, el sellado del eje. Los sellos Duo-Cone deben mantenerse en operacin para que hagan el sellado metal a metal. Si la mquina se para por mucho tiempo, los sellos pueden presentar fugas. Esto no significa que el sello se deba reemplazar. Use las guas de operacin para determinar la falla de los sellos Duo-Cone. En el servicio a los sellos Duo-Cone se deben quitar de los nuevos anillos Duo-Cone todo rastro de pelculas protectoras o de aceite. Use solvente y asegrese de que todas las superficies estn secas. Antes de armar, se deben limpiar las caras del sello y aplicar cuidadosamente una capa de aceite en la cara de sello de metal usando un pao suave untado con aceite de baja viscosidad. No se debe poner aceite en el anillo de caucho. Al instalar el sello use la herramienta adecuada para dar la fuerza correcta de aplicacin. Los anillos del sello Duo-Cone siempre se deben mantener en pares.


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Engranajes Puesto que la funcin de un engranaje se hace a travs de los dientes, los engranajes generalmente se clasifican de acuerdo con la forma del diente. En el desarrollo de la maquinaria, se han diseado muchos patrones de engranajes de acuerdo con cada tarea especfica. Para una operacin correcta, los engranajes en contacto deben tener dientes del mismo tamao y diseo. Tambin, al menos un par de dientes deben estar conectados en todo momento, aunque los patrones de diente para la mayora de los engranajes permiten que ms de un par de dientes estn en contacto continuo. Los siguientes son los engranajes ms comunes que se encuentran en las mquinas industriales modernas.

Fig. 1.2.29 Engranajes de dientes rectos

Engranajes de dientes rectos Los dientes de los engranajes de dientes rectos se rectifican rectos y paralelos al eje de rotacin del engranaje. Los engranajes de dientes rectos son propensos a producir vibracin. Estos engranajes tambin tienden a hacer ruido durante la operacin y se usan generalmente en aplicaciones de velocidad baja. Los engranajes de dientes rectos se usan generalmente en transmisiones, debido a que los dientes rectos permiten a los engranajes deslizarse fcilmente hacia adentro y hacia afuera en la conexin, para facilitar el cambio de velocidad.


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Fig. 1.2.30 Engranajes helicoidales

Engranajes helicoidales Los engranajes helicoidales tienen dientes que no estn paralelos al eje sobre el que estn montados, sino que estn en espiral alrededor del eje, en forma de hlice. Los engranajes helicoidales se usan para cargas pesadas debido a que los dientes se conectan en ngulo agudo, en lugar del ngulo de 90 grados con que se conectan los dientes rectos. El contacto de los engranajes empieza y rueda hacia abajo en el borde de salida, para permitir una transferencia de fuerza ms suave que en los engranajes de dientes rectos. Esto tambin permite una operacin silenciosa y la posibilidad de manejar mayor fuerza de empuje. Los engranajes helicoidales tambin duran ms que los engranajes de dientes rectos. Una desventaja de los engranajes helicoidales sencillos es que producen fuerzas laterales que tienden a empujar los engranajes a lo largo de los ejes. Esto produce una carga adicional sobre los cojinetes del eje.


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Fig. 1.2.31 Engranajes helicoidales dobles

Engranajes helicoidales dobles El empuje producido por los engranajes helicoidales se puede compensar mediante el uso de engranajes helicoidales dobles o engranajes de espina de pescado. Los engranajes helicoidales dobles tienen dientes en forma de V, la mitad compuesta por un diente helicoidal derecho y la otra mitad por un diente helicoidal izquierdo. El empuje producido por un lado se contrarresta por el empuje del otro lado. Generalmente, hay un pequeo canal entre las dos hileras de dientes. Esto permite un alineamiento ms fcil y evita que el aceite quede atrapado en el vrtice de la V. Los engranajes helicoidales dobles tienen las mismas ventajas de los engranajes helicoidales, pero son ms costosos. Se usan en turbinas grandes y en generadores.


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Fig. 1.2.32 Engranajes cnicos simples

Engranajes cnicos simples Los engranajes cnicos permiten que el flujo de potencia en un tren de engranajes gire en curva. Los dientes del engranaje son rectos y en lnea con el eje, pero biselados en ngulo con respecto a la axial horizontal del eje. Los dientes del engranaje cnico son ahusados en el espesor y en la altura. El engranaje de impulsin ms pequeo se denomina pin, mientras el engranaje impulsado ms grande se llama corona. Los engranajes cnicos simples se usan en aplicaciones donde la velocidad es baja y no hay fuerzas de impacto altas. Por ejemplo, los controles de ruedas manuales usan generalmente engranajes cnicos simples.

Fig. 1.2.33 Engranajes cnicos helicoidales

Engranajes cnicos helicoidales Los engranajes cnicos helicoidales se disean para aplicaciones donde se requiere mayor potencia que la que pueden proveer los engranajes cnicos simples. Los dientes del engranaje helicoidal estn oblicuos sobre las caras angulares de los engranajes. Los dientes se traslapan considerablemente de tal forma que pueden soportar cargas ms altas. Los engranajes cnicos helicoidales reducen la velocidad y aumentan la potencia.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 65 de 1842 12/28/06

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Fig. 1.2.34 Engranajes hipoidales

Engranajes hipoidales Los engranajes hipoidales son una modificacin de los engranajes cnicos helicoidales y se usan cuando los ejes son perpendiculares pero no se intersecan. El pin pequeo est debajo del centro de la corona impulsada. El uso ms comn del engranaje hipoidal es en la conexin del eje de mando con el eje posterior de los vehculos. El engrane helicoidal que se utiliza para transmitir la rotacin entre ejes no paralelos se denomina con frecuencia, en forma incorrecta, conexin en espiral.

Fig. 1.2.35 Engranajes de tornillo sinfn

Engranaje de tornillo sinfn Otra modificacin de la conexin helicoidal se logra mediante el tornillo sinfn. Un tornillo sin fin es un cilindro largo y delgado que tiene uno o ms dientes helicoidales continuos en contacto con un engranaje helicoidal. Los engranajes de tornillo sinfn difieren del engranaje helicoidal en que los dientes del tornillo se deslizan a travs de los dientes de la rueda impulsada, en vez de ejercer una presin de rodadura directa. Los engranajes de tornillo sinfn se usan principalmente para transmitir la rotacin de un eje a otro en ngulo de 90 grados con una gran reduccin de velocidad.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 66 de 1842 12/28/06

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Fig. 1.2.36 Aplicacin del engranaje de tornillo sinfn

Aplicacin del engranaje de tornillo sinfn La figura 1.2.36 es un ejemplo de aplicacin de un engranaje de tornillo sinfn.

Fig. 1.2.37 Conjunto de engranaje de pin y cremallera

Conjunto de engranaje de pin y cremallera Los engranajes de pin y cremallera se pueden usar para convertir un movimiento en lnea recta en un movimiento de rotacin, o un movimiento de rotacin en un movimiento en lnea recta, dependiendo de si la cremallera o el pin son el elemento impulsado. Los dientes de la cremallera son rectos, mientras los del pin son curvos. Los usos comunes del conjunto de engranaje pin y cremallera se encuentran en los sistemas de direccin de vehculos o en la prensa de rbol.


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Fig. 1.2.38 Conjunto de engranajes de pin y cremallera

Fig. 1.2.39 Conjunto de engranajes de pin y cremallera

Las figuras 1.2.38 1.2.39 muestran ejemplos de aplicaciones que usan conjuntos de engranajes de pin y cremallera.

Fig. 1.2.40 Corona y engranajes planetarios

Corona (dientes internos) Las coronas se usan en los conjuntos de engranajes planetarios. El conjunto de engranajes planetarios incluye una corona con dientes internos que se acoplan con los dientes de los engranajes planetarios ms pequeos. Los engranajes planetarios se acoplan con un engranaje central. La operacin del conjunto de engranajes planetarios se explica en la leccin 3.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 68 de 1842 12/28/06

Leccin 3: Sistemas de Mando del Tren de FuerzaM A NDO S DEL TREN DE FU ERZA M A ND OS D E E NGR AN AJ ES Pla net ario C ontra eje C oron a y pi n

M A ND OS H ID RA ULI CO S A copla m iento h id rulico Hidro stt ico

Fig. 1.3.1 Componentes del tren de fuerza bsico

Introduccin En esta leccin estudiaremos los tipos de mandos de engranajes y de mandos hidrulicos usados en el tren de fuerza. Los mandos de engranajes que se usan comnmente en el tren de fuerza incluyen los engranajes planetarios, los engranajes de contraeje y los engranajes de corona y pin. Los mandos hidrulicos que se usan comnmente en el tren de fuerza incluyen el acoplamiento hidrulico y el mando hidrosttico. Objetivos Al terminar esta leccin, el estudiante estar en capacidad de demostrar que tiene conocimiento de los mandos de engranaje, como son los engranajes planetarios, los engranajes de contraeje y los engranajes de corona y pin, as como de los mandos hidrulicos usados en los trenes de fuerza, mediante la seleccin de las respuestas correctas en el examen de la unidad. Material de referencia Cuaderno del estudiante Tren de fuerza del Cargador de Ruedas 970F (SENR6627-01) pgs. 87-96Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 69 de 1842 12/28/06

Leccin 3: Sistemas de Mando del Tren de Fuerza

Unidad 1 Leccin 3

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.2 Conjunto de engranajes planetarios

Mandos de engranajes Los conjuntos de engranajes planetarios se usan en las transmisiones, los divisores de par y los mandos finales. Los conjuntos de engranajes planetarios se denominan as por su funcionamiento similar al de un sistema solar. La figura 1.3.2 ilustra los componentes de un conjunto de engranajes planetarios. Los engranajes planetarios (1) se conocen tambin como piones o engranajes locos. El engranaje central (4) tambin se denomina engranaje solar. Alrededor del engranaje central (4) giran dos o ms engranajes planetarios (1) en contacto continuo con el engranaje central. Los engranajes planetarios se montan en un dispositivo portador (2) y giran sobre sus ejes mientras giran alrededor del engranaje central. Los engranajes planetarios tambin estn en contacto continuo con los dientes internos de una corona ms grande (3) que rodea el conjunto planetario. Con los conjuntos de engranajes planetarios se logran diferentes relaciones de engranajes, que impulsan y sostienen los tres miembros del sistema. Cuando un miembro se impulsa y otro se mantiene fijo, el tercer miembro es el que entrega la potencia de salida. Por ejemplo, si el engranaje central se impulsa y la corona se mantiene fija, los engranajes ms pequeos del dispositivo portador irn alrededor de la corona en el mismo sentido que el engranaje central. El portador girar a una velocidad menor en una relacin de engranajes baja. Si el portaplanetarios se impulsa y la corona se mantiene fija, los engranajes planetarios pequeos del portador irn alrededor de la corona y obligarn al engranaje central a girar en el mismo sentido. El engranaje central girar a una velocidad ms alta. Si se mantiene fijo el portaplanetarios y se impulsa el engranaje central, los engranajes planetarios del portador giran en el sentido opuesto al engranaje central y obligan a la corona a girar en sentido contrario. Para alcanzar una gama infinita de par de salida y de relaciones de velocidad impulsada, se usan muchas variantes del sistema planetario.


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VEN TAJAS DEL CO NJU NTO DE ENG RAN AJES PLAN ETARIOS Con jun to p equ eo co n dise o com p acto con algun as v aria cion es M s d ien tes en c onta cto p ara t rans fere ncia de po tenc ia m s s ua ve La car ga d e los en gra naje s est eq uilibr ad a Sele cci n inf inita de relacin de e ngra na jes

Fig. 1.3.3 Ventajas del conjunto de engranajes planetarios

Ventajas del conjunto de engranajes planetarios Las ventajas del conjunto de engranajes planetarios incluye un diseo compacto con muchas variaciones en un conjunto pequeo. Ms dientes estn en contacto para una suave transmisin de potencia, y la carga de los engranajes est equilibrada. El conjunto de engranajes planetarios tambin suministra un nmero infinito de selecciones de relaciones de engranaje. Sin embargo, los engranajes planetarios son ms pesados y costosos que otros sistemas de mando.


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Unidad 1 Leccin 3

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.4 Transmisin planetaria

Fig. 1.3.5 Mando final planetario

Transmisin planetaria y mando final planetario La transmisin planetaria de la figura 1.3.4 y el mando final planetario de la figura 1.3.5 son dos ejemplos de conjuntos de engranajes planetarios que se emplean en los trenes de fuerza.


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.6 Conjunto de engranajes de contraeje

Los engranajes de contraeje se usan principalmente en las transmisiones manuales y servotransmisiones. Los conjuntos de engranajes de contraeje (figura 1.3.6) permiten cambiar un conjunto de engranajes sin alterar las otras relaciones de engranajes. Los engranajes se montan sobre ejes paralelos. La direccin de la fuerza no se puede cambiar, a menos que un engranaje loco est equipado al conjunto de engranajes de contraeje. Un engranaje en un eje impulsa a otro engranaje sobre un segundo eje. Un conjunto de engranajes de contraeje se puede equipar con varios engranajes y ejes para lograr velocidades diferentes.


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Fig. 1.3.7 Transmisin de contraeje

Transmisin de contraeje Las ventajas del conjunto de engranajes de contraeje incluyen menor nmero de piezas y menor peso. Un conjunto de engranajes de contraeje generalmente es menos costoso que un conjunto de engranajes planetarios.

Fig. 1.3.8 Mando final de contraeje (engranaje principal)

Mando final de contraeje (engranaje principal) La transmisin de contraeje de la figura 1.3.7 y el engranaje principal de mando final de la figura 1.3.8 son dos ejemplos de un conjunto de engranajes de contraeje usados en el tren de fuerza.


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.9 Conjunto de engranajes de corona y pin

Conjunto de engranajes de corona y pin El conjunto de engranajes de corona y pin (figura 1.3.9) consta de una corona y un engranaje de pin. Los ejes de los engranajes estn en ngulo recto entre s. El conjunto de engranajes de corona y pin se usa para cambiar el sentido del flujo de potencia. El engranaje pin impulsa la corona. Cada engranaje est ahusado para permitir un contacto correcto de los dientes. El conjunto de corona y pin permite que el flujo de potencia gire en curva.


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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.10 Conjunto de engranajes cnicos de corona y pin de un tractor de cadenas

Fig. 1.3.11 Conjunto de engranajes cnicos de corona y pin en mquinas de ruedas

Conjunto de engranajes cnicos de corona y pin en mquinas de ruedas Los engranajes cnicos de corona y pin estn en un conjunto acoplado. El conjunto de engranaje de corona de la figura 1.3.10 se usa en los tractores de cadenas, para transmitir la potencia desde la transmisin hasta el mando final. El conjunto de corona de la figura 1.3.11 se usa en los equipos de ruedas para transmitir la potencia desde la transmisin hasta el diferencial. Observe que la corona de los equipos de ruedas es parte del conjunto del diferencial.


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Tren de Fuerza I

M OTOR

BOM BA HID R AU LIC A

M OTO R HIDR AU LIC O

TR AN SM IS ION O D IF ERE NC IAL

M AN DO FINAL

C O NEX ION H IDR AU LIC A

M OTO R H IDR AUL ICO M OTO R B O M BA HIDRAUL ICA M OTOR HIDRAUL ICO

M A ND O F IN AL

M A N DO FIN AL

Fig. 1.3.12 Sistema de mando hidrosttico bsico

Mandos hidrulicos Los mandos hidrulicos son otro mtodo de transferir potencia del motor al terreno. En reemplazo de los engranajes, el fluido transmite la potencia del motor a la transmisin o a los motores de los mandos hidrulicos. Las dos clases de mandos hidrulicos son el mando hidrosttico y el de acoplamiento hidrulico. El sistema de mando hidrosttico bsico consta de una bomba hidrulica, las tuberas y el (los) motor(es). El acoplamiento hidrulico o rodete/turbina suministra la conexin hidrulica entre el motor y la transmisin. El acoplamiento hidrulico desempea las mismas tareas que el embrague mecnico, pero para transferir la potencia, se usa fluido de aceite hidrulico en vez de discos de friccin. En un sistema de mando hidrosttico (figura 1.3.12) la tubera une la bomba y el motor en un circuito hidrulico cerrado. La bomba es la parte central del mando hidrosttico. La bomba convierte la energa mecnica en energa hidrulica. Las tuberas llevan el fluido a alta presin de la bomba al motor y retornan el fluido a baja presin del motor a la bomba. El motor convierte la energa hidrulica en trabajo mecnico. El motor se conecta a la pieza del equipo que desarrolla el trabajo mecnico de impulsin del equipo. Dependiendo del equipo, estos pueden ser los mandos finales de las ruedas, el diferencial o la transmisin. Los mandos hidrostticos ofrecen una gama infinita de velocidades y proveen un medio relativamente simple de transferir la potencia al terreno (para impulsar la mquina).


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Unidad 1 Leccin 3

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.13 Cargador de Ruedas 902

Fig. 1.3.14 Segadora trilladora LEXION

El Cargador de Ruedas 902 que se muestra en la figura 1.3.13 y la Segadora Trilladora LEXION de la figura 1.3.14 son ejemplos de equipos con sistemas de mando hidrostticos.


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Unidad 1 Leccin 3

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.15 Acoplamiento hidrulico

Acoplamiento hidrulico En un acoplamiento hidrulico o mando impulsor de turbina (figura 1.3.15), el rodete y la turbina se sitan muy cerca uno del otro en una caja cerrada llena de aceite. El rodete es el elemento impulsor, mientras que la turbina es el elemento impulsado. La fuerza del motor gira el rodete. El rodete acta como una bomba para impulsar el fluido hacia la turbina. El fluido en remolino empuja los labes en la turbina y hace que est gire. La turbina est conectada a la salida de la potencia. El rodete tiene la forma de un tazn y est lleno de aceite. Debido al giro, el rodete produce una fuerza centrfuga que hace que el aceite se desborde sobre el borde externo del tazn. La turbina, que tambin tiene forma de tazn, est sobre el rodete de tal forma que el fluido del rodete fluye dentro de la turbina. La fuerza de impacto del fluido transmite el par del rodete a la turbina. Los principios de funcionamiento de la transmisin del par a travs de mandos hidrulicos se denominan "hidrodinmicos". La hidrodinmica es la dinmica de los fluidos incompresibles en movimiento. Los fluidos de un mando hidrodinmico permiten transmitir el par con menor impacto que en un engranaje mecnico o mando de cadena. La transferencia de potencia, ms gradual, pone menos tensin en la tubera de mando para obtener una mayor vida til del equipo.


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Unidad 1 Leccin 3

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Tren de Fuerza I

Fig. 1.3.16 Tractor de cadenas

Tractor de cadenas Los acoplamientos hidrulicos, como los convertidores de par, operan segn los mismos principios hidrodinmicos. Los convertidores de par se pueden encontrar en muchos equipos con servotransmisiones (figura 1.3.16).


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UNIDAD 3TransmisionesIntroduccin En esta unidad estudiaremos las transmisiones manuales y las servotransmisiones. En la leccin 1 se estudiarn las transmisiones manuales, accionadas por el operador mediante el uso de palancas, ejes y cables. En la leccin 2 veremos las servotransmisiones, accionadas automticamente mediante embragues hidrulicos y controles hidrulicos o electrnicos. En la leccin 3 estudiaremos las vlvulas y los controles de las transmisiones. Objetivos Al terminar esta unidad, el estudiante estar en capacidad de identificar las transmisiones manuales, las servotransmisiones y los diferentes tipos de controles manuales e hidrulicos, y explicar el funcionamiento de cada una.


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Unidad 3: Transmisiones

Leccin 1: Transmisiones Manuales

Fig. 3.1.1 Transmisin manual

Introduccin Esta leccin explica la operacin de la transmisin manual, incluidas la transmisin de engranajes deslizantes, la transmisin de collares deslizantes y la transmisin de conexin sincronizada. Teora de operacin La transmisin provee los mandos de avance y de retroceso, las gamas de velocidad y las fuerzas de empuje. La transmisin controla la direccin, la velocidad y la fuerza de movimiento de la mquina. Objetivos Al terminar esta leccin, el estudiante estar en capacidad de demostrar su conocimiento de los componentes bsicos y de la operacin de las transmisiones manuales, mediante la seleccin de las repuestas correctas del examen de la unidad. Material de referencia Cuaderno del estudiante Tren de fuerza de las Cargadoras Retroexcavadoras 416B, 426B, 428B, 436B y 438 (SENR5803-01) pg. 65-100Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 82 de 1842 12/28/06

Leccin 1: Transmisiones Manuales

Unidad 3 Leccin 1

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Tren de Fuerza I

Fig. 3.1.2 Tren de engranajes

Una transmisin manual usa engranajes y ejes (figura 3.1.2) para obtener diferentes relaciones de engranajes. Un "tren de engranaje" es una serie de engranajes conectados. El tren de engranajes transmite y adapta la potencia del motor a las ruedas de mando o a las cadenas de la mquina. Consulte la unidad 1 para un repaso adicional de engranajes, relacin de engranajes y tren de engranajes. La velocidad del eje de salida, comparada con la velocidad del eje de entrada, vara en cada cambio de velocidad. Esto permite que el operador cambie el par al mando final. En velocidades bajas, aumenta el par y disminuye la velocidad de viaje. En velocidades altas, aumenta la velocidad de viaje y disminuye el par.

VE NTAJ A DE VELOC ID AD o VEN TAJ A DE P AR

Fig. 3.1.3 Reduccin de velocidad y aumento de velocidad

Reduccin de velocidad y aumento de velocidad La reduccin de velocidad tiene lugar cuando un engranaje pequeo impulsa un engranaje ms grande para aumentar la fuerza de giro o par (figura 3.1.3, parte inferior). La reduccin de velocidad se usa en las velocidades bajas de la transmisin. Existe una relacin de velocidad normal o alta cuando un engranaje ms grande impulsa a un engranaje ms pequeo. La velocidad del engranaje de salida aumenta, pero el par disminuye (figura 3.1.3, parte superior). Las transmisiones manuales generalmente usan engranajes rectos o engranajes helicoidales.Omar Valderrama B. Instituto Gecolsa Construccin 83 de 1842 12/28/06

Unidad 3 Leccin 1

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Tren de Fuerza I

Fig. 3.1.4 Cojinetes de la transmisin

Cojinetes y lubricacin Los cojinetes, los ejes, los engranajes y otras piezas en movimiento de la transmisin manual se lubrican por salpicadura de aceite. A medida que l

libro del estudiante 2007 instituto

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